Mejore la automatización con sistemas de vacío

Como el aire comprimido, el vacío hace que la atmósfera funcione. En un sistema de aire comprimido, el aumento de la presión del aire crea una fuerza de trabajo. En un sistema de vacío, la presión del aire se reduce a un nivel por debajo de la presión atmosférica;La presión más alta en la atmósfera circundante crea la fuerza de trabajo.

La presión se reduce extrayendo una parte del aire del volumen cerrado. Si lo hace, crea un diferencial de presión. En cierto sentido, aumenta el volumen disponible para la molécula. Las leyes de la física establecen que cuando aumenta el volumen, la presión disminuye.

En un sistema de vacío industrial, el recipiente cerrado puede ser un dispositivo de trabajo, una válvula o un actuador. Una bomba de vacío extrae el aire del sistema para crear una presión diferencial.

Bomba de vacío mecánica

Dos tipos diferentes de bombas de vacío se usan comúnmente en la automatización (aplicaciones de recoger y colocar): bombas mecánicas de desplazamiento positivo y generadores de vacío accionados por aire comprimido (también conocidos como bombas venturi o jet).

Se puede pensar en una bomba de vacío mecánica como un tipo de compresor con un puerto de entrada por debajo de la presión atmosférica y un puerto de escape a presión atmosférica. El compresor y la bomba de vacío tienen el mismo mecanismo de bombeo. Una bomba de vacío extrae aire de un recipiente hermético y lo descarga a la atmósfera a través de una tubería simple, que es exactamente lo contrario de lo que hace un compresor.

Las bombas de vacío mecánicas aspiran un volumen de aire relativamente constante a pesar de cualquier cambio en el nivel de vacío y pueden aspirar vacíos relativamente altos. Los principales tipos de bombas mecánicas incluyen: pistón alternativo y oscilante, paleta giratoria, diafragma, rotor de paleta y diseños de tornillo giratorio.

Aunque los compresores y las bombas de vacío comparten muchas similitudes, existen dos diferencias significativas entre el bombeo de compresión y el de vacío que deben tenerse en cuenta en el diseño del sistema. El cambio de presión máximo producido por la bomba de vacío es limitado;Nunca estará por encima de la presión atmosférica. Además, a medida que aumenta el nivel de vacío, la cantidad de aire que pasa a través de la bomba disminuye continuamente. Por lo tanto, la propia bomba debe finalmente absorber casi todo el calor generado.

Esto significa que la temperatura es una consideración importante al seleccionar una bomba de vacío mecánica, ya que el alto calor externo o interno puede afectar en gran medida el rendimiento y la longevidad de la bomba. La temperatura interna de la bomba es importante porque a medida que aumenta el nivel de vacío, se usa menos aire para llevarse el calor generado, por lo que la bomba debe absorber más calor.

generador de vacío

El generador de vacío funciona con gas a presión, generalmente aire comprimido. El aire comprimido fluye hacia la bomba de chorro y se expande en una o más boquillas de chorro. Cuando la energía almacenada (presión y calor) se expande, se convierte en energía cinética. La velocidad del chorro de aire comprimido aumenta rápidamente mientras que la presión y la temperatura disminuyen, aspirando más aire y creando un vacío en el lado de succión.

Normalmente se utilizan dos tipos de generadores de vacío para aplicaciones de recogida y colocación: generadores de una etapa y de varias etapas. Las bombas unitarias de una sola etapa son compactas, no generan calor, pero son ruidosas, proporcionan un rendimiento de caudal alto/vacío bajo o caudal bajo/vacío alto y consumen mucha energía de aire comprimido en funcionamiento.

Los generadores de etapas múltiples son mucho más silenciosos que los generadores de una etapa, disipan poco o nada de calor y funcionan de manera más eficiente. Sin embargo, las celdas de varios niveles cuestan más que las celdas de un solo nivel y son menos compactas.

Elija una bomba de vacío

Al elegir el tipo de bomba correcto para una aplicación específica, debe considerar el nivel de vacío, el flujo de vacío y la relación entre ellos (características de la bomba). Los factores que influyen ayudan en la elección de una bomba de vacío. El factor que influye es el producto del caudal (cantidad de aire de succión) y el grado de vacío.

Los factores de influencia de varias bombas se muestran en la figura. El grado de vacío está en la escala horizontal y el factor de influencia está en la escala vertical. Estos gráficos muestran qué tipo de bomba es más eficaz a un nivel de vacío específico. El máximo efecto de bombeo se logra en el valor máximo del efector. Si el consumo de energía es constante, la mayor eficiencia se alcanza en el mismo punto.

El generador de vacío tiene un consumo de energía constante a una presión de alimentación constante, y el consumo de energía varía con la carga de la bomba mecánica. Para los sistemas sellados, la capacidad de la bomba depende de qué tan rápido se pueda evacuar el sistema a un cierto grado de vacío. Esta capacidad se denomina tiempo de inactividad por bombeo y generalmente se mide en pies cúbicos estándar por minuto (scfm). Este valor se multiplica por el volumen del sistema para obtener el tiempo de evacuación para alcanzar el nivel de vacío deseado.

Este no es el caso de los sistemas no sellados, como el levantamiento de piezas de trabajo con superficies porosas. Para mantener el vacío requerido, la bomba debe tener la capacidad de eliminar las fugas de aire. Al establecer el flujo de fuga, es posible encontrar la bomba adecuada para una aplicación específica leyendo los datos de la bomba.

Si ocurre una fuga a través de un orificio conocido, se puede establecer el flujo. Se puede utilizar una prueba de bomba de vacío para establecer el flujo cuando se producen fugas a través de materiales porosos o de formas desconocidas. Se conecta la bomba al sistema y se lee el vacío obtenido.

ventosa

Las ventosas (ventosas) pueden levantar, mover y sostener objetos desde unas pocas onzas hasta cientos de libras. La ventosa se adhiere a la superficie porque la presión atmosférica circundante es mayor que la presión entre la ventosa y la superficie de la pieza de trabajo. La copa está conectada a una bomba de vacío por una manguera o tubería para crear una baja presión. Cuanto menor sea la presión (y mayor sea el vacío), mayor será la fuerza sobre la ventosa.

La fuerza de elevación requerida es una consideración clave al dimensionar la ventosa. Para determinar el tamaño correcto, use la ecuación de fuerza simple: F = P × A.

Debido a que generalmente se conoce el peso del objeto que se procesa y se requiere el diámetro (área) de la ventosa, se puede hacer una estimación aproximada utilizando una fórmula simplificada. También se debe considerar el factor de seguridad (generalmente dos) y el número de ventosas.

D = 1,64 (m × n)1/2 / (U × s)1/2

donde D = diámetro de la copa de succión, pulg.

m = masa, libras,

n = factor de seguridad, y

U = vacío, pulgadas de mercurio y

s = número de ventosas.

Deben evitarse los altos niveles de vacío de las ventosas. Un vacío profundo significa que la bomba tiene que trabajar más, con el correspondiente aumento del desgaste de las ventosas. Por ejemplo, aumentar el vacío de 18 pulg. Hg a 27 pulg. Hg aumenta la fuerza en 1,5. Sin embargo, para aumentar la sustentación en un 50% se requiere 10 veces la energía. Por lo tanto, generalmente es preferible usar un nivel de vacío más bajo con un área de superficie más grande que usar una copa más pequeña con un vacío más alto.

Tipos de ventosas

Hay una variedad de tipos de ventosas para elegir, cubriendo casi todas las aplicaciones. Aquí están los tipos de tazas con breves descripciones:

ventosa universal – Diseño simple para manipular objetos con superficies planas o ligeramente curvas.

Ventosa de fuelle corto ——Adecuado para ocasiones en las que es necesario ajustar el nivel. Varios fuelles cortos en un dispositivo de elevación pueden manejar objetos con diferencias de altura y formas diferentes. Los fuelles también proporcionan un ligero movimiento de elevación que se puede usar para separar artículos más delgados. Sin embargo, no es adecuado para elevación vertical.

Ventosa corrugada larga — La misma aplicación que los fuelles cortos, pero los fuelles largos pueden manejar mayores diferencias de nivel y proporcionar movimientos de elevación más prolongados. No es adecuado para vacío profundo y puede equiparse con anillos de refuerzo de poliamida para mayor estabilidad

lechón profundo — Para superficies curvas e irregulares. Incluso se levanta alrededor de las esquinas y los bordes, que normalmente no son adecuados para su uso en superficies planas.

Ventosa plana con férula — Para objetos planos como cartón, chapa y materiales porosos. La férula evita que los objetos se deformen sin ser absorbidos por la copa. Esta copa también proporciona una buena estabilidad ya que produce muy poco movimiento.

Ventosa plana con válvula — Cuando se conectan varias ventosas juntas en un sistema, el sistema puede romperse si la ventosa tiene fugas o no se levanta un objeto. Para evitar esto, cada ventosa puede tener una válvula que solo se abre cuando se presiona la ventosa contra el objeto. Esta función aumenta la seguridad y reduce el consumo de aire.

Ventosa con junta de goma de nido de abeja – Adecuado para superficies irregulares y rugosas como piedras u hormigón y losas de canal. Vienen en diferentes formas y tamaños: redondos, ovalados, cuadrados, largos y angostos, según el objeto que se procese.

Mueve la ventosa más pequeña — Particularmente adecuado para materiales delgados como papel y películas plásticas. Dentro del sello, la ventosa tiene un soporte ajustable que se puede configurar para permitir que el objeto quede completamente plano sin riesgo de deformación. El movimiento mínimo hace que estas copas sean adecuadas para aplicaciones que requieren un posicionamiento preciso.

El material de la ventosa se selecciona en base a los criterios de su aplicación en términos de resistencia al aceite, rango de temperatura, durabilidad y otros factores. Los materiales más típicos son la silicona, el nitrilo y el cloropreno. El nitrilo tiene buena durabilidad, el plástico tiene buena resistencia al aceite, la silicona tiene resistencia a altas y bajas temperaturas y el neopreno tiene alta durabilidad pero poca resistencia al aceite. También hay grados especiales disponibles para cumplir con la mayoría de los requisitos.

Accesorios, mangueras y tuberías

Los accesorios a menudo se consideran un producto básico, pero el rendimiento y el tamaño sin fugas son especialmente importantes para las aplicaciones de vacío. Las ventosas más simples tienen un accesorio de plástico para que las ventosas se puedan reemplazar fácilmente. Este accesorio es suficiente para manipular objetos más ligeros que no provocan esfuerzos de flexión en la ventosa. Sin embargo, estos accesorios no son adecuados para aplicaciones de alta temperatura o aceite.

Normalmente se elige un diámetro de manguera de vacío demasiado pequeño para reducir el volumen a evacuar. La estrategia es que cuantos menos volúmenes deban evacuarse, menor será el tiempo de evacuación. Lo que no se tiene en cuenta en este caso es el estrangulamiento o throttling del tráfico que a menudo resulta. En una aplicación típica de vacío con una bomba de tamaño adecuado, utilice ¼ de pulgada. La manguera ID hará que la aplicación sea más lenta que usar manguera de ½ pulg. Identifique la manguera.

El segundo factor a considerar es el tipo de manguera o tubería utilizada. Lo mejor es utilizar un producto de grado de vacío. No se deben usar tubos delgados de poliuretano porque las altas temperaturas (incluso la temperatura ambiente) pueden hacer que colapsen bajo el vacío, restringiendo el flujo. Si la aplicación permite el uso de tuberías, se debe dimensionar para que el vacío indique cero cuando la copa o el sistema esté abierto a la atmósfera.

Al restringir el flujo de vacío a través de la manguera, se restringe todo el sistema. Uno de los problemas más comunes en el diseño de sistemas es el tamaño incorrecto de la manguera, tubería o colector de vacío al que se conecta la manguera. Desafortunadamente, en la mayoría de los casos, las fallas del sistema se atribuyen a la bomba y se instala un tipo de bomba más grande o diferente, lo que resulta en un mayor costo y consumo de energía sin una mejora significativa en el rendimiento.

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