Sistemi Pneumatici e Idraulici: Funzionamento dei Compressori e Componenti Industriali

Produzione di Aria Compressa

Un compressore è un dispositivo in grado di comprimere l'aria atmosferica fino a raggiungere la pressione necessaria per l'installazione. Il volume viene ridotto aumentando l'energia potenziale dell'aria. I compressori sono caratterizzati dalla pressione e dal flusso d'aria che sono in grado di fornire.

Tipologie di Flusso e Compressori

• Flusso continuo: generato continuamente senza fluttuazioni significative di pressione o portata.
• Flusso pulsante: generato da compressori a stantuffo alternativo. In questi, la pressione dell'aria aumenta diminuendo il volume della camera. Con questo tipo di compressore si ottengono altissime pressioni e flussi ragionevoli; sono i più usati, ma sono molto rumorosi.

Funzionamento del compressore alternativo:

1. Il pistone scende e si apre la valvola di aspirazione.
2. Punto Morto Inferiore (PMI): riempimento del cilindro con aria a pressione atmosferica.
3. Si chiude la valvola di aspirazione.
4. Il pistone sale comprimendo l'aria.
5. Punto Morto Superiore (PMS): si apre la valvola di scarico ed espelle l'aria.

Varianti di Compressori Alternativi

• Compressori a doppio stadio: dotati di due pistoni. L'aria compressa in uscita dal primo pistone viene inserita nel secondo, che la comprime ulteriormente. Tra i due cilindri è presente uno scambiatore di calore per abbassare la temperatura dell'aria, permettendo di raggiungere pressioni molto elevate.
• Compressori a membrana: ideali quando l'aria deve essere molto pulita. Nei compressori alternativi standard, il bagno d'olio può contaminare l'aria. La membrana (solitamente in gomma) separa il pistone dal flusso d'aria, evitando il contatto con l'olio.

Compressori Rotativi e Speciali

Compressore Pluricellulare o a Palette

È un compressore a pistoni rotanti che produce un flusso continuo. Si compone di un rotore con slot per le palette, progettate per essere sempre in contatto con il corpo del compressore. Il rotore gira fuori centro rispetto al corpo; tra le palette si generano celle isolate il cui volume diminuisce durante la rotazione, aumentando la pressione dell'aria.

Compressore a Due Celle (Vite Elicoidale)

Dotato di due alberi che si impegnano reciprocamente come viti e ruotano in direzioni opposte. L'aria viene intrappolata tra i fori delle viti e spostata continuamente, generando un flusso costante.

Compressore Roots

Simile al precedente, possiede due alberi (uno motore e uno condotto) con lobi longitudinali. Aumenta la pressione diminuendo il volume e garantisce una produzione continua.

Compressori Dinamici

• Compressore radiale: utilizza un albero con pale ad alta velocità. L'aria viene assorbita e poi espulsa all'esterno tramite forza centrifuga. Offre flussi importanti ma pressioni relativamente basse.
• Compressione assiale: simile a un ventilatore tradizionale. Grazie alla forma delle pale e alla velocità, aumenta la velocità di uscita dell'aria, generando grandi volumi a basse pressioni.

Accumulo e Trattamento dell'Aria

Batterie (Serbatoi)

Sono depositi installati all'uscita del compressore per immagazzinare l'aria compressa. Permettono al compressore di fermarsi periodicamente e svolgono funzioni di stabilizzazione del flusso, dissipazione del calore e precipitazione del vapore acqueo. Sono dotate di:

• Valvola di sicurezza: scarica l'aria se la pressione supera i limiti.
• Manometro e termometro: per il monitoraggio.
• Portello di ispezione: per la pulizia interna.
• Scarico condensa (Trap): situato sul fondo per eliminare acqua e impurità.

Essiccazione e Filtrazione

L'acqua è dannosa per i componenti pneumatici. Esistono tre procedure di deumidificazione:

1. Essiccazione per adsorbimento: processo fisico con materiali che assorbono il vapore come una spugna.
2. Essiccazione per assorbimento: procedura chimica dove l'agente reagisce con il vapore e si consuma.
3. Raffreddamento: abbassa la temperatura dell'aria sotto il punto di rugiada per far liquefare il vapore.

I filtri vengono installati prima dell'uso finale per rimuovere particelle solide e impurità residue tramite cartucce in bronzo sinterizzato.

Lubrificazione dell'Aria

Per prolungare la vita degli elementi pneumatici, si aggiunge un velo d'olio nebulizzato tramite un lubrificatore. L'olio deve avere una viscosità molto bassa per facilitare la polverizzazione.

Unità di Manutenzione (FRL)

Insieme di elementi responsabili del condizionamento dell'aria prima dell'ingresso nel sistema pneumatico. Comprende: 1. Filtro aria; 2. Riduttore di pressione; 3. Manometro; 4. Lubrificatore.

Attuatori Pneumatici: I Cilindri

• Cilindro a semplice effetto: compie lavoro in una sola direzione. Il ritorno avviene tramite una molla. La corsa è solitamente limitata (es. 80 mm).
• Cilindro a doppio effetto: non ha molla. Dispone di due prese d'aria per comandare sia l'andata che il ritorno.
• Cilindro ammortizzato: simile al doppio effetto, ma include un cuscino d'aria regolabile a fine corsa per evitare urti violenti e danni meccanici.
• Cilindri tandem: due cilindri a doppio effetto montati in serie per raddoppiare la forza generata.
• Cilindri a doppio stelo: mantengono la stessa velocità in entrambe le direzioni grazie alla simmetria delle camere.
• Cilindri multiposizione: combinazione di cilindri con corse diverse per ottenere più posizioni fisse di arresto.

Fluidodinamica e Sistemi Idraulici

Tipi di Flusso

• Flusso laminare: il fluido scorre ordinatamente a strati (Numero di Reynolds < 2000).
• Flusso turbolento: caratterizzato da vortici e disordine, spesso causato da cambiamenti bruschi di sezione o alta velocità (Numero di Reynolds > 2000).

Energia e Potenza Idraulica

L'energia totale è la somma di: potenziale, pressione (statiche), cinetica e termica (dinamiche). Nei sistemi idraulici è fondamentale distinguere tra potenza meccanica e idraulica.

Fluidi Idraulici e Viscosità

La viscosità è la resistenza allo scorrimento. Se troppo elevata, aumenta l'attrito; se troppo bassa, può causare perdite interne e problemi di tenuta.

Componenti di Potenza Idraulica

Il serbatoio ha la funzione di immagazzinare e condizionare il fluido (dissipare calore, separare aria e impurità). Deve essere dimensionato (2-3 volte la portata della pompa) e preferibilmente alto e stretto.

Pompe Idrauliche

Sono il cuore del sistema. Responsabili della fornitura del fluido, sono caratterizzate da un ingresso a bassa pressione, un'uscita ad alta pressione e camere di pompaggio per il trasporto del liquido.