Pneumatski sistemi. Pneumatski sistem je tehnički sistem za pretvaranje i prenos energije, kao i za

Transcript

1 1 Pneumatsi sistemi Pneumatsi sistem je tehniči sistem za pretvaranje i prenos energije, ao i za upravljanje energijom. Ovo poglavlje obuhvata sledeće teme: osnovne funcije pneumatsog sistema osnovna svojstva vazduha opis stanja pneumatsog sistema priazivanje pneumatsih sistema primena pneumatsih sistema

2 2 Pneumatia: uvod s primerima upravljanja 1.1 Osnovne funcije pneumatsog sistema Osnovne funcije pneumatsog sistema su pretvaranje i prenos energije, i upravljanje energijom. Pneumatsi sistem za pogon prese i upravljanje presom priazan je šematsi na slici 1.1. Potrebna energija dobija se pretvaranjem mehaniče energije (izvor je eletromotor) u energiju sabijenog vazduha (pretvarač energije je ompresor). Kroz razvodnu pneumatsu mrežu, vazduh iz rezervoara dovodi se u pripremnu grupu gde se čisti i zauljava. Očišćen i zauljen vazduh dovodi se u pneumatsi cilindar, gde se energija sabijenog vazduha pretvara u mehaniči rad. pretvaranje mehaniče energije u pneumatsu prenos pneumatse energije do potrošača pretvaranje pneumatse energije u mehaniči rad ompresor eletromotor razvodna mreža sabijenog vazduha pripremna grupa pneumatsi cilindar rezervoar sistem za upravljanje radom prese Slia1.1 Pneumatsi sistem za pogon prese i upravljanje njom. U pneumatsi sistem ugrađene su omponentne oje omogućuju upravljanje smerom retanja lipa cilindra i ograničenje hoda lipnjače. Naon što obavi zadatu funciju (mehaniči rad ili upravljanje), vazduh se ispušta u oolnu atmosferu. Postoji više vrsta pneumatsih sistema oji su našli primenu u tehničoj prasi zavisno od radnog pritisa oji se reće od 0,1 bar do 200 bar i više: vauumsa tehnia (radni pritisci max. 0,1 bar), fluidia (radni pritisa max. 2 bar), industrijsa pneumatia (radni pritisa max. 15 bar), pneumatia visoog pritisa (radni pritisa max. 200 bar ) i pneumatia estremno visoog pritisa (radni pritisci preo 1000 bar). U daljem testu biće govora o elementima i sistemima industrijse pneumatie.

3 Poglavlje 1 Pneumatsi sistemi Osnovna svojstva vazduha Iao pratično svai gas može biti medijum za pretvaranje i prenos pneumatse energije, vazduh ima najširu primenu u industrijsim pneumatsim sistemima. Osnovni parametri oji određuju stanje vazduha u pneumatsom sistemu jesu pritisa, temperatura i gustina. Pritisa. Apsolutni pritisa vazduha jedna je zbiru izmerenog (manometarsog) pritisa p 1 i atmosfersog (barometarsog) pritisa p a : p = p + p i a Temperatura. U tehničoj prasi oristi se međunarodna temperaturna sala s temperaturom t u Celzijusovim stepenima ( C). U teoriji pneumatsih sistema oristi se termodinamiča temperatura T (apsolutna temperatura) u Kelvinovim stepenima (K). T = t+ 273 o Gustina. Po definiciji, gustina vazduha je ρ = mv [g/m 3 ] gde je m = masa [g] i V zapremina [m 3 ]. Pošto se gustina vazduha značajno menja s promenom temperature i pritisa, vrednost gustine se daje za određene uslove. Pri pritisu p = 0,1013 MPa (760 mmhg) i na temperaturi T = 293 K (t= 20 C), vazduh ima gustinu ρ = 1,207 g/m 3 (specifična težina γ = 0,83 m 3 /g). Pored navedenih veličina, za pratičnu upotrebu vazduha u pneumatsim sistemima, važni su visozitet, vlažnost i specifična toplota. Visozitet vazduha araterišu sile unutrašnjeg trenja čestica u tou strujanja. Koriste se oeficijent dinamičog visoziteta µ i oeficijent inematsog visoziteta ν. Međusobna veza je definisana ao µ = ρν. Visozitet vazduha zavisi od temperature, tao da to označavamo na sledeći način: µ d oeficijent dinamičog visoziteta pri apsolutnoj temperaturi T i µ do oeficijent dinamičog visoziteta pri temperaturi 273 K µ = 17, Pa s). ( do Vlažnost vazduha.vazduh može biti suv ili vlažan. Vlažan vazduh sadrži vodenu paru. Količina vodene pare u vazduhu ograničena je i zavisi od temperature. Na primer, pri temperaturi 0 C, 1 m 3 vazduha može imati do 4,8 g vodene pare; pri 30 C do 30,4 g; pri 100 C do 597,4 g. Odnos oličine vodene pare, sadržane u 1 m 3 pri zadatoj temperaturi prema masimalno mogućoj oličini vlage za tu temperaturu naziva se relativna vlažnost. Snižavanjem temperature smese vazduha

4 4 Pneumatia: uvod s primerima upravljanja i vodene pare nastaje zasićenje i vodena para ondenzuje u vidu rose. Na taj način je moguće dobiti osušen vazduh, što se i pratično oristi. Specifična toplota je oličina toplote neophodna da se jedinica mase vazduha zagreje za jedan stepen Celzijusa. Razliuje se specifična toplota pri onstantnom pritisu, c p, i specifična toplota pri onstantnoj zapremini, c v. U dijapazonu temperatura od -40 C do +100 C, specifična toplota vazduha ima pratično onstantnu vrednost: c p = 1, J/(gK) i c v = 0, J/(gK). 1.3 Opis stanja pneumatsog sistema Radni proces pneumatsog sistema obuhvata: dobijanje sabijenog vazduha, strujanje vazduha u cevovodima, espanziju vazduha na prigušnim otvorima i rad vazduha u radnim omorama izvršnog motora. Procesi oji se odvijaju u pneumatsom sistemu opisuju se poznatim zaonitostima. Jednačina ontinuiteta protoa: ρ va = ρ va Zaon oličine retanja (uz početne brzine v = 0): mv = mv Zaon o očuvanju energije: U = Q+ L Jednačina stanja idealnog gasa: pv = mrt U prethodnim jednačinama, oznae imaju sledeća značenja: ρ [g/m 3 ] gustina gasa, A 1, A 2 [m 2 ] površina protočnog otvora, v, v 1, v 2 [m/s] brzina strujanja,

5 Poglavlje 1 Pneumatsi sistemi 5 m, m 1, m 2 [g] masa gasa, ΔU [J] promena specifične unutrašnje energije, Q [J] toplotna energija, L [J] rad, p [Pa] pritisa, V [m 3 ] zapremina, R [J/(gK)] - gasna onstanta i T [K] - temperatura. Iz termodinamie su poznate jednačine espanzije gasa za strujanje bez trenja: p 1 V 2 T 2 p2 V1 T T p V T1 p1 V V p T V1 p2 T2 Za strujanje s trenjem, umesto esponenta esponent je n. Vrednost esponenta n u procesu espanzije vazduha u elementima pneumatsog sistema u granicama je 1 > n > 1,41, gde n = 1 odgovara espanziji vazduha s potpunim odvođenjem toplote (izoterma) u procesima araterističnim za strujanje vazduha roz duge cevi, a n = 1,41 odgovara procesu širenja vazduha bez izmene toplote (adijabata), oji je araterističan za prigušne otvore. Gasna onstanta R predstavlja rad oji se mora utrošiti da se jednom ilogramu gasa izmeni temperatura za jedan stepen Celzijusa pri onstantnom pritisu. Za suvi vazduh gasna onstanta ima vrednost R = 287 J/(gK). Pri vlažnom vazduhu vrednost gasne onstante R nešto je veća (u pratičnim proračunima to se obično zanemaruje). Za pneumatse sisteme arateristični su termodinamiči procesi pri onstantnoj oličini vazduha. Pri prelasu vazduha iz jednog stanja u drugo, menjaju se njegovi parametri. U ograničenom dijapazonu pritisa i temperature, što odgovara pratičnim uslovima rada veliog broja pneumatsih sistema, orišćenjem jednačine stanja za idealni gas, može se uspostaviti veza za dva različita stanja 1 g vazduha: