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.

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.