Vácuo no trabalho com madeira - Parte 1

A tecnologia de vácuo é omnipresente na indústria do trabalho com madeira. As possibilidades de utilização do vácuo são muito versáteis. No entanto, o tema do vácuo é muitas vezes um tema desconhecido para muitos processadores e carpinteiros de madeira, para não dizer um tema estranhamente desconfortável. Gostaríamos de partilhar algumas informações úteis nesta e nas próximas três edições para explicar diferentes tipos de geração de vácuo, as suas vantagens e desvantagens e, não menos importante, destacar a questão da eficiência económica. Hoje vamos começar com algumas ideias básicas sobre o tema do vácuo.

Vácuo - o que é realmente?

No trabalho com madeira, o vácuo é principalmente utilizado para o seguinte:


No processo de madeira, o vácuo é utilizada para o seguinte:

Segurar e elevar peças de madeira

O vácuo é mais frequentemente utilizado para fixação por vácuo em routers CNC e outros equipamentos de maquinação. Neste caso, a força de retenção do vácuo é utilizada para fixar de forma rápida e segura diversos materiais apainelados ou peças de madeira maciça durante o trabalho com madeira sem deixar marcas de pressão. O equipamento de manuseamento e os robôs de montagem também obtêm a sua força de retenção a partir do vácuo.
Em termos puramente físicos, o vácuo - também conhecido como subpressão - é um intervalo de pressão em que a pressão é inferior à pressão atmosférica. A pressão atmosférica ao nível do mar é de 1013 milibar (mbar), mas diminui constantemente em relação à altitude (Fig. 1). As condições climatéricas também influenciam a pressão atmosférica. No contexto da tecnologia de vácuo, simplificamos os cálculos arredondando a pressão atmosférica ou a pressão ambiente para 1000 mbar. As pressões inferiores a 1000 mbar são designadas de vácuo ou subpressão.

A unidade de medida mais comum para a pressão de vácuo é o milibar (mbar), embora, de acordo com as normas, este intervalo de pressão deva ser indicado em Pascal (Pa). Na tecnologia de vácuo, assumimos pressões absolutas que, teoricamente, começam a 0 mbar e terminam a 1000 mbar (= pressão atmosférica). A indústria do trabalho com madeira, em particular, continua a utilizar frequentemente bar, menos bar (-bar) ou a especificação da pressão em percentagem (%) (Fig. 2).

Forças ao fixar com vácuo

A peça de trabalho fixada irá aguentar? O vácuo é suficiente ou o desempenho da bomba de vácuo é suficientemente forte? Estas são perguntas que todos fizeram - o mais tardar quando a ferramenta rotativa se aproxima da peça de trabalho fixada. De uma perspetiva puramente teórica, a pressão entre a peça de trabalho e a mesa de maquinagem, a superfície de suporte ou a ventosa é reduzida durante a fixação através da extração de ar e da geração de vácuo. A pressão atmosférica é agora mais elevada e empurra a peça de trabalho contra a mesa de maquinagem, "fixando-a". A pressão física é definida como uma força que afeta uma área específica. A pressão é assim uma função da força e da área (Fig. 3).

Na prática, isto significa: quanto maior for a peça de trabalho suportada, maior será a força de retenção. Isto pode ser melhor explicado com um exemplo:
É colocada uma tábua de madeira sólida na mesa de grelha do router CNC para processamento e é criado um vedante com um vedante de borracha que se adapta 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 vedante.

Cálculo: Pressão atmosférica: 1000 mbar Subpressão da bomba de vácuo (pressão de trabalho): 200 mbar Dimensões da tábua de madeira: 1000 x 500 mm

Pressão diferencial: 1000 mbar – 200 mbar = 800 mbar = 80.000 Pa [N/m²]

Superfície de suporte = superfície de fixação 1000 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 = 4000 kg

Isto significa a tábua de madeira sólida 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 pressionada sobre a mesa de maquinagem com um peso de 4 toneladas. Se, nas mesmas condições, uma tábua de madeira sólida de 150 x 150 mm fosse fixada, a força de retenção seria F = 80.000 N/m² x 0,0225 m² = 1800 N = 180 kg.
Agora, a questão é qual a força de retenção vertical que o vácuo tem de ter para fixar uma peça de trabalho com segurança. Os cálculos de exemplo mostram que a força de retenção para materiais apainelados com grandes superfícies pode ser avaliada de forma menos crítica do que peças de madeira mais pequenas ou materiais que são permeáveis ao ar ou têm superfícies irregulares que levam a fugas. 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 de ser tidos em conta, pelo que normalmente são utilizadas regras exigentes.

Diferentes possibilidades para a fixação por vácuo

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

Parâmetros da tecnologia de vácuo

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

Pressão final

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

Caudal

Isto é entendido como o volume de ar que uma bomba de vácuo pode extrair num determinado período de tempo. O caudal é influenciado pela geometria (volume) da bomba de vácuo e pela sua velocidade. Quanto maior for o caudal, mais rapidamente o ar é extraído e é atingida a pressão final. Velocidades de bombeamento elevadas ajudam a compensar fugas, por exemplo, ao utilizar o método de nesting.

Consumo energético

As bombas de vácuo mecânicas são normalmente acionadas por um motor elétrico. Dependendo do princípio de construção e do nível de eficiência, as bombas de vácuo consomem diferentes quantidades de energia. Para alcançar a maior eficiência energética possível, é importante selecionar uma bomba de vácuo que produza o desempenho necessário em termos de pressão final e caudal e, ao mesmo tempo, tenha a menor necessidade de energia possível.

Os três parâmetros dependem uns dos outros. Em primeiro lugar, o caudal diminui à medida que a bomba de vácuo se aproxima da pressão final (Fig. 4). Em segundo lugar, a necessidade de energia de uma bomba de vácuo é mais baixa num determinado ponto de trabalho. A conceção perfeita da geração de vácuo é difícil para os leigos, motivo pelo qual recomendamos sempre a consulta de um especialista em vácuo.

Na segunda parte da nossa série "Vácuo no trabalho com madeira", vamos analisar mais de perto os diferentes tipos de geração de vácuo.