Tradicionalmente, cuando se analizan los sistemas neumáticos se consideran todos aquellos dispositivos que tienen como principio de funcionamiento el aprovechar la energía del aire a presión. En esta nota técnica, haremos hincapié en aquellos sistemas que funcionan mediante la técnica del vacío,o sea, manipulación de objetos aprovechando la generación de una presión inferior a la atmosférica.
Cuando se tiene la necesidad de manipular objetos frágiles o de difícil agarre, a menudo no hay otra opción que recurrir a un sistema de vacío. Tal es el caso de elementos de cristal, cartón o planchas metálicas,como pueden ser botellas, cajas o chapas de carrocería para automóviles, respectivamente. El dispositivo final de todo sistema de vacío de manipulación es la ventosa, en el interior de la cual se generará el vacío necesario para provocar la succión del objeto y, consecuentemente, su agarre.
A continuación se describirán los distintos tipos de dispositivos para generar vacío que se usan en estas aplicaciones, así como los principales tipos de ventosas que se pueden encontrar en el mercado. Asimismo, se intentará dar ciertas pautas para facilitar la elección de estos componentes, pues la difusión de documentación y su estandarización está lejos de lo alcanzado en sistemas neumáticos convencionales.
Naturaleza del vacío: La palabra "vacío" se utiliza para describir un gran abanico de condiciones. Por un lado, hace referencia a la ausencia de materia, o más concretamente al espacio en el cual están ausentes tanto el aire como otros gases. Por otro lado,"vacío" es cualquier presión de aire, o gas, inferior a la presión presente en el ambiente, concretamente, cualquier presión inferior a la presión atmosférica.
Un ejemplo de las condiciones según la primera definición sería el espacio intergaláctico. Ejemplos que hacen referencia a la segunda definición serían las presiones del interior de una aspiradora, del sorbete utilizado para beber o de los sistemas de ventosas que nos ocupan.
Generación de vacío : La generación de vacío para uso de manipulación industrial, donde los grados de vacío requeridos no son muy elevados comparados con otras aplicaciones, se realiza mediante bombas de vacío y eyectores. En cuanto a las bombas de vacío, a menudo se utilizan indistintamente como compresores o como generadores de vacío, según si se desea presurizar un volumen cerrado en la impulsión o despresurizarlo en la aspiración respectivamente. Del mismo modo que los compresores tradicionales, las bombas de vacío pueden ser dinámicas (centrífugas) o volumétricas (de desplazamiento volumétrico).
Bombas de vacío dinámicas:
Bomba Roots : Cuando son necesarias grandes velocidades de bombeo, con vacíos hasta presiones absolutas de 10 mbar, las bombas de lóbulos son una buena alternativa. En la figura adjunta se muestra su funcionamiento con dos lóbulos. Este tipo de configuración difícilmente puede usarse como compresores y bombas de vacío indistintamente, debido a su bajo rendimiento en ciertos intervalos de funcionamiento, al ruido que generan y a la necesidad de refrigeración debido a la mala evacuación del calor cuando se usan como compresores. Como bombas de alto vacío, estos problemas no son tan representativos.
Debido a solicitaciones mecánicas y otras dificultades, a menudo se coloca una válvula que limita la diferencia de presión entre la cámara de depresión y la de presión. Dependiendo del volumen donde se desea realizar el vacío y del tiempo de evacuación necesario, es usual el montaje junto a la bomba roots de una bomba auxiliar que despresuriza inicialmente el volumen aspirado, para a continuación ponerse en marcha la bomba Roots para conseguir vacíos más elevados,donde su capacidad de aspiración mejora considerablemente. De este modo, se pueden conseguir muy altos grados de vacío sin la necesidad de grandes motores y sin la generación del alto ruido característico de las bombas Roots de gran potencia.
Otras bombas: Evidentemente, estos no son los únicos diseños de bombas de vacío. Siempre que hablemos de bombas de desplazamiento volumétrico se tienen que considerar las bombas de pistones, de tornillo y las de engranaje, aunque estas configuraciones no sean tan usuales como las bombas de paletas. Para aplicaciones donde el nivel sonoro tenga que ser muy bajo, se desarrollan bombas especiales, por ejemplo de membrana, cuyo funcionamiento genera un ruido inferior a 30 dBA.
Fin entrega I
Miguef Torrent
Universidad Politécnica de Cataluña
Naturaleza del vacío: La palabra "vacío" se utiliza para describir un gran abanico de condiciones. Por un lado, hace referencia a la ausencia de materia, o más concretamente al espacio en el cual están ausentes tanto el aire como otros gases. Por otro lado,"vacío" es cualquier presión de aire, o gas, inferior a la presión presente en el ambiente, concretamente, cualquier presión inferior a la presión atmosférica.
Un ejemplo de las condiciones según la primera definición sería el espacio intergaláctico. Ejemplos que hacen referencia a la segunda definición serían las presiones del interior de una aspiradora, del sorbete utilizado para beber o de los sistemas de ventosas que nos ocupan.
Generación de vacío : La generación de vacío para uso de manipulación industrial, donde los grados de vacío requeridos no son muy elevados comparados con otras aplicaciones, se realiza mediante bombas de vacío y eyectores. En cuanto a las bombas de vacío, a menudo se utilizan indistintamente como compresores o como generadores de vacío, según si se desea presurizar un volumen cerrado en la impulsión o despresurizarlo en la aspiración respectivamente. Del mismo modo que los compresores tradicionales, las bombas de vacío pueden ser dinámicas (centrífugas) o volumétricas (de desplazamiento volumétrico).
Bombas de vacío dinámicas:
En las bombas de vacío dinámicas (o turbinas de vacío), se hace girar el rotor de la bomba, de manera que al aire en contacto con los alabes del rodete se le comunica suficiente velocidad para ser transportado hacia el exterior debido a la fuerza centrífuga. En la cámara espiral exterior, esta velocidad disminuye al aumentar la sección de paso, con lo cual, a la salida de la bomba, la presión es máxima. Si la presión en este punto es la atmosférica, debido a una impedancia nula a la salida de la bomba, el caudal desalojado por la unidad depende únicamente de la depresión en el conducto de aspiración. Este trasiego de aire desde un volumen cerrado a la atmósfera conlleva la generación de vacío. Estas bombas son muy adecuadas para desalojar grandes caudales (1003000 m3/h) con vacíos no muy elevados (250 mbar de presión absoluta). Al no disponer de partes metálicas en contacto susceptibles al desgaste, precisan un mantenimiento mínimo, siendo muy resistentes a la suciedad que pudiera entrar en su interior.
Sus aplicaciones típicas son las campanas de aspiración, no siendo muy aconsejables en aplicaciones de manipulación, a no ser que se trate de succionar materiales altamente porosos, con la necesidad de asociar una depresión media a un alto caudal aspirado.
Bombas de vacío volumétricas:
Otro principio básico muy utilizado en el trasiego de fluidos es el desplazamiento volumétrico positivo. Estas bombas son más aptas para las aplicaciones que estamos analizando, ya que el grado de vacío alcanzado es superior al alcanzado en bombas centrífugas. Generalmente, se utilizan en sistemas de vacío centralizados, donde puede haber múltiples puntos de toma de vacío, siendo una alternativa a tener en cuenta en los sistemas donde hay múltiples eyectores para una o pocas ventosas. De bombas volumétricas existen múltiples configuraciones, de las cuales únicamente se realizará un análisis del funcionamiento de las más usuales en sistemas de manipulación. Todas estas bombas basan su funcionamiento en una progresiva variación del volumen de aire atrapado durante el giro del eje de entrada, generándose consecuentemente una variación de la presión.
Otro principio básico muy utilizado en el trasiego de fluidos es el desplazamiento volumétrico positivo. Estas bombas son más aptas para las aplicaciones que estamos analizando, ya que el grado de vacío alcanzado es superior al alcanzado en bombas centrífugas. Generalmente, se utilizan en sistemas de vacío centralizados, donde puede haber múltiples puntos de toma de vacío, siendo una alternativa a tener en cuenta en los sistemas donde hay múltiples eyectores para una o pocas ventosas. De bombas volumétricas existen múltiples configuraciones, de las cuales únicamente se realizará un análisis del funcionamiento de las más usuales en sistemas de manipulación. Todas estas bombas basan su funcionamiento en una progresiva variación del volumen de aire atrapado durante el giro del eje de entrada, generándose consecuentemente una variación de la presión.
Bomba de paletas: En este tipo de bombas la variación del volumen de aire aspirado se debe a la excentricidad del rotor respecto a su alojamiento. El rotor lleva incorporadas diversas paletas,de manera que durante el giro, la fuerza centrfíuga hace que se adhieran a la periferia de la carcasa, logrando un volumen variable entre dos paletas, el máximo volumen se consigue durante la aspiración, de manera que al variar el volumen de esta cámara, la presión en su interior va aumentando hasta encontrar la presión máxima en el conducto de impulsión. En la bomba de vacío la presión en la aspiración ira disminuyendo a medida que desalojamos aire, mientras que la presión en la impulsión se corresponde con la atmosférica. Con este tipo de bombas, según su diseño y tamaño, se pueden conseguir presiones de hasta 0.5 mbar de presión absoluta, con caudales de 3 a 1500 m3/h. Estos valores las hacen muy aptas para ser usadas en sistemas de ventosas o en la conservación de alimentos bajo vacío. Este tipo de bombas se pueden fabricar sin necesidad de lubricación utilizan dos paletas de carbono o material autolubrificante, con las consecuentes ventajas de mantenimiento reducido y de contaminación del aire con vapores no deseados en ciertas aplicaciones.Generalmente en bombasde estas características el grado de vacío es ligeramente inferior.
Bomba Roots : Cuando son necesarias grandes velocidades de bombeo, con vacíos hasta presiones absolutas de 10 mbar, las bombas de lóbulos son una buena alternativa. En la figura adjunta se muestra su funcionamiento con dos lóbulos. Este tipo de configuración difícilmente puede usarse como compresores y bombas de vacío indistintamente, debido a su bajo rendimiento en ciertos intervalos de funcionamiento, al ruido que generan y a la necesidad de refrigeración debido a la mala evacuación del calor cuando se usan como compresores. Como bombas de alto vacío, estos problemas no son tan representativos.Debido a solicitaciones mecánicas y otras dificultades, a menudo se coloca una válvula que limita la diferencia de presión entre la cámara de depresión y la de presión. Dependiendo del volumen donde se desea realizar el vacío y del tiempo de evacuación necesario, es usual el montaje junto a la bomba roots de una bomba auxiliar que despresuriza inicialmente el volumen aspirado, para a continuación ponerse en marcha la bomba Roots para conseguir vacíos más elevados,donde su capacidad de aspiración mejora considerablemente. De este modo, se pueden conseguir muy altos grados de vacío sin la necesidad de grandes motores y sin la generación del alto ruido característico de las bombas Roots de gran potencia.
Otras bombas: Evidentemente, estos no son los únicos diseños de bombas de vacío. Siempre que hablemos de bombas de desplazamiento volumétrico se tienen que considerar las bombas de pistones, de tornillo y las de engranaje, aunque estas configuraciones no sean tan usuales como las bombas de paletas. Para aplicaciones donde el nivel sonoro tenga que ser muy bajo, se desarrollan bombas especiales, por ejemplo de membrana, cuyo funcionamiento genera un ruido inferior a 30 dBA.
Fin entrega I
Miguef Torrent
Universidad Politécnica de Cataluña
