Como calcular a força de sucção a vácuo para encontrar as ventosas apropriadas?

A utilização de ventosas industriais em linhas de produção automatizadas tornou-se predominante devido à sua conveniência. Para encontrar as ventosas mais adequadas para um melhor desempenho, é necessário saber como calcular a força de sucção do vácuo.

Como calcular a força de sucção do vácuo?

A fórmula básica F=PxA é utilizada para calcular a força da ventosa com:

• F é a força de retenção (ou a força de vácuo da ventosa)
• P é a pressão
• A é a área de contacto (o tamanho da superfície da ventosa)

Isto deriva da definição de pressão, que é P = F / A.

Explicar a equação da força de vácuo F=PxA

Como funciona a força de sucção do vácuo?

A gravidade e a fricção são as duas forças principais que fazem com que a sucção a vácuo funcione. Enquanto a gravidade puxa as moléculas do ar em direção à terra, criando uma pressão atmosférica, a ventosa e a bomba de vácuo provocam uma diferença de pressão, ligando as duas superfícies. 

A ventosa entra em contacto com a superfície da peça de trabalho, criando um espaço selado. A ejeção de vácuo ou bomba de vácuo retira o ar do interior da ventosa. 

Ao remover a pressão de ar no interior da ventosa, é criada a pressão de vácuo na superfície da peça de trabalho. A diferença de pressão de ar é utilizada para calcular a força de retenção da ventosa.

Cálculo da força de retenção

Teoricamente, o cálculo da força de retenção é afetado por estes factores:

• Tipo de material da peça de trabalho (aço, vidro, madeira...)
• Propriedades da superfície (lisa, uniforme, rugosa ou oleosa...)
• Dimensões da peça de trabalho 
• Massa da peça de trabalho m (multiplicando o comprimento, a largura, a altura e a densidade)
• Aceleração do sistema (m/s²)
• Aceleração devida à gravidade (9,81 m/s²)

O cálculo da massa, da força de retenção e da força de rutura é o primeiro passo para ajudar a conceber ventosas de vácuo industriais adequadas.

O cálculo da força também requer atenção ao coeficiente de atrito μ, ao fator de segurança S, à posição da pinça e às direcções de movimento (vertical ou horizontal).

Fator de segurança S

Na fórmula de repartição que calcula a força de vácuo, é adicionado o fator de segurança S ou o valor de segurança S para evitar possíveis acidentes durante o funcionamento do equipamento de vácuo. 

O valor de segurança S é regulado de acordo com as caraterísticas da superfície das peças e a posição da ventosa, detalhe como se segue:

• O valor mínimo é de 1,5, aplicável a peças de substâncias lisas e bem compactadas.
• Entre 1,5 e 2,0 para uma posição horizontal da ventosa, em que a carga aplicada actua verticalmente sobre a ventosa.
• Pelo menos 2,0 para peças de trabalho heterogéneas, materiais porosos ou superfícies rugosas.

O valor de segurança S para peças oleadas, posição da ventosa vertical ou movimentos giratórios também deve ser 2,0 ou superior.

Coeficiente de atrito μ

Outro fator crítico que deve ser tido em conta no cálculo da força de vácuo é o atrito que define as forças tangenciais. 

A fórmula de cálculo da pressão de vácuo utiliza o coeficiente de atrito μ para descrever a resistência entre a superfície da peça de trabalho e a ventosa.

Não sendo o mesmo que o fator de segurança S, as especificações precisas do coeficiente de atrito μ só podem ser determinadas através de experiências adequadas.

Este valor varia consoante o material de que a peça é feita e as propriedades da sua superfície.

Os valores de referência teóricos são os seguintes

• Para superfícies oleosas: μ é igual a 0,1
• Para superfícies húmidas: μ varia entre 0,2 e 0,3
• Para a maioria dos materiais (por exemplo, metal, madeira, pedra, vidro): μ é igual a 0,5
• Para superfícies rugosas: μ é igual a 0,6

Caso de carga

Continuando com o tutorial sobre como calcular a força de sucção de vácuo para selecionar as ventosas de vácuo adequadas, a melhor maneira é dividi-lo em três casos específicos em que a posição da pinça e as direcções de movimento são diferentes.

Theoretical suction force is only the starting point. In real applications, safety factors, acceleration and load direction can significantly change the required holding capacity.

Ventosa horizontal, direção de força vertical

Este é o caso mais simples quando a ventosa é colocada horizontalmente na superfície de uma peça de trabalho. Exceto para levantar a peça de trabalho para cima e para baixo, não há qualquer outro movimento. Então a fórmula para o cálculo da força é a seguinte:

Força F = m x (g + a) x S

Onde:

• m é a massa da peça de trabalho
• g é a gravidade (9,81 m/s²)
• a é a aceleração do sistema (m/s²)
• s é o valor de segurança

Por exemplo: m = 0,314 kg; a = 5 m/s²; S = 1,5

Força F = 0,314 x (9,81 + 5) x 1,5 = 6,97551 ≈ 7 N

Ventosa horizontal, direção de força horizontal

O caso seguinte é quando a ventosa é colocada horizontalmente na superfície de uma peça de trabalho. 

Exceto para levantar a peça de trabalho para cima e para baixo, há movimento transversal. Então, a fórmula para o cálculo da força de retenção é a seguinte:

Força F = m × (g + a ⁄ μ) × S

Onde:

• m é a massa da peça de trabalho
• g é a gravidade (9,81 m/s²)
• a é a aceleração do sistema (m/s²)
• μ é o coeficiente de atrito 
• s é o valor de segurança

Por exemplo: m = 0,314 kg; a = 5 m/s²; μ = 0,1; S = 1,5

Força F = 0,314 x (9,81 + 5/0,1) x 1,5 = 28,17051 ≈ 28 N

Ventosa vertical, direção vertical da força

O último caso é quando a ventosa é colocada verticalmente na superfície lateral de uma peça de trabalho e a peça de trabalho é levantada para cima e para baixo. A fórmula para o cálculo da força de retenção é a seguinte:

Força F = (m ⁄ μ) × (g + a) × S

Onde:

• m é a massa da peça de trabalho
• μ é o coeficiente de atrito 
• g é a gravidade (9,81 m/s²)
• a é a aceleração do sistema (m/s²)
• s é o valor de segurança

Por exemplo: m = 0,314 kg; a = 5 m/s²; μ = 0,1; S = 2

Força F = (0,314/0,1) x (9,81 + 5) x 2 = 93,0068 ≈ 93 N

A seleção das ventosas certas pode ser complicada devido a várias categorias e requisitos de qualidade. Se a sua empresa se encontra numa situação destas, depois de calcular corretamente a força de sucção a vácuo, o próximo passo a dar é contactar a EUROTECH para apoiar a sua empresa na escolha das ventosas mais adequadas para a instalação.

Como fornecedor de peças sobressalentes e componentes para ventosas de vácuo de classe mundial, a EUROTECH Vacuum Technologies tem o conhecimento e a capacidade de recomendar aos seus clientes comerciais a melhor ventosa para a aplicação, sem preconceitos.

Além disso, se os clientes de diferentes indústrias não tiverem a certeza de como calcular a força de sucção do vácuo, a empresa também pode fornecer um serviço profissional com personalização em massa de soluções de vácuo para satisfazer as necessidades ou qualquer carteira.