Zalety i wady pneumatyki: poznaj je!

12 października, 2020 1:33

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. 

Chcesz do nas dołączyć?

Zobacz kim jesteśmy i poznaj aktualne oferty pracy