¡Descarga Generadores de vacío: Soluciones de automatización para la industria y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Hidráulica solo en Docsity!
Generalidades
Una forma de manipular objetos es utilizar las técnicas de vacío creadas mediante una
bomba de vacío o un eyector y aplicadas a un cilindro o a una ventosa que los aspira y
manipula. Los cilindros elevadores de pequeño tamaño sirven para aspirar y elevar piezas
pequeñas finas y planas, extraer piezas de los moldes de inyección y los cilindros
elevadores grandes se emplean para levantar y apilar piezas pesadas.
La ventosa se emplea cuando la fuerza de la aspiración no supera los 600 N considerando el
diámetro de la ventosa. La fuerza que ejerce cada ventosa sobre la pieza es directamente
proporcional a la presión de vacío y al área de la ventosa.
Obtención del vacío
Para la obtención del vacío se utilizan básicamente dos métodos:
- Bomba de vacío utilizada cuando se requieren elevados caudales de aspira- ción, tal
como en máquinas de envasado, de imprenta y de inyección de plástico y de caucho.
- Eyectores que funcionan mediante el efecto Venturi producido en un tubo donde el
aire a presión de la red al aumentar de velocidad por estrangulación, crea una
depresión en la cámara de succión que es la que se aprovecha para conectar las
ventosas de vacío. Es el sistema más usado debido a que utiliza el aire a presión
normalmente disponible en la planta. El vacío que puede obtenerse con los
eyectores es de unos - 84 kPa.
Los eyectores disponen de un filtro de succión incorporado, una válvula de alimentación de
aire para generar el vacío, una válvula de soplado (equipada con una válvula de regulación
de caudal) y un silenciador (opcional).
El conjunto eyector-ventosa dispone de una cámara de vacío provista de labios que se
adhieren a la pieza soportando su peso. Hay varios modelos de ventosas: planas para
manipular objetos planos y lisos; con fuelle para manipular objetos muy deformables
(cartón, papel, plástico); de rótula destinada a manipular objetos en forma de planos
inclinados, ya que tiene la posibilidad de girar su articulación en cualquier dirección y
rectangular que se emplea para manipular objetos con superficies curvas. El material de la
ventosa puede ser de Perbunan (NBR), poliuretano (PUR) y silicona (SL).
La ventosa ejerce una fuerza F = P (depresión) * A (área). Por ejemplo, una ventosa de
diámetro 100 mm y con un nivel de vacío de - 60 kPa (0,6 bar) ejerce una fuerza de:
Estos sistemas se aplican en el campo de los semiconductores y eléctrico, en máquinas
automáticas de ensamblaje, en máquinas transportadoras y de impresión, en la industria
alimentaria, en equipos médicos y en la industria robótica. [1]
Generadores de vacío
Los generadores de vacío establecen el vacío necesario para los procesos de manipulación.
El vacío se genera neumáticamente o bien eléctricamente. Los generadores de vacío
neumáticos realizan tiempos de ciclo cortos y gracias a su diseño compacto y ligero se
pueden integrar directamente en el sistema. Los generadores de vacío eléctricos se utilizan
en aplicaciones en las que no se dispone de aire comprimido o en las que se requieren
elevadas potencias de aspiración.
Generadores de vacío neumáticos
- Eyectores
- Unidades de bombas (con eyector, monitorización y regulación)
Generadores de vacío eléctricos
Importante
La capacidad de aspiración nominal de todos los generadores de vacío se indica en l/min o
en m3/h. Estos valores se refieren a una presión ambiental de 1.013 mbar (nivel del mar) y
destilación, filtración y secado. En este artículo se explican los principios de
funcionamiento de los generadores de vacío neumáticos y eléctricos, sus ventajas e
inconvenientes y cómo elegir uno u otro.
Tipos de generadores de vacío
Los generadores de vacío se clasifican en dos tipos: generadores de vacío neumáticos
(también llamados generadores de vacío venturi) y bombas de vacío eléctricas (también
llamadas generadores de vacío eléctricos).
Generador de vacío neumático
Un generador neumático de vacío es un dispositivo que funciona basándose en los
principios de la mecánica de fluidos, concretamente en el principio de Bernoulli y el efecto
Venturi. Utiliza aire comprimido para crear una zona de baja presión, lo que le permite
crear un vacío para diversas aplicaciones, como la aspiración o la filtración.
Principio de funcionamiento del generador neumático de vacío
Un generador de vacío neumático tiene un orificio de entrada por el que entra aire
comprimido. El aire pasa a través de un espacio estrecho llamado tobera. La velocidad del
aire aumenta debido al estrechamiento de la sección transversal, según el principio de
Bernoulli.
A continuación, el flujo de aire comprimido a alta velocidad pasa a través de un difusor,
cuya sección transversal se ensancha gradualmente. La velocidad del aire disminuye, lo que
provoca un aumento de su presión. Este aumento de presión conduce a una zona de baja
presión adyacente a la tobera y al difusor (Figura 2 etiquetada B).
La zona de baja presión puede crear un vacío conectando una ventosa u otro dispositivo de
succión a un puerto de entrada secundario que se conecta a la zona de baja presión (Figura
2 etiquetada A). La zona de baja presión hace que la presión atmosférica empuje el objeto
hacia el dispositivo de succión, creando una fuerza de succión.
El funcionamiento de un generador neumático de vacío depende de:
- el caudal de aire comprimido
- el diámetro de la boquilla
- el ángulo del difusor
- la forma y el tamaño del orificio de entrada secundario
Un control cuidadoso de estos factores puede crear una zona de baja presión óptima para
una amplia gama de aplicaciones
Ilustración 1. Principio de funcionamiento de un generador de vacío. El aire que se mueve a través de la tobera acelera y luego desacelera en el lado opuesto. Esto hace que se forme una zona de baja presión (B), lo que hace que la presión atmosférica empuje el aire hacia el orificio de entrada secundario (A) y cree una fuerza de succión que puede aprovechar un dispositivo de aspiración. Una sola etapa Un generador de vacío de una etapa tiene el principio básico de funcionamiento comentado anteriormente.
de materiales en proyectos de construcción. Este último es más adecuado para ejemplos como la elevación de componentes electrónicos o la manipulación de láminas finas de material. Nivel de vacío: Un generador de vacío de una etapa puede producir un nivel de flujo de aire comprimido a vacío de 1:1. Un generador de vacío multietapa puede producir una relación superior a 1:4. Consumo de energía: Los generadores de vacío multietapa necesitan menos aire comprimido para crear mayores niveles de vacío. Coste: Los generadores de vacío multietapa suelen costar más que los de una sola etapa. Mantenimiento: Los generadores de vacío multietapa requieren más mantenimiento porque es más probable que se atasquen que los generadores de vacío de una sola etapa. Además, los generadores de vacío de una etapa tienen una construcción más sencilla y son más fáciles de reparar. Compacto
Un generador de vacío compacto con válvula integrada y tecnología de supervisión del
sistema. Estas integraciones permiten controlar la aspiración sin necesidad de utilizar una
válvula externa que controle el caudal de aire comprimido. Los generadores de vacío
compactos se utilizan sobre todo en sistemas de manipulación completamente
automatizados.
Ilustración 3. Generador de vacío monoetapa (izquierda), multietapa (centro) y compacto (derecha). Ventajas e inconvenientes de los generadores de vacío
Pros
- Los generadores de vacío son muy compactos y ligeros, lo que permite instalarlos cerca de la aplicación.
- Se genera un vacío muy rápido.
- No hay piezas móviles, lo que se traduce en un bajo desgaste y un mantenimiento prácticamente nulo.
- No se genera calor.
- Inversión inicial relativamente baja.
Contras
- Debe disponerse de aire comprimido en el lugar de trabajo.
- El aire comprimido es relativamente caro, lo que aumenta el coste total de los generadores neumáticos de vacío a largo plazo. Aplicaciones del generador de vacío Prácticamente cualquier industria que utilice robots de pick and place utilizará generadores de vacío en estos robots. Algunos ejemplos son las aplicaciones de alimentación en la industria del automóvil y las aplicaciones de final de línea, como el envasado de alimentos. Bomba de vacío eléctrica Las bombas de vacío eléctricas se utilizan cuando se requiere una gran capacidad de aspiración o cuando no se dispone de aire comprimido. Las bombas de vacío funcionan eliminando las moléculas de aire de la cámara de vacío. Consiste en un impulsor rotativo montado excéntricamente con álabes de carbono (Figura 5 etiquetada A). El impulsor es presionado contra la pared de la carcasa por la fuerza centrífuga, lo que proporciona una excelente estanqueidad. El tamaño de cada cámara (Figura 5 etiquetada B) cambia con la rotación del impulsor. A medida que la cámara aumenta de tamaño, el aire de su interior se expande. Esto hace que la presión caiga en la cámara creando un vacío parcial. Así, el aire es aspirado, comprimido y expulsado por la salida. El alto factor de compresión ayuda a la bomba de vacío a generar un alto vacío y a proporcionar una gran capacidad de aspiración.
- Industria gráfica: Las bombas de vacío mantienen el papel en su sitio durante el proceso de impresión. Criterios de selección Selección de un generador neumático de vacío
- Velocidad de aspiración
- El caudal de aspiración suele indicarse en m3/h, l/min o cfm. Los valores se basan en condiciones estándar, es decir, temperatura ambiente (20 °C) y presión ambiente a nivel del mar (1013 mbar).
- El caudal máximo de aspiración se define como el caudal máximo que el generador de vacío evacua del ambiente.
- El caudal de aspiración necesario es el resultado del volumen interno de las ventosas y de las tuberías. Además, la manipulación de materiales porosos, como el cartón, requiere mayores índices de succión que los materiales herméticos. Para estas aplicaciones, es más importante una alta tasa de aspiración que un alto nivel de vacío.
- Nivel de vacío
- El nivel de vacío suele indicarse en forma de porcentaje o valor relativo. El vacío se especifica en relación con la presión ambiental. Un nivel de vacío del 80% significa que la presión es un 80% inferior a la presión ambiente. Si la presión del aire ambiente es de 1013 mbar de presión absoluta (14,7 psi), un vacío del 80% significa una presión de vacío absoluta de 202 mbar.
- Tiempo de evacuación
- Tiempo en segundos que se requiere para crear un nivel de vacío específico.
- Consumo de aire
- Es el consumo de aire comprimido (en l/min o scfm) del generador para generar un nivel de vacío específico. Generador de vacío frente a bomba de vacío Consumo de energía: Si no se dispone de suministro de aire comprimido, pero sí de electricidad, utilice una bomba de vacío. Requisitos para la solicitud: Los generadores de vacío neumáticos son adecuados para aplicaciones que requieren bajos niveles de vacío, normalmente hasta 914 mbar. Los niveles de vacío más bajos pueden requerir una bomba de vacío. Caudal: Los generadores de vacío no pueden proporcionar un caudal tan elevado como las bombas de vacío. Mantenimiento: Los generadores de vacío neumáticos son más fáciles de mantener que las bombas de vacío.
Coste: Los generadores neumáticos de vacío tienen costes iniciales más bajos que las bombas de vacío, pero a largo plazo son más caros debido al precio del aire comprimido. Ruido: Los generadores de vacío son más silenciosos que las bombas de vacío.[3]
Tipos de generadores de vacío
Los diferentes tipos de generadores de vacío que existen aportan al sector de la
automatización soluciones de agarre a las superficies de los diferentes materiales
industriales amoldándose a su geometría, tamaño, porosidad, textura, fuerzas transversales
y a su peso. La finalidad de incluir sistemas de sujeción por vacío en líneas de envasado es
ofrecer alternativas que ayuden a aumentar la optimización de los trabajos y favorecer su
capacidad de fabricación.
Las bombas de vacío modulares piCOMPACT® utilizan la tecnología COAX® en sus eyectores y proporcionan hasta 3 veces más caudal de vacío que un sistema convencional. Esto les permite incrementar la velocidad con gran fiabilidad y reduciendo el consumo energético. Configurables, con controles integrados y funciones como on/off, soplado inteligente, vacuostato, control de autoadherencia o función de ahorro energético, entre otras. Recuerde que sin sobredimensionar la bomba de vacío, tendrá la capacidad de actualizarla sobre la misma plataforma si es necesario en un futuro
Otros componentes de un sistema de vacío
Las soluciones de vacío para el sector de la automatización se adaptan perfectamente a las necesidades colaborativas por medio de gripper de vacío y garras. Además de los diferentes tipos de generadores de vacío industriales que existen, un sistema de vacío puede incorporar los siguientes equipos:
- Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para compensar las diferencias existentes entre el equipo de vacío y la pieza a manipular. En función de la geometría de la pieza, las ventosas pueden necesitar un suplemento.
- Racores y alojamientos articulados. Tienen especial utilidad para adaptar las ventosas en piezas con desniveles.
- Eyectores de vacío. Estos accesorios generan el vacío centralizado por medio de neumática y disponen de silenciadores. Sirven para controlar la activación de las señales. Son compactos, en línea o por medio de terminales compactos que forman módulos.
- Bombas de vacío. Las bombas de vacío es un equipo que funciona con electricidad que sirven para extraer presión de un sistema a una presión inferior que la que hay en la atmósfera. De este modo crea un circuito con presión de vacío con el caudal necesario para agarrar piezas exigentes.
- Válvulas de presión. Las Válvulas se utilizan para descargar la presión del sistema que en función de las particularidades del proceso, tendrá una tecnología más desarrollada para poder responder ante los procesos más exigentes. En su interior incorporan válvulas con distintas geometrías, como puede ser de bola o de trébol, cada una de ellas ofrece sus propias particularidades.
- Utillajes de compensación para ventosas. Son herramientas de vacío que compensan los desplazamientos que se generan durante el proceso de agarre. Hay modelos que son capaces de contrarrestar los desplazamientos laterales y también tienes la posibilidad de integrar un antigiro.
Para qué sirven los diferentes tipos de generadores de
vacío
La tecnología de vacío se adapta constantemente a los cambios que se producen en la Industria 4. ofreciendo soluciones de fijación adecuadas a las necesidades de cada producto. Algunos ejemplos
para los que están directamente diseñados son para labores de manipulación de objetos en estampaciones metálicas, automatización de final de línea, distribución de pedidos en áreas de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de sacos aeropuertos, empaquetado, alimentación, automoción, productos químicos y electrodomésticos. Los materiales adecuados para realizar labores de manipulación con sistemas de vacío son principalmente materiales con poco espesor, deformables, cartón, plásticos moldeados, vidrio, madera, productos de electrónica y tecnológicos, metálicos, obleas, láminas de plástico, pantallas LCD, hormigón, azulejos, etc… A continuación, resumimos brevemente qué son las ventosas de vacío y sus aplicaciones Agregar* ¿Qué es una ventosa y para qué sirve? Una ventosa de vacío es un componente destinado a coger un objeto, es decir, es el punto de unión entre un robot y una pieza. Utiliza presión negativa para adherirse a las piezas al crear una depresión. La presión negativa es generada al expulsar la presión del aire al exterior de la ventosa favoreciendo de este modo el agarre de un objeto. Cabe destacar que la diferencia de presión entre dentro y el exterior de la ventosa la provoca el generador de vacío, quien se encarga de extraer el aire que queda en la ventosa. Es muy común que los sistemas de vacío se destinen a procesos industriales, ya sea en una línea de montaje, alimentadores de máquinas, puestos de picking o de empaquetado. ¿Cómo funciona una ventosa de vacío? Una ventosa funciona colocándose encima de una superficie en donde al presionar expulsa el aire hacia el exterior. Al dejar de ejercer la presión, vuelve a su estado normal, provocando un vació parcial en su interior como para quedarse adherido a la pieza. Esta fuerza de agarre es generada por la diferencia de presión atmosférica existente entre la ventosa y el exterior. Para dejar una pieza quitamos la presión generada por los generadores de vacío, igualando ambas presiones. Es decir, el tiempo que se mantiene una pieza sujeta a una ventosa dependerá de cuánto tiempo logre mantener las diferencias de presión entre fuera y dentro. Existen factores a tener en cuenta antes de calcular el tiempo que puede mantener la presión constante, como la porosidad de la
losas de pizarra. Tienes a tu disposición ventosas con diámetros que comprenden desde los 100 mm hasta los 450 mm. ▪ Ventosas para chapa con aceite. Estas ventosas están especialmente diseñadas para trabajar sobre piezas metálicas ligeramente curvadas y cubiertas por una capa de aceite. En su interior tienen un sistema antiderrapante que asegura una inmejorable sujeción. Destacan por su potencial de succión y por poder coger piezas tanto en horizontal como en vertical. ▪ Ventosas de triple labio. Son ventosas específicamente diseñadas para superficies rugosas. El sistema de triple labio asegura el agarre en piezas extremadamente rugosas o irregulares. Hay un gran número de ventosas que van desde los 48 mm hasta los 100 mm de diámetro. ▪ Ventosas flotantes. Son ventosas a la sujeción de objetos extremadamente delgados y delicados, como por ejemplo las láminas, enchapado o células fotovoltaicas. Han sido fabricados para no dejar huella gracias a que prácticamente no tiene contacto con la pieza. Durante el proceso de sujeción, la ventosa flota en el aire siguiendo el principio de Bernoulli. ▪ Ventosas especiales. Son las ventosas creadas a medida para procesos especiales, ya sea por sus dimensiones, peso o condiciones ambientales. ▪ Ventosas para perfiles hermetizantes. Así se conoce a las ventosas utilizadas en procesos hermetizantes con aristas y esquinas. ▪ Ventosas planas para papel y láminas. Son ventosas que se componen de una base plana y redonda para asegurar el agarre del material sin realizar deformaciones. ▪ Esponja hermetizante para sistemas de planos aspirantes. Es una aplicación de vacío que mediante la utilización de una esponja se realiza la manipulación de piezas por vacío suprimiendo la necesidad de utilizar ventosas. Son recomendadas para la sujeción de piezas delicadas en donde es imprescindible no dejar marcas, como sucede con los cristales de pantallas células fotovoltaicas. También se emplean para el agarre de un gran número de piezas empleando tan solo una única garra. Entre sus ventajas se encuentran en que no tienen fugas y son especialmente fáciles de intercambiar. Según las características de la pieza puedes sustituir el tipo de material para que garantice un eficiente envejecimiento. Los hay de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas tienen láminas que permiten realizar los cambios rápidamente. Se usan principalmente con vidrio, envases, metal,
plástico, madera, paquetes de logística, cristales de pantallas, acero inoxidable, sacos o piedra. ▪ Cajones de vacío modulares. Los cajones de vacío son aplicaciones modulares que permiten adaptarse a las necesidades de agarre a los clientes. Han sido diseñados para ser muy flexibles ante numerosos productos en trabajos de paletizado, ya sea por volumen, peso o forma. El sistema de succión por vacío es con ventosas, esponjas hermetizantes o espuma, y los generadores de vacío pueden estar dentro o fuera del equipo. La capacidad de adaptación de este sistema permite seccionar la placa en dos áreas independientes para el agarre de diferentes modelos de piezas. ▪ Gripper con planos aspirantes de vacío para paletizado. Las garras de vacío por planos aspirantes son herramientas neumáticas que se utilizan en los robots paletizadores de cajas, botes, briks y paquetes. Su cuerpo suele estar compuesto de acero inoxidable y se caracterizan por ser capaces de realizar manipulaciones por vacío de prácticamente cualquier objeto, incluidas las piezas que sueldan los robots para soldadura de estructuras metálicas. Destacan por ser un sistema de sujeción rápido y preciso. Los planos aspirantes pueden ser pequeños o grandes, como por ejemplo los de paletizado, que se emplean para la carga y descarga de cajas. ▪ Ventosas para capa completa de paletizado. Los proveedores han creado accesorios de logística para la paletización de capas completas por medio de sistemas de vacío que incorporan a su vez garras mecánicas especiales. Estos útiles permiten aumentar drásticamente la producción de un proceso de paletizado automático de cajas de cartón. Características de los materiales de las ventosas de vacío Los materiales con los que están creadas las ventosas se adaptan a las necesidades del producto, motivo por el cual existe una gran variedad de compuestos. Los más utilizados son los de caucho nitrílico y natural, poliuretano y silicona, aunque también fabrican compuestos de policloruro de vinilo y diferentes derivados del caucho, como el caucho fluorado. Estos materiales tienen un buen envejecimiento frente al desgaste, fricción, grado de estanquidad, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, disolventes y ácidos, a la intemperie, humedad del proceso y del entorno de trabajo. Los trabajos específicos para el sector alimentario necesitan tener la calificación FDA 21 CFR 177.2600. ¿Cómo calcular la ventosa para un proceso?
soplante, los generadores de vacío neumáticos son independientes de la red eléctrica y funcionan conectándoles aire comprimido. También disponen de funciones inteligentes para el control de la energía y de los procesos, y son especialmente adecuados para aceleraciones muy altas. Los generadores de vacío de Festo alcanzan diferentes clases de rendimiento en función de la pieza de trabajo y de la aplicación. Generadores de vacío del programa básico de Festo El programa básico de Festo incluye tres generadores de vacío compactos y económicos. El generador de vacío OVEL es especialmente de poco peso y puede utilizarse de diversas formas gracias a sus diferentes niveles de potencia y tipos de vacío. El generador de vacío neumático VN puede utilizarse directamente en la zona de trabajo y está disponible en forma recta (Inline: conexión de vacío en línea con la conexión de aire comprimido) o en forma de T (estándar: conexión de vacío a 90° de la conexión de aire comprimido). Nuestro generador de vacío electroneumático VN también se puede aplicar directamente en el área de trabajo y entre sus características destacan un funcionamiento sin mantenimiento y un nivel de presión acústica reducido gracias a un silenciador integrado. En nuestra tienda también podrá obtener otros tipos de generadores de vacío, por ejemplo, con IO-Link y opcionalmente ya completamente montados. Características de nuestros generadores de vacío Todos nuestros generadores de vacío tienen en común su diseño compacto y robusto. Pueden conectarse de muchas formas, por ejemplo, mediante racor rápido roscado QS, casquillo enchufable, inserto roscado o mediante un silenciador enroscable. Para lograr la máxima flexibilidad, los generadores de vacío de Festo se montan mediante tornillos o indirectamente encajándolos en una placa de fijación. Elija entre numerosas funciones opcionales para adaptar nuestros generadores de vacío a sus necesidades. Ejemplos de Generadores de vacio de FESTO
Ilustración 5. Generador de vacío OVEL Ilustración 6. Generador de vacío, neumático VN Ilustración 7. Generador de vacío, electroneumático VN
