Pneumatika

Pneumaticki sistem je skup medjusobno povezanih pneumatickih komponenti, ciji je

zadatak da mehanicku energiju pretvori u pneumaticku energiju, a zatim da pneumatskom

energijom izvrsi odgovarajuci rad.

Pneumatski sistem, u opstem slucaju se sastoji iz kompresorske stanice, pripremne grupe

za vazduh, komponenata za upravljanje, vezivnih komponenata i izvrsnih komponenata.

Rad pneumatskog sistema sastoji se u tome sto kompresor mehanicku energiju

pogonskog motora ( elektromotora ili motora SUS), pretvara u pneumatsku energiju, odnosno

sabijeni vazduh. Preko vezivnih i upravljackih komponenata pneumatska energija se dovodi do

izvrsnih komponenata, koje pneumatsku pretvaraju u mehanicku energiju, odnosno vrse rad.

Prednosti pneumatskog sistema:

vazduh je besplatan

pneumatski uredjaji su ne osetljivi na temperature

jednostavni su za rukovanje i odrzavanje

iskorisceni vazduh je cist i ne zagadjuje okolinu

Nedostaci pneumatskih sistema:

vazduh pod pritiskom koji se koristi zahtjeva dobru pripremu

vazduh je stišnjiv, sto utice na preciznost rada izvrsnih elemenata

vazduh izaziva koroziju metalnih dijelova pneumatskog sistema

ne moze se koristiti za prenos velikih snaga i dr.

Pneumatika se prema raznim pritiscima dijeli na:

1. pneumatika niskog pritiska do 1 bara

2. pneumatika srednjeg pritiska od 1 do 10 bara

3. pneumatika visokog pritiska od 10 do 500 bara

4. pneumatika vrlo visokog pritiska preko 500 bara

2

I. Fizicka svojstva gasova

Radni fluid u pneumatskom sistemu najcesce je vazduh, redje neki drugi gas (kiseonik,

azot, inertni gasovi).

Kod gasova je kohezija slabo izrazena, pa su njihovi molekuli veoma pokretljivi. Gasovi su

veoma stišljivi, odnosno pod dejstvom spoljašnjeg pritiska, mnogo smanjuju zapreminu, a imaju

i malu gustinu.

Svi realni gasovi su viskozni. Viskoznost predstavlja otpor kretanju gasa, zbog

medjusobnog trenja samih njihovih djelica i zidova suda. Sila koja se opire kretanju gasa

odredjena je Njutnovim obrascem:

Ndy

dvAF

Koeficijent dinamicke viskoznosti vazduha na atmosferkom pritisku i temperaturi od 20 o C

iznosi: Pas710*65,1 . Koeficijent dinamicke viskoznoti jednak je:

s

mV

2

,

a za vazduh iznosi:

s

mV

2410*133,0 .

Velicine stanja gasa

Osnovne velicine stanja gasa: su pritisak p, specificna zapremina v ili gustina ili

temperatutraT.

Pritisak gasa nastaje usled udara molekula u zidove suda pri njihovom haoticnom kretanju i

predsavlja silu po jedinici povrsine: PaA

Fp .

Gustina predstavlja odnos mase u jedinici zapremine :

3m

kg

V

m .

Specificna zapremina V je zapremina gasa jedinice mase:

kg

m

m

Vv

3

.

3

Izmedju gustine i specificne zapremine postoji odnos : v

1 , odnosno gustina je jednaka

reciprocnoj vrijednosti specificne zapremine.

Temperatura T gasa karakterise stepen njihove zagrijanosti i mjeri se Kelvinima.

Jednacina stanja gasa

Za pneumatiku srednjih pritisaka i za pritisak kao radni fluid moze se koristiti jednacina stanja

idealnog gasa:

M

RTpv ,

gdje je: R= 8314 kmolK

Nm univerzalna gasna konstanta a M=29

kmol

kg molekulsa masa vazduha.

Osnovne promjenje stanja gasa

Pri promjeni stanja gasa mijesaju se osnovne velicine stanja pa nastaju sledeci slucajevi:

a) Izotermska promjena stanja (T=const), temperatura je konstantna a pritisak i zapremina

se mijenjaju. Iz jednacine stanja gasa dobija se:

2

1

2

1

V

V

p

p .

Dobijeni iznos izrazava Bojl-Mariotov zakon koji glasi: pri stalnoj temperaturi promjena

zapremin gasa obrnuto je srazmjerna pritisku.

b) Izobarska promjena stanja (p=const=) – pritisak je stalan a zapremina i temperatura se

mijenjaju. Iz jednacine gasa dobijamo:

2

1

2

1

T

T

v

v .

Dobijeni iznos izrazava Gej-Lisakov zakon koji glasi:pri stalnom pritisku specificne

zapremine gasa su srazmjerne temperaturama.

c) Izohorska promjena stanja (v=const) –specificna zapremina je stalna, a pritisak i

temperatura se mijenjaju. Iz jednacine gasa dobijamo:

.2

1

2

1

T

T

p

p

Dobijeni iznos izrazava Šarlov zakon koji glasi: pri stalnoj zapremini pritisci gasa su

srazmjerni temperaturama.

4

d) Adijabatska promjena stanja su promjene stanja bez razmjene toplote sa okolinom ri

cemu se sve tri osnovne velicine stanja gasa mijenjaju. Iz jednacine gasa dobijamo:

constT

vp

T

vp

2

22

1

11.

Ova jednacina moze da se matematicki preobrazi u constpv

Gdje je exponent adijabate i za vazduh iznosi .4,1

e) Politropska promjena stanja-promjena pri kojoj se mijenjaju sve tri velicine stanja gasa:

.constpv n

Vlaznost vazduha

Vazduh nije potpuno cist nego sadrzi sitne cestice mehanicke necistoce, vodenu paru,

pare ulja, i drugih tecnosti, sto otezava normalan rad pneumatskog sistema. Pri procesima u

pneumatskim sistemima para se kondezuje u vodu koja izaziva koroziju i kvarove pneumatskih

komponenti i mjernih instrumenata.

Vlazan vazduh je onaj koji u sebi sadrzi izvjesnu kolicinu vodene pare. Vlaznost vazduha

moze biti:

1. Apsulutna vlaznost vazduha

2. Relativna vlaznost

Apsulutna vlaznost vazduha predstavlja odnos mase vodene pare prema masi suvog vazuha

u posmatranoj zapremini mjesavine vazuh-vodena para:

.sp

vp

am

mV

Relativna vlaznost vazduha je odnos mase vodene pare u vazduhu i mase vodene pare koja

dovodi vazduh u zasicenje:

,

vp

vp

tm

mV .

5

II. Kompresori

Kompresori su komponente pneumatskog sistema kojima se mehanicka energija pogonskog

motora (elektromotor ili motor SUS) pretvara u pneumatsku energiju, odnosno u energiju

sabijenog vazuha.

Kompresori se, prema kretanju radnog elementa dijele na:

1. translatorne (klipni i membranski)

2. obrtne (klipni kompresor ili kompresor sa lamelama i turbokompresor).

Kompresori se, prema principu rada dijele na:

1. zapreminske

2. strujne.

Zapreminski kompresori sabijaju vazduh smanjenjem radne zapremine i dijele se na:

1. klipne

2. krilne

3. membranske.

Strujni kompresori sabijaju vazduh koji struji kroz njih, dajuci mu kineticku i potencijalnu

energiju. Na tom principu i rade i turbokompresori.

Zapreminski kompresori

U praksi se najcesce koriste klipni kompresori koji mogu biti jednostranog i dvostranog

dejstva, u zavisnosti od toga da li sabijanje vrse sa jedne ili sa obje strane klipa. Prema broju

cilindara dijele se na:

1. jednocilindricne

2. visecilindricne (obicno su i visestepeni).

Jednostepeni kompresori daju vazduh pritiska 6 do 10 bara, a dvostepeni do 15 bara.

Kompresori visokog pritiska, trostepeni i cetvorostepeni daju pritiske i preko 1000 bara.

Dijelovi klipnog kompresora su: 1- kolenasto vratilo, 2-klipnjaca, 3-klip, 4-cilindar, 5-

potisni ventil, 6-usisni ventil

6

Slika 15.1 Klipni kompresor

Obrtno kretanje kolenastog vratila preko klipnjace pretvara se u pravolinisko kretanje

klipa. Pri kretanju klipa nanize u cilindru se smanjuje pritisak, otvara usisni ventil i atmosferski

vazduh ulazi u cilindar. Pri tome je potisni ventil zatvoren. Pri kretanju klipa navise vazduh se

sabija, zatvara usisni a otvara potisni ventil i vazduh se potiskuje u rezervoar.

Kompresorska stanica

Za rad pneumatskog sistema potrebna je pneumatska energija, odnosno vazduh pod

pritiskom. Da bi se dobila pneumatska energija, nije dovoljan samo kompresor, vec su potrebni

pogonski motor, rezervoar, uredjaj sigurnosti, filter za vazduh, uredjaj za susenje vazduha i

prenosnici mehanicke i pneumatske energije. Svi ovi uredjaji zajedno cine kompresorsku

stanicu.

Filtar za vazduh se nalazi na usisnom vodu kompresora. Sabijen vazduh iz kompresora

prvo ulazi u uredjaj za susenje vazduha, a zatim u rezervoar.

Rezervoar za vazduh je sud jakih zidova koji ima vise namjena: smjestaj vazduha pod

pritiskom, podesavanje rada kompresora prema potrosnji vazduha I izdvajanje kondezovane

vode I ulja iz vazduha.

Rezervoar treba da imaČ prikljucne otvore za dovod I odvod vazduha, prikljucni otvor za

vezu sa regulatorom rada kompresora, ventili sigurnosti, monometer, ventil za iskljucenje

7

rezervoara iz mreze, otvor za ciscenje I ventil za ispustanje kondezovane vode I ulja na najnizem

dijelu rezervoara. Kapacitet rezervoara zavise od potrosnje vayduha u pneumatskom sistemu.

Kapacitet kompresora

Kapacitet kompresora zavisi od dimenzija cilindra I broja obrta koljenskog vratila.Teoriski

kapacitet klipnog kompresora iznosi:

min,*

4

32 mhn

DQt

gdje je D-precnik klipa, h-hod klipa, n-broj obrta u minuti koljenskog vratila.

Stvarni kapacitet Q je manji od teoriskog, odnosno:

min,

3mQQ t ,

gdje je stepen punjenja koji je uvjek manji od jedinice.

Susenje vazduha

Procesom susenja moguce je smanjiti sadrzaj vode u vazduhu do 0,001 g/m 3 . U praksi se

najcesce koriste sledeci nacini susenja:

adsorpcijom, pri cemu zrnasta porozna masa upija vlagu

hladjenjem, pri cemu se vlaga kondezuje.

Adsorpcioni susac sastoji se iz sledecih dijelova: 1-filteri, 2-ventili, 3-adsorberi, 4-razvodnici, 5-

ventilator, 6-grejac.

Vazduh iz atmosfere prolazi kroy filter (1), otvoreni ventil (2), I ulazi u adsorber (3), U

adsorberu se nalazi zrnasta porozna materija koja upija vlagu. Vazduh oslobodjen vlage prolazi

kroz donji otvorni ventil I donji filter I odlazi u rezervoar.

Uredjaj ima dva paralelno ugradjena adsorbera, pri cemu se jedan koristi za susenje

vazduha , dok se drugi obnavlja. Ventilator (5) ubacuje vazduh u grijac (6), a zatim se zagrijani

vazduh preko donjeg razvodnika (4) vodi u adsorber. Zagrijani vazduh upija vlagu iz zrnaste

porozne materije adsorbera, cime ga obnavlja, odnosno osposobljava za rad. Preko donjeg

razvodnika ovaj vazduh se izbacuje u atmosferu.

8

Slika 15.2 Adsorpciski sušač

Susac sa hladjenjem

Ako se vazduh pod pritiskom hladi ispod tacke rose, prisutna vlaga se kondezuje, I

izdvaja u vidu kapljica vode.

Vazduh pod pritiskom ulazi u susac, prolazi kroz izmjenjivac toplote (1), gdje se hladi I

djelimicno izdvajaju voda I ulje u gornju posudu (2). Vazduh zatim prolazi kroz agregat za

hladjenje (3), gdje se hladi do 1,7 o C. Iz tako ohladjenog vazduha dobijaju se preostale kolicine

vode i ulja u donju posudu (2). Hladjenje agregata ostvaruje se strujanjem sredstava za

hladjenje kroz spiralne cijevi. Vazduh iz agregata oslobodjen vode I ulja ponovo prolazi kroz

izmenjivac toplote I ulazi u rezervoar.

Dijelovi susaca sa hladjenjem: 1- izmenjivac toplote,2-posuda za kondezat, 3-agregat za

hladjenje, 4- masina za hladjenje, 5-sredstvo za hladjenje.

9

III. Pripremna grupa za vazduh

Vazduh pod pritiskom koji dolazi iz rezervoara sadrzi nemetalne I metalne cestice, vodenu

paru I paru ulja I drugih tecnosti. Vazduh se pri sabijanju zagrijeva, pa vlaga ostaje u sabijenom

vazduhu u rezervoaru u vidu vodene pare. Pripremnu grupu za vazduh koja se ugradjuje na ulaz

u sistem kao pojedinacne komponente I kao agregat cine:

1. precistac vazduha

2. regulator pritiska

3. zauljivac vazduha

Zadatak precistaca je da oslobodi vazduh pod pritiskom mehanickih cestica, vodene pare

I para drugih tecnosti.Regulator pritiska je ventil kojim se podesava pritisak I odrzava stalnim.

Precisceni vazduh stalnog pritiska se dovodi u zauljivac. Zauljivac radi po principu

Venturijeve cijevi. Kolicina ulja se podesava tako sto krupne kapi padaju u proctor za ulje, a

sitne koje su u vidu uljne magle dospijevaju u vazduh. Kapljice ulja moraju biti dovoljno sitne da

bi sa strujom vazduha dospjele u sve dijelove pneumatskog sistema. Uljna magla podmazuje

dijelove pneumatskog Sistema da ne bi doslo do korozije I da bi se smanjilo trenje pokretnih

dijelova.

Svaki pneumatski sistem mora imati na ulazu pripremnu grupu za vazduh.

10

11

XVII. Razvodnici

Razvodnici su komponente pneumatskog sistema kojima se vazduh pod pritiskom

usmjerava I razvodi, odnosno kojima se upravlja izvrsnim komponentama.

Razvodnici u pneumatici malo se razlikuju od razvodnika u hidraulici. Isti im je princip rada,

nacin aktiviranja, broj prikljucnih otvora I broj radnih polozaja.

Konstruktivne razlike I razlike u materijalima za izradu nastaju zbog razlika u svojstvima

radnih fluida I velicinama radnih pritisaka.

Prema konstrukciji pneumatski razvodnici se dijele na:

1. klipne

2. plocaste i

3. razvodnike sa sjedistem.

Radni element klipnih razvodnika je klip koji se krece translatorno, zatvarajuci I

otvarajuci razvodne puteve.

Razvodni element plocastog razvodnika je u obliku ploce sa kanalima za razvod vazduha

pod pritiskom, po cemu su I dobili ime.

Prema kretanju radnog elementa dijele se na:

1. translatorne (aksijalne) i

2. obrtne.

Radni element razvodnika sa sjedistem ili ventilskih razvodnika je kuglica, konus, plocica ili

tanjircic.

12

XVIII. Ventili

Ventili su komponente pneumatskog Sistema kojima se upravlja sistemom, odnosno

podesava se pritisak I protok I sprecava prolazak vazduha pod pritiskom.

13

Prema namjeni ventili se dijele na:

1. ventili sa pritiskom

2. ventili za protok

3. nepovratni ventili.

Nepovratni ventili su ventili u pneumatskom sistemu koji omogucavaju protok gasa u jednom

smjeru, a sprecavaju protok gasa u suprotnom smjeru.

Ventili za protok (ventili sigurnosti) su ventili koji sprecavaju prekoracenje najveceg

dozvoljenog pritiska cime se vrsi zastita sistema.

Redosledni ventili primjenjuju se u pneumatskim sistemina gdje se jedan dio Sistema ukljucuje

u rad tek kada pritisak u sistemu dostigne odredjenu vrijednost.

Regulator pritiska je ventil kojim se radni pritisak podesava I odrzava stalnim.

Prigusivac zvuka ima zadatak da djelimicno ili potpuno ukloni neugodan zvuk vazduha pod

pritiskom. U praksi se najcesce koristi konstrukcije sudova sa prosirenjem i pregradamai sudova

sa prosirenjem ispunjenim poroznim materijalom.

Ventili za protok - uloga ovih ventila u pneumatskom sistemu je da podesavaju protok,

odnosno da ga mijenjaju ili odrzavaju stalnim. Promjena protoka najcesce se postize

promjenom presjeka struje gasa.

14

15

XIX. Pneumatski motori

Pneumatski motori su komponente pneumatskog Sistema koji pneumatsku energiju (

energija pritiska I kretanja gasa) pretvaraju u mehanicku energiju, odnosno vrse mehanicki rad.

U zavisnosti od kretanja radnog elementa, pneumatski motori se dijele na:

1. obrtne (zupcasti I krilni)

2. translatorne (radni cilindri I motori sa membranom).

Obrtni pneumatski motori

Obrtno kretanje radnog vratila ostvaruje se direktno pomocu zupcastog pneumatskog

motora I krilnog pneumatskog motora, a posredno pomocu radnih cilindara I klipnog

mehanizma.

Radni elementi zupcastog motora su zupci zupcanika, a krilnog motora su krilca (lamele).

16

Translatorni pneumatski motor

Translatorni pneumatski motor dijele se na:

1. radne cilindre

2. motore sa membranom

17

Pneumatski radni cilindri dijele se na :

1. radne cilindre jednosmjernog dejstva sa i bez prigusivanja

2. radne cilindre dvosmjernog dejstva sa i bez prigusivanja i

3. specijalne radne cilindre.

XX. Vezivni element

Vezivni elementi cevovodi, crevovodi I priključci su komponente pneumatskog Sistema

koje povezuju ostale komponente I sluze za prenos pneumatske energije, odnosno vazduha pod

pritiskom.

XXI. Pneumatika niskog pritiska

Pneumatika niskog pritiska do 1 bar ima primjenu kod uredjaja za prijem, obradu I

prenos informacija.

Fluidika se dijeli na dvije oblasti:

1. fluidika bez pokretnih dijelova i

2. fluidika sa pokretnim dijelovima.

XXII. Hidropneumatika

Hidropneumatika je kombinacija hidraulike I pneumatike, odnosno u hidropneumatskim

uredjajima su primjenjene i hidraulika i pneumatika.U hidropneumatskom sistemu energija se

dovodi preko pneumatskog dijela sistema,a upravljanje se ostvaruje pomocu hidraulickog dijela

sistema.

18

Dijelovi hidropneumatske dizalice su:

1 - hidraulicki cilindar jednosmernog dejstva

2 - hidraulicki razvodnik 2/2

3 - rezervoar za ulje

4 - pneumatski razvodnik 3/2.

Aktiviranjem razvodnika (4) vazduh pod pritiskom ulazi u rezervoar za ulje.

Pritisak ulja u rezervoaru izjednaci se sa pritiskom vazduha.Aktivirau razvodnika (2) omoguceno

jestrujanjem ulja iz rezervoara u cilindar I teret se podize .Zatvaranjem razvodnika (2) teret se

moze zadrzati u bilo kom polozaju.Pri spustanju tereta aktivira se razvodnik

(4), pa vazduh iz rezervoara izlazi u atmosferu, a ulje u rezervoaru rasterecuje pritiska.

19

Aktiviranjem razvodnika (2) ulje iz cilindra (1) usled sopstvene tezine klipa klipnjace I platforme

kao I tereta vrace se u rezervoar

20