cálculo de las ventosas

Transcripción

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
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.
¿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.
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
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
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
Ejemplo de fuerzas en ventosas planas SPU
Ejemplo de fuerzas en ventosas ovaladas SGON
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 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.
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
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
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.
*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
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
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)
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 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
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.
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
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
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:
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
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
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
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
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
Generador de
vacío
Conexiones
Ventosas
Elementos
de montaje
FORMAS DE PRODUCIR EL VACÍO
Eléctrico
Bombas
Neumático
Soplantes
Eyectores
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.
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.
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.
¿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
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.
Prestaciones de los generadores de vacío MICRO Serie GVS
Prestaciones de los generadores de vacío Serie SEG
Prestaciones de los generadores de vacío Serie SEM
Prestaciones de los generadores de vacío Serie VR
Prestaciones de los generadores de vacío Serie VR
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
¡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)
¡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
Variantes:
SXP-...-Q-M12 GP2
SXMP-...-H-M12
GP2 quick change plate
SXMP-...-H-M12
change of silencer
Variantes:
SXMP-...-H, vacuum port
SXMP-...-H, compressed air
port
SXP/SXMP with M12 8pin
¡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
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
CONEXIONES
Bus - system
Opciones:
Direct connection for single ejector
Direct connection 2 to 6 ejectors (block)
Systems:
ASI
Profibus
Interbus
DeviceNet
CANopen
Ethernet
Generador de
vacío
Accesorios
Ventosas
Elementos
de montaje
ACCESORIOS DE UN SISTEMA DE VACÍO
1.
2.
3.
4.
Tubos
Filtros de vacío
Distribuidor de vacío
Conectores
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.
Ejemplo de dimensionado de tuberías
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
Datos técnicos de filtro Serie VFT
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
Datos técnicos
Conectores
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
Elección de materiales y color de identificación
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.

cálculo de las ventosas

Transcripción

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