Introducerea in pneumatica clasica

1.1 Compozitie

Terra este in intregime inconjurata de aer, numit aer atmosferic. Compozitia sa in volume este: ~ 78% azot, ~ 21% oxigen si, in proportie de ~ 1% un amestec format din hidrogen, gaz carbonicsi alte gaze rare.

1.2 Caracteristici

Aerul care ne inconjoara are o presiune care variaza in functie de inaltimea unde ne aflam, in raport cu nivelul marii.

p.abs p.atm.+ p.rel. unde:

p. abs presiunea absoluta

p. atm presiunea atmosferica

p. rel.= presiunea relativa

1.3 Unitati de masura

Presiunea constituie prima marime fundamentala a pneumaticii.

1.4 Definirea aerului comprimat

In cazul pneumaticii, fluidul de lucru utilizat este aerul comprimat.

moleculele sale nu opun nici o rezistenta la deplasarea unora in raport cu altele, fenomen numit fluiditate ;

mentinut intr-o recipient inchis, el exercita asupra toturor elementelor peretilor care limiteaza acest recipient o anumita presiune, fenomen numit elasticitate;

se preteaza la toate schimbarile de volume suferite, fenomen numit compresibilitate.

1.5 Cateva legi utile

Pentru intelegerea fenomenelor rezultate prin compresiune si utilizarea aerului comprimat, se vor examina cateva legi fundamentale.

Aerul comprimat poate fi considerat ca un gaz perfect care respecta legile Boyle-Mariotte si Gay-Lussac care sunt cele mai imporatnte legi in pneumatica industriala.

a)     Legea Boyle-Mariotte (transformare izoterma)

La o temperatura constanta, produsul dintre un volum si presiunea absoluta a unei mase de gaz perfect este constant:

P₁ V₁ = P₂ V₂ = P₃ V₃ = constant

b)    Legea Gay-Lussac (transformare izobara)

La presiune constanta, volumul ocupat de o masa de gaz perfect variaza proportional cu temperatura absoluta.

sau V = k T, unde :

T, T₁, T₂ sunt temperaturile absolute exprimate in grade Kelvin.

1. 6 Debitul

Debitul, este impreuna cu presiunea , o alta marime fundamentala in pneumatica.

El reprezinta cantitatea de aer comprimat care se scurge sau traverseaza o sectiune in unitatea de timp.

Debitul se exprima in l /s, l /min, m³/min sau m³/h in conditii atmosferice normale de referinta (simbol ANR) : 20°C, 65% umiditate relativa, 1013 mbar, conform normelor NFE 48100 si ISO R554, R558.

Exemplu : Q (ANR) = 600 l/min (ANR)

In practica, constructorii de compresoare exprima in general performantele produselor lor in debit de aer la presiune relativa de iesire. Pentru a trece de la o unitate la alta, se utilizeaza relatia :

Q_V(ANR) = Q_V relativa x (P_r + P_atm)

l/min l/min bar

Analiza influentei unui component pneumatic racordat intr-o instalatie

Cand componentul pneumatic se afla in pozitie deschisa si este supus la o presiune de alimentare (p), componentul asigura un debit (d) care produce o cadere de presiune la iesire.

Diferenta de presiune masurata intre orificiul de intrare (presiunea in amonte) si presiunea de la orificiul de iesire (presiune in aval) se numeste « pierdere de incarcare » si este descrisa prin Dp = diferenta de presiune.

Pentru definirea valorii lui Dp, in functie de debit si de presiune, este necesar sa ne amintim ca noi lucram cu un fluid compresibil si, in acest caz, numarul parametrilor care intervin este foarte complex .

De asemenea, in practica, pentru a dispune de valori simple si utilizabile in efectuarea de calcule si de comparare a performantelor componentelor pneumatice, specialistii utilizeaza un factor de corectie k_V, numit coeficient de debit.

Acest coeficient experimental, stabilit pe un circuit de apa, corespunde, pentru fiecare aparat, la valoarea de debit exprimat in litrii de apa pe minut care traverseaza componentul, cu o pierdere de presiune la incarcare Dp = 1 bar, la pasaj total deschis.

Q_V(ANR) = 28,2 k_V unde:

Q_V = debitul in l/min (ANR)

k_V = coeficient de debit

Dp = diferenta de presiune in bar

P_aval = P_amonte - Dp in bar

Coeficientul k_V corespunde la un coeficient de conductanta ; ca urmare, cu cat valoarea sa este mai ridicata cu atat este mai bun debitul asigurat de component.

In SUA factorul c_V este un coefficient stabilit in mod echivalent cu k_V dar exprimat in US gallon/min atunci cand Dp =1 PSI.Coeficientii k_V si c_V sunt in raportul k_V =14,3 c_V sau c_V = 0,07 k_V .

1.7 Avantajele aerului comprimat

Cantitate : aerul este disponibil peste tot el fiind in cantitate nelimitata

Transport : aerul comprimat poate fi usor transportat prin canalizari, la mari distante. Canalizarile pentru retur sunt inutile.

Stocaj: nu este necesara utilizarea in permanenta a compresoarelor . Aerul comprimat poate fi stocat in rezervoare si poate fi transportat in recipienti cum sunt buteliile.

Temperatura: aerul comprimat este insensibil la variatiile de temperatura; el isi pastreaza intreaga sa fiabilitate si la temperaturi extreme.

Antiexplozbil : nu exista nici un risc de explozii sau de incendii cu aerul comprimat. Este, deci, inutil de a prevedea masuri de protectie a instalatiei.

Curatenie : aerul comprimat este curat ; de asemenea, in cazul scurgerilor din instalatii nu exista riscul de poluare. Aceasta caracteristica este indispensabila in industrii cum sunt industria alimentara, industria textila, etc.

Constructia de echipamente : conceptia diferitelor echipamente de lucru cu aer comprimat este simpla, dar costisitoare.

Viteza : aerul comprimat este un fluid de lucru care se scurge rapid, ceea ce permite viteze foarte ridicate. Viteza de lucru a cilindrilor pneumatici se situeaza intre 1 si 2 m/s.

Reglaje : vitezele si fortele dezvoltate de echipamentele de lucru cu aer comprimat sunt reglabile in mod progresiv.

Supraincarcare : uneltele si echipamentele cu aer comprimat sunt utilzabile pana la oprirea lor completa, deci fara nici un risc de supraincarcare.

1. 8 Dezavantajele aerului comprimat

Preparare : aerul coprimat trebuie preparat; nici un fel de impuritati sau umiditate nu sunt admise ( uzura componentelor).

Compresibilitate : aerul comprimat nu permite atingerea unor viteze (a pistonului) regulate si constante.

Forta dezvoltata : presiunea de lucru normala admisibila este de 7 bar, forta dezvoltata limitandu-se la 20.000 - 30.000 N, in functie de cursa si viteza.

Evacuare aer : evacuarea aerului este zgomotoasa, dar cu ajutorul amortizoarelor de zgomot aceste probleme sunt astazi rezolvate in parte.

Cost : aerul comprimat este o energie relativ scumpa, dar acest cost ridicat compenseaza prin buna functionare si prin randamentul ridicat al echipamentelor (cadenta ridicata).