مبانی پنوماتیک

مبانی پنوماتیک

منظور از سیستمهای پنوماتیک، سیستمهایی هستند که با استفاده از هوای فشرده کار میکنند. هوا ترکیبی از گازهاست که در صورتی که خشک باشد، شامل ۷۸% نیتروژن،۲۱% اکسیژن و ۱% گازهای دیگر می باشد. از آنجاییکه هوا مخلوطی از گازهاست، بنابراین رفتار آن متفاوت از گازهای ایده آل می باشد. ولی با توجه به شرایط کاری سیستمهای پنوماتیک ( فشار کاری کمتر از ۱۰bar و دمای تا ۲۰ درجه سانتیگراد-به جز در مرحله­ی فشرده سازی)، انحراف رفتار هوا از گاز ایده آل قابل چشم پوشی می باشد. در مورد سیالات تراکم پذیر نظیر هوا نیاز به تعریف یک شرایط استاندارد داریم تا بتوانیم در مورد رفتار آنها اظهار نظر کنیم. شرایط استاندارد در مورد سیستمهای هوای فشرده دمای ۲۰ درجه سانتیگراد و فشار ۱۰۱kPa می باشد.

در محاسبات کاربردی، هوای فشرده را به عنوان یک گاز ایده آل با ضرایب زیر در نظر می گیریم:

تراکم پذیری هوا

تراکم پذیری هوا تاثیر زیادی روی رفتار یک سیستم پنوماتیک می گذارد. مدول بالک به عنوان معیاری از تراکم پذیری برابر با

n  توان پلی تروپیک می باشد.

در نتیجه مدول بالک بین ۱ تا ۴/۱ تغییر خواهد کرد در صورتی که فشار بین ۱/۰ تا ۱ مگاپاسکال (۰۱/۰ تا۱/۰ بار) تغییر کند. در سیستمهای هیدرولیک مدول بالک ۱۰۰۰ برابر بزرگتر است. تراکم پذیری بالاتر به این معنی است که خنثی کردن تغییرات بار توسط هوای فشرده به تنهایی بسیار سخت است. تراکم پذیری همچنین باعث تاخیر در انتقال در لوله های طویل و نیز تاخیر در افزایش فشار هوا در حجمهای بزرگ می شود. از مزایای تراکم پذیری انست که با استفاده از یک کمپرسور کوچک که یک مخزن را پر می کند می توان پاسخگوی نیاز یک سیستم پنوماتیک با پیک مصرف هوای زیاد ولی میانگین مصرف هوای فشرده کم شد. در مقایسه با پمپ در یک سیستم هیدرولیک به علت تراکم پذیری هوای فشرده یک کمپرسور بیشتر کار می کند. بازده یک کمپرسور معمولا بین ۴۰ تا ۷۰ درصد می باشد.

ویسکوزیته هوای فشرده

ویسکوزیته ی دینامیکی هوای فشرده در مقایسه با مایعات بسیار پایین بوده و مانند سایر سیالات با تغییر دما و فشار تغییر می کند. در عمل مقدار ارائه شده در بالا را می توان ثابت در نظر گرفت. مهمترین اشکال ویسکوزیته ی پایین در سیستمهای پنوماتیک، نشتی می باشد. بازده کلی سیستم در اثر نشتی تا چندین درصد می تواند کاهش یابد. آب بندی شیرآلات و دیگر اجزا نیز سخت می باشد.

از مزایای ویسکوزیته ی پایین افت فشار کمتر در لوله ها می باشد. از نتایج این امر امکان استفاده از لوله با قطر داخلی کمتر است. میانگین سرعت سیال تا ۴۰ متر بر ثانیه طبیعی است.

گازهای ایده آل

گاز ایده آل در عمل وجود ندارد. گاز ایده آل گازی است که از معادله ی گازها بدون هیچ انحرافی پیروی کند. با توجه به اینکه در عمل انحراف رفتار گاز از گاز ایده آل بسیار کم است، می توان از معادله ی  گازهای ایده آل در سیستمهای پنوماتیک استفاده کرد. قانون عمومی گازها به شکل زیر بیان می گردد:

P : فشار مطلق بر حسب پاسکال

V : حجم گاز بر حسب متر مکعب

R : ثابت گاز (هر نوع گاز مقدار مربوط به خود را دارد)

T : دما بر حسب کلوین

فرآیندهای ترمودینامیکی

فرآیند فشار ثابت ( Isobaric ):

فرآیندی است که در آن فشار ثابت بوده و حجم با دما نسبت مستقیم دارد.

فرآیند حجم ثابت ( Isochoric ): 

فرآیندی که در آن حجم ثابت بوده و فشار با دما نسبت مستقیم دارد.

فرآیند دما ثابت ( Isothermal ):

فرآیندی که در آن دما ثابت بوده و فشار با حجم نسبت معکوس دارد.

فرآیند بی دررو ( Isentropic ):

فرآنیندی که در آن هیچگونه تبادل گرمایی با محیط وجود ندارد.

n توان پلی تروپیک می باشد(هر نوع گاز مقدار مربوط به خود را دارد).

نمودار زیر تغییرات فشار بر حسب حجم را برای فرآیندهای مختلف نشان می دهد.

مزایای سیستمهای پنوماتیک

اثربخشی بالا:

در دسترس بودن هوا به اندازه ی کافی، قابلیت انتقال ساده توسط لوله کشی و آزاد شدن هوای فشرده ی استفاده شده در محیط از مزایای این سیستمها می باشد.

ماندگاری و قابلیت اطمینان بالا:

قطعات پنوماتیک ماندگاری بالایی داشته و به سادگی خراب نمی شوند. در مقایسه با سیستمهای برقی قطعات دارای ماندگاری و قیابلیت اطمینان بالاتری هستند.

طراحی ساده

قابلیت تطبیق بالا با محیطهای خورنده: در مقایسه با سیستمهای دیگر قطعات پنوماتیک کمتر تحت تاثیر گردوغبار، دما و خوردگی هستند.

ایمنی:

در مقایسه با سیستمهای برقی ایمنی بالاتری داشته و امکان کارکرد در محیطهای قابل اشتعال را بدون ایجاد آتش سوزی یا انفجار دارد. اضافه بار تنها موجب لغزش یا توقف خواهد شد. بر خلاف سیستمهای برقی سوختن در اثر اضافه بار وجود ندارد.

تنظیم ساده ی سرعت و فشار

دوستدار محیط زیست:

این سیستمها تولید آلودگی نمی کنند و هوای استفاده شده به راحتی در محیط تخلیه می گردد.

اقتصادی بودن:

قیمت پایین قطعات پنوماتیک و نیز ماندگاری بالای آنها که هزینه ی تعمیرات را کاهش می دهد.

محدودیت های سیستمهای پنوماتیک

دقت نسبتا پایین:

به دلیل تراکم پذیری هوای فشرده

توان کم:

با توجه به فشار کاری سیستمهای پنوماتیک ( زیر ۱۰ بار )، مقدار بار زیاد را نمی توانند جابجا کنند. محدوده ی عملکرد معمولا زیر یک تن می باشد.

فرآوری هوای فشرده قبل از مصرف:

خشک کردن و فیلتر کردن هوای فشرده قبل از مصرف برای جداسازی آب و ناخالصی ها ضروری است. همچنین در اثر اصطکاک سایش قطعات نیز بوجود می آید.

سر و صدا:

در اثر تخلیه ی هوای استفاده شده

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *