Tutto ciò che devi sapere sulla pneumatica

Pneumatica

Il termine pneumatica (francese: Pneumatique) deriva dalla parola greca pneuma (πνεῦμα), che significa vento, respiro o aria. Questa tecnologia utilizza gas compressi per generare forza meccanica. I gas compressi sono ampiamente usati in molti settori e le fabbriche impiegano aria compressa per controllare macchinari e apparecchiature di strumentazione.

Definizione della pneumatica e funzionamento

1. Il concetto di pneumatica

La pneumatica è la tecnologia che utilizza aria compressa ed è talvolta descritta come un sistema di controllo automatico. In questi sistemi, il gas compresso, in genere aria secca o non trattata, viene utilizzato per azionare attuatori ed eseguire diverse funzioni.

2. Differenza tra pneumatica e idraulica

A differenza dei sistemi idraulici, che usano fluidi quasi incomprimibili come l'olio, i sistemi pneumatici utilizzano fluidi comprimibili come l'aria. La pneumatica è generalmente più adatta a forze inferiori a una tonnellata e a velocità operative più elevate.

3. Vantaggi dei sistemi pneumatici

Progettazione semplice ed elevata flessibilità
Alta efficienza e bassi costi di manutenzione
Maggiore affidabilità e controllo grazie al minor numero di componenti azionati necessari
Poche limitazioni nell'installazione dei tubi flessibili grazie alla loro elevata flessibilità
Maggiore sicurezza mediante valvole e interruttori di controllo

4. Come funziona un sistema pneumatico

I sistemi pneumatici funzionano secondo la legge di Pascal. Questa legge stabilisce che la pressione in un fluido a riposo viene trasmessa uniformemente in tutte le direzioni e agisce perpendicolarmente a una superficie.

5. Principali componenti di un sistema pneumatico

Un sistema pneumatico comprende normalmente i seguenti componenti:

Compressore (per comprimere l'aria)
Refrigeratore ed essiccatore (per ridurre la temperatura dell'aria compressa)
Serbatoio di accumulo dell'aria compressa
Valvole di controllo e attuatori

6. Controllo della pressione nei sistemi pneumatici

La pressione dell'aria può essere regolata per controllare l'uscita del sistema. Ciò avviene mediante regolatori di pressione, che regolano la pressione e possono anche mantenerla a un livello costante. La maggior parte dei sistemi utilizza un regolatore principale e diversi regolatori secondari insieme a un'unità di trattamento aria.

7. Ruolo dell'unità di trattamento aria in un sistema pneumatico

L'unità di trattamento aria ha il compito di:

Rimuovere l'umidità dall'aria compressa.
Aggiungere olio all'aria quando è necessaria la lubrificazione, per prolungare la vita del sistema.

8. Importanza della distribuzione dell'aria compressa

Una corretta distribuzione dell'aria compressa influisce in modo importante sulle prestazioni del sistema. Per questo motivo, la progettazione dovrebbe prestare particolare attenzione al dimensionamento di tubi, valvole e regolatori.

Raccordi

I sistemi pneumatici utilizzano vari raccordi per trasportare l'aria compressa tra il sistema, i tubi flessibili e gli altri componenti, facilitando i collegamenti tra le diverse sezioni. Tra i vantaggi figurano il rapido trasferimento dell'aria compressa e una buona durata. Sono comunemente realizzati in alluminio o plastica per ridurre usura e corrosione.

Cilindro pneumatico

Uno dei principali componenti di un sistema pneumatico è il cilindro, che utilizza aria compressa per produrre un moto lineare alternato. Un cilindro comprende corpo, pistone, stelo, canna e raccordi. In base al sistema vengono scelti diversi tipi, tra cui cilindri magnetici, compatti o a matita, a doppio effetto e telescopici. In alcune applicazioni i cilindri sostituiscono le molle e assorbono le vibrazioni. La funzione di base è simile, mentre il tipo viene scelto in base al sistema. Ogni cilindro può essere identificato da un codice specifico; per esempio, la lettera A indica, secondo la fonte, un cilindro dotato di magnete.

Elettrovalvola

Nella scelta di queste valvole occorre considerare l'applicazione, il diametro richiesto delle porte, solitamente espresso in pollici, e il numero di bobine. Per esempio, le valvole pneumatiche limitatrici di pressione vengono installate a valle del compressore per controllare la pressione di ingresso. Poiché le fluttuazioni di pressione possono essere significative, tali valvole vengono impiegate per stabilizzarla. I sistemi di cilindri a controllo elettrico utilizzano inoltre elettrovalvole, per le quali la forza richiesta e la dimensione del cilindro sono importanti fattori di selezione.

Le applicazioni della pneumatica comprendono:

Imballaggio
Applicazioni di misura
Azionamento di alberi e assi
Apertura e chiusura di porte
Trasferimento di materiali
Rotazione di componenti
Marcatura di componenti

La pneumatica è inoltre ampiamente utilizzata in operazioni quali foratura, tornitura, segatura, fresatura, finitura, formatura e processi di controllo qualità.

Svantaggi della pneumatica

I sistemi pneumatici richiedono aria compressa e le apparecchiature necessarie per produrla possono essere costose.
L'aria compressa contiene umidità. Questa può danneggiare le apparecchiature, quindi sono necessari filtri per impedirne l'ingresso nel sistema e le tazze dei filtri devono essere scaricate regolarmente.
I sistemi pneumatici, in particolare gli utensili ad aria, richiedono generalmente cura e lubrificazione regolari.
Gli utensili devono essere collegati al compressore mediante tubi spiralati o standard oppure giunti. Secondo la fonte, se la distanza supera 8 metri devono essere utilizzate tubazioni metalliche.

Manutenzione dei componenti del sistema pneumatico

I componenti del sistema devono essere protetti dalla luce solare diretta, dall'umidità e dalla polvere. L'umidità può causare ruggine e ridurre la vita utile. Il calore dovuto alla luce solare diretta può diminuire la viscosità dell'olio e favorirne la fuoriuscita dal sistema, mentre la polvere può compromettere il funzionamento dei componenti e ridurre l'efficienza delle apparecchiature.

Vantaggi dell'uso dell'aria compressa nella pneumatica

L'aria è una risorsa praticamente inesauribile ed è facilmente disponibile.
L'aria compressa presenta rischi relativamente bassi e non è infiammabile.
Poiché l'aria compressa è pulita, può essere utilizzata nelle industrie alimentari e farmaceutiche.
Dopo l'uso viene rilasciata nuovamente nell'ambiente e non crea inquinamento nello stesso modo dei combustibili fossili.
Le variazioni della temperatura ambiente influiscono relativamente poco sulla disponibilità di aria compressa.

Svantaggi dell'aria compressa nei sistemi pneumatici

L'aria compressa può essere persa facilmente e rapidamente attraverso le perdite.
La sua elevata velocità può essere essa stessa uno svantaggio e richiedere dispositivi di controllo aggiuntivi che non sempre risultano economici.
La produzione di aria compressa richiede una quantità significativa di energia perché servono apparecchiature aggiuntive, con costi operativi relativamente elevati.

Un'altra caratteristica dei sistemi pneumatici è che, pur richiedendo aria compressa, il compressore non deve necessariamente essere collocato accanto all'apparecchiatura. L'aria compressa può essere prodotta e immagazzinata altrove e poi trasferita al sistema. Può inoltre essere distribuita tramite tubazioni alle diverse zone di una fabbrica. La fonte osserva che, poiché l'aria compressa non è di per sé né esplosiva né infiammabile, le installazioni pneumatiche possono richiedere meno misure di protezione rispetto ad alcuni sistemi alternativi.

La manutenzione e la riparazione dei sistemi pneumatici sono generalmente relativamente sicure ed economiche. La fonte le confronta con i potenziali rischi dei sistemi idraulici o elettrici e osserva che la natura relativamente poco rischiosa della pneumatica ne ha favorito l'impiego negli impianti per la produzione di armi.