calculo de ventosas

Tecnologia do Vácuo

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3. VENTOSAS

As duas técnicas mais comuns empregadas para fixação e levantamento de peças ou materiais, na

indústria, são as garras mecânicas e as ventosas as quais utilizam-se do vácuo para realizar trabalho.

O emprego de garras mecânicas oferece, como vantagem principal, a facilidade na determinação

das forças necessárias para fixação e sustentação de cargas. Entretanto, se o material da carga a ser

fixada for frágil ou apresentar dimensões variáveis, as garras poderão danificar a carga ou provocar

marcas indesejáveis no acabamento das superfícies das peças a serem manipuladas ou transportadas.

Fatos desagradáveis como esses ocorrem, também, nos casos em que as garras, por um erro de projeto,

são mal dimensionadas. Além disso, os sistemas mecânicos de fixação por garras apresentam, na

maioria das vezes, custos elevados de construção, instalação e manutenção.

As ventosas, por sua vez, além de nunca danificarem as cargas durante o processo de

manipulação ou de movimentação das mesmas, apresentam inúmeras vantagens se comparadas aos

sistemas mecânicos de fixação por garras. Entre elas destacam-se a maior velocidade de operação, fato

que aumenta a produtividade; a facilidade e a rapidez nos reparos, aspecto que reduz os tempos de

parada para manutenção; e os baixos custos de aquisição dos componentes e de instalação.

De acordo com o que foi demonstrado no capítulo anterior, é a ação da pressão atmosférica que

pressiona e fixa a ventosa contra a superfície da carga a ser movimentada, enquanto houver vácuo no

interior da ventosa. Dessa forma, para que se possa ter a menor área de sucção possível, é necessário

que seja utilizado o maior nível de vácuo disponível no sistema. Experiências demonstram que o nível

ideal de vácuo para trabalhos seguros de fixação e transporte de cargas por meio de ventosas está em

torno de 75% do vácuo absoluto, o que corresponde a uma pressão negativa de – 0,75 Kgf/cm².

A tabela, a seguir, estabelece relações entre os diâmetros das ventosas e as capacidades de

levantamento de cargas. Observe que as ventosas apresentam maior eficiência na sustentação de cargas

com superfícies horizontais, comparadas às verticais.


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Tabela de Capacidade de Carga para Ventosas Planas a 75% de Vácuo

Forças de Levantamento Superfície Horizontal Superfície Vertical

∅∅∅∅ da Ventosa em mm

Área em cm²

em N em Kgf em N em Kgf 5,0 0,19 0,69 0,071 0,35 0,036 10,0 0,78 2,86 0,292 1,43 0,146 15,0 1,76 6,47 0,66 3,23 0,33 20,0 3,14 11,54 1,177 5,76 0,588 25,0 4,90 18,02 1,837 9,00 0,918 30,0 7,06 25,96 2,647 12,97 1,323 35,0 9,61 35,34 3,603 17,66 1,801 40,0 12,56 46,20 4,71 23,05 2,35 45,0 15,89 58,44 5,958 29,22 2,979 50,0 19,62 72,17 7,357 36,08 3,678 55,0 23,74 87,32 8,902 43,66 4,451 60,0 28,26 103,95 10,597 51,97 5,298 65,0 33,16 121,98 12,435 60,98 6,217 70,0 38,46 141,47 14,422 70,73 7,211 75,0 44,15 162,41 16,556 81,20 8,278 80,0 50,24 184,82 18,84 92,41 9,42 85,0 56,71 208,61 21,266 104,30 10,633 90,0 63,58 233,89 23,842 116,94 11,921 95,0 70,84 260,60 26,565 130,29 13,282 100,0 78,54 288,92 29,452 144,46 14,726 120,0 113,04 415,84 42,39 207,92 21,195 150,0 176,62 649,73 66,232 324,86 33,116 200,0 314,00 1155,12 117,75 577,56 58,875 300,0 706,86 2600,35 265,072 1300,17 132,536

Uma ventosa de 40 mm de diâmetro, por exemplo, apresenta uma força de levantamento de 4,709

Kgf se a carga possuir uma superfície horizontal. Em contrapartida, se a carga for erguida por meio de

uma superfície vertical, a mesma ventosa tem uma força de levantamento de apenas 2,354 Kgf.

Essa redução da força de levantamento, no caso de uma superfície vertical, ocorre porque apenas

a força de atrito é aplicada na sustentação da carga. Por essa razão, as ventosas com luvas de atrito são

as mais recomendadas para aplicação em superfícies verticais.

É importante destacar que os valores definidos na tabela, para o levantamento de superfícies

verticais, foram calculados tomando-se como referência chapas de aço secas. Assim sendo, a força de

levantamento real para cada situação dependerá do atrito oferecido pela superfície do material a ser

movimentado.


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Para os cálculos das forças de levantamento apresentados na tabela, foi utilizada a seguinte

fórmula:

Onde:

Fl = força de levantamento em Kgf

P = pressão absoluta do vácuo a 75% (0,75 Kgf/cm²)

A = área da ventosa em cm²

ca = coeficiente de atrito

fs = fator de segurança = 2

As ventosas são fabricadas em diferentes perfis, diversos tamanhos e utilizando vários tipos de

materiais, dependendo do formato e da porosidade da peça a ser movimentada. Basicamente, as

ventosas são classificadas em 3 tipos principais: ventosa padrão, ventosa com fole e caixa de sucção.

Ventosa Padrão

O tipo mais comum de ventosa, utilizado na fixação e transporte de cargas que apresentam

superfícies planas ou ligeiramente curvas, é a ventosa padrão.

fscaAPFl ⋅⋅

=

= 1 para superfícies horizontais

= 0,5 para superfícies verticais


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A ventosa padrão é produzida com diferentes formas que variam de acordo com sua aplicação. O

tamanho, o tipo de material, as abas simples ou duplas para vedação, as luvas de atrito e as molas de

reforço são algumas características que podem se alterar na fabricação da ventosa.

As nervuras internas propiciam um atrito adicional que melhoram o desempenho da ventosa,

quando utilizada no transporte de cargas por meio de superfícies verticais.

As ventosas de abas duplas aumentam consideravelmente a segurança durante o transporte de

cargas, levando-se em conta que a aba de vedação externa é acionada nos casos de sobrecarga. Além

disso, as abas duplas proporcionam maior proteção contra o desgaste da ventosa.


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Ventosa com Fole

Este tipo de ventosa foi projetada especialmente para aplicações em que as cargas a serem

movimentadas apresentam alturas diferentes ou superfícies ligeiramente inclinadas. As ventosas com

fole podem ser utilizadas, também, em sistemas de levantamento de peças com diversos planos e

diferentes formas, oferecendo, dessa forma, maior flexibilidade ao sistema.

Este tipo de ventosa também pode ser encontrada com fole simples ou duplo, dependendo da

aplicação. Geralmente, as ventosas com fole são empregadas para separar películas finas e,

principalmente, em situações em que a peça a ser movimentada não pode ser comprimida, com o risco

de danificar-se.

É importante ressaltar que as ventosas com fole não são adequadas na movimentação de cargas

por meio de superfícies verticais, a não ser nos casos de peças finas e muito leves.


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Caixa de Sucção

As caixas de sucção, ao contrário dos outros tipos de ventosa que geralmente são circulares,

apresentam um perfil oval, quadrado ou retangular, dependendo do formato da peça a ser

movimentada. Esses perfis oferecem uma vedação efetiva, proporcionando mais força durante o

transporte e grande estabilidade na movimentação de peças finas e estreitas. Normalmente, utilizam-se

as caixas de sucção no manuseio de materiais longos, estreitos e planos ou ligeiramente curvos. O

emprego das caixas de sucção estende-se, também, no transporte de peças que apresentam superfícies

ásperas ou abrasivas.

As caixas de sucção são constituídas de uma placa de montagem fabricada em alumínio e

revestida de borracha nitrílica (Buna-N). Ao contrário dos outros tipos de ventosa que geralmente são

fixadas pela própria conexão, as caixas de sucção são presas ao sistema de movimentação de cargas por

meio de furos roscados, distribuídos na face superior da placa de montagem.


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Devido à forma de fixação das caixas de sucção ao sistema de movimentação de cargas, deve-se

proteger a placa de montagem das forças de torção por meio de juntas articuladas.

Materiais Utilizados na Fabricação de Ventosas

As ventosas, comumente encontradas na indústria, são produzidas em neoprene, silicone ou

borracha nitrílica, dependendo do material da carga a ser movimentada, das condições do ambiente e da

temperatura de trabalho.

As de neoprene são as mais utilizadas em diversos tipos de aplicações e suportam temperaturas

de até 70°C. As de silicone são encontradas principalmente na movimentação de produtos frágeis e na

indústria alimentícia, suportando temperaturas de até 200°C. As de borracha nitrílica, por sua vez, são

recomendadas para utilização em ambientes expostos à ação de óleos minerais, apresentando

desempenho satisfatório à temperaturas de até 100°C.

Pode-se encontrar, também, ventosas fabricadas em plástico rígido, conhecido no mercado como

termoplástico, resistente a óleos vegetais ou minerais e graxas a base de lítio ou silicone. As ventosas

de termoplástico oferecem, ainda, alta resistência aos efeitos do tempo, ozônio e raios ultravioleta,

sendo aplicadas especialmente na movimentação de chapas metálicas utilizadas em estamparias.

Seleção e Montagem das Ventosas

A determinação do perfil, do tamanho e do número de ventosas a serem utilizadas na fixação,

manipulação ou transporte de cargas, bem como a distribuição das ventosas ao longo da peça a ser

movimentada, depende dos seguintes fatores:

- tipo do material a ser transportado,

- superfície horizontal ou vertical pela qual a carga será erguida,

- formato e peso da peça,

- condições ambientais e de operação.


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Quanto ao tipo do material a ser transportado, é importante conhecer se o produto é poroso ou

não poroso. Para movimentação de materiais cujas superfícies apresentem um certo grau de porosidade

é conveniente dobrar o valor do fator de segurança, com o intuito de evitar possíveis acidentes.

Quanto à superfície pela qual a carga será erguida, é necessário lembrar que alguns tipos de

ventosa, especialmente as com fole, não são recomendadas para superfícies verticais, considerando-se

que em tais condições a força que sustenta a carga é somente a força de atrito.

Quanto ao formato da peça, pode-se determinar o perfil da ventosa a ser utilizada. Em superfícies

retas ou ligeiramente curvas, pode-se utilizar ventosas padrão ou com fole simples, montadas sempre

perpendicularmente à superfície da carga.

Já em superfícies curvas ou inclinadas, onde não haja perpendicularidade das ventosas com a

superfície ou quando a curvatura é muito acentuada, é mais aconselhável o uso de ventosas com fole

duplo.

Quanto ao peso da carga, trata-se do fator preponderante para determinação do tamanho da

ventosa, bem como do número de ventosas a serem empregadas no levantamento e movimentação da

carga. O número de ventosas a serem utilizadas é facilmente calculado, dividindo-se o valor do peso da

carga a ser movimentada pela força de levantamento da ventosa escolhida.


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Fórmula para o Cálculo do Número de Ventosas

Onde:

NV = número de ventosas

P = peso da carga em Kgf

Fl = força de levantamento da ventosa em Kgf

As forças de levantamento de carga de cada ventosa está definido na tabela já apresentada neste

capítulo.

Quanto às condições ambientais e de operação, é importante destacar que a escolha correta do

tipo de material da ventosa está diretamente vinculada a elas. A temperatura de trabalho e a

contaminação do ambiente são fatores que interferem consideravelmente na vida útil das ventosas.

Outro aspecto que merece destaque é que, em grandes altitudes, as forças de levantamento das ventosas

são sensivelmente reduzidas, fato que exige um estudo particular para cada aplicação.

O posicionamento das ventosas em relação à carga a ser movimentada também é um fator

importante a ser observado. Para se obter uma fixação segura das ventosas no material a ser

transportado, a distribuição das ventosas ao longo da carga é de suma importância. Deve-se tomar o

cuidado de distribuir o peso da carga homogeneamente pelas ventosas, levando em consideração,

inclusive, a flexibilidade da carga.

Em cargas rígidas, com pouca ou nenhuma flexibilidade, as ventosas podem ser distribuídas no

centro ou nas extremidades da carga.

FlPNV =


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Já na movimentação de chapas ou peças de pouca espessura que apresentam certa flexibilidade,

as ventosas devem ser distribuídas de forma a atuarem ao longo de toda a peça, ocupando a maior área

possível.

Na manipulação e transporte de cargas onde se optou pela utilização de uma única ventosa, esta

poderá estar conectada diretamente ao elemento gerador de vácuo, apresentando alto desempenho e

pequeno tempo de resposta.

Nos casos em que a movimentação da carga é feita por mais de uma ventosa, estas normalmente

deverão estar ligadas ao elemento gerador por meio de uma linha de vácuo cuja área interna A2 deverá

ser igual à soma das áreas internas das conexões das ventosas A1.

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