Pneumatyka jako dział automatyki mechanicznej zajmuje się zarówno tworzeniem, jak i wykorzystywaniem urządzeń zasilanych oraz sterowanych za pomocą energii sprężonego powietrza. W związku z tym uchodzi za jedną z najlepszych form systematyzujących procesy produkcyjne i nie tylko. W dzisiejszym artykule opiszemy zalety pneumatyki jak i jej wady.
Do zastosowań przemysłowych wykorzystuje się najczęściej sprężone powietrze o ciśnieniu roboczym od 3 do 10 bar. Do sterowania pneumatycznego zaworami stosuje się dużo niższe ciśnienia rzędu 0,2 do 0,5 bar. Więcej na temat ciśnienia pneumatycznego tutaj.
Na tle innych rozwiązań technologicznych, pneumatykę wyróżnia duża ekonomiczność, a także pozytywny wpływ na środowisko.
Spis treści
Zastosowanie pneumatyki jest wszechstronne i dość uniwersalne. Wykorzystywane jest w zasadzie we wszystkich gałęziach przemysłu albo np. w medycynie (szpitale, gabinety stomatologiczne).
Nic w tym dziwnego, ponieważ w przeciwieństwie do elektronarzędzi, urządzenia pneumatyczne nie tylko są bardziej efektywne, ale także zapewniają większe bezpieczeństwo w trakcie ich użytkowania.
Nawet w naszym życiu codziennym korzystamy z pneumatyki dość często, np. pompując opony w rowerze czy samochodzie, piłkę do gry albo materac.
Pneumatyka znalazła również zastosowanie podczas konstrukcji mebli. W nowoczesnych szafkach klasyczne zawiasy zastępuje się specjalnymi układami pneumatycznymi, które pozwalają na lżejsze otwieranie drzwiczek, oraz ich zamykanie – bez efektu trzaskania.
W pneumatyce nośnikiem energii jest sprężone powietrze.
Jak każda z form energii, ma ona swoje zalety i wady. Porównywać należałoby pneumatykę przede wszystkim z hydrauliką, z napędami elektrycznymi, ale także mechanicznymi urządzeniami.
Zalety oraz wady wynikają z własności fizycznych powietrza, przy czym gęstość powietrza wynosi na poziomie morza ok. 1,2 kg/m3.
Powietrze składa się z:
- azotu ok. 78 %
- tlenu ok. 21%
- pozostałe gazy jak argon, dwutlenek węgla, neon, hel, metan, krypton
- para wodna
Ponad to powietrze atmosferyczne zawiera także fizyczne i chemiczne zanieczyszczenia stałe w postaci pyłów, dymu, pyłków roślin, węglowodorów i tlenków powstających w procesie spalania i innych pozostałości przemysłowej działalności człowieka.
Zalety pneumatyki
Do najważniejszych zalet pneumatyki można zaliczyć:
● Sprężone powietrze jest czyste (jest nie szkodliwe dla środowiska) i niewrażliwe na wahania temperatury. Nieszczelności nie stanowią żadnego zagrożenia dla otoczenia.
Sprężone powietrze można stosować w przypadkach zagrożenia wybuchem.
Można je stosować bez jakichkolwiek zagrożeń na wolnym powietrzu lub w wilgotnym otoczeniu.
● Elementy układów pneumatycznych są proste w budowie, niedrogie i wytrzymałe.
Są one też lżejsze od porównywalnych narzędzi elektrycznych.
Napędy pneumatyczne o podobnych parametrach pracy co elektryczne charakteryzują się dużo mniejszą masą, a tym samym większą mocą przypadającą na 1 kg masy urządzenia.
W skrócie można to ująć następująco: silnik elektryczny o tej samej mocy co pneumatyczny będzie po prostu większy i cięższy.
● Sprężone powietrze można bardzo dobrze magazynować w zbiornikach ciśnieniowych, które są w istocie rzeczy akumulatorami energii.
Dzięki temu nie jest konieczne by sprężarka stale pracowała.
W przypadku przerwy w dopływie energii można dzięki zmagazynowanemu powietrzu zakończyć w sposób niezawodny rozpoczęty cykl pracy.
Sprężone powietrze można również transportować w butlach.
● Powszechna dostępność tego medium roboczego – powietrze atmosferyczne jest wszędzie dostępne, a zarazem łatwo dostępne, czyli może od razu zostać sprężone i stać się nośnikiem energii.
Z uwagi na to, że powietrze powrotne może być odprowadzane do otoczenia, w wielu aplikacjach nie potrzeba żadnych przewodów powrotnych.
● Uzyskanie sprężonego powietrza jako nośnika energii o określonym ciśnieniu jest łatwe poprzez sprężenie za pomocą wielu rodzajów sprężarek i kompresorów(więcej o rodzajach sprężarek tutaj).
● Przewodami rurowymi można transportować sprężone powietrze na duże odległości. Dzięki temu można wytwarzać sprężone powietrze w sposób scentralizowany.
● Sprężone powietrze jest medium ekologicznym, czystym a jego zasoby są praktycznie niewyczerpalne.
● Ze względu na fizyczne własności powietrza, a chodzi o ściśliwość, to ta cecha jest wykorzystywana w technice tłumieniu drgań.
● Sprężone powietrze posiada niskie opory przepływu oraz lepkość, co pozwala na projektowanie urządzeń o bardzo dużych prędkościach liniowych.
Napędy te można obciążać aż do ich zatrzymania, bez negatywnych konsekwencji przeciążania.
● Urządzenia pneumatyczne mają też taką zaletę, że możliwa jest bezstopniowa regulacja ich szybkości pracy (czasu wysuwu dla siłowników oraz prędkości obrotowej dla silników), przez zmianę ciśnienia roboczego lub odpowiednie dławienie na wylocie siłownika lub silnika.
W silnikach elektrycznych do sterowania prędkością obrotową musimy wykorzystać falowniki.
● Urządzenia pneumatyczne posiadają jeszcze jedną zaletę nad urządzeniami elektrycznymi, a mianowicie duży moment rozruchowy i odporność na przeciążenia, przez co np. silnik pneumatyczny, który jest zbyt mocno obciążony nie zacznie się poruszać lub nie osiągnie odpowiedniej szybkości obrotowej i nie pociągnie to za sobą konsekwencji, a silnik elektryczny przy zbyt dużym obciążeniu ulegnie najprawdopodobniej uszkodzeniu na skutek zbyt dużego prądu płynącego przez jego uzwojenia.
To Cię może zainteresować – czym jest układ pneumatyczny?
Wady pneumatyki
Oczywiście oprócz zalet pneumatyka posiada również pewne wady, podstawowe przedstawiamy poniżej:
● Sprężone powietrze jest stosunkowo drogim nośnikiem energii.
Powoduje to konieczność eliminowanie wszelkich wycieków i nieszczelności.
W procesie sprężania powstaje dużo ciepła, które najczęściej nie można wykorzystać.
Choć w przypadku kompresorów śrubowych taka możliwość istnieje, co może być wykorzystywane do ogrzewania pomieszczeń czy wody użytkowej.
● Wydalaniu sprężonego powietrza do atmosfery towarzyszy głośny efekt akustyczny, czyli po prostu hałas.
Można tą niedogodność ograniczyć stosując tzw. tłumiki hałasu.
● Siły oraz momenty obrotowe wytworzone przez siłowniki(więcej o budowie siłownika pneumatycznego tutaj) i napędy są stosunkowo nie wielkie w porównaniu do np. hydrauliki siłowej.
● Sprężone powietrze które jest 2000 razy bardziej ściśliwe niż np. olej hydrauliczny, powoduje spore problemy z pozycjonowaniem siłowników oraz z ich jednoczesnym ruchem.
● Podczas sprężania powietrza przez sprężarkę, a następnie rozprężania wytrąca się woda, która jest niekorzystna dla instalacji oraz odbiorników pneumatycznych.
W przypadku kompresorów olejowych dodatkowo dochodzi olej który przedostaje się z układu smarowania.
Tworzy wraz z wodą mieszaninę czyli tzw. kondensat, który działa bardzo agresywnie i szkodliwie na elementy pneumatyki oraz na sam zbiornik sprężarki.
● Sprężone powietrze jako medium nie może być bezpośrednio wykorzystywane.
Musi przejść proces zwany uzdatnianiem czyli zostać poddane filtracji(więcej o elementach, które są wykorzystywane w tym procesie znajdziesz tutaj) w celu pozbycia się cząstek stałych oraz wody z olejami ( czyli tzw. kondensatu).
Nastepnie musi zostać zredukowane ciśnienie do odpowiedniego ciśnienia roboczego, oraz w wielu przypadkach nasmarowane tzw. mgłą olejową.
Wymaga to odpowiednich urządzeń zwanych stacjami uzdatniania powietrza, niekiedy dodatkowymi filtrami czy separatorami, co powoduje dodatkowe nie małe koszty.
Podsumowując wady i zalety pneumatyki, zdecydowanie więcej jest zalet i to sprawia że tak chętnie stosujemy i wykorzystujemy sprężone powietrze jako nośnik energii.
Nie mniej jednak musimy zawsze brać pod uwagę również wady jakie posiada szeroko rozumiana pneumatyka, aby w pełni dobrze ją wykorzystać.
