TÉCNICAS DE VACÍO ÍNDICE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Introducción ¿Qué es vacío? Formas de vacío Clasificación del vacío Instrumentos de medición Unidades de medida Formas de producción del vacío Elementos de trabajo (ventosas) PRINCIPIOS BÁSICOS Valores de la presión del vacío: Presión relativa: Valor tomado respecto de la presión atmosférica Presión absoluta: Valor tomado en relación al punto cero absoluto PRINCIPIOS BÁSICOS TABLA DE EQUIVALENCIAS DE UNIDADES DE PRESIÓN = Kgf/cm² Pa PSI bar atm mmHg -------- 9,81 . 104 14,223 0,981 0,9677 736 1 Pa 1,01 . 10-5 -------- 14,49 . 10-5 10-5 9,8 . 10-6 7,5 . 10-3 1 PSI 0,0703 6897,27 -------- 0,0689 0,0680 51,719 1 bar 1,0196 105 14,503 -------- 0,9867 750 1 atm 1,0333 1,01 . 105 14,697 1,0134 -------- 760 1,35 . 10-3 133,288 1,93 . 10-2 1,33 . 10-3 1,31 . 10-3 -------- 1 Kgf/cm² 1 mmHg PRINCIPIOS BÁSICOS Presión positiva PRINCIPIOS BÁSICOS Presión negativa PRINCIPIOS BÁSICOS Ejemplo electrodoméstico PRINCIPIOS BÁSICOS Ejemplo uso oleohidráulico PRINCIPIOS BÁSICOS Unidades de medida: En la práctica con el vacío se utilizan unidades porcentuales en relación a la presión ambiental, pero la medida actualmente utilizada en la medición del vacío es el Pascal (Pa). Técnicamente se utiliza el Kilopascal (1 Kpa = 1000 Pa) y el Megapascal (1 MPa = 1.000.000 Pa), sin embargo, es también frecuente utilizar el Hectopascal (HPc = 1.000 Pa) porque en la práctica el cálculo para transformar a milibar es sencillo. 1 Kpa= 1000 Pa 1 mPa= 1.000.000 Pa 1 hPc= 1.000 Pa 1 hPa= 1 mBar PRINCIPIOS BÁSICOS Las medidas de vacío son comúnmente expresadas en %, MMHg, atm, Kgcm2 y Kpa Tabla de cálculo de vacío/presión Presión absoluta Vacío relativo bar Kpa atm mmhg 900 800 700 600 500 400 300 200 100 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% -0,101 -0,203 -0,304 -0,405 -0,507 -0,608 -0,709 -0,811 -0,912 -10,1 -2,03 -3,04 -4,05 -5,07 -6,08 -7,09 -8,11 -9,12 -0,103 -0,207 -0,31 -0,413 -0,517 -0,62 -0,723 -0,823 -0,93 -76 -152 -228 -304 -380 -456 -532 -608 -684 PRINCIPIOS BÁSICOS La atmósfera y sus efectos sobre la técnica de vacío 60% de vacío= -600 mbar a nivel del mar 60% de vacío= -550 mbar a 600 Mts sobre el NM 60% de vacío= -450 mbar a 2000 Mts sobre el NM 60% de vacío= -300 mbar a 5500 Mts sobre el NM Si la altitud aumenta la presión baja, como resultado de esto la fuerza de retención es reducida. PRINCIPIOS BÁSICOS Aspectos a tener en cuenta en sistemas de vacío: Efecto del ambiente sobre los componentes del sistema Fuerzas necesarias para el movimiento de piezas o materiales Tiempo de respuesta del sistema La permeabilidad de los materiales a ser transportados o manipulados El modo como las piezas o materiales son fijados Las distancias entre los componentes Los cosos absorvidos por la ejecución del proyecto PRINCIPIOS BÁSICOS Aspectos a tener en cuenta en la elección de los componentes asociados a vacío Tipo, tamaño y posicionamiento de las ventosas Modelo ideal de elemento generador de vacío Las válvulas neumáticas de comando y control del sistema Las características constructivas y de utilización de tubos, mangueras y conexiones El conjunto mecánico de sustentación de ventosas y de los accesorios PRINCIPIOS BÁSICOS Variables que modifican la fuerza de succión El área de succión El vacío la presión diferencial generada Fórmula F = P x A Otros factores intervinientes Coeficientes de fricción en caso de cargas verticales Aceleración Superficie Área Etc. PRINCIPIOS BÁSICOS Energía consumida y vacío Altos niveles de vacío implican altos niveles de energía consumida Incrementando el vacío de –0.6 a –0.9 bar se incrementa el trabajo en una relación de 1.5 El tiempo de evacuación y la energía consumida se incrementa en un factor de 3 Conclusión: Valores de vacío alto son antieconómicos en tecnología de manipulación. CLASIFICACIÓN DEL VACÍO Y SU UTILIZACIÓN TIPOS DE PRESIÓN MARGEN DE PRESIÓN APLICACIONES Vacío Bajo 1 mbar hasta presión ambiental Moldear, levantar, transportar Vacío Intermedio Vacío Elevado Vacío Ultraelevado 10 hasta 1 mbar 10 hasta 10 mbar Mayor a 10 mbar Desgasificación de acero. producción de ampolletas, liofilización de alimentos, secado de materiales de plástico Derretido o puesta incandescente de metales o elaboración de tubos electrónicos Pulverización de metales, revestimiento de metales o derretido por haz electrónico INSTRUMENTO DE MEDICIÓN DEL VACÍO El instrumento de medición que se utiliza para el vacío es el “vacuómetro”, que es un instrumento de forma idéntica a un manómetro, pero su escala de medición se indica, normalmente, en bar o milibar. EL VACÍO EN LA MANIPULACIÓN Sistema de monitoreo Generador de vacío Tecnología de válvulas Conexiones Ventosas Elementos de montaje EL VACÍO EN LA MANIPULACIÓN - VENTOSAS Por el solo hecho de producir vacío no estamos realizando un trabajo en sí, recordemos que denominamos trabajo al movimiento de una masa, producto de una fuerza; en este caso el movimiento de un objeto “X” (por ejemplo, una placa de vidrio) producido por una fuerza de aspiración realizada por un generador de vacío. Para poder realizar este movimiento, necesitamos de elementos que puedan tomar ese objeto y sean capaces de soportar el desplazamiento que se realizará. Estos elementos son las denominadas “ventosas”, que con sus diferentes formas y tamaños pueden abarcar, prácticamente, todo el rango de superficies, pesos y aplicaciones que los procesos industriales exigen. EL VACÍO EN LA MANIPULACIÓN - VENTOSAS ¿Por qué se adhieren las ventosas? Las ventosas no se pegan por si solas a una superficie, ni tampoco se adhieren por falta de aire en el interior de la ventosa, sino que se adhieren porque la presión en el interior de la ventosa es menor a la presión ambiental, por lo tanto, la ventosa se ve presionada a la pieza porque la presión ambiental es mayor que la presión entre la ventosa y la pieza. La diferencia de presión se consigue con los métodos que ya mencionamos anteriormente (bombas de vacío, generadores de vacío, etc.), éstos succionan el aire entre la pieza y la ventosa cuando entran en contacto y hermetizan la ventosa a la presión ambiental. La fuerza de retención será mayor cuando mayor sea la diferencia entre la presión ambiental y la presión dentro de la ventosa. EL VACÍO EN LA MANIPULACIÓN - VENTOSAS Ventosas Tipos Principios de operación Tamaños V Materiales EL VACÍO EN LA MANIPULACIÓN – VENTOSAS Elecciones de ventosas La elección de las ventosas se suele hacer bajo los siguientes criterios: 1. Utilización: Las condiciones de uso en el lugar de servicio son muy importantes a la hora de elegir las ventosas. Por ejemplo, servicio de varios turnos, vida útil, ambiente en donde se va a utilizar (corrosivo, abrasivo, temperatura, etc.) 2. Material: Dependiendo de las exigencias, hay diferentes materiales especialmente aptos para superficies lisas o rugosas; ventosas antiestáticas para componentes electrónicos, revestimientos de fieltro para piezas de cristal caliente, etc. Por lo tanto, debemos tener en consideración el tipo de utilización para poder definir el material de la ventosa. 3. Superficie: Debemos tener en cuenta las características de la superficie, para poder definir el tipo de diseño de la ventosa; poder determinar entre ventosas planas o con fuelles, o ventosas especiales con distintos labios selladores, o entre los distintos diseños y geometrías. EL VACÍO EN LA MANIPULACIÓN – VENTOSAS Tabla de materiales de las ventosas y sus propiedades Como podemos apreciar en esta tabla, el material de la ventosa está directamente relacionado a la utilización de las mismas. 1. Poco apropiado 2. Bien 3. Muy bien 4. Excelente NBR= Caucho nitrílico SI= Caucho de silicona NK= Caucho natural HT1 = Material para alta temperatura VENTOSAS PLANAS VENTOSAS PLANAS Ventajas: Diversidad de materiales y geometrías (redonda, ovalada, labio sellador saliente inclinado o plano) Tiempos de aspiración mínimos Se pueden realizar altas cargas transversales Buena estabilidad en la aspiración Posicionamiento muy preciso Adecuada para grandes cargas laterales Campos típicos de aplicación: Manipulación de piezas lisas a levemente rugosas como chapas, cartones, piezas de plástico, planchas de madera, etc. VENTOSAS PLANAS Serie PFYN Gama de diámetros muy amplia en ventosas universales de diseño plano y gran espectro de materiales diferentes Aplicables para casi todos los requerimientos posibles (temperatura, antiestático, dejando pocas huellas, resistencia a sustancias químicas) Altas fuerzas de aspiración con dimensiones pequeñas Ciclos más cortos, se pueden usar generadores de vacío pequeños VENTOSAS PLANAS Serie SPU – Labio sellador universal U Para superficies ligeramente rugosas o cascarilladas; por ejemplo madera o chapa Altas fuerzas de aspiración con dimensiones pequeñas Duración del ciclo más cortas, se pueden usar generadores de vacio más pequeños Superficies de apoyo en la cara inferior De uso para materiales lisos y planos; por ejemplo vidrio VENTOSAS PLANAS Serie SPU - Versión especial con labio sellador doble Ventosas especiales para materiales lisos, porosos o permeables tales como MDF, fibras duras, materiales reciclables varios. Serie SPC - Ventosa de vacío con cono de aire comprimido integrado Impide el efecto de permeabilidad y la autoadhesión al desapilar material en forma de placas. VENTOSAS PLANAS SPK Serie FSGA La hermetización es efectuada por un canto sellador de dos componentes, compuesta de junta y placa soporte de aluminio. Ideal para superficies muy estructuradas, como vidrio ornamental, chapa corrugada, piedra natural. Diámetros desde 45 a 250 mm. VENTOSAS CON FUELLE VENTOSAS CON FUELLE Ventajas: Buena adaptación a las superficies con desniveles Efecto de elevación al aspirar Compensación de diferencias de altura Aspiración cuidadosa de piezas delicadas Campos típicos de aplicación: Manipulación de piezas abombadas o con desniveles, como chapas de carrocería, tubos, cartones, etc. Manipulación de piezas delicadas, como componentes eléctricos, plásticos moldeados por inyección, etc. Manipulación de productos envasados o precintados VENTOSAS CON FUELLE Serie FSGA. Ventosas con 1,5 pliegues Pliegue superior rígido, permitiendo una buena estabilidad en fuerzas horizontales Pliegue inferior suave para optimizar la succión a la pieza Óptima para piezas muy delicadas debido a su efecto amortiguador, para manipulación de piezas con desniveles, como por ejemplo, tubos Diámetros desde 11 a 78 mm. y de 110 a 150 mm. VENTOSAS CON FUELLE Serie FSGA. Ventosas con 2,5 pliegues Pliegue superior rígido, permitiendo una buena estabilidad en fuerzas horizontales Pliegue inferior suave para optimizar la succión a la pieza Óptima para piezas muy delicadas debido a su efecto amortiguador y para piezas rugosas y de grandes desniveles Diámetros desde 5 a 88 mm. VENTOSAS OVALADAS VENTOSAS OVALADAS Ventajas: Ideal para piezas largas Ventosas planas o con pliegues Absorbe grandes cargas dinámicas, cargas laterales, incluso con chapas engrasadas Diseño que evita el embutido en chapas delgadas de aluminio Óptima para piezas de superficies con poca área de contacto Campos típicos de aplicación: Manipulación de piezas abombadas o con desniveles, como chapas de carrocería, tubos, cartones, etc. Manipulación de piezas delicadas, como componentes eléctricos, plásticos moldeados por inyección, etc. Manipulación de productos envasados o precintados VENTOSAS OVALADAS Serie SGON Ventosas planas en forma ovalada Forma Optimizada Grandes fuerzas de succión con dimensiones pequeñas. Tamaños desde 4 x2 a 90 x 30 cm. Ideal para piezas largas o abombadas, por ejemplo perfiles o tubos, también para la manipulación de marcos, como por ejemplo ventanas y puertas. VENTOSAS OVALADAS Serie FSGON Ventosas con fuelle en forma ovalada Ventosa altamente resistente al desgaste para esfuerzo máximo y larga vida útil, por su material de construcción Vulkollan VU1 Grandes fuerzas de succión con dimensiones pequeñas Tamaños desde 95 x 40 a 140 x 65 Excelente resistencia química Ideal para manipulación de chapas aceitadas, cartones, maderas, además de piezas muy abrasivas VENTOSAS ESPECIALES Por los diferentes tipos de formas y materiales, se hace necesario desarrollar un tipo de ventosa especial para cada caso, así tenemos ventosas termoresistentes, ventosas para CDS, para manipulación de láminas y papel, etc. A continuación revisaremos algunas de las soluciones que ofrecemos para cada caso: VENTOSAS ESPECIALES Ventosas especiales para madera Serie SHFN Ventosas con labio sellador suave para la óptima adaptación a los desniveles Labio sellador interior para una óptima hermetización en superficies rugosas Especialista para la industria maderera, manipulación de muebles, parqué, tableros de madera aglomerada, etc. Diámetros desde 50 al 70 mm. VENTOSAS ESPECIALES Ventosas especiales para CD series SGR y SGH Ideales para la manipulación de Cds y Dvds Variadas formas y tamaños de ventosas para hacer más simple el montaje de éstas en los diferentes alojamientos Gran fuerza de aspiración en un mínimo espacio La forma de los cuellos de las ventosas les permite ser instaladas directamente en los diferentes alojamientos, no necesitan conectores. VENTOSAS ESPECIALES Ventosas especiales para láminas y papel Series SGR y SGH Ventajas: No se producen arrugas al aspirar papel y láminas Especial para manejo de papeles y laminas, también para enchapados, obleas y células solares Labio sellador plano, largo, saliente y con apoyo interior para evitar que el material sea absorbido Aplicaciones: Manipulación de papel y films plásticos Manipulación de parquets y enchapados Manipulación de células solares VENTOSAS ESPECIALES Ventosas especiales para placas metálicas Serie SA Familia de Ventosas especialmente diseñada para la manipulación de chapas metálicas Gran variedad de formas y tamaños para las distintas aplicaciones Máxima capacidad de soportar cargas laterales en chapas aceitosas Buena estabilidad contra fuerzas horizontales por su elevada rigidez del pliegue pliegue superior de la ventosa Diseño que evita el embutido en chapas delgadas de aluminio Ventosa con 1,5 fuelle Serie SAB Ventosa plana SerieSAF Ventosa ovalada con fuelles serie SAOB Ventosa plana ovalada Seie SAOB Ventosa en forma de campana Serie SAOG VENTOSAS CARACTERÍSTICAS 1. Altura Total: Importante para calcular el tiempo de vaciado y el volumen de aire requerido (consumo) 2. Forma de los labios de la ventosa, depende directamente de la forma de la pieza a manipular 3. Carrera de los labios de la ventosa, sirve para determinar el volumen total del sistema de ventosas y se aplica en los cálculos de los tiempos de aspiración. RESUMEN DE MATERIALES DE VENTOSAS Resumen de los materiales de las ventosas Caucho nitrílico Designación química Perbunan Marca comercial NBR Designación breve NK Material para alta temperatura HT1 Resistencia al desgaste/ resistencia a la abrasión ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Resistencia a la deformación permanente ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Resistencia a la intemperie en general ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Resistencia al ozono ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Resistencia al aceite ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Resistencia a combustibles ● ● ● ● ● ● ● ● Resistencia al etanol al 96% ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Resistencia general a los ácidos ● ● ● ● ● ● ● Resistencia al vapor ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Resistencia a la rotura ● ● ● ● ● ● ● ● ● Resistencia a disolventes Caucho de silicona Silicona SI Caucho natural Resistencia térmica instantánea en °C -30°hasta +120° -60°hasta +250° -50°hasta +120° -30 Resistencia térmica a más largo plazo en °C -10°hasta +70° -30°hasta +200° -40°hasta +80° -10° Dureza Shore según DIN 53505 40 hasta 90 30 hasta 85 blanco, transparente Ayuda para la selección de los materiales de las ventosas Color / identificación negro, gris, azul Cloropreno CR °hasta +170° -54°hasta +149° hasta +140° -40°hasta +120° 30 hasta 90 60 ± 5 60 ± 5 / 20 ± 5 gris, marrón claro azul negro, gris ● poco apropiado hasta satisfactorio ● ● bien ● ● ● muy bien ● ● ● ● excelente VENTOSAS ESPECIALES Adicionalmente a los principios “normales” de Vacío, tenemos otras ventosas que ocupan un método distinto para manipular objetos especiales. Los métodos más importantes son : Ventosa Suspendida Ventosa Magnética VENTOSAS ESPECIALES Serie SBS. Ventosa suspendida Generación de vació integrada, según el principio de Bernulli, por lo tanto, no se precisa eyector, sólo aire comprimido Manipulación con escaso contacto con la ventosa Alto caudal volumétrico a bajo vacío Separación segura de piezas delgadas porosas Ideal para piezas delicadas (obleas, platinas ) o muy permeables al aire (placas conductoras vacías) Manipulación sin deformación permanente Existe en 2 diámetros: 40 y 60 mm. VENTOSAS ESPECIALES Serie SGM. Ventosa magnética Agarre seguro mediante un campo magnético Campo magnético generado por un imán permanente, por lo tanto, no se necesita fuente de tensión. Control mediante impulsos de presión o de vacío (estos también se pueden combinar) Ideal para chapas con orificios y recortes, rejillas, etc. Existen en diámetros 20 a 80 mm. VENTOSAS ESPECIALES Principio de funcionamiento de las ventosas magnéticas Serie SGM Funcionamiento con eyector compacto Funcionamiento con válvulas neumáticas VENTOSAS ESPECIALES Teoría: Fuerza de succión de las ventosas Las ventosas las podemos encontrar, comúnmente, fabricadas en materiales sintéticos, inalterables a los agentes industriales corrientes, además de diferentes tamaños que satisfacen las necesidades de peso y dimensión de las distintas piezas a manipular. La fuerza de succión de las ventosas está dada directamente, para el caso de los generadores de vacío, por el diámetro y la presión del aire comprimido que le entreguemos al generador. Obviamente, estos factores son sólo algunos que hay que considerar, ya que existen otros factores que a la hora de producirse el trabajo entran a jugar en el proceso de manipulación, estos factores son: • • • • Peso de la pieza Aceleración terrestre (9,81 mt/s ) Aceleración de la instalación Coeficiente de fricción (para el caso de desplazamiento vertical) VENTOSAS ESPECIALES Teoría: Fuerza teórica en las ventosas Para poder facilitar los cálculos, los proveedores de ventosas indican la fuerza teórica de cada una de sus ventosas, valor que está dado en Newton (N) y a una depresión de -0,6 bar (1 Kp = 10 N). Se habla de fuerza teórica de las ventosas porque al valor entregado, debemos restarle factores de seguridad, fricción existente o valores de depresión no alcanzada, efecto producido por materiales porosos o rugosos, mediante fórmulas destinadas a cada tipo de movimiento. Mientras, analizaremos algunas tablas de fuerzas teóricas entregadas en nuestro catálogo: CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Ejemplo de fuerzas en ventosas planas PFYN CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Ejemplo de fuerzas en ventosas planas SPU CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Ejemplo de fuerzas en ventosas ovaladas SGON CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Cómo calcular la fuerza que deben soportar las ventosas 1. Cálculo del Peso del Elemento: Para poder calcular el peso (masa) de una pieza de cuerpo regular, debemos desarrollar la siguiente fórmula: M = (l × a × al )ρ Donde: M= masa (kg) l= largo (m) a= ancho (m) al= altura (m) ρ = densidad (kg/m )3 Con esta fórmula podremos dimensionar en primera instancia las ventosas según la masa de la pieza. La densidad indicada en la fórmula es el peso del objeto. CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Cálculo de fuerza de las ventosas en aplicaciones Una vez identificada la masa, debemos también identificar las fuerzas que influyen en el movimiento de la pieza, y que son las fuerzas de aceleración que en una instalación automática no deben olvidarse nunca. Además, debemos considerar un factor de seguridad mínimo que Schmalz nos recomienda según el tipo de superficie a soportar y que veremos a continuación: Valor de seguridad Valor Piezas críticas, heterogéneas o porosas 1,5 Rugosas 2,0 Considerando que no es lo mismo aplicar sólo un movimiento vertical que un movimiento vertical más un movimiento de traslación, veremos tres ejemplos de cálculos con diferentes movimientos que son los más usuales. CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Considerando que no es lo mismo aplicar sólo un movimiento vertical que un movimiento vertical más un movimiento de traslación, veremos tres ejemplos de cálculos con diferentes movimientos, que son los más usuales. Ejemplo Nº 1: Elevar una plancha de madera de 20 Kg. a una altura de 10 cm. en 5 seg. con una aceleración de 5 mt./seg. Fth = m × ( g + a )× S Donde: Fth= Fuerza de retención Teórica (N) M= masa (Kg.) mt 9 , 81 2 g= Aceleración terrestre seg a= Aceleración de la instalación mt seg 2 S = Factor de seguridad CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Reemplazando los valores de nuestra aplicación en la fórmula anterior, nos queda: mt mt ×1,5 Fth = 20kg 9,81 +5 2 2 seg seg mt Fth = 20kg ×18,81 ×1,5 2 seg Fth = 443,3 N En este caso las ventosas deben soportar una fuerza de 294 N CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Ejemplo Nº 2: Elevar una plancha de madera de 20 Kg., a una altura de 10 cm. en 5 seg. y desplazarla a una distancia de 20 cm. con una aceleración de 5 mt./seg. a Fth = m × g + × S µ Donde: Fth= Fuerza de retención teórica m= masa (kg.) mt 9,81 2 seg g= Aceleración terrestre a = Aceleración de la instalación mt 2 µ = Coeficiente de fricción * seg S= Factor de seguridad *Tabla para los coeficientes de fricción recomendados por Schmalz para este tipo de caso. CÁLCULO DE LAS VENTOSAS *Tabla para los Coeficientes de fricción recomendados por Schmalz para este tipo de caso. Los coeficientes de fricción están dados según los tipos de superficies a trasladar y en valores medios, es decir, un valor promedio; por lo tanto, éstos deben ser comprobados en cada utilización. Coeficiente de fricción Superficie 0,1 superficies engrasadas 0,2 a 0,3 superficies mojadas 0,5 madera, metal, cristal, piedra, etc. 0,6 superficies rugosas CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Entonces, reemplazando los valores de nuestra aplicación en la fórmula anterior nos queda: mt 5 mt ×1,5 Fth = 20kg 9,81 + 2 2 seg 0,5 seg mt Fth = 20kg ×19,81 ×1,5 2 seg Fth = 594,3 N En este caso las ventosas deben soportar una fuerza de 594,3 N CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Ejemplo Nº 3: Desplazar una plancha de madera de 20 Kg. colocada de forma vertical a una distancia de 20 cm. en 5 seg. con una aceleración de 5 mt./seg. Fth m = µ × (g + a )× S Donde: Fth= Fuerza de retención teórica (N) m= Masa (Kg.) µ = Coeficiente de fricción mt 9 , 81 2 g= Aceleración terrestre seg mt a= Aceleración de la instalación seg 2 S= Factor de seguridad (para esta situación el valor de seguridad es de 2, para las piezas críticas, porosas o heterogéneas y para las piezas rugosas el valor es mayor) CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Entonces, reemplazando los valores de nuestra aplicación en la fórmula anterior nos queda: mt mt 20kg × 2,0 Fth = +5 × 9,81 2 2 seg seg 0,5 mt Fth = 40kg ×14,81 × 2,0 2 seg Fth = 1984,8 N En este caso las ventosas deben soportar una fuerza de 1984,8 N CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Cálculo de la Fuerza de Aspiración: En los ejercicios anteriores calculamos la fuerza de las ventosas en aplicaciones, es decir, un cálculo en donde sumábamos los coeficientes de fricción, de seguridad, además de las aceleraciones a los que se ve sometida la pieza en si. Ahora, veremos el cálculo para individualizar la fuerza que deberá soportar cada ventosa en la aplicación, ya que como sabemos, en la práctica no se utiliza sólo una ventosa por aplicación, sino que ocupamos tantas ventosas como lo necesite el producto. El criterio principal para la elección del número de ventosas es la flexión del producto. Cálculo: Donde: Fth FS = n Fs= Fuerza de aspiración Fth= Fuerza de retención teórica N= Número de ventosas CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Según los casos vistos anteriormente, nos quedaremos con el valor del ejercicio Nº 2, en el cual debíamos someter a la pieza a una fuerza vertical y horizontal. Supongamos que la plancha o chapa de madera es totalmente rígida, por lo tanto, sólo necesitaríamos 4 ventosas para su manipulación, así pues tendríamos: 594,3 N Fs = 4 Fs = 148,58 N 148,58 N es el valor de depresión que debe generar cada ventosa. CÁLCULO DE LAS VENTOSAS Check list de criterios para la selección de ventosas Criterios Importante para Dimensiones y peso de la pieza Diámetro de la ventosa Aceleración de traslado de la pieza Diámetro de la ventosa Rigidez del objeto Montaje de la ventosa Exactitud del posicionamiento Rigidez de la ventosa Superficie de la pieza Tipo de material Temperatura Material de la ventosa Resistencia a los químicos y vida útil Material de la ventosa Ambiente contaminado Filtros EL VACÍO EN LA MANIPULACIÓN Sistema de monitoreo Generador de vacío Tecnología de válvulas Conexiones Ventosas Elementos de montaje TIPO DE VÁLVULAS Válvulas solenoides Válvulas de sensado Válvulas check Válvulas actuadas manualmente VÁLVULAS CHECK Principio de operación: Estas válvulas cierran el conducto de vacío cuando la ventosa no está ocupada, manteniendo el vacío en el sistema Ventajas: Compensan fugas leves mediante By-Pass Posibilitan su conexión en todas las ventosas y placas convencionales Aseguran su propia limpieza con tamiz reemplazable SVK / SVN SVN COMPONENTES DE UN SISTEMA DE VACÍO Sistema de monitoreo Generador de vacío Tecnología de válvulas Conexiones Ventosas Elementos de montaje ELEMENTOS DE MONTAJE Elementos de fijación: Una vez que hemos determinado la ventosa a utilizar, según los criterios hablados anteriormente (material, utilización, superficie, fuerza teórica de la ventosa, caudal de aspiración.), debemos definir los accesorios para maximizar las prestaciones de la ventosa y minimizar los posibles problemas de adherencia que esta podría tener. Para estos fines existen diversos accesorios de montaje, el criterio de elección se determina, comúnmente, según los criterios del cliente, pero a continuación daremos unos criterios de elección más bien generales: ELEMENTOS DE MONTAJE 1. Superficies con desniveles: La ventosa debe adaptarse a los desniveles de la superficie, para este caso utilizaremos una fijación articulada. Elementos de fijación para ventosas: Flexolink FLK Excelente adaptación para superficies inclinadas. Fuerza de retroceso dosificada en posición de salida neutra gracias a su unión de goma metal como articulación Mínimo desgaste de las ventosas al colocarse en superficies inclinadas Unión de material de alta resistencia Ángulo máximo de adaptabilidad 12º Conexiones de G ¼ y G ½ ELEMENTOS DE MONTAJE Articulaciones Esféricas Serie KGL Articulación esférica hermética de alta resistencia. Esfera y cojinete de acero galvanizado Excelente adaptación a las superficies inclinadas Conexiones de G ¼ y G ½ Ángulo máximo de adaptabilidad 15º Previene que la carga se suelte prematuramente de la ventosa por las fuerzas laterales ELEMENTOS DE MONTAJE 2. Diferentes alturas y espesores Para compensar las tolerancias de altura, se precisa de elementos de fijación elásticos, para este caso utilizaremos la bielas elásticas. Biela elástica Serie FST: Biela elástica con resorte amortiguador para garantizar un suave contacto con piezas delicadas Compensación en piezas con desniveles Versiones VG con seguro antigiro, ideal para ventosas ovaladas o placas de ventosas Absorbe golpes y vibraciones Carreras entre: • 5 a 95 mm. Serie FSTE (conexiones M3 a ½”) • 25 a 95 mm. Serie FSTA (conexiones ¼ “ a ½” • 10 a 25 mm. Serie FSTI (conexiones ¼ y 3/8”) Serie FSTE Un resorte lubricado Serie FSTA Dos resortes lubricados Serie FSTI Un resorte lubricado interno ELEMENTOS DE MONTAJE Biela elástica Serie FSTF: Bloque de fijación plástico reforzado con fibra de vidrio con guía de biela integrada Adaptable a todos los sistemas de perfiles de aluminio convencionales Ideal para entornos polvorientos (industria maderera) Disponible con y sin seguro antigiro Conexión para ventosa de ¼ y de ½ ELEMENTOS DE MONTAJE Conectores para ventosas (boquillas): Son usados para el montaje de las ventosas Normalmente con conexión rápida, facilitando el montaje de las ventosas (hasta diámetro 50 mm.) En ventosas de gran diámetro, la fijación se realiza mediante conexión rosca (desde diámetro 60 mm.) Boquillas con conexión macho o hembra Reducen los costos de manutención, ya que sólo es necesario reemplazar la ventosa Dentro de cada familia de niples, ventosas y boquillas pueden ser combinadas flexiblemente COMPONENTES DE UN SISTEMA DE VACÍO Generador de vacío Sistema de monitoreo Tecnología de válvulas Conexiones Ventosas Elementos de montaje FORMAS DE PRODUCIR EL VACÍO Eléctrico Bombas Neumático Soplantes Eyectores FORMAS DE PRODUCIR EL VACÍO El objetivo más importante para la producción de vacío es el de obtenerlo de una forma sencilla y económica. Esto puede lograrse mediante las clásicas bombas de vacío o de generadores estáticos utilizando el aire comprimido como elemento motor. Bombas de Vacío: La producción del vacío en una bomba se debe principalmente a las diferencias de las cámaras del cilindro que se forman por unas paletas ubicadas excéntricamente en un eje dentro de ella; estas paletas tienen en sus extremos unas pestañas de aluminio que provocan el sello de la cámara, y que al girar van provocando una depresión en cada una de ellas, producto de la compresión del aire. FORMAS DE PRODUCIR EL VACÍO Soplantes: Los soplantes son un tipo de generador de vacío. El aire se transporta por unas paletas en rotación (A); en la carcasa en donde se ve acelerado y comprimido, se produce entonces una fuerza de aspiración en el lado B, producto de la rotación de las paletas del soplante, el aire comprimido se evacua por el conducto C. Los soplantes nos permiten obtener grandes caudales de aspiración, pero no así grandes valores de depresión o vacío. FORMAS DE PRODUCIR EL VACÍO Generadores de vacío: Operan usando el aire comprimido como elemento motor. Basados en el efecto de Venturi, estos elementos generan el vacío, carecen de partes móviles en su estructura, haciéndolos mas económicos. Estos generadores de vacío los podemos comandar con una válvula 2/2, logrando un ahorro importante de energía y de costos de producción respecto a una bomba de vacío. Otra ventaja importante es que con estos pequeños elementos podremos llegar a niveles de depresión de hasta -0,91 bar, que en términos de vacío es un valor muy alto. 1. Alimentación 2. Escape 3. Vacío EYECTORES – VARIANTES CONSTRUCTIVAS Eyector compacto SCP/SMP Serie SCP / SMP Ejector con funciones adicionales resultado de integrar válvulas, silenciadores y filtros. Eyector compacto SXP/SXMP Series SXP Extremadamente robusto con función de autodiagnosis integrada. EYECTORES – VARIANTES CONSTRUCTIVAS Eyector básico Serie SEG Cuerpo con tobera venturi y silenciador. Eyector en línea Eyector multietapa Serie VR / VRI Tobera venturi para instalación directa en la linea de vacío. Serie SEM Eyector de múltiples etapas con alta capacidad de succión. PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE UN EYECTOR BÁSICO Generación de vacío basado en el Principio Venturi El aire comprimido entra al eyector en “A” y fluye a través de la tobera “B” Inmediatamente detrás de la tobera difusora se produce una depresión (vacío) que hace que el aire sea aspirado mediante la conexión de vacío “D” El aire comprimido y el aire aspirado salen juntos a través del silenciador “C” PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE UN MULTIETAPA Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Generador de vacío basado en el Principio de Venturi Además los eyectores de una etapa, hay eyectores que tienen varias boquillas Venturi colocadas en serie. Éstos son los llamados eyectores multietapas Estos eyectores poseen un gran caudal de vacío, debido a los Venturi colocados en serie X-PUMP SX(M)P Gran capacidad de succión Ciclos realmente cortos Extremadamente robusta Forma compacta Función de ahorro automático de aire integrada “Condición de monitoreo” Detección de fugas Indicador de estatus luminoso y señal de salida Contador integrado Detección de errores antes que emerjan Prevención de periodos de detención por fallas X-PUMP SX(M)P Indicador de diagnostico Conexión eléctrica Indicador de estado Válvulas piloto Pulso ajustable de soplido Módulo de poder Placa adaptadora (horizontal) Silenciador EYECTORES CON AHORRO AUTOMÁTICO DE AIRE SMPSCP Los eyectores de la serie SMP / SCP-RD y los eyectores SX(M)P poseen una función de ahorro de aire automático El aire comprimido es conectado directamente a la válvula integrada de vacío “vacío on” Esta válvula es controlada directamente por un switch de vacío Cuando el eyector es conectado, la válvula de vacío permanece conectada hasta que se llegue a la presión de vacío previamente programada La válvula de vacío permanece cerrada hasta que el valor de depresión llega al valor de histéresis, programado anteriormente. En etapa el eyector no consume aire comprimido Si el vacío se cae (por ejemplo debido a una fuga en el sistema de vacío) debajo del valor preprogramado del límite, la válvula solenoide de “vacío on" es energizada otra vez hasta que el valor preprogramado de vacío sea otra vez alcanzado Consumo de Aire Sin Ahorro de Aire Con Ahorro de aire ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO Resumiendo los objetivos de los cálculos anteriores, obtuvimos la fuerza teórica de las ventosas, con la cual podíamos determinar la fuerza que debían soportar el conjunto de ventosas, luego desarrollamos una fórmula en la que individualizamos la fuerza que debía soportar cada ventosa, dependiendo este valor del número de ventosas a ocupar. Ahora, vamos a determinar el consumo de cada ventosa según su diámetro, para poder determinar el caudal de aspiración que deberá entregarnos el generador de vacío. Para esto existe una tabla de consumos de las ventosas ordenadas según su diámetro: La capacidad de aspiración tiene validez por ventosa y con una superficie lisa y no porosa. ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO ¿Cómo elegir el mejor generador? En la elección del tipo de generador debemos considerar varios factores como por ejemplo: Tipo de la pieza, ya sea porosa o no porosa Suministro de energía posible, tanto eléctrica o neumática Restricciones de tamaño y peso Mantención de duraciones de ciclos ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO Cálculo de caudal del generador de vacío: Para calcular la capacidad de aspiración del generador debemos desarrollar la siguiente fórmula: V = n × Vs Donde: V= Capacidad de aspiración N = Número de ventosas Vs= Capacidad de aspiración de 1 ventosa Ejemplo: lt V = 4 ×16,6 min lt V = 66,4 min En este caso tenemos un caudal de aspiración de 66,4 lt./min. Por lo tanto, debemos seleccionar un generador que nos entregue ese caudal, para eso entregaremos algunas tablas de consumo y caudales de los generadores distribuidos por MICRO. ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO Prestaciones de los generadores de vacío MICRO Serie GVS ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO Prestaciones de los generadores de vacío Serie SEG ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO Prestaciones de los generadores de vacío Serie SEM ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO Prestaciones de los generadores de vacío Serie VR ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO Prestaciones de los generadores de vacío Serie VR ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO La nueva generación de eyectores: X-PUMP …eXtra fuerte Capacidad de aspiración y descarga extramadamente alta Funcionamiento seguro y económico Máxima disponibilidad …eXtra robusto Diseño compacto y sencillas posibilidades de integración Insensible a los fallos Tipo protección IP65 …eXtra inteligente Vigilancia del estado (condition monitoring) Funciones de diagnóstico integradas Inteligente detección de fugas o de fallos y compensación ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO ¡eXtra fuerte! Capacidad de aspiración Vacío SX(M)P H1 H1-h1 SCP / SMP (h2 = -10) H2-h2 Blow-off Señal desde el PLC 0 mbar Señal de vacío Señal desde el PLC Tiempo Señal de part present (H2) al PLC Time to pump off by air saving system (internal) ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO ¡eXtra robusto! Con 1 x M12, 8 2 x M12, 5 Silenciador SXMP Condition Monitoring – Módulo de control Válvulas piloto integradas Capacidad de descarga regulable Módulo Power (opcional) SXP Placa adaptadora Placa adaptadora Placa adaptadora Placa base con sistema de cambio rápido ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO Variantes: SXP-...-Q-M12 GP2 SXMP-...-H-M12 GP2 quick change plate SXMP-...-H-M12 change of silencer ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO Variantes: SXMP-...-H, vacuum port SXMP-...-H, compressed air port SXP/SXMP with M12 8pin ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO ¡eXtra Inteligente! Condición de Monitoreo 1 1 Display 2 LED´s 3 Tecla MENU 4 Tecla ENTER 5 Tecla UP 6 Tecla DOWN 7 Indicador de Diagnóstico 2 5 6 7 3 4 ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO Indicador de diagnóstico Indicador Evaluación Condición Que hacer verde Vacío ok El sistema es hermético, no hay pérdidas o las hay muy pequeñas El sistema es óptimo, no hay nada que hacer verde parpadeando Vacío ok Fuga detectada. El sistema no debe detenerse El ahorro de energía se apaga debido a la pérdida, ésta condición no es peligrosa para el proceso El sistema debe ser fijado después que termina la producción. Usar la función de búsqueda de pérdida LSF para detectar la falla rojo parpadeando Vacío ok Gran fuga detectada, el sistema debe ser chequeado inmediatamente El nivel de vacío está por debajo de H1, el ahorro de energía no está activado El sistema debe ser fijado inmediatamente o después de que termine la producción rojo Vacío ok Gran fuga detectada, el sistema se detiene, se pierde la señal de “part present” El nivel de vacío está debajo de H2, se pierde la señal de “part present” Se identifica la falla y se fija el sistema ELECCIÓN Y CÁLCULO DEL GENERADOR DE VACÍO CONEXIONES Bus - system Opciones: Direct connection for single ejector Direct connection 2 to 6 ejectors (block) Systems: ASI Profibus Interbus DeviceNet CANopen Ethernet COMPONENTES DE UN SISTEMA DE VACÍO Generador de vacío Sistema de monitoreo Tecnología de válvulas Accesorios Ventosas Elementos de montaje ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO 1. 2. 3. 4. Tubos Filtros de vacío Distribuidor de vacío Conectores ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO Elección de los accesorios de montaje (tubos, coplas, filtros, etc.) Una vez determinado todos los elementos del sistema, tenemos que elegir el diámetro del tubo a utilizar. Esto es un paso sencillo, ya que en el catálogo de Schmalz, en el capítulo 2 de las ventosas -en la sección “datos técnicos”-, se encuentra la recomendación del tubo a utilizar. ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO Ejemplo de dimensionado de tuberías ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO Filtros de vacío Protección de Generadores de Vacío Filtrado de Vacío y aire Comprimido hasta 7 bar Elemento Filtrante de acero Inoxidable( a pedido) y en nylon en 80 y 100 micras Amplio espectro de tamaños Elemento Filtrante fabricado en gris claro para una rápida identificación de suciedad Conexiones desde 1/8”G a ¾” G Caudal Nominal desde 45 lt/min a 770 lt/min ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO Datos técnicos de filtro Serie VFT ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO Distribuidores de vacío Aplicaciones: Distribución del vacío a varias ventosas en los sistemas con un generador central de vacío Distribución del aire comprimido a un sistema de varios eyectores Construcción: Distribuidor de alta resistencia con agujeros de fijación, todas las roscas con rebabas internas para sellado óptimo Dos tamaños diferentes ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO Datos técnicos ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO Conectores SELECCIÓN DE COMPONENTES DE UN SISTEMADE VACÍO SELECCIÓN DE COMPONENTES DE UN SISTEMADE VACÍO Paso a paso del dimensionamiento y la elección de los elementos en un circuito neumático 1. Estudio de los materiales, utilización y superficie 2. Cálculos de fuerza del conjunto de ventosas 3. Cálculo de la fuerza teórica por ventosa 4. Cálculo del caudal de aspiración por el conjunto de ventosas 5. Elección de los elementos de fijación 6. Elección del generador de vacío 7. Elección de los accesorios de montaje (tubos, coplas, etc.) 8. Elección de la válvula de control SELECCIÓN DE COMPONENTES DE UN SISTEMADE VACÍO Elección de materiales y color de identificación SELECCIÓN DE COMPONENTES DE UN SISTEMADE VACÍO SELECCIÓN DE COMPONENTES DE UN SISTEMADE VACÍO Ayuda para la selección de los materiales de las ventosas SELECCIÓN DE COMPONENTES DE UN SISTEMADE VACÍO Ayuda para la selección de los materiales de las ventosas SELECCIÓN DE COMPONENTES DE UN SISTEMADE VACÍO SISTEMA DE MONITOREO Interruptor de vacío VS-V-M: Interruptor de vacío electrónico Construcción miniaturizada Peso mínimo, con carcaza de plástico maciso Brida o soporte tubulares en el lado de vacío Ventajas: Conmutación electrónica precisa Montaje directo en la ventosa Mínimas dimensiones para aplicaciones con alta dinámica Posibilidades de fijación universales SISTEMA DE MONITOREO Interruptor de vacío VS-V-PNP: Interruptor de vacío electrónico Punto de conmutación e histéresis ajustables Rango de operación -1 a 0 bar Sobrepresión hasta 5 bar Ventajas: Medición electrónica precisa y conmutación con salida digital y analógica Posibilidad óptima de adaptación a los requerimientos del cliente Utilizable en todas las aplicaciones de vacío Posibilidades de fijación universales APLICACIONES Tecnología de Manipulación Levantar Tirar Voltear Electrónica Varios ÁREAS DE APLICACIÓN DEL VACÍO Manejo y Transporte Investigación APLICACIONES APLICACIONES APLICACIONES APLICACIONES GRACIAS POR DEJARNOS SER PARTE DE SU EQUIPO.
