MECCATRONICA: PNEUMATICA

La pneumatica è una scienza che trova larga applicazione nel campo dell'automazione industriale.

E’ noto agli addetti che la tecnologia pneumatica trova una vasta applicazione nel settore industriale produttivo, nelle macchine e nelle linee di produzione, pertanto è inevitabile venirne a contatto quando si considera l’approccio manutentivo dei sistemi industriali in cui l’integrazione di questa materia e dei relativi dispositivi con l’elettronica è molto spinta.

I dispositivi pneumatici sono progettati per utilizzare come sorgente di energia aria opportunamente filtrata e depurata. Mediante opportuni attuatori convertono l'energia dell'aria compressa in energia per azionare dispositivi meccanici mobili. Il tipo di movimento prodotto dipende dal tipo di attuatore impiegato.

I dispositivi pneumatici sono usati in molte applicazioni industriali, in cui, solitamente, sono in gioco forze minori di quelle per cui sono più indicati dispositivi idraulici.

Aria compressa e Compressori

L'aria compressa è aria atmosferica compressa, cioè ridotta di volume con un compressore alternativo o con una pompa e immagazzinata in un serbatoio, o generalmente bombole resistenti alla pressione, oppure utilizzata subito.

Il compressore si distingue in genere dalla pompa in quanto agisce su un fluido definito comprimibile.

Il compressore aspira aria dall’ambiente e la comprime, riducendola di volume ed aumentandone di conseguenza la pressione.

Uno dei parametri da tenere presente nella scelta di questa macchina è la quantità di aria aspirata, da cui dipende il tempo necessario per la ricarica e la sicurezza di poter eseguire lavori in continuo; da non sottovalutare anche la buona potenza, garanzia di una pressione maggiore e di un flusso d’aria costante, indispensabile nei lavori di verniciatura e sabbiatura.

I compressori possono dividersi in due famiglie:

compressori volumetrici, dove la compressione è data da movimenti meccanici ben definiti;
compressori dinamici, dove la compressione si ha per via della velocità che si riesce ad imprimere sul corpo.

Nei compressori dinamici (o turbocompressori) il fluido viene compresso sfruttando l'energia cinetica impressa al gas da opportuni meccanismi (si sfrutta il principio della variazione del momento della quantità di moto).

Più precisamente i compressori dinamici sono macchine (o meglio turbomacchine) in cui lo scambio di energia con il fluido avviene grazie alla rotazione di una ruota (detta rotore o girante) calettata su un albero, munita alla periferia di pale ed alloggiata in una cassa (detta statore) che può essere anch'essa munita di pale.

I compressori volumetrici aspirano un volume di gas indipendentemente dalle condizioni di aspirazione e di mandata (ovvero dalla pressione a monte ed a valle del compressore). Hanno in genere la caratteristica (che può essere un vantaggio o uno svantaggio) di avere portata direttamente proporzionale alla velocità di rotazione ed un rapporto di compressione indipendente da questa.

Valvole pneumatiche

Le valvole pneumatiche funzionano ad aria compressa e sono progettate per interrompere o deviare il flusso dell'aria all'interno del circuito.

Il corpo valvola

E' costituito da un blocchetto metallico nel quale viene ricavata una sede di scorrimento con delle luci di comunicazione tra i vari fori praticati in maniera asimmetrica tra i due lati del blocchetto.

La sede di scorrimento serve ad alloggiare la spola (anche conosciuta come cursore o cassetto), che è un cilindretto con sezioni alternate aventi due diametri diversi tra loro e delle guarnizioni di tenuta che fanno battuta sulle sedi di alloggio/scorrimento.

Le valvole sono suddivise in valvole monostabili e bistabili.

Valvole monostabili sono quelle valvole che necessitano del comando mantenuto per mantenere la loro posizione commutata rispetto allo stato di quiete.

Valvole bistabili sono quelle valvole che richiedono due singoli e distinti comandi per commutare la loro posizione.

Le valvole sono suddivise, a seconda del tipo di comando, in:

> valvole ad azionamento manuale;

> valvole ad azionamento pneumatico;

> valvole ad azionamento elettrico.

L'azionamento manuale consiste in una leva che permette all'operatore di scegliere la linea a cui indirizzare l'aria; l'azionamento pneumatico è così chiamato perché la valvola è comandata a sua volta da una linea pneumatica separata o collegata a quella che si vuole comandare; l'azionamento elettrico si utilizza per collegare le valvole ad un comando elettrico a bobina che è spesso collegato ad un PLC.

Classificazione delle valvole

Come ogni dispositivo di attuazione, le valvole pneumatiche sono contraddistinte dal loro schema di funzionamento, che viene impresso anche sul corpo valvola.

Un primo elemento che aiuta a comprendere le funzionalità di una data valvola, è dato da una sigla composta da due numeri separati da uno slash.

valvola 3/2: è una valvola con 2 posizioni e 3 vie

valvola 5/2: valvola con 2 posizioni e 5 vie

valvola 5/3: valvola con 3 posizioni e 5 vie

Il numero a sinistra dello slash, identifica il numero di fori (orifizi filettati) preseinti sul corpo valvola, mentre il numero a destra indica il numero di posizioni ottenibili. Gli orifizi sono numerati: 1 pressione, 2 e 4 mandate, 3 e 5 scarichi.

Valvola 3/2

Questo tipo di valvole esplica la medesima funzione

finecorsa

di un interruttore unipolare, interrompendo o lasciando passare il flusso d'aria in un'unica direzione.

1 = Pressione (ingresso aria compressa)

2 = Utilizzatore (carico)

3 = Scarico

Notare che talvolta ai numeri possono corrispondere le corrispettive lettere A,B e P con le seguenti assegnazioni:

P = Pressione (ingresso aria compressa)

A = Utilizzatore (carico)

R = Scarico

Valvola 4/2

A differenza della precedente, questa valvola ha un foro supplementare destinato all'alimentazione di un secondo utilizzatore.

Questo comporta che la valvola non dispone di una posizione chiusa, infatti è facile vedere come schematicamente essa rappresenti l'equivalente elettrico del deviatore.

1 = Pressione

2 = Utilizzatore 1

3 = Scarico

4 = Utilizzatore 2

P = Pressione

A = Utilizzatore 1

R = Scarico

B = Utilizzatore 2

Valvola 5/2

Si differenzia dalla 4/2 esclusivamente per la presenza di un secondo scarico, che risulta essere sempre chiuso allorchè l'aria passa verso il corrispondente utilizzatore.

1 = Pressione

2 = Utilizzatore 2

3 = Scarico 2

4 = Utilizzatore 1

5 = Scarico 1

P = Pressione

A = Utilizzatore 2

R = Scarico 2

B = Utilizzatore 1

S = Scarico 1

Inoltre le valvole, in base alle modalità di collegamento, possono essere considerate del tipo N.A. (normalmente aperta) o del tipo N.C. (normalmente chiusa).