Zalety i wady pneumatyki: dlaczego pneumatyka jest tak bardzo rozpowszechnioną techniką napędową? Jakie są zalety i wady sprężonego powietrza z praktycznego punktu widzenia? Poznaj odpowiedzi na kluczowego zagadnienia.
Artykuł ten został napisany w odpowiedzi na często zadawane nam pytanie przy okazji tematów związanych z użytkowaniem urządzeń z napędem pneumatycznym.
Tak naprawdę mój tekst powinien poprzedzać wszelkie inne artykuły związane z elementami pneumatyki, bo dotyczy medium roboczego które je zasila. Wydawać by się mogło, że problemy stosowania sprężonego powietrza powinny być znane wszystkim osobom mającym w praktyce zawodowej kontakt z elementami pneumatyki.
Okazuje się jednak, że nie jest to prawda, gdyż niektórzy Klienci zwracają się do nas z prośbą o rozwiązanie konkretnego problemu występującego w ich układach sterowania, a wynikającego z pewnych cech sprężonego powietrza.
Zachęcam zatem do lektury mojego artykułu co pozwoli na zrozumienie pewnych sytuacji występujących w realnych warunkach. Staram się nie porównywać napędów pneumatycznych do hydraulicznych, takie porównania można spotkać w podobnych opracowaniach.
Zalety i wady pneumatyki. Czego dowiesz się z tego artykułu?
⏺️ Jakie cechy fizyczne posiada powietrze?
⏺️ Jak własności fizyczne sprężonego powietrza wpływają na zastosowanie pneumatyki?
⏺️ Jakie są wady i zalety sprężonego powietrza z praktycznego punktu widzenia?
Jakie cechy fizyczne posiada powietrze?
Wielu cech fizycznych powietrza czytelnik domyśli się samodzielnie, gdyż każdy z nas funkcjonuje od urodzenia w atmosferze naszej planety i jest ono niezbędne do życia.
Nas interesuje możliwość wykorzystania sprężonego powietrza do celów technicznych i pozwolę sobie na wymienienie tych najważniejszych z punktu widzenia jego zastosowania w pneumatyce:
czyste powietrze jest powszechnie występującą w przyrodzie bezbarwną i bezzapachową mieszaniną gazów o składzie:
▪️ azot ok. 78 %
▪️ tlen ok. 21 %
▪️ gazy neutralne ok. 9 %
▪️ dwutlenek węgla ok. 0,04 %
rzeczywiste 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.
powietrze jako mieszanina gazu jest ściśliwe,
gęstość powietrza wynosi na poziomie morza ok. 1,2 kg/m3
Jak własności fizyczne sprężonego powietrza wpływają na zastosowanie pneumatyki?
Powietrze staje się czynnikiem roboczym w pneumatyce dopiero po sprężeniu (do wytwarzania sprężonego powietrze służą sprężarki lub kompresory) i ten proces ma kluczowe znaczenie z punktu widzenia zalet i wad tego medium roboczego z powodu:
wytrącenia się wody w procesie kondensacji pary wodnej,
koncentracji zanieczyszczeń stałych zasysanych razem z powietrzem przez kompresor
pojawienia się dodatkowego składnika fizycznego w postaci drobin oleju.
Zapamiętajmy jednak, że najważniejszą cechą wpływającą na działanie urządzeń i układów pneumatycznych jest ściśliwość powietrza oraz zawartość “zanieczyszczeń”
Zapamiętajmy także, że powietrze podlega wszystkim przemianom fizycznym gazów opisywanych w nauce zwanej termodynamiką i z tego powodu traktowane jest jako płyn.
Jakie są zalety i wady pneumatyki (sprężonego powietrza) z praktycznego punktu widzenia?
Jest to pytanie, które stanowi jedno z podstawowych zadawanych podczas egzaminów, kolokwiów i wszelkich zaliczeń z przedmiotu “Napędy i sterowanie pneumatyczne”. Odpowiedzi chciałbym jednak udzielić w kontekście praktycznego zastosowania w przemyśle. Wady i zalety sprężonego powietrza wynikają wprost z przedstawionych jego własności fizycznych.
Można się domyśleć, że zalet jest zdecydowanie więcej – w innym przypadku nie byłoby ono w ścisłej czołówce mediów energetycznych a instalacje pneumatycznie nie występowałyby w każdym zakładzie produkcyjnym.
Przedstawię zatem własną interpretację zalet i wad sprężonego powietrza pozostawiając Czytelnikowi wyciągnięcie właściwych wniosków przydatnym przy praktycznym stosowaniu elementów :
Zalety sprężonego powietrza
☑️ powszechna dostępność tego medium roboczego – wszak powietrze atmosferyczne jest wszędzie dostępne,
☑️ brak kosztów pozyskania powietrza jako podstawy do wytworzenia energetycznego medium roboczego,
☑️ uzyskanie sprężonego powietrza o określonym ciśnieniu jest łatwe poprzez sprężenie za pomocą wielu rodzajów sprężarek i kompresorów zobacz,
☑️ sprężone powietrze jest medium ekologicznym, czystym a jego zasoby są praktycznie niewyczerpalne
☑️ sprężone powietrze po wykonaniu “pracy” nie ulega zużyciu i wraca do atmosfery.
Zalety sprężonego powietrza w praktycznych zastosowaniach technicznych:
▶️ sprężone powietrze posiada bardzo małą lepkość i niskie opory przepływu co umożliwia pozwala na projektowanie maszyn o bardzo dużych prędkościach liniowych (w praktyce do 30 m/s).
▶️ sprężone powietrze jest bardzo proste do przesyłania nawet na duże odległości i magazynowania (w zbiornikach ciśnieniowych zobacz).
▶️ ściśliwość powietrza to cecha wykorzystywana w technice tłumienia drgań.
▶️ w elementach pneumatyki (np. zaworach rozdzielających zobacz) nie ma konieczności stosowania przewodów odprowadzających gdyż czynnik roboczy odprowadzany jest bezpośrednio do atmosfery.
▶️ mała wrażliwość i odporność siłowników pneumatycznych na zmieniające się obciążenia,
▶️ dzięki własnościom fizycznym sprężonego powietrza mamy możliwość bezstopniowej regulacji najważniejszych parametrów pracy siłowników pneumatycznych:
▪️ prędkości liniowej wysuwu tłoczyska i prędkości obrotowej dla napędów obrotowych (regulacja natężenia przepływu za pomocą zaworów dławiących i dławiąco-zwrotnych zobacz).
▪️ siły i momentu działania siłowników pneumatycznych (regulacja ciśnienia np. za pomocą reduktorów ciśnienia zobacz).
▶️ elementy pneumatyki “napędzane” sprężonym powietrzem są bardzo trwałe i tanie w eksploatacji oraz mogą pracować w szerokim zakresie warunków otoczenia.
▶️ urządzenia z napędem pneumatycznym mogą pracować w warunkach występowania zewnętrznych pól elektromagnetycznych oraz w atmosferze wybuchowej.
Wady stosowania sprężonego powietrza:
Sprężone powietrze nie jest niestety medium idealnym, a jego własności fizyczne wywołują następujące niekorzystne skutki:
➖ sprężone powietrze jest jednym z najdroższych mediów roboczych, co wynika ze specyfiki jego wytwarzania i powoduje konieczność jego “oszczędzania” poprzez eliminowanie wszelkich wycieków i nieszczelności.
➖ ze względu na brak zapachu i koloru wycieki są niezauważalne i trudne do wykrycia.
➖ elementy pneumatyczne (zwłaszcza zawory bezpieczeństwa i zawory rozdzielające) podczas pracy generują duży hałas. co powoduje konieczność stosowania tłumików hałasu
➖ ściśliwość powietrza (dla przykładu jest ona 2000 razy większa niż oleju hydraulicznego) bardzo często powoduje duże problemy z pozycjonowaniem (zatrzymywaniem) siłowników pneumatycznych oraz z ich i jednoczesnym ruchem.
➖ sprężone powietrze po wytworzeniu przez sprężarki i kompresory nie może być wykorzystane bez odpowiedniego tzw. przygotowania czyli oczyszczenia (filtracji) z zanieczyszczeń stałych i ciekłych, przede wszystkim z oleju i wody (osuszanie sprężonego powietrza).
➖ podczas procesu sprężania oraz rozprężania następuje wytrącanie się wody co niekorzystnie wpływa na działanie elementów pneumatyki.
➖ uzyskiwane ciśnienia sprężonego powietrza (w praktyce stosuje się ciśnienie pracy od 6,3 do 10 barów) ogranicza możliwość uzyskania dużych sił i momentów.
Air-Com Pneumatyka-Automatyka dostarcza rozwiązania z zakresu elementów pneumatyki wykorzystujących jako medium robocze sprężone powietrze. Zachęcamy Państwa do kontaktu który pozwoli na właściwy dobór elementów pneumatyki do każdej aplikacji przemysłowej.
