- tehnician mecatronist, masini si unitati pentru producerea aerului comprimat

Proiect pentru examenul de obtinere a certificatului de competente profesionale nivel 3.

Tehnician mecatronist

Masini si unitati pentru producerea aerului comprimat

Mecatronica reprezinta imbinarea intre ingineria mecanica, electrica de comanda si control si informatica in proiectarea, realizarea si explorarea produselor si proceselor.

Mecatronica nu e numai o simpla alaturare a mecanicii, electronicii si informaticii, ci mai are si abilitati personale si de echipa necesare in industrie pentru a atinge inalte performante, iar aceasta priveste abordarea si dezvoltarea corespunzatoare a resurselor umane la toate nivelurile de invatamant.

Utilajele mecatronice sunt asamblari care integreaza elemente componente simple sau complexe ce indeplinesc diferite functii, actionand in baza unor reguli impuse.

Actionarile pneumatice si-au gasit aplicatii in domenii ale tehnicii extrem de variate, pentru cele mai diferite scopuri. Acest fapt se datoreaza avantajelor date de aceste actionari:

-datorita vitezelor de lucru si de avans mari precum si momentelor de inertie mici, durata operatiilor e mica.

-utilizand elemente logice sau convertoare electropneumatice se pot realiza instalatii cu functionare in ciclu automat, care ofera productivitate mare.

Actionarile pneumatice sunt utilizate:

In industriile cu pericol de incendiu, explozii: metalurgie, chimie, minerit prelucrarea lemnului, termocentrale.

*In industriile cu pericol de contaminare: alimentara, textila, electronica, medicamente.

*In toate celelalte demenii industriale unde se pot realiza linii automate de productie, pentru: asamblare, ambalare, manipulare de mare productivitate

Masini si unitati pentru producerea aerului comprimat

1.2.1 Masini pentru producerea aerului comprimat

Pentru producerea aerului comprimat se folosesc masini care realizeaza comprimarea sau presarea aerului, transformand energia mecanica primita la arbore in energie de presiune a aerului. Dupa principiul de functionare, compresoarele se pot clasifica in compresoare volumice si turbocompresoare.

1.2.1.1 Compresoare volumice( pneumo-statice)

Functonarea lor se bazeaza pe principiul camerei de volum variabil. In faaza de aspiratie, aerul este absorbit intr-o camera cu volum mare si apoi inchis, mai mult sau mai putin etans. Dupa aspiratie camera isi micsoreaza volumul, iar aerul se comprima. Cand s-a ajuns la un volum minim al camerei, se trece in faza de refulare. Aerul este evacuat in circuitul de refulare, avand o presiune proportionala cu variatia de volum a camerei

Compresoarele volumice pot fi:

Cu piston:

- cu comprimare directa;

-cu compriamre membrana.

Cu angrenaje:

-cu surub;

-cu lobi(ROOTS).

Cu palete

Compresoarele cu piston cu comprimare directa

Aceste compresoare   pot avea o treapta de compriamre, fig. 1.1, doua trepte, fig. 1.2, sau mai multe. Fiecare treapta poate avea unul sau mai multi cilindri. La comprimarea in mai multe trepte, treapta urmatoare aspia aerul comprimat furnizat de precedenta, in acest fel marindu-se valoarea presiunii aerului comprimat furnizat de compresor. De exemplu, daca un compresor cu o treapta ridica presiunea aerului pana la 4 bar, unul cu doua trepte o poate ridica pana la 15 bar. Un compresor cu 3 sau mai multe trepte ridica presiunea peste 15 bar.

Acest tip de compresor poate realiza valori de comprimare foarte inalte (pna la 100 bar), insa el are dezavantaje care ii limiteaza utilizarea, si anume: genereaza socuri de presiune in instalatiile comsumatoare, introduce ulei in aerul comprimat, este zgomotos, iar datorita frezarilor in zonele de etansare, temperatura aerului comprimat este foarte ridicata.

Eseu: Lista control - utilizare presa hidraulica monoetajata cu ulei pentru incheiat panouri din elemente de lemn masiv Referat: Aparatul izolant cu aer comprimat

Compresoare cu piston cu compriamre indirecta

Functioneaza pe acelasi principiu, insa camera in care este aspirat nu mai este cilindrul, iar pistonul este separat complet de aceasta camera printr-o membrana elastica. Acest compresor este utilizat in aplicatiile in care trebuie evitata contaminare gazului comprimat, cu uleiul din sistemul de ungere al compresorului.

Compresor cu palete

Intre suprafata rotorului, palete, carcasa si capacele laterale se formeaza camere de volum variabil (CVV) care in faza de aspiratie inchid etans mase de aer si, pe masura rotirii ansamblului mobil, aceste camere isi micsoreaza volumul determinand cresterea presiunii. Cand ating un volum minim ajung in dreptul racordului de refulare, iar aerul comprimat este evacuat.

Compresor cu lobi Roots

Datorita acestui fapt, uzura acestor masini este practic nula. Randamentul lor este insa mai slab deoarece, neexistand contact direct intre elementele care materializeaza camera de volum variabil, apar scurgeri dinspre racordul de refulare catre cel de aspiratie. Totusi, compresoarele cu surub se caracterizeaza printr-o remarcabila unifirmitate a debitului, functonare silentioasa si robustete.

1.2.1.2 Turbocompresoare (pneumo-dinamice)

Functionarea se bazeaza pe marimea vitezei decurgere a aerului, aceasta fiind "inghesuit" in orificiul de refulare al masinii. Fata de compresoarele volumice, turbocompresoarele se caracterizeaza prin debite mari, fara oscilatii de debit-presiune, dar si prin nivelul redus al presiunii aerului refulat

Turbocompresoarele pot fi axiale sau radiale.

In fig. 1.5 este prezentat un turbocompresor axial. Se poate observa ca accesul aerului se face paralel cu axul elicei aspiratoare. Ventilatorul de birou este un exemplu de compresor axial, care refuleaza in atmosfera.

In fig. 1.6 se poate observa un turbocompresor radial in trei trepte (are trei rotoare dispuse in serie, pe axul masinii). Aerul este aspirat de primul rotor, i se mareste viteza si este refulat prin  centrifugare, perpendicular pe axul masinii (deci radial) catre periferia carcasei,

In figura 1.7 este prezentata diagrama domeniilor ocupate de fiecare tip de compresor, in coordonate debit-presiune. Aceasta diagrama este un instrument deosebit de util in alegerea tipului de compresor necesar pentru o aplicatie practica, atunci cand se cunosc parametri consumului.

1.2.2 Unitati pentru producerea aerului comprimat

Definim ca unitate de producere a aerului comprimat asnsamblul format din urmatoarele elemente:

- masina de producere a aerului comprimat;

- sistemele de reglare a parametrilor aerului comprimat ( debit, presiune, temperatura, umiditate);

- aparatele de masura si control ( manometre, presostate, termometre etc. );

- recipientul de stocare a aerului comprimat

1.2.3. Racirea aerului comprimat

Pentru a evita variatia parametrilor fizici ai aerului comprimat trebuie sa aiba o temperatura cat mai constanta si cat mai apropiata de cea a mediului in care se afla instalatia.

La iesirea din compresor aerul poate atinge temperaturi de pana la 200*C. Daca ar intra in instalatie cu o temperatura apropiata de aceasta valoare, efectelel ar putea fi urmatoarele:

deformarea sau topirea paharelor filtrelor si ungatoarelor;

inmuierea, deformarea si ruperea conductoarelor din plastic;

alternarea elementelor de etansare elastomerice;

griparea unor aparate, prin modificarea jocurilor intre piesele mobile si fixe, datorita dilatatiei.

Asadar, este necesar sa se asigure o temperatura corespunzatoare a aerului livrat consumatorilor. Se recomanda ca temperatura aerului sa fie in jurul valorii de minim 10*C iarna si maxim 30*C vara, dar in nici un caz nu va depasi 50*C. Racirea aerului se poate face chiar din faza de comprimare, acest lucru protejand si compresorul.

In figura 1.13, compresorul este prevazut cu un circuit care raceste in permanenta cilindrul (similar motoarelor termice).

O alta metoda de racire este suflarea de aer asupra cilindrului de comprimare, prevazut cu aripioare de racire, fig. 1.14. Aripioarele maresc suprafata de schimb de caldura cu mediul, iar aerul suflat peste cilindru permite transferul mai rapid al caldurii de la masina catre mediu.

In general, aceste doua metode de racire se combina cu o a treia metoda de racire, fig. 1.15, care se aplica compresoarelor cu mai multe trepte. In canalizatia dintre treptele 1 si 2 (cazul compresorului cu doua trepte) se instaleaza un schimbator de caldura sau un agregat de racire, ce permit reducerea temperaturii aerului.

In multe cazuri, metodele de racire descrise mai sus , nu sunt suficiente, motiv pentru care unitatile de producere a comprimat se completeaza cu agregate de racire a aerului deupa ce acesta a iesit din compresor.

1.2.4. Uscarea aerului comprimat

Aerul din atmosfera contine o anumita cantitate de apa, sub forma de vapori. Aceasta apa se regaseste in aerul comprimat furnizat consumtorilor. Prezenta ei afecteaza substantial functionarea instalatiilor, din acest motiv fiind necesare masuri de eliminare, prin uscarea aerului.

Efectele apei aflate in aerul comprimat utilizat ca agent de lucru sunt:

la temperaturi scazute poate forma dopuri de gheata in conducte sau in aparate, scotand instalatia din functiune;

corodeaza componentele de otel din aparat;

micsoreaza viteza de comutare a aparatelor sau chiar le blocheaza;

in amestec cu uleiul de ungere formeaza un amestec ce incetineste viteza de comutare a aparatelor sau chiar le blocheaza.

1.2.4.1 Punct de roua. Curba punctului de roua.

Parametrii si temenii cu care se caracterizeaza si se masoara umiditatea atmosferica sunt: presiunea, tempratura,punctul de roua, umiditatea de saturatie, umiditatea absoluta si relativa.

Punctul de roua - este temperatura maxima la care apa sub forma de vapori existenta intr-un spatiu oarecare incepe sa condenseze pe suprafata obiectelor inconjuratoare. La acesta temperatura apa in surplus se transforma din starea de vapori in stare lichida. Cu cat aceasta temperatura este mai mica, cu atat scade presiunea de saturatie a vaporilor de apa, rezultatul fiind eliminarea progresiva a apei sub forma de vapori din atmosfera.

Principala modalitate de limitare a accesului apei in instalatia pneumatica este uscarea aerului, prin diferite metode.

Cele mai cunoscute metode de uscare sunt:

racire;

adsorbtie;

absortie;

supracomprimare;

- Uscarea aerului prin racire

Este cea mai intalnita metoda de racire; functioneaza economic, sigur, iar intretinerea instalatiei este ieftina. Prin racire se poate atinge un punct de roua de 25*C.

-Uscarea prin adsortie

Metoda se bazeaza pe fenomenul de adsortie, ce consta un depunerea particulelor de apa pe suprafata unor cristale de dioxid de siliciu sau alta substanta cu proprietati adsorbante.

- Uscarea prin supracomprimare

- Uscarea prin supracomprimare se bazeaza pe efectul de eliminare a apei din aerul comprimat, prin condensare, pe masura ce presiunea acestuia creste.

1.2.3.Filtrarea aerului

Filtrarea aerului este una din cele mai importante cerinte pentru agentul de lucru utilizat in actionarile si comenzile pneumatice.

De calitatea filtrarii depind fiabilitatea si durabilitatea elementelor ce alcatuiesc instalatia, precum si performantele sistemului, in ansamblu. Standardele stabilesc patru trepte de filtrare, parametrul fiind finetea de filtrare:

1.3Motoare pneumatice liniare

1.2.1Cilindrii pneumatici

Intr-o instalatie pneumatica,elementul de actionare propriu-zis este motorul pneumatic.Motoarele pneumatice,denumite si elemente de executie,transforma energia de presiune a aerului comprimat in energie mecanica,pe care o furnizeaza apoi instalatiei cu ajutorul a diferite lanturi cinematice.Cilindri pneumatici efectueaza lucru mecanic intr-o miscare de translatie,de obicei liniara,,ei mai fiind numiti si motoare pneumatice liniare.Exista doua tipuri de cilindri pneumatici:cu membrana si cu piston.