Vácuo na marcenaria - Parte 1

A tecnologia de vácuo é onipresente na indústria de marcenaria. As possibilidades de uso do vácuo são muito versáteis. Mas o assunto do vácuo é frequentemente um assunto desconhecido para muitos processadores de madeira e marceneiros, para não dizer um tema estranhamente desconfortável. Gostaríamos de compartilhar algumas informações úteis nesta e nas próximas três edições para explicar diferentes tipos de geração de vácuo, seus benefícios e desvantagens e, não menos importante, destacar a questão da eficiência econômica. Hoje vamos começar com algumas ideias básicas sobre o assunto do vácuo.

Vácuo - o que é realmente?

O vácuo é usado na marcenaria principalmente para:


No processamento da madeira, o vácuo é usado para:

Retenção e elevação de peças de madeira

O vácuo é frequentemente usado para a fixação de vácuo em roteadores CNC e outros equipamentos de usinagem. Aqui, a força de retenção do vácuo é usada para fixar diversos materiais de painéis ou peças de madeira maciça com rapidez e segurança durante os trabalhos de marcenaria sem deixar marcas de pressão. Os equipamentos de movimentação de materiais e robôs de montagem também usam geralmente vácuo para obter sua força de retenção.
Em termos puramente físicos, o vazio - também conhecido como subpressão - é uma faixa de pressão na qual a pressão é inferior à pressão atmosférica. A pressão atmosférica ao nível do mar é de 1.013 milibar (mbar), mas diminui constantemente em relação à altitude (Fig. 1). As condições climáticas também influenciam a pressão atmosférica. No contexto da tecnologia de vácuo, simplificamos os cálculos arredondando a pressão atmosférica ou pressão ambiente para 1.000 mbar. Pressões inferiores a 1.000 mbar são referidas como vazio ou subpressão.

A unidade de pressão mais comum para a aspiração é milibar (mbar), embora, de acordo com as normas, essa faixa de pressão supostamente seja indicada em Pascal (Pa). Na tecnologia de vácuo, assumimos pressões absolutas que teoricamente começam em 0 mbar e terminam em 1.000 mbar (= pressão atmosférica). A indústria de marcenaria, em particular, ainda costuma usar bar, menos-bar (-bar) ou a especificação de pressão em porcentagem (%) (Fig. 2).

Forças ao fixar com vácuo

A peça de trabalho fixada ficará segurada? O vácuo é suficiente ou o desempenho da bomba de vácuo é forte o suficiente? Estas são perguntas que todos já fizeram - pelo menos quando a ferramenta giratória se aproxima da peça de trabalho fixada. De uma perspectiva puramente teórica, a pressão entre a peça de trabalho e a mesa de usinagem, superfície de suporte ou ventosa é reduzida durante a fixação, extraindo o ar e gerando vácuo. A pressão atmosférica é agora mais alta e pressiona a peça de trabalho sobre a mesa de usinagem, 'fixando-a'. A pressão física é definida como uma força que afeta uma área específica. A pressão é, portanto, uma função da força e da área (Fig. 3).

Na prática, isso significa: quanto maior a peça de trabalho suportada, maior a força de retenção. Isso pode ser melhor explicado com um exemplo:
Uma placa de madeira maciça é colocada na mesa de grelha do roteador CNC para processamento, e uma vedação é criada com uma selagem de borracha que se ajusta às dimensões da placa (Fig. 4). Uma bomba de vácuo extrai o ar entre a tábua de madeira e a mesa de grelha dentro da área selada.

Cálculo: Pressão atmosférica: 1.000 mbar Subpressão da bomba de vácuo (pressão de trabalho): 200 mbar Dimensões da placa de madeira: 1.000 x 500 mm

Pressão diferencial: 1.000 mbar – 200 mbar = 800 mbar = 80.000 Pa [N/m²]

Superfície de apoio = superfície de fixação 1.000 x 500 mm = 500.000 mm² 0,5 m²

Força de retenção F = p x A F = 80.000 N/m² x 0,5 m² =
40.000 N = 4.000 kg

Isso significa que a placa de madeira maciça com uma superfície de 0,5 m² é segurada pelo vácuo com uma força de retenção de 40.000 N, o que corresponde, teoricamente, à placa sendo pressionada na mesa de usinagem com um peso de 4 toneladas. Se, nas mesmas condições, uma placa de madeira sólida de 150 x 150 mm fosse fixada, a força de retenção seria F = 80.000 N/m² x 0,0225 m² = 1.800 N = 180 kg.
Agora, a questão é: quão forte a força de retenção vertical do vácuo tem que ser para fixar com segurança uma peça de trabalho. Os cálculos de exemplo mostram que a força de retenção para materiais de painéis com grandes superfícies pode ser avaliada de forma menos crítica do que peças de madeira menores ou materiais que são permeáveis ao ar ou têm superfícies irregulares que levam a vazamentos. Na prática, a força de retenção necessária é difícil de determinar porque diferentes fatores, como fatores operacionais ou de fixação, velocidades e direções de corte e avanço, materiais e resistência ao atrito têm que ser levados em consideração, portanto, normalmente são usadas regras gerais.

Várias possibilidades de fixação a vácuo

É feita uma distinção essencial entre três possíveis procedimentos de fixação a vácuo:

Parâmetros da tecnologia de vácuo

Em princípio, há três parâmetros que precisam ser considerados ao selecionar a tecnologia de vácuo mais adequada.

Pressão final

A pressão final indica o nível de vácuo mais alto possível da bomba de vácuo, ou a subpressão.

Velocidade de bombeamento

Isso é entendido como o volume de ar que uma bomba de vácuo pode extrair dentro de um determinado período de tempo. A velocidade de bombeamento é influenciada pela geometria (volume) da bomba de vácuo e sua velocidade. Quanto maior a velocidade de bombeamento, mais rápido o ar é extraído e a pressão final é alcançada. Altas velocidades de bombeamento ajudam a compensar o vazamento, por exemplo, ao usar o método de aninhamento.

Consumo de energia

Normalmente, a bomba de vácuo mecânica é acionada por um motor de acionamento elétrico. Dependendo do princípio de construção e do fator de eficiência, a bomba de vácuo consome diferentes quantidades de energia. Para alcançar a maior eficiência energética possível, é importante selecionar uma bomba de vácuo que produza o desempenho necessário em relação à pressão final e à velocidade de bombeamento e, ao mesmo tempo, tenha o menor consumo de energia possível.

Todos os três parâmetros dependem uns dos outros. Em primeiro lugar, a velocidade de bombeamento diminui à medida que a bomba de vácuo se aproxima da pressão final (Fig. 4). Em segundo lugar, o consumo de energia de uma bomba de vácuo é mais baixo em um determinado ponto de operação. Projetar perfeitamente a geração de vácuo é difícil para leigos, e por isso recomendamos sempre consultar um especialista em vácuo.

Na segunda parte de nossa série "Vácuo em marcenaria", analisaremos mais detalhadamente os diferentes tipos de geração de vácuo.