Questo documento descrive il funzionamento, le applicazioni e i vantaggi dei trasportatori a cuscino d’aria. Trasportano i diversi elementi da spostare, senza bisogno di usare parti mobili, solo con la spinta di getti d’aria a bassa pressione.

INTRODUZIONE

La tecnica di trasporto dei prodotti per mezzo di un cuscino d’aria ha già mezzo secolo. È apparso come una risposta alle esigenze di trasporto e movimentazione ad alta velocità, in impianti di produzione ad alta velocità.

Anche se la sua applicazione principale nel campo dell’imballaggio è stata per la manipolazione delle bottiglie in PET, viene utilizzata anche nell’industria metallurgica. Al suo interno, principalmente per il collegamento tra le macchine nelle linee di produzione di capsule, ad esempio il tipo twist-off, e per i contenitori imbutiti di bassa altezza, anche se può essere utilizzato per altre applicazioni.

COS’È UN TRASPORTATORE A CUSCINO D’ARIA?

Il trasportatore a cuscino d’aria ha portato una grande innovazione nel campo della movimentazione. Il suo principio di funzionamento è molto semplice: un flusso d’aria a bassa pressione, diretto ad alta velocità, crea un cuscino d’aria capace di sollevare e spostare gli elementi da trasportare, eliminando l’attrito tra questi e la superficie del trasportatore.

Un sistema di scanalature assicura queste due funzioni, permettendo il trasporto orizzontale sia in linea retta che nei cambi di direzione, e anche in salita.

DESCRIZIONE DEL TRASPORTATORE

Il trasportatore consiste fondamentalmente in:

A.- Ventilatore

Il ventilatore funziona su un punto specifico della sua curva caratteristica, selezionato sulla base di un basso livello sonoro, che generalmente coincide con la sua massima efficienza.

In un tipico trasportatore, il ventilatore si trova all’inizio del condotto. Se, a causa della lunghezza del trasportatore, sono necessari diversi sfiati, questi possono essere posizionati ai lati o sotto il trasportatore per mezzo di riduttori o adattatori.

Il condotto sotto la superficie di trasporto è la “camera di pressione” per l’aria fornita dal ventilatore; l’uscita dell’aria attraverso le fessure mantiene sempre una pressione costante all’interno di questa camera.

Il valore di questa pressione è una funzione della portata d’aria richiesta, del prodotto da trasportare e della pendenza esistente nel circuito.

Le parti dell’adattatore sono progettate per ottenere le migliori prestazioni aerodinamiche e permettono di posizionare i ventilatori in qualsiasi punto del trasportatore.

B.- Regolazione della pressione e camera di distribuzione dell’aria

Il dimensionamento di questa parte del trasportatore dipende dall’installazione desiderata. La sua altezza è di solito piccola, nell’ordine di 10 a 20 cm. e la sua lunghezza, nel senso del trasporto, è illimitata, poiché è possibile, se necessario, aggiungere altri ventilatori.

La scelta tra le opzioni di installazione di un grande ventilatore o di più piccoli dipende sempre dallo spazio disponibile e dal costo più basso. Infatti, un grande ventilatore, che alimenta una grande lunghezza del trasportatore, richiede una camera di pressione o di distribuzione dell’aria di dimensioni considerevoli, per permettere il passaggio del flusso d’aria necessario, che è molto elevato. Come regola generale, un ventilatore dovrebbe alimentare solo alcune decine di metri dal trasportatore.

C.- Scanalature

Una delle peculiarità del sistema di formazione del cuscino d’aria sta nell’angolo con cui l’aria viene spinta attraverso le fessure.

Le scanalature, ottenute per stampaggio, appaiono come labbra inclinate verso l’interno della camera di pressione, lasciando il lato superiore della superficie scanalata libero, liscio e senza ostacoli per lo spostamento dell’aria e del prodotto.

Queste aperture, che rappresentano dall’1 al 4% della superficie di trasporto, sono raggruppate vicino al punto di alimentazione, dove ci deve essere un flusso d’aria maggiore per vincere l’inerzia del prodotto. Questo raggruppamento o moltiplicazione di scanalature si verifica anche su pendii in salita, poiché la componente dovuta alla gravità deve essere superata.

D.- Condotto di trasporto

È costituito da guide laterali e talvolta da un coperchio superiore, situato sopra la camera di pressione e di distribuzione e forma il passaggio di trasporto.

Per il trasporto orientato, le guide sono profili che mantengono il prodotto nel suo orientamento iniziale e possono portare o meno un altro profilo superiore, a seconda del prodotto da trasportare.

CARATTERISTICHE TECNICHE

Studio fisico del fenomeno

Consideriamo solo i tre componenti di base del trasportatore a cuscino d’aria: a) ventilatore, b) condotto o camera di pressione e distribuzione dell’aria, e c) superficie di trasporto scanalata, semplificando così il problema per comprendere meglio il fenomeno fisico da cui derivano gli effetti prodotti dall’uso dell’aria a bassa pressione.

Prima di tutto, è necessario fornire all’aria un’energia potenziale sufficiente, identica in qualsiasi punto dell’area di lavoro. Questo ruolo è svolto dal ventilatore, che soffia l’aria a bassa pressione nella camera di pressurizzazione e distribuzione.

Successivamente, questa energia potenziale deve essere convertita in energia cinetica, identica in qualsiasi punto dell’area di lavoro e sufficiente a sostenere e spostare il prodotto. Questa trasformazione si ottiene spingendo l’aria ad alta velocità attraverso le strette fessure della lamiera che compongono la superficie di trasporto, fessure che sono opportunamente distribuite.

Infine, è necessario dare a queste correnti o getti d’aria una certa direzione, per ottenere lo spostamento del prodotto, seguendo il percorso desiderato e mantenendo un cuscino d’aria continuo. Per ottenere questo, l’inclinazione dei getti d’aria sarà costante, e l’apertura delle fessure sarà diretta seguendo il layout del circuito.

Per ricapitolare un po’, possiamo dire che il trasportatore a cuscino d’aria presenta come traccia per lo spostamento, la parte superiore di una camera di pressione e distribuzione dell’aria, in cui un ventilatore spinge aria a bassa pressione. Quest’aria esce dalla camera attraverso innumerevoli fessure, per tutta la lunghezza e la larghezza della camera, sotto forma di getti d’aria, che hanno una componente ascendente, per sostenere il prodotto ed eliminare l’attrito e un’altra componente orizzontale, più importante della precedente, per spingere e spostare il prodotto longitudinalmente, sopra la camera.

La forma di queste fessure determina, per ciascuno dei diversi tipi, un coefficiente che mette in relazione la pressione e il flusso necessari e la forza di sollevamento.

Portata d’aria

Dalle considerazioni di cui sopra, segue che le fessure devono essere alimentate con aria a bassa pressione (da 10 a 250 mm.c.a.).

Prove specifiche su ogni tipo di prodotto da trasportare, tenendo conto del compito da svolgere e del circuito da seguire, ci permettono di definire la forma delle fessure da utilizzare, la loro separazione (che normalmente viene espressa come percentuale dell’apertura rispetto alla superficie totale) e la pressione di distribuzione, che ci permette di determinare la portata d’aria necessaria.

Questa portata è una funzione di:

– Il peso del prodotto (capsula o contenitore).

– La sua forma e le sue dimensioni.

– La sua velocità di trasporto, il possibile deterioramento e le caratteristiche del prodotto.

– Il numero di pezzi per unità di tempo da spostare.

– La pendenza del trasportatore.

La pressione di distribuzione è di solito espressa in “slot velocity”, cioè la velocità con cui l’aria passa attraverso le fessure.

La portata totale è espressa dalla formula:

Q = S x qo x V P/Po Dove:

Q = Portata d’aria totale, espressa in m3/h.

S = superficie totale del trasportatore in m2.

qo = Quantità d’aria minima richiesta in m3 per m2 di superficie del trasportatore.

Po = Pressione minima di distribuzione in mm.c.a.

P = Pressione di distribuzione usata in mm.c.a.

I coefficienti Po e qo, così come il tipo di scanalatura e la sua spaziatura, sono determinati dall’esperienza o da prove specifiche.

Potenza consumata

La potenza consumata da questo sistema di trasporto è una funzione diretta della portata d’aria totale richiesta e della sua pressione di distribuzione.

È dell’ordine di 0,5 kW per m2 di superficie di trasporto per prodotti leggeri, come contenitori metallici vuoti, prodotti di plastica, scatole di cartone, ecc., e da 1,5 a 2 kW per m2 per prodotti più pesanti, come nastri di metallo, ecc.

Portata del prodotto

A seconda del tipo di alimentazione del trasportatore, del peso dei pezzi e della loro velocità di trasporto, le portate di prodotto trasportate sono molto variabili.

ACCUMULO

In qualsiasi linea di produzione o di lavorazione del prodotto, in qualsiasi momento e per una grande varietà di motivi (guasti, manutenzione, interventi indispensabili, ecc.), ci sono variazioni nel ritmo o nella velocità delle macchine coinvolte nella linea.

Quando si verifica questo fenomeno, l’unica soluzione è fermare alcune delle macchine e, eventualmente, immagazzinare la produzione in trasferimento, fino alla sua risoluzione.

L’arresto di una macchina non rappresenta solo una diminuzione della produzione durante la sua durata, ma anche una perdita di tempo e, soprattutto, di prodotto, al momento del suo avvio.

Il processo di trasporto a cuscino d’aria ha trovato una soluzione reale a questo problema, grazie a quello che si chiama “Accumulo Dinamico”, che consiste nel rendere indipendente il funzionamento delle diverse macchine e compensare o smorzare le loro variazioni di produzione per mezzo di un buffer di stoccaggio dove il prodotto viene accumulato,

La creazione di questo polmone di stoccaggio con questo procedimento permette ai prodotti di accumularsi senza subire attriti, rotture, deformazioni o qualsiasi altro tipo di danno.

Inoltre, poiché le sue uniche parti mobili sono i ventilatori, non richiede alcuna manutenzione, e il costo della sua manutenzione è molto basso.

REGOLE GENERALI SUL CUMULO

L’accumulo è uno dei grandi vantaggi del trasportatore a cuscino d’aria.

Con i nastri è sempre più complesso fare accumuli, perché c’è attrito tra il prodotto e il nastro, che deteriora gli elementi, influenzando la loro presentazione, anche deformandoli o facendoli saltare fuori dal nastro.

Ci sono accumulatori meccanici sul mercato, ma di solito sono molto complicati tecnicamente, il loro prezzo può essere molto alto e normalmente, l’ultimo oggetto che entra nell’accumulatore è il primo che esce, contrariamente al “Dynamic Accumulator” che mantiene sempre l’ordine degli elementi.

FUNZIONI DI RAGGRUPPAMENTO E DISTRIBUZIONE

La “funzione di raggruppamento” consiste nel riunire in uno stesso punto oggetti o prodotti della stessa natura, cioè identici, ma di origine diversa.

La “funzione di distribuzione” è l’insieme delle operazioni che permettono di distribuire oggetti o prodotti della stessa natura, cioè identici, a destinazioni diverse.

Le funzioni di raggruppamento e distribuzione influenzano direttamente il rendimento di una linea di produzione e il volume di stoccaggio dei prodotti finiti e dei lavori in corso.

Ci permettono anche di ottimizzare il funzionamento delle diverse macchine, a seconda delle esigenze del mercato e delle possibilità di produzione, e ci guidano anche sulla necessità di aumentare o diminuire il numero di macchine che svolgono la stessa funzione.

Per entrambe le funzioni il trasportatore a cuscino d’aria è il metodo ideale, a condizione che gli oggetti o i prodotti da trasportare abbiano un avvio rapido sul trasportatore.

Più alta è questa velocità, più versatile sarà il trasportatore, poiché il tempo speso per mettere in produzione un pezzo di attrezzatura è tempo che possiamo chiamare “sprecato o inutile”.

VANTAGGI

Alcuni dei vantaggi di questo tipo di trasportatore sono:

– Richiede una manutenzione minima. A parte i ventilatori, è un elemento totalmente statico.

– Non avendo parti mobili, elimina i possibili incidenti sul lavoro.

– È adattabile a qualsiasi layout. Può essere prolungato aumentando il numero di ventilatori.

– Rispettare il prodotto senza deformarlo, graffiarlo o danneggiarlo.

– È flessibile per quanto riguarda le sue innumerevoli possibilità. È facile da implementare. Permette l’accumulo.

– Permette di filtrare, asciugare e umidificare l’aria da trattare. Permette di proteggere il prodotto con aria sterile.

– Supporta alti tassi di produzione. Risparmia la manodopera. Permette l’assorbimento di micro-stop, aumentando così la produzione.

– Permette più funzioni di altri trasportatori. Rispetta l’ordine in cui i prodotti vengono messi e tolti. Regola il flusso, cioè evita gli spazi vuoti che possono verificarsi su un nastro trasportatore.

– Nessuna usura. Il foglio scanalato è lavabile.

– Permette funzioni di raggruppamento e distribuzione. Migliora le condizioni di lavoro non richiedendo una supervisione continua.

– È attivo in tutte le sue zone. Sui nastri trasportatori, per esempio, ci sono prodotti che stanno fermi finché non vengono spinti da quelli che vengono dietro, ma non qui.

– Ecc.

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