Tipos, ventajas y desventajas
Vacío en la industria de la madera (parte 1)
Vacío, ¿qué es realmente?
En carpintería, el vacío se utiliza principalmente para:
- Sujeción en máquina CNC
- Sujeción y transporte de materiales para manipulación
- Prensas de chapa y moldeo.
En el procesado de la madera, el vacío es utilizado para:
- Secado de maderas aserradas y de construcción
- Impregnación de madera.
El vacío se usa con mayor frecuencia para la sujeción por vacío en máquinas CNC y otros equipos de mecanizado. Aquí, la fuerza de sujeción del vacío se utiliza para sujetar de forma rápida y segura varios paneles o piezas de madera maciza durante el trabajo, sin dejar marcas de presión. Los equipos de manipulación y los robots de montaje también suelen obtener su fuerza de sujeción del vacío.
En términos puramente físicos, el vacío, también conocido como bajo presión, es un rango de presión en el que la presión es inferior a la presión atmosférica. La presión atmosférica al nivel del mar es de 1.013 milibares (mbar), pero disminuye constantemente en relación con la altitud (figura 1). Las condiciones meteorológicas también influyen en la presión atmosférica. En el contexto de la tecnología de vacío, simplificamos los cálculos redondeando la presión atmosférica o ambiental a 1.000 mbar. Las presiones inferiores a 1.000 mbar se denominan vacío o baja presión.
La unidad de presión más común para el vacío es el milibar (mbar), aunque según las normas, este rango de presión se supone indicado en Pascal (Pa). En la tecnología de vacío, asumimos presiones absolutas que teóricamente comienzan en 0 mbar y terminan en 1.000 mbar (= presión atmosférica). La industria de la madera en particular todavía usa a menudo bar, minus-bar (-bar) o la especificación de presión en porcentaje (%) (figura 2).
Fuerzas al sujetar con vacío
¿Sostendrá la pieza de trabajo? ¿Es suficiente el vacío o el rendimiento de la bomba de vacío es lo suficientemente fuerte? Estas son preguntas que todo el mundo se ha hecho, a más tardar cuando la herramienta giratoria se acerca a la pieza de trabajo sujeta.
Desde una perspectiva puramente teórica, la presión entre la pieza de trabajo y la mesa de trabajo, la superficie de apoyo o la ventosa, se reduce durante la sujeción extrayendo aire y generando vacío. La presión atmosférica ahora es más alta y presiona la pieza de trabajo sobre la mesa de mecanizado, por lo que la 'sujeta'.
La presión física se define como una fuerza que afecta un área específica. La presión es, por lo tanto, una función de la fuerza y el área (figura 3).
En la práctica esto significa: cuanto mayor sea la pieza de trabajo soportada, mayor será la fuerza de sujeción.
Esto se puede explicar mejor con un ejemplo: se coloca una tabla de madera maciza en la mesa de rejilla de la máquina CNC para su procesamiento y se crea un sello con una ventosa que se ajusta a las dimensiones de la tabla (figura 4). Una bomba de vacío extrae el aire entre la tabla y la mesa de rejilla dentro del área sellada.
Cálculos
- Presión atmosférica: 1.000 mbar
- Bomba de vacío (presión de trabajo): 200 mbar
- Dimensiones tabla de madera: 1.000 x 500 mm
- Diferencial de presión: 1.000 mbar – 200 mbar
- = 800 mbar
- = 80.000 Pa [N/m2]
- Superficie de apoyo = Superficie de sujeción: 1.000 x 500 mm
- = 500.000 mm2
- = 0,5 m2
- Fuerza de sujeción
- F = p x A
- F = 80.000 N/m2 x 0,5 m2
- = 40.000 N
- = 4.000 kg
Esto significa que el tablero de madera maciza con una superficie de 0,5 m2 es sujetado por vacío con una fuerza de sujeción de 40.000 N, lo que teóricamente corresponde a que el tablero presione sobre la mesa de mecanizado con un peso de 4 toneladas.
Si, en las mismas condiciones, se sujetara una de madera de 150 x 150 mm, la fuerza de sujeción sería F = 80.000 N/m2 x 0,0225 m2 = 1.800 N = 180 kg.
Ahora la pregunta es cuán poderosa debe ser la fuerza de sujeción para sujetar con seguridad una pieza de trabajo. Los cálculos de ejemplo muestran que la fuerza de sujeción para los materiales del panel con superficies grandes se puede evaluar de forma menos crítica que las piezas de madera más pequeñas o los materiales que son permeables al aire o que tienen superficies irregulares que provocan fugas.
En la práctica, la fuerza de sujeción necesaria es difícil de determinar porque se deben tener en cuenta diferentes factores como factores operativos o de sujeción, velocidades y direcciones de corte y avance, materiales y resistencia a la fricción, por lo que normalmente se utilizan reglas generales.
Diversas posibilidades de sujeción por vacío
Se hace una distinción esencial entre tres posibles procedimientos de sujeción por vacío:
- Tabla de cuadrícula
- Método de anidamiento (tecnología de succión)
- Consola de ventosas.
Parámetros de la tecnología de vacío
En principio, hay tres parámetros que deben tenerse en cuenta al seleccionar la tecnología de vacío más adecuada.
Presión máxima
La presión máxima indica el nivel de vacío más alto posible de la bomba de vacío o la presión negativa más baja.
Velocidad de bombeo
Se entiende por este, el volumen de aire que una bomba de vacío puede extraer en un tiempo determinado. La velocidad de bombeo está influenciada por la geometría (volumen) de la bomba de vacío y su velocidad. Cuanto mayor sea la velocidad de bombeo, más rápido se extrae el aire y se alcanza la presión máxima. Las altas velocidades de bombeo ayudan a compensar las fugas, por ejemplo, cuando se utiliza el método de anidamiento.
Consumo de energía
Las bombas de vacío mecánicas suelen ser accionadas por un motor eléctrico. Según el principio de construcción y el factor de eficiencia, las bombas de vacío consumen diferentes cantidades de energía. Para lograr la mayor eficiencia energética posible, es importante seleccionar una bomba de vacío que produzca el rendimiento necesario con respecto a la presión final y la velocidad de bombeo y, al mismo tiempo, tenga el menor requerimiento de energía posible.
Los tres parámetros dependen unos de otros. En primer lugar, la velocidad de bombeo disminuye a medida que la bomba de vacío se acerca a alcanzar la presión final (figura 4). En segundo lugar, el requerimiento de energía de una bomba de vacío es más bajo en un cierto punto de operación.
Diseñar la generación de vacío a la perfección es difícil, por lo que siempre recomendamos consultar a un especialista en vacío.
En la segunda parte de la serie ‘Vacío en la industria de la madera’, veremos más de cerca los diferentes tipos de generación de vacío.
