Vacío
La palabra vácuo, originaria del latin "Vacuus", significa vacio. Entretanto, podemos definir técnicamente que un sistema que se encuentra en vacío es, cuando el mismo está sometido a una presión inferior a la presión atmosférica. Utilizando el mismo razonamiento aplicado anteriormente para ilustrar como es generada la presión dentro de un recipiente cilíndrico lleno de aire, si aplicarmos una fuerza contraria en la tapa móvil del recipiente, en su interior tendremos como resultado una presión negativa, y esto es, inferior a la presión atmosférica externa. Ese principio es utilizado por la mayoría de las bombas de vacío encontradas en el mercado donde, por medio del movimiento de piezas mecánicas especialmente construidas para esa finalidad, se procura retirar el aire atmosférico presente en un tanque o tubería, creando en su interior un "vacío", o sea, una presión atmosférica externa.
Un aspirador de polvo casero, por ejemplo, funciona a partir de ese principio. Cuando conectamos el aspirador a una bomba de vacío accionada por un motor eléctrico retira el aire atmosférico presente en el interior de la malla flexible, expulsándolo por la salida evacuadora. De esa manera, se genera una presión negativa en la entrada del aspirador, de modo que la presión atmosférica del ambiente, siendo mayor que el vacío parcial generado en la manguera, entra por la tubería, llevando con ella las partículas sólidas próximas de la extremidad de la manguera. Esas partículas son entonces detenidas dentro del aspirador, el cual permite que apenas el aire salga por el pórtico de escape. La figura siguiente demuestra el funcionamiento esquemático de un aspirador de polvo que, por medio de la técnica del vacío, genera un flujo continuo de aire para captar y retener las partículas sólidas presentes en la superficie expuestas a la presión atmosférica.
Efecto Venturi
para aplicaciones industriales, existen otras formas más simples y económicas de ser obtenido un vacío, además de las bombas ya mencionadas. Una de ellas es la utilización del principio de Venturi.
La técnica consiste en hacer fluir el aire comprimido por un tubo en el cual un embudo montado en su interior, provoca un estrangulamiento al paso del aire. El aire que fluye por el tubo, al encontrar la restricción, tiene su flujo aumentado debido al paso reducido. El aumento del flujo del aire comprimido, en el estrangulamiento, provoca una sensible caída de presión en la región.
Un orificio externo, construído estratégicamente en la región restringida del tubo, sufrirá entonces una depresión provocada por el paso del aire comprimido por el estrangulamiento. Eso significa que tenemos un vacío parcial dentro del orificio que, unido a la atmósfera, hará que el aire atmosférico, cuya presiónes mayor penetre en el orificio en dirección a la gran masa de aire que fluirá por la restricción. La figura siguiente ilustra como es generado un vacío por el principio de VenturiOtra forma muy utilizada para obtener vacío es por medio de la técnica de inyector de aire, una derivación de efecto Venturi visto arriba.
En esa técnica, se presuriza una punta del inyector con aire comprimido y, en las proximidades del pórtico de descarga hacia la atmósfera, se construye un orificio lateral perpendicular al paso del flujo de aire por el inyector.
El aire comprimido, fluyendo a gran velocidad por el inyector, provoca un vacío parcial en el orificio lateral que, conectado a la atmósfera, hará que el aire atmosférico penetre por él en dirección a la masa de aire que fluye por el inyector. La próxima figura ilustra esquemáticamente el funcionamiento de la punta del inyector y el vacío parcial generado en el orificio lateral. Partiendo de ese principio, si una ventosa flexible fuera montada en el pórtico de vacío parcial A, al aproximarla de un cuerpo cualquiera, de superficie lisa, la presión atmosférica, actuando en el lado externo de la ventosa, hará que la misma se prenda por succión a la superficie del cuerpo.
Se considera que entre la ventosa y la superficie del cuerpo hay un vacío parcial cuya presión es menor que la de la atmósfera, la ventosa permanecerá presa en la superficie del cuerpo por la acción de la presión atmosférica, en cuanto haya vacío, o sea, durante el tiempo en que fuera mantenido el flujo de aire comprimido de P hacia R. Esa técnica, conocida como tecnologia de vacío, va creciendo día tras día en la indústria, tanto en la manipulación de piezas como en al transporte de materiales que serán trabajados.
Sea cual sea la aplicación, en el proyecto de un sistema de vacío, es importante que sean observados los siguientes aspectos:
- El efecto del ambiente sobre los componentes del sistema;
- Las fuerzas necesarias para el movimiento de las piezas o materiales;
- El tiempo de respuesta del sistema;
- La permeabilidad de los materiales a ser manipulados o transportados;
- El modo como las piezas o materiales serán fijados;
- La distancia entre los componentes;
- Los costos involucrados en la ejecución es importante destacar, aún, que la aplicación segura de esa tecnología depende del dimensionamiento correcto de las ventosas y los generadores de vacío, en función del formato y del peso de los cuerpos a ser manipulados o transportados, así como el proyecto exacto de los circuitos neumáticos y electro neumáticos que comandarán todo el sistema de vacío. Con relación a la selección carreta de los componentes a ser emplea dos en un sistema de vacío, se debe considerar, de un modo general, la siguiente secuencia:
- El tipo, o tamaño y el posicionamiento de las ventosas;
- El modelo ideal del 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 las ventosas y accesorios.
Todos esos componentes, así como sus aspectos constructivos, de dimensionamiento y de funcionamiento, serán abordados en detalles en los capítulos siguientes, de manera que proporcione todos los suministros necesarios al proyecto de un sistema de vacío eficiente y seguro.
Elementos Generadores de Vacío
Los generadores de vacío encontrados con mayor frecuencia en la industria, en sistemas de fijación y movimiento de cargas, son elementos neumáticos que, se utilizan por efecto Venturi, emplean una punta del sector de aire comprimido capaz de producir vacío, conforme está demostrado en el capítulo 2 de estemanual. El aire comprimido, fluye a gran velocidad por el inyector, provoca un vacío parcial en el orificio lateral que, conectado a la atmósfera, hará que el aire atmosférico penetre por él en dirección a la masa de aire que fluye por el inyector. Partiendo de ese principio, si una ventosa flexible fuera montada en el pórtico de vacío parcial A, al aproximarla de un cuerpo cualquiera, de superficie lisa, la presión atmosférica, actuando en el lado de la ventosa, hará que la misma se prenda por succión a la superficie del cuerpo.
Se considera que entre la ventosa y la superficie del cuerpo hay un vacío parcial cuya presión es menor que la de la atmósfera, la ventosa permanecerá presa a la superficie del cuerpo por la acción de la presión atmosférica, en cuanto hay vacío, o sea, durante el tiempo en que fuera mantenido el flujo de aire comprimido de P hacia R.
Existen muchos tipos de elementos generadores neumáticos de vacío. Sin embargo, sus características constructivas varían de acuerdo con los diferentes fabricantes, todos funcionan básicamente dentro del mismo principio de Venturi.
Capacidad de Concepción de Vacío
La característica principal a ser observada en la selección de un elemento generador neumático de vacío, para la realización de un trabajo específico, es la capacidad de producir vacío a una determinada presión y en un período de tiempo predeterminado.
La tabla a seguir presenta las relaciones entre consumo de aire comprimido y tiempos de evacuación de los principales modelos y tamaños de elementos generadores neumáticos de vacío disponibles en el mercado, trabajando a una presión de 4 bar:
Tabla de Tiempos para Formación de 75% de Vacío en un Recipiente de 1 LitroIndependientemente del tamaño del elemento generador neumático de vacío, todos tienen la capacidad de crear teóricamente el mismo nivel de vacío. Entretanto, en la práctica, un generador de mayor apariencia es capaz de realizar la misma operación de uno pequeño en un espacio de tiempo menor, como puede ser observado en la tabla. Por tanto, en la selección de un elemento generador neumático de vacío es importante considerar el volumen total de las ventosas en el sistema, teniendo como referencia los tiempos para alcanzar el vacío deseado.
Serán representadas para seguir las características de funcionamiento de los principales tipos de Independientemente del tamaño del elemento generador neumático de vacío, todos tienen la capacidad de crear teóricamente el mismo nivel de vacío. Entretanto, en la práctica, un generador de mayor apariencia es capaz de realizar la misma operación de uno pequeño en un espacio de tiempo menor, como puede ser observado en la tabla.
Por tanto, en la selección de un elemento generador neumático de vacío es importante considerar el volumen total de las ventosas en el sistema, teniendo como referencia los tiempos para alcanzar el vacío deseado.
Serán representadas para seguir las características de funcionamiento de los principales tipos de elementos generadores neumáticos de vacío encontrados en la automatización industrial, desde los constructivamente simples hasta los más sofisticados, con válvulas de comando y control incorporadas.
Generadores de Vacío Compactos
El elemento generador de vacío compacto se caracteriza por sus dimensiones reducidas, permitiendo el montaje directamente sobre la ventosa.
Su consumo de aire comprimido es de orden de 20
lpm y su tiempo de evacuación de un recipiente de 1 litro de capacidad, con 75% de vacío, es de aproximadamente 9 segundos, conforme a los valores extraídos de la tabla anterior. Este modelo en particular es fabricado en metal y posee una punta adaptada para conexión directa con la manguera de aire comprimido, en el pórtico de entrada P.
Ventosas
Las dos técnicas más comunes empleadas para la fijación y levantamiento de piezas o materiales, en la industria, son las garras mecánicas y las ventosas, las cuales se aprovechan del vacío para realizar el trabajo. El empleo de garras mecánicas ofrece, como ventaja principal, la facilidad en la determinación de las fuerzas necesarias para la fijación y sustentación de cargas. Entretanto, si el material de carga a ser fijada fuera frágil o presentara dimensiones variadas, las garras podrían dañar la carga o provocar marcas indeseables en el acabado de las superficies de las piezas a ser manipuladas o transportadas. Casos desagradable como estos ocurren cuando las garras, por un error de proyecto, son mal dimensionadas.
Independientemente del tamaño del elemento generador neumático de vacío, todos tienen la capacidad de crear teóricamente el mismo nivel de vacío. Entretanto, en la práctica, un generador de mayor apariencia es capaz de realizar la misma operación de uno pequeño en un espacio de tiempo menor, como puede ser observado en la tabla.
Por tanto, en la selección de un elemento generador neumático de vacío es importante considerar el volumen total de las ventosas en el sistema, teniendo como referencia los tiempos para alcanzar el vacío deseado.
Serán representadas para seguir las características de funcionamiento de los principales tipos de elementos generadores neumáticos de vacío encontrados en la automatización industrial, desde los constructivamente simples hasta los más sofisticados, con válvulas de comando y control incorporadas.
Generadores de Vacío Compactos
El elemento generador de vacío compacto se caracteriza por sus dimensiones reducidas, permitiendo el montaje directamente sobre la ventosa.
Su consumo de aire comprimido es de orden de 20
lpm y su tiempo de evacuación de un recipiente de 1 litro de capacidad, con 75% de vacío, es de aproximadamente 9 segundos, conforme a los valores extraídos de la tabla anterior.
Además de eso, los sistemas mecánicos de fijación por garras presentan, en la mayoría de las veces, costos elevados de construcción, instalación y mantenimiento.
Las ventosas, a su vez, además de nunca dañar las cargas durante el proceso de manipulación o de movimiento de las mismas, presentam innumerables ventajas si se comparan a los sistemas de fijación por garras. Entre ellas se destacan la mayor velocidad de operación, el aumento de la productividad; la facilidad y rapidez en las reparaciones, reduce los tiempos de parada para el mantenimiento y los bajos costos de adquisición de los componentes e instalación.
De acuerdo con lo que fue demostrado en el capítulo anterior, es la acción de la presión atmosférica la que presiona y fija la ventosa contra la superficie de la carga a ser movida, en cuanto hay vacío en el interior de la ventosa. De esa manera, para que se pueda tener la menor área de succión posible, es necesario que sea
Simbologia
P R
A
Salida hacia la
atmósfera
Entrada de aire
comprimido
Linea de Vacío
utilizado el mayor nivel de vacío disponible en el sistema. Experiencias demuestran que el nivel ideal de vacío para trabajos seguros de fijación y transporte de cargas por medio de ventosas está alrededor de 75% de vacío absoluto, o corresponde a una presión negativa de -0,75 Kgf/cm2.
La tabla a seguir establece relaciones entre los diámetros de las ventosas y las capacidades de levantamiento de cargas. Observe que las ventosas presentan mayor eficiencia en la conservación de cargas con superficies horizontales, comparadas a las verticales.
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