Pneumatika

mini|300px|desno|Bušenje velikih rupa s pneumatskim (mehaničkim) čekićem.

mini|300px|desno|Stranica o pneumatici iz Cyclopaedije.

mini|300px|desno|Sačuvana Porterova lokomotiva na pneumatski pogon iz 1856.

mini|300px|desno|Vijčani kompresor zraka.

mini|300px|desno|Skica dobivanja i razvoda stlačenog zraka.

mini|300px|desno|Shema dobivanja i razvoda komprimiranog zraka.

mini|300px|desno|Jednostupanjski ventil za ograničavanje tlaka.

mini|300px|desno|Dvostupanjski ventil za ograničavanje tlaka.

mini|300px|desno|Filtar zraka sa zaprljanje strane.

mini|300px|desno|Tlačna posuda: 1) ulazni priključak, 2) izlazni priključak, 3) sigurnosni ventil, 4) tlakomjer ili manometar, 5) slavina za ispuštanje kondenzata, 6) otvor za čišćenje, 7) slavina (protočni ventil), 8) tlačna sklopka ili prekidač.

mini|300px|desno|Skica načina rada prstenaste razvodne mreže stlačenog zraka.

mini|300px|desno|Način rada automatskog odvajača kondenzata s plovkom: 1. kondenzat, 2. plovak, 3. pilot-ventil, 4. membrana, 5. ventil za ispuštanje, 6. prigušnica, 7. opruga.

mini|300px|desno|Simbol jedinice za pripremu zraka: fini filtar za zrak (lijevo), regulator tlaka (u sredini), mazalica ili zauljivač (desno).

mini|300px|desno|Fini filtar za zrak: 1. sabirna posuda (prozirna), 2. tanjurasti štitnik, 3. uložak filtra, 4. slavina, 5. krilca, 6. kondenzat.

mini|300px|desno|Regulator tlaka: 1. membrana, 2. opruga, 3. vijak, 4. ulazni tlak, 5. opruga, 6. pladanj ventila, 7. otvor za atmosferski zrak, 8. vreteno ventila.

mini|300px|desno|Mazalica ili zauljivač.

mini|300px|desno|Pneumatski moment ključ za stezanje vijaka.

mini|300px|desno|Shema pneumatskog razvodnika i cilindra.

mini|desno|300px|Nepovratni ventil s čeličnom kuglicom i oprugom u zatvorenom položaju.

300px|mini|desno|Simbol jednosmjernog prigušnog ventila.

mini|300px|desno|Prikaz rada jednoradnog pneumatskog cilindra.

mini|250px|desno|Prikaz rada dvoradnog pneumatskog cilindra.

Pneumatika (prema grčkom πνευματιϰός (pneumatikos): koji se odnosi na vjetar, zrak, dah) je tehnička grana koja se bavi iskorištenjem energije stlačenoga (komprimiranog) zraka uz pomoć mehaničkih uređaja. Pneumatika je također i naziv za te uređaje. Pneumatski uređaji se u osnovi sastoje od kompresora, cijevnoga razvoda stlačenoga zraka, pneumatskih izvršnih dijelova (aktuatora) za ostvarivanje pravolinijskog (translacijskog) ili zakretnog (rotacijskoga) gibanja (pneumatski motor), te upravljačkih dijelova za upravljanje tim gibanjem. U industrijske svrhe koristi se radni tlak od 5 do 7 bara (0,5 i 0,7 MPa). Zbog stlačivanja, kao i kod hlađenja, iz zraka se kondenzira vlaga. Kako kondenzat ne bi došao u upravljačke i izvršne pneumatske dijelove, izdvaja se sušilima (apsorpcijsko, adsorpcijsko i toplinsko izdvajanje). Upravljanje izvršnim dijelovima ostvaruje se pneumatski, primjenom različitih vrsta ventila (razvodnici, protočni, tlačni i zaporni ventili) ili, sve češće, elektronički. Uz pneumatski cilindar kao najčešći, do danas je razvijeno više vrsta izvršnih dijelova, a njihove su primjene mnogobrojne.

Danas je pneumatika prisutna u svim tehničkim granama, od prometala, proizvodnih linija, strojeva, alata, robota, igračaka (zračna puška) i medicinskih instrumenata, do kućanskih proizvoda i najnovije, inteligentne odjeće. Od većega broja pneumatskih dijelova konstruiraju se uređaji za ostvarivanje više izvršnih funkcija, kao na primjer manipulatori, zaokretni stolovi, prenosila (transporteri) i slično. Prednosti su pneumatskih dijelova jednostavnost i mogućnost raznolike primjene, a nedostatci su im nemogućnost postizanja velikih sila, vrlo malih i jednoličnih brzina, te prijenosa signala na veće udaljenosti, što se rješava njihovom kombinacijom s drugim elementima (na primjer hidrauličnim, električnim). U automatizaciji, pneumatski izvršni dijelovi prevladavaju i čine 60 do 70% svih primijenjenih. Upravo zbog tijesne povezanosti napretka procesa proizvodnje s razvojem automatizacije i pneumatike, njezina se primjena stalno širi, a razvijaju se i novi dijelovi. Jedan od novijih je i takozvani fluidni mišić. To je elastična cijev romboidna oblika, ojačana pletivom od čvrstih umjetnih vlakana, koja se razmjerno tlaku zraka u cijevi skraćuje do 25%, te tako djeluje poput mišića. Konstruiraju se i sve manji pneumatski dijelovi, pa se tržišno već koriste pneumatski minidijelovi, a radi se na razvoju mikrodijelova. Za projektiranje pneumatskih sustava razrađene su matematičke i inženjerske metode, a koriste se i računalni programi. Svi se elementi sustava, njihov način rada i spajanje, prikazuju simbolima i shemama nalik onima u elektrotehnici.

Povijest Prve spoznaje o primjeni stlačenoga zraka stare su više tisuća godina, a prvi takav zapis opisuje katapult na stlačeni zrak Grka Ktesibija Aleksandrijskog (3. stoljeće pr. Kr.). Potkraj 19. i početkom 20. stoljeća pneumatika se značajnije počela primjenjivati za pogon alata, prije svega udarnih (pneumatski čekići, sjekači) i rotacijskih (bušilice, brusilice i slično). Većina udarnih alata ima vlastitu konstrukciju. Rotacijski alati koriste pneumatske lamelaste (krilne) motore, s ugrađenim pneumatskim razvodnicima u kućištu alata. Novija je primjena pneumatike među alatima za obradbu materijala bez skidanja strugotine (probijanje, štancanje, odrezivanje, utiskivanje, zakivanje i slično), gdje se koristi u sklopu pomoćnih uređaja na prešama, ili samostalnih naprava ili uređaja. Tada pneumatski izvršni dijelovi, pravolinijski i zakretni cilindri, zajedno s upravljačkim dijelovima čine pneumatske sustave.

Usporedba s hidraulikom Za razliku od hidraulike koja koristi nestlačive kapljevine kao što su voda i ulje, pneumatika koristi zrak koji nema stalan obujam. U većini industrijskih primjena pneumatike radni tlak iznosi od 500 do 700 kPa, dok su u hidraulici uobičajeni tlakovi od 7 do 35 MPa, a iznimno i preko 70 MPa.

Prednosti pneumatike Radni medij je lagan, pa ne opterećuje dovodne cijevi; Nema potrebe za povratnom cijevi jer se iskorišteni zrak može ispuštati u okolinu; Zrak je elastičan, pa ne postoji opasnost od hidrauličnih udara koji bi mogli oštetiti cijevi ili opremu; Stlačeni zrak ima potencijalnu energiju koja se može koristiti i kada kompresor nije u pogonu; Stlačeni zrak je gotovo neosjetljiv na promjene temperature i ekstremne uvjete; Neosjetljiv je na radijaciju, magnetska i električna polja; Sigurnost jer nije eksplozivan niti zapaljiv; Prilikom ispuštanja ne zagađuje okoliš; Neosjetljivost elemenata na vibracije.

Prednosti hidraulike Može se koristiti mnogo viši tlak jer zbog nestlačivosti medija ne postoji opasnost od eksplozije pri oštećenju spremnika ili cijevi. Zahvaljujući tome može se prenijeti i mnogo veća snaga. Stalnost obujma medija omogućuje preciznu kontrolu pomaka radnog mehanizma.

Svojstva pneumatskih sustava Svojstva pneumatskih sustava su: Tlak zraka za napajanje od 1 do 15 bar (uobičajeno 7 bar); Pogonske temperature zraka od -10 do 60 ºC (maksimalno do 200 ºC); Optimalna brzina strujanja zraka 40 m/s; Gibanje dijelova: pravocrtno (translacija) i rotacijsko (vrtnja); Brzina cilindara od 1 do 2 m/s (najviše oko 10 m/s); Najveća ostvariva sila oko 40 kN; Najveća snaga oko 30 kW; U pneumatskim sustavima se kod temperatura stlačenog zraka manjim od -10 ºC pojavljuju problemi sa zaleđivanjem, dok se kod temperatura većih od 60 ºC pojavljuje problem brtvljenja.

Dijelovi pneumatskog sustava Dijelovi pneumatskog sustava mogu se prema njihovoj funkciji u sustavu podijeliti na: "Pneumatika i hidraulika" Radoslav Korbar, Veleučilište u Karlovcu, www.vuka.hr, 2007. pogonski motor (elektromotor ili Dieselov motor), kompresor zraka, tlačna posuda ili spremnik, razvod zraka (cjevovod), priprema zraka, izvršni pneumatski uređaji, upravljački dijelovi, upravljačko-signalni dijelovi, pomoćni dijelovi.

Dobivanje i razvod zraka Dijelovi za proizvodnju i razvod zraka imaju zadatak potrošačima osigurati potrebne količine stlačenog zraka odgovarajućih parametara (kompresor, spremnik ili tlačna posuda, cjevovodne mreže za razvod). Grupa za pripremu zraka sadrži filtar zraka, regulacijski ventil i ponekad mazalicu. Glavni vod postavlja se s padom od 1 - 2% u smjeru strujanja zraka, kako bi se osiguralo otjecanje kondenzirane vode. Glavni vod treba osigurati ujednačeni tlak bez obzira na potrošnju zraka.

Kompresor zraka

Kompresor stlačenog zraka služi za pretvorbu mehaničke energije u energiju stlačenog zraka, dok se u pneumatskim motorima obavlja pretvorba energije u suprotnom smjeru. Kompresori zraka i pneumatski motori se bitno ne razlikuju, a konstrukcijski se razlikuju samo u detaljima. Ako se na primjer punjenje i pražnjenje cilindra klipnog motora ili kompresora vrši preko usisnih i ispušnih ventila, motor mora imati mehanizam za prisilno otvaranje/zatvaranje ventila (bregasto vratilo), dok je kod kompresora moguće samoradno pokretanje ventila (pomoću samog tlaka zraka u cilindru). Često isti stroj može raditi kao kompresor ili motor, zavisno od ugradnje, odnosno povezivanja u sustav.

Sušenje i hlađenje zraka Stlačeni zrak poslije izlaska iz kompresora nije potpuno čist. On sadrži rane nepoželjne sastojke pa se bez prethodnog čišćenja ne može koristiti u pneumatskim sustavima. Najčešći su nepoželjni sastojci u stlačenom zraku: voda u tekućem i plinovitom stanju, ulje u obliku emulzije, kapljica ili uljne magle (ulje dospijeva u stlačeni zrak iz kompresora gdje podmazuje pokretne dijelove), krute nečistoće, sitne atmosferske nečistoće, ostaci korozije i trošenja pokretnih dijelova.

Voda koja se kondenzira iz pneumatske mreže ispušta se na unaprijed predviđenim mjestima za odvod kondenzata. Na istom se mjestu mogu odstraniti čestice ulja ili emulzija ulja. Krute čestice odstranjuju se iz sustava filtrima koji se obavezno moraju ugraditi u razvodnu mrežu stlačenog zraka. Vladimir Koroman, Rade Mirković: "Hidraulika i pneumatika", "Školska knjiga", Zagreb, 1991.

U pneumatskim upravljačkim i izvršnim elementima ne smije se dopustiti kondenzacija vlage iz zraka. Zato se suvišna vlaga mora izdvojiti, a to se vrši na izlazu kompresora zraka. Postupci sušenja su: kemijski ili apsorpcijski, fizikalni ili adsorpcijski, te toplinski ili postupak pothlađivanja: u kemijskom postupku, zrak se provodi kroz sloj higroskopne tvari (na primjer magnezijev perklorat, litijev klorid, kalcijev klorid). Vlaga se zadržava u tom sloju, cijedi se, sakuplja i odvaja na dnu sloja. Kemikalija se pomalo troši, pa se mora nadoknađivati. u fizikalnom postupku zrak se provodi kroz usitnjeni silicijev dioksid (silikagel) ili aluminijev oksid. Ova materija se zasićuje vodom, zato se apsorberi ugrađuju u paru. Dok je jedan od njih u funkciji, drugi se regenerira toplim zrakom. toplinski postupak ujedno smanjuje previsoku temperaturu zraka na izlazu iz kompresora (hlađenje). Ako se želi osigurati da se prilikom ekspanzije (smanjenje temperature) u pneumatskim uređajima neće kondenzirati voda, potrebno je izvršiti pothlađivanje zraka iz kompresora na temperaturu +1,5 ºC (niža temperatura dovela bi do zaleđivanja vode). Zbog uštede energije, nakon izdvajanja kondenzirane vode, pothlađeni zrak koristi se u izmjenjivaču topline (predhladnjaku) za predhlađenje zraka iz kompresora. Time se pothlađeni zrak zagrijava na neku prihvatljivu temperaturu.

Tlačna posuda ili spremnik Svrha tlačne posude ili spremnika je: smirivanje tlačnih udara klipnog kompresora (ujednačavanje tlaka), kvalitetnija usklađivanje rada kompresora i potrošnje, preuzimanje vršne potrošnje, te izdvajanje vode i kompresorskog ulja iz stlačenog zraka. Na primjer u prehrambenoj industriji zahtijeva se čisti zrak (suhoradni kompresor zraka, kao što je membranski ili krilni s teflonskim lamelama).