A la hora de prever la instalación de puertas automáticas en entornos de máquina-herramienta, hay que tener en cuenta aspectos como la velocidad requerida de funcionamiento, la frecuencia de apertura, el peso, la correcta amortiguación para evitar golpes y vibraciones, y la seguridad. En un webinar sobre el tema, los técnicos de seguridad Borja Alves y Jaume Aran profundizan en ello y explican las soluciones que propone Festo.
Los actuadores que controlan los movimientos de las puertas automatizadas han de tener en cuenta una serie de parámetros fundamentales:
- Peso: ¿cuánto pesa la parte del sistema que hay que mover?
- Velocidad: ¿cuál es el tiempo disponible para abrir o cerrar la puerta?
- Frecuencia de apertura: ¿se abre de forma continua o raramente?
- Golpes: ¿es importante la amortiguación para la absorción de los golpes?
- Apertura: ¿cuál es la carrera de la puerta? ¿Hay paradas intermedias?
- Seguridad: ¿hay personas trabajando en el entorno de la puerta?
Las condiciones perimetrales de la aplicación no suelen influir en los actuadores, pues los elementos neumáticos que se utilizan para abrir o cerrar las puertas no suelen encontrarse en la zona de trabajo. Aun así, deben estar protegidos, porque en un entorno de máquina-herramienta, cuando la puerta está abierta se puede producir proyecciones de residuos, como taladrina, que, sin la protección adecuada, podrían afectar al mecanismo.
El movimiento de las puertas debe evitar los golpes, ya que, en el caso de trabajar con máquinas de precisión, los golpes y las vibraciones pueden perjudicar los ajustes de precisión y a los acabados de las piezas.
La clasificación típica de puertas para entornos de máquina-herramienta incluye:
- Puerta de acceso: puede acceder un operario para llevar a cabo un trabajo concreto, por lo tanto, tiene requisitos de seguridad para minimizar los riesgos.
- Puerta de carga y descarga de pieza / Puerta de cambio de herramienta: en el caso que no interactúen con personas, los requisitos de seguridad son estándar. La característica principal de estas puertas es la velocidad.
Soluciones de Festo en la automatización de puertas
Amortiguación ajustable PPV
La fuerza que genera el cilindro debe ser suficiente para mover la masa de la puerta a la velocidad del proceso. Hay que tener en cuenta la velocidad constante que necesitamos conseguir y la máxima que es capaz de alcanzar el sistema. La energía es un concepto muy importante en el que influyen la velocidad y la masa. La energía generada durante la carrera es la que se deberá amortiguar en la fase final del movimiento.
Así, un volumen pequeño y una carrera corta de amortiguación generan una absorción de energía limitada; una energía elevada al final de la carrera puede provocar rebotes, golpes y vibraciones que es necesario evitar. Encontrar el ajuste ideal requiere adecuar la velocidad mediante el regulador de caudal y conseguir la amortiguación idónea a través del tornillo de amortiguación, que debe ser accesible.
Amortiguadores hidráulicos
El sistema de amortiguación mediante flujo de aceite asegura la absorción de la energía de movimiento en el final de la carrera. Este tipo de amortiguadores necesitan mayor espacio, en ciclos cortos producen un calentamiento excesivo y debe evitarse su uso si existe la posibilidad de contacto con taladrinas. Son elementos de desgaste, de modo que, con el tiempo, hay que sustituirlos.
Amortiguación PPK
Se trata de una solución de amortiguación personalizada. Desde Festo, realizamos un estudio de las características del movimiento y diseñamos el sistema de amortiguación con pruebas reales. Consigue una velocidad muy elevada, y es recomendable solo en el caso de aplicaciones repetitivas, pues, aunque la solución es económica, requiere una inversión considerable de tiempo y estudio.
Entre sus características principales, destacan la aceleración rápida, una presión de amortiguación mínima y adaptada, frenado suave y sin golpes, alta absorción de energía y buen rendimiento de amortiguación, no genera problemas de ajuste ni costes de personal, no requiere acceso al tornillo de ajuste de amortiguación ni al regulador de caudal.
En cambio, este tipo de amortiguación es idónea en puertas donde no haya interacción humana, dado que una vez iniciado el movimiento y debido a su alta velocidad se superan los límites de energía cinética que la normativa define como máximos y no facilita la implantación de funciones de seguridad.
Motion Terminal VTEM
En Festo hemos desarrollado la neumática digitalizada. El Motion Terminal VTEM es pionero en la utilización de válvulas controladas por aplicaciones. Lo que hace es regular la presión y el caudal en ambas cámaras y, paralelamente, verifica la presión y el grado de apertura en cada una de ellas. Las funcionalidades que proporciona este sistema son casi ilimitadas gracias al desarrollo de una serie de aplicaciones que simplifican el uso de la función que se requiera.
VTEM permite regular la velocidad y la presión en cualquier momento, así como limitar la fuerza máxima, de manera que no permita que la diferencia de presiones entre las dos cámaras supere un valor determinado.
VTEM soft stop
Es una aplicación específica en la que el actuador se desplaza a toda la velocidad que permita el sistema, hasta que se acerca al final de la carrera, momento en que frena de forma suave.
Unidades electromecánicas
Los actuadores eléctricos pueden ser sin guía, para puertas seguras, simples o dobles, de apertura horizontal; o con guía, que, gracias a la correa dentada, generan mucha más fuerza para poder soportar el guiado de la puerta. Por último, los actuadores con husillo proporcionan la fuerza necesaria para manejar puertas verticales muy pesadas.
Especificaciones para puertas seguras
Una máquina se considera segura cuando cumple con los requisitos que establece la Directiva de máquinas (2006/42/EC), y es responsabilidad del fabricante elaborar un concepto de seguridad de la máquina, desde la fase de diseño, y sus funciones y lógica de seguridad, teniendo en cuenta las situaciones reales en que se va a encontrar cuando esté en funcionamiento.
La función de puerta automatizada es relevante para la seguridad. En el caso de que la puerta represente una zona de peligro para el operador, debe cumplir con ciertos límites, marcados por la normativa. No pueden causar daños, para lo cual se controla la fuerza de cierre, el valor de la energía de impacto, la velocidad, el filo de los bordes, o el comportamiento de la puerta ante un fallo.
Así, algunas especificaciones para puertas seguras son:
- Puertas reversibles: deben generar una energía cinética inferior a 10 J y su fuerza estática no puede superar los 150 N.
- Puertas no reversibles: energía cinética inferior a 4 J y fuerza estática menor de 75 N.
Velocidad de la puerta
Una puerta que se cierra a velocidad alta puede ser muy peligrosa para las personas; más, cuanto más pesada sea, de modo que, para garantizar un funcionamiento seguro, para el cálculo de la energía cinética generada, hay que tener en cuenta la velocidad máxima y la masa.
Fuerza de avance y fuerza de cierre
En soluciones eléctricas es posible el control de la fuerza durante todo el recorrido y en el cierre, pero en soluciones neumáticas clásicas la fuerza de avance y la de cierre suelen ser distintas, de modo que la dinámica se refiere a la fuerza que se le ejerce a la puerta para el avance, y la estática es la que ejerce el actuador al final del recorrido de la puerta.
Los límites máximos de fuerza y energía de impacto están regulados por la norma ISO/TR 15066, y tienen en cuenta las partes del cuerpo que pueden ser atrapadas o impactadas por una masa en movimiento, como es el caso de las puertas automatizadas.
Según el índice de riesgo inicial y de la reducción con medidas mecánicas de alejamiento y protección de las personas, el riesgo resultante, después de un análisis de riesgos, suele solicitar un nivel de requerimiento Performance Level requerido d (PL d), que es posible alcanzar mediante funciones técnicas de seguridad con estructuras redundantes de dos canales.
- Safe Torque Off: desconecta la energía del circuito.
- Safe Brake Control: sistema de freno en el motor o de bloqueo en el actuador.
- Safe Stop 1 o 2: detiene el movimiento y descarga la energía o bien lo detiene y mantiene la energía en el actuador.
- Safely Limited Torque: facilita la limitación de fuerza en el sistema.
- Safe Operating Stop: proporciona una parada segura manteniendo la presión en el actuador.
- Safely Limited Speed: reduce, controla y mantiene la velocidad límite.
