Le Grandezze Fisiche Fondamentali in Pneumatica PDF

# Le grandezze fisiche fondamentali in pneumatica/Fundamental physical quantities in pneumatics ## CLIL Content and Language Integrated Learning During the discussion of pneumatics, two physical quantities will be often used: pressure and flow rate. Given the importance of these two quantities, it...

# Le grandezze fisiche fondamentali in pneumatica/Fundamental physical quantities in pneumatics ## CLIL Content and Language Integrated Learning During the discussion of pneumatics, two physical quantities will be often used: pressure and flow rate. Given the importance of these two quantities, it is useful, even necessary, to deal with them in advance, so as to remove any doubts and uncertainties: in fact, improper usage is often made of them and at times they are confused with or mistaken for each other. First of all, it is however useful to introduce the concept of force, which can be considered the effect or the cause of pressure. ## 1.1 Forza Si definisce *forza* una qualunque causa capace di modificare lo stato di quiete o di moto di un corpo. La forza è una grandezza vettoriale, quindi è definita non solo da un valore numerico o modulo, ma anche da un vettore che possiede una retta d'azione e un verso (figura 1). Il simbolo generalmente usato per la forza è *F* e la sua unità di misura nel sistema internazionale è il *Newton N*. Anche il *peso P* di un corpo è una forza, naturalmente definita da un valore numerico e da un vettore che ha retta d'azione verticale e verso diretto verso il centro terrestre (figura 2). Ogni corpo possiede una *massa*, che può essere considerata come “la quantità di materia che possiede". L'unità di misura della massa è il *chilogrammo (kg)* e la relazione tra questa e il suo peso è espressa dalla seconda legge della dinamica: $P = mg$ dove *g* è l'accelerazione di gravità, che sulla superficie terrestre vale mediamente: $g = 9,81 m/s^2$ Nella pratica di tutti i giorni, non si è abituati a misurare la forza peso in Newton; è più facile orientarsi sulle forze espresse in *kg*. Non è infatti agevole dichiarare il proprio peso in Newton, e nemmeno le bilance ci vengono in aiuto: queste sono infatti tutte graduate in *kg*, secondo un sistema di misura abbandonato decenni or sono. Dal momento che il Sistema Internazionale di unità di misura è entrato in uso negli anni '80, si devono allora modificare tutte le bilance e imporre a tutte le persone di esprimere la forza e il peso in Newton? Non è il caso. Occorre però eseguire una semplice variazione al nostro modo di esprimerci: invece di parlare di peso del nostro corpo, basterebbe parlare di massa del nostro corpo, mantenendo invariate le bilance e la loro unità di misura. In effetti, un oggetto che possiede il peso di 1 kg (vecchia unità di misura) possiede anche la massa di 1 kg (unità di misura nel Sistema Internazionale). Volendo calcolare il peso di questo oggetto, che possiede la massa *m* di 1 kg, si applicano le relazioni precedenti, ottenendo: $P = mg = 1 kg. 9,81 m/s^2 = 9,81 N$ ## 1.2 Pressione La pressione viene definita come rapporto tra la forza *F* e l'area *A* della superficie sulla quale la forza agisce. Si immagini per esempio di avere un piano *Z* su cui è appoggiato un oggetto parallelepipedo di peso *P* (figura 3). La pressione esercitata dall'oggetto sul piano può essere calcolata attraverso il rapporto tra il valore del peso *P* e l'area di appoggio *A* dell'oggetto sul piano: $p = \frac{P}{A}$ Se poi, oltre alla forza peso *P*, si aggiunge un'ulteriore forza esterna *F*, pure premente sul piano (figura 4), allora la nuova pressione diventerà: $P = \frac{P+F}{A} $ Per quanto riguarda l'unità di misura, poiché le forze sono misurate in Newton (N) e le superfici in m², allora la pressione, essendo il rapporto tra una forza e una superficie, sarà misurata in: $ \frac{N}{m^2} $ A questa unità di misura è stato assegnato il nome di *Pascal (Pa)*. Pertanto, si può asserire che: $1 Pa = 1 \frac{N}{m^2} $ Il Pascal (Pa) è però una unità di misura di pressione molto piccola: grossomodo è la pressione esercitata da un foglio di carta sul piano sopra il quale è appoggiato. Nel campo della tecnica è utile avere unità di misura efficaci. Non è ovviamente agevole misurare per esempio le lunghezze delle autostrade in mm, oppure il diametro di un filo in km, e pertanto verranno adottate quelle unità di misura che risultino compatibili con i relativi valori numerici. Le autostrade si misureranno in km e il diametro dei fili in mm, in modo da avere valori numerici dell'ordine di unità, decina o centinaia. Il Pascal non è adatto per misurare la pressione in pneumatica, pertanto risultano più efficaci i suoi multipli, per esempio il MPa (Mega Pascal). Si ricordi che il Mega $=1.000.000 = 10^6$. Un'altra unità di misura spesso adottata è il bar, anche se non fa parte del Sistema Internazionale. Per definizione: $1 bar = 10^{-5} \frac{N}{cm^2} $ Si può anche scrivere che: $1 bar = 10^5 Pa$ La forza di gravità che agisce sulle molecole di aria che circondano la terra determina la pressione atmosferica $P_{atm}$ il cui valore è, in condizioni normali e a livello del mare, di circa: $P_{atm} = 1,013 bar$ Lo strumento di misura usato per misurare la pressione atmosferica è il *barometro*, che può essere metallico (figura 5) o a mercurio (figura 6). La pressione nei recipienti e tubazioni viene invece misurata tramite i *manometri* (figura 7). I manometri sono in genere tarati con riferimento alla pressione atmosferica, cioè in mancanza di pressione del fluido il loro indice si trova sullo zero (figura 7). In questo caso, la pressione misurata è considerata *relativa* o *effettiva*. I manometri invece che, in mancanza della pressione del fluido, indicano la pressione atmosferica, misurano la *pressione assoluta*. Questi tipi di manometri fanno riferimento al vuoto assoluto, cioè il loro indice si trova sullo zero in assenza completa di pressione. La relazione tra le due pressioni è: $P_{assoluta} = P_{effettiva} + P_{atmosferica}$ ## 1.3 Forza in spinta sullo stelo Si consideri ora un sistema composto da uno stelo *V*, da uno stantuffo *S* e da un cilindro *C*, chiuso sul fondo e contenente aria (figura 8). Inserendo lo stantuffo nel cilindro ed esercitando una forza *F* sullo stelo, si ottiene la compressione dell'aria contenuta fino al raggiungimento di una condizione di equilibrio (figura 9). In questa situazione la forza *F*, premente attraverso lo stelo sullo stantuffo, genera una pressione *p1* nell'aria interna. La pressione *p1* può essere calcolata attraverso il rapporto tra la forza agente *F* e l'area di contatto *A* dello stantuffo con l'aria in pressione. $p_1= \frac{F}{A}$ Questa pressione, per il principio di Pascal, si riscontra in tutti i punti del fluido, viene esercitata su qualunque superficie a contatto con il fluido e in tutte le direzioni (figura 10). Si applichi una forza di tiro *F* sullo stelo del cilindro, chiuso sul lato dello stelo (figura 11). In questo caso, nella condizione di equilibrio, la pressione *p2* è applicata solamente all'area aureolare dello stantuffo. Pertanto si avrà: $F = p_2 (A-a)$ dove *A* è l'area dello stantuffo e *a* è l'area della sezione dello stelo. ## 1.5 Effetti della compressione dell'aria Durante la riduzione di volume di un gas, possono presentarsi due casi distinti: - La compressione avviene in modo molto lento e le pareti del cilindro sono costituite di materiale conduttore al calore. In questo caso, la temperatura del gas rimane grossomodo costante e la sua riduzione di volume *V*è direttamente proporzionale all'aumento della pressione assoluta *p* del gas, secondo la relazione termodinamica: $p. V = cost$ - La compressione avviene in modo rapido all'interno di un cilindro che presenta le pareti di materiale isolante al calore. In questo secondo caso, la riduzione di volume segue una legge un po' più complessa: $p. V^k = cost$ dove *k* dipende dal tipo di gas (*k* = 1,4 per l'aria). La compressione è accompagnata da un aumento della temperatura del gas: l'energia conferita dallo stantuffo al gas va in parte ad aumentarne la pressione e in parte ad aumentarne l'energia interna sotto forma di aumento di temperatura. Questo è il caso che si riscontra in tutte le macchine termiche e nei compressori. **Esempio** Si immagini di prelevare aria alla pressione atmosferica, cioè a circa un bar, alla temperatura di 20 °C, e di comprimerla fino al valore di pressione assoluta di 10 bar. Si possono fare due ipotesi distinte, esaminate precedentemente: >- la compressione avviene a temperatura costante; >- la compressione avviene senza scambio di calore con l'esterno. Nel primo caso, sulla base della relazione: $p. V = cost$ si ottiene una diminuzione di 10 volte il suo volume, uguale al rapporto delle pressioni, mentre la temperatura si mantiene ovviamente a 20 °C. Nel secondo caso, si deve applicare la relazione: $p. V^k = cost$ La diminuzione di volume è solo di 5,2 volte, appena la metà della precedente, mentre è possibile calcolare la temperatura finale con la relazione: $ T_p^{1-k}=cost$ dove *T*è la temperatura assoluta dell'aria. Eseguendo il calcolo, si ottiene come risultato che l'aria passa dal valore di 20 °C (293.16 °K) a 292 °C (565 °K). In molti casi c'è la necessità di accompagnare alla compressione anche un processo di refrigerazione, per mezzo del quale si ottengono due risultati: >- una maggiore riduzione di volume; >- una diminuzione di temperatura del fluido. ## 1.6 Portata La *portata Q*è definita come la quantità di fluido che scorre attra- verso una sezione di un condotto nell'unità di tempo (figura 12). La portata può essere inoltre misurata: - in volume, e quindi si parlerà di *portata volumetrica* e si misu- rerà in m³/s; - in massa, e quindi si parlerà di *portata massica* e si misurerà in kg/s. Conoscendo il valore dell'area della sezione *A* del condotto e della velocità *v* del fluido (figura 13), è possibile calcolare la portata volumetrica: $Q = A. v$ Se per esempio l'area *A* viene misurata in m² e la velocità in m/s, si ottiene una portata volumetrica *Q* in m³/s. Se poi si vuole calcolare la portata massica, allora è necessario conoscere il valore della densità o massa specifica *δ* del fluido. In pneumatica, essendo l'aria comprimibile, è scorretto parlare di "portata volumetrica": in 1 metro cubo può essere infatti contenuta una quantità imprecisata di gas compresso e quindi, oltre al volume, si dovrebbe fornire anche il valore della pressione a cui è soggetto il gas. Per questa ragione, si possono adottare due tipi di portata: - la *portata massica*, cioè definire la massa di fluido che scorre nell'unità di tempo; - la *portata volumetrica*, ma a una pressione ben definita, per esempio alla pressione atmosferica. Si parla in questo caso di volume espresso in Nm³ (Normal metro cubo), che ha appunto il significato di m³ di gas alla pressione atmosferica. # 2 Generazione dell'aria compressa L'uso della pneumatica nei processi di produzione è molto diffuso. Attualmente non esistono più stabilimenti che non abbiano abbinato l'impianto di distribuzione dell'energia elettrica con l'impianto di distribuzione dell'aria compressa. I sistemi di produzione automatizzati sono costituiti essenzialmente da componenti pneumatici che necessitano, a seconda della prestazione richiesta, di aria compressa in adeguati quantitativi, la quale deve essere prodotta da opportune macchine, i compressori. I compressori sono macchinari che convogliano aria compressa, gas o vapori, aumentandone il valore della pressione. I parametri principali per definire la prestazione di ogni compressore sono la portata, in Nl/min (per compressori piccoli) oppure Nm³/min, e il rapporto di compressione o la pressione raggiunta in bar. Il NI (Normal litro) consiste in un litro di gas (aria) alla pressione atmosferica. Le portate fornibili possono variare, a seconda del tipo di costruzione, da pochi Nl/min fino a 50.000 Nm³/min. Per la pneumatica si usano soltanto alcuni tipi di compressori condizionati dalla necessaria pressione di lavoro. I comandi pneumatici funzionano normalmente con una pressione d'aria di circa 6 bar. Il limite inferiore è di circa 3 bar: al di sotto di questa pressione, le valvole distributrici presentano problemi di commutazione. Il limite superiore è di circa 15 bar, a causa di problemi di sicurezza. Pressioni superiori e inferiori sono possibili, ma solo per casi speciali, L'accessorio principale per la generazione di aria compressa è dunque il compressore, disponibile in vari tipi per differenti possibilità di impiego. # 3 Tipi di compressori I compressori si distinguono in volumetrici e dinamici. Questi ultimi sono caratterizzati da grandi portate (> 600 Nm³/min) e basse pressioni. Pressioni più elevate, utili nel campo della pneumatica, si ottengono solo tramite esecuzioni a più stadi e ciò ne limita molto l'impiego in questo settore. I compressori volumetrici, che trovano il loro specifico impiego proprio nel campo della pneumatica, si dividono a loro volta in compressori alternativi e in compressori rotativi. Dei primi si possono menzionare i compressori a pistone e i compressori a membrana; dei secondi si ricordano in particolare i compressori a palette, a vite e a lobi. ## 3.1 Compressori alternativi Il più diffuso compressore alternativo è il compressore a pistone. Il funzionamento di questo compressore è basato sul moto alternativo di un pistone (figura 15) e dalla apertura e chiusura di due valvole automatiche, poste rispettivamente in aspirazione e in mandata. Questo tipo di compressore è usato quando è richiesta una piccola portata, mentre in campo industriale è stato sostituito dai più silenziosi compressori rotativi. I compressori a pistone a un solo stadio realizzano una pressione d'uscita fino a circa 8 bar e, per casi speciali, fino a 10 bar. I compressori a doppio stadio con refrigerazione intermedia (figura 16) raggiungono normalmente pressioni d'uscita di 15 bar. Compressori a 3, 4 e più stadi possono fornire una pressione finale superiore a 250 bar. Un cenno merita anche il compressore a membrana, che basa il funzionamento sul moto alternativo di una membrana elastica. Il suo campo d'impiego è comunque limitato alle basse portate. ## 3.2 Compressori rotativi Per generare aria compressa si impiegano solitamente i compressori rotativi. Nel compressore rotativo a palette, il rotore (figura 17) è disposto eccentricamente rispetto alla carcassa, in modo da creare uno spazio a forma di falce che viene suddiviso in più celle, tramite le palette mobili che possono scorrere radialmente all'interno delle sedi ricavate nel rotore. Durante il movimento destrorso del rotore, le palette per effetto centrifugo subiscono un movimento radiale e l'aria aspirata da sinistra, dato l'ingrandirsi delle celle, è compressa nelle celle stesse al lato destro del compressore. Il principio di funzionamento di un compressore rotativo a vite è molto simile a quello di una coclea. Una vite, posta in rotazione dal motore, è accoppiata a una seconda vite (figura 18) che ha la funzione di impedire all'aria di ritornare alla bocca di aspirazione. Nel compressore rotativo a lobi si hanno 2 rotori a forma di lobi che vengono fatti ruotare in sincronismo da una coppia di ruote dentate. I rotori possono avere 2 (figura 19a) o 3 lobi (figura 19b). I vantaggi dei compressori rotativi sono il loro funzionamento silenzioso e la generazione di aria quasi priva di pulsazioni. I compressori rotativi realizzano con uno stadio circa 4 bar e con due stadi circa 8 bar. Si possono raggiungere portate di 100 Nm³/min, a seconda della grandezza. # 4 Stazione di aria compressa/Compressed air station ## CLIL Content and Language Integrated Learning Oltre che alle utenze domestiche, i compressori mobili sono utili anche alle aziende, ma solo quando servono come apparecchi ausiliari, o per scopi di ricerca. Indubbiamente è da preferirsi l'apparecchiatura stazionaria, che ha il vantaggio di garantire una maggiore capacità, qualità dell'aria compressa e la possibilità di isolare i compressori dal resto della produzione. Il montaggio di un impianto di aria compressa dovrà essere eseguito su ammortizzatori con apposite fondazioni. I generatori di aria compressa, a eccezione dei piccoli compressori, devono essere installati in una sala appropriata e isolata dagli altri reparti. Il compressore deve poter aspirare possibilmente aria fredda, in particolare aria asciutta e pulita. In presenza di aria sporca, si può ricorrere all'uso di uno o più filtri supplementari che depurano l'aria, convogliata verso i compressori mediante opportune condotte. È importante sapere che la vita di un compressore dipende dal grado di depurazione dell'aria aspirata e che l'aspirazione di aria calda e umida porta a una quantità maggiore di condense dopo la compressione dell'aria. In addition to household appliances, portable compressors are also useful to businesses, but only when they serve as auxiliary equipment, or for forestech purposes. Undoubtedly, a stationary apparament is to be preferred, because it has the advantage of ensuring a greater capacity and better quality of compressed air, and it makes it possible to isolate the compressors from the rest of the production chain. The plan be compreces fair system is to be carried out on shock absorbers with appropriate foundations. Compressed air generate (with the exception of small compressors), must be installed in an appropriate room isolated from other departments the compressor must be able to aspirate preferably cold air, specifically clean and dry. In presence of dirty air, use may be made of one or more additional filters which purify the air conveyed to the compressors by suitable pipelines. It is important to know that the lifespan of a compressor depends on the degree of purification of the aspirated air and that the intake of hot and humid air leads to a greater amount of condensation after air compression. # 5 L'umidità nell'aria Nell'aria è sempre presente una certa quantità di umidità che è in relazione con la temperatura dell'aria stessa. Maggiore è infatti la temperatura dell'aria e maggiore è la quantità di vapore acqueo che può essere presente. La capacità di assorbire umidità aumenta quindi con la temperatura. Il massimo contenuto possibile di vapore che può essere contenuto è riportato nella tabella 1 ed è indicato con umidità assoluta di saturazione o punto di rugiada. | Temperatura in °C | Vapore acqueo in g/m³ | |---|---| | -10 | 2.1 | | 0 | 4.9 | | 5 | 7 | | 10 | 9.5 | | 15 | 13 | | 20 | 17 | | 30 | 30 | | 50 | 83 | | 70 | 198 | | 90 | 424 | Si può notare dalla tabella che 1 m³ di aria avente la temperatura di 30 °C può contenere fino a 30 g di acqua. Questo non significa che 1 m³ di aria a 30 °C contenga sempre 30 g di acqua, cioè il 100% della sua capacità. Se per esempio ne contiene solo 6 g, allora l'umidità assoluta (grammi di vapore contenuti nell'aria) è di 6 g/m³, mentre l'umidità relativa (umidità assoluta / umidità assoluta di saturazione) può essere calcolata con: $Umidità relativa = \frac{6}{30}=0,2$ mentre: $Umidità relativa % = 20%$ La presenza di condense nell'aria compressa dipende dall'umidità relativa dell'aria aspirata e dalla sua temperatura. L'umidità relativa viene indicata in percentuale (rapporto fra umidità assoluta e quantità massima di vapore acqueo che l'acqua può contenere allorché è satura, come mostra la tabella 1). Generalmente l'umidità relativa dell'aria varia, in funzione delle condizioni atmosferiche, tra il 20% e il 90%. Il compito del compressore è quello di comprimere l'aria che si trova alla pressione atmosferica (circa 1 bar) e di portarla a una pressione effettiva di valore *p* (pressione assoluta = *p* + 1 bar). Alla fine della compressione, il volume dell'aria è diminuito passando dal valore iniziale $V_1$ a quello finale $V_2$. Nell'ipotesi che l'aria compressa abbia riacquistato la temperatura all'inizio dell'aspirazione, si può scrivere: $\frac{V_1}{V_2} = \frac{p+1}{p}$ **Esempio** Si comprimano 10 m³ di aria aspirata dalla condizione di pressione atmosferica, a una temperatura di 30 °C e con umidità relativa del 100%, attraverso una macchina che ha rapporto di compressione 10. Sapendo che la temperatura di uscita dell'aria è di 20 °C, si vuole conoscere la quantità di condensa generata dal processo. **Soluzione** Dalla tabella 1, che riporta l'umidità assoluta di saturazione, è possibile sapere che a 30 °C l'aria può contenere al massimo 30 g/m³. Nel caso specifico, avendo aria con umidità relativa = 100%, significa che 10 m³ di aria contengono: 10.30 = 300 g Alla fine della compressione il volume si ridurrà, assumendo il valore finale $V_2$ $\frac{V_1}{V_2} = 10 = \frac{10}{1} = 1 m^3$ Ammettendo pure che l'umidità relativa sia ancora del 100%, a 20 °C l'aria compressa possiede al massimo 17 g/m³ e pertanto in un m³ la quantità di condensa generata vale: 300 g-17 = 283 g **Esempio** Tenendo conto che l'aria atmosferica contiene, a seconda delle condizioni meteorologiche, umidità relativa del 60-90%, si vogliono comprimere 70 Nm³/h di aria atmosferica a 20 °C e 80% di umidità relativa a una pressione di 6 bar e a una temperatura ancora di 20 °C. Si vuole determinare la portata di acqua che viene scaricata dal compressore. **Soluzione** Innanzitutto, si può determinare la portata di aria in uscita dal compressore. $Q_u = \frac{Q_i}{p + 1} = \frac{70 m^3/h}{6 + 1}= 10 m^3/h$ Il valore massimo di vapore acqueo che può essere contenuto nell'aria a 20 °C è, secondo la tabella 1, di 17 g/m³. Essendo l'umidità relativa dell'80%, allora l'umidità assoluta può essere calcolata con: 17 g/m³ * 80/100 = 13,6 g/m³ I 70 m³/h di aria che vendono aspirati dal compressore, possiedono pertanto una quantità di acqua: 13,6 g/m³ * 70 m³/h = 952 g/h Qualora l'aria in uscita dal compressore possieda una temperatura ancora di 20 °C, il valore massimo di umidità che può essere contenuto nell'aria è di 17 g/m³. La quantità di acqua contenuta in 10 m³/h di aria che esce vale: 17 g/m³ * 10 m³/h = 170 g/h La differenza di umidità contenuta nell'aria di ingresso e di uscita, risulta: 952 g/h - 170 g/h = 782 g/h di acqua che devono in un qualche modo essere separati dall'aria. # 6 Schema di un impianto di produzione di aria compressa Si riporta in figura 20 lo schema di un piccolo impianto per la produzione di aria compressa. Possiamo individuare, contrassegnati dai numeri progressivi, i componenti seguenti: - motore elettrico a corrente alternata; >- giunto di trasmissione motore-compressore; >- compressore; >- filtro aspirazione aria; >- scambiatore di calore; >- valvola unidirezionale; >- serbatoio; >- pressostato; >- valvola di massima pressione o valvola di sicurezza; >- manometro pressione serbatoio; >- valvola di regolazione della pressione; >- manometro pressione aria utilizzatore; >- valvola di intercettazione; >- uscita utilizzatore; >- scaricatore di condensa. # 6.1 Descrizione del funzionamento L'aria, aspirata attraverso il filtro (4), è compressa e successivamente raffreddata dallo scambiatore di calore (5) per diminuirne il volume e la temperatura. La valvola di non ritorno (6) evita lo svuotamento del serbatoio (7) quando il compressore (3) è fermo. Al raggiungimento della pressione di taratura, indicata dal manometro (10), il pressostato (8) commuta i contatti interni fermando il motore elettrico (1). Per maggior sicurezza viene montata una valvola di massima pressione (9), valvola tarabile e normalmente chiusa che si apre solo nel caso in cui la pressione superi il valore di taratura. L'aria compressa viene inviata, attraverso la valvola di intercettazione (13), all'utilizzatore (14), con la dovuta pressione misurata dal manometro (12) e regolata dalla valvola regolatrice di pressione (11), che è normalmente aperta. Una valvola di scarico (15) della condensa, inserita nella parte bassa del serbatoio, elimina l'eventuale umidità presente nell'aria. ## 6.2 II serbatoio Al serbatoio dell'aria compressa vengono demandati molti compiti. Il suo scopo primario è quello di accumulare l'aria per compensare eventuali irregolarità di generazione e di prelievo da parte dell'impianto pneumatico. In particolare, se il compressore è del tipo a pistone, devono essere previste delle pause che ristabiliscano la temperatura a livelli accettabili, specialmente se l'impianto è piccolo e sprovvisto di adeguato scambiatore di calore. Il suo secondo compito è quello di impedire a eventuali particelle di proseguire il loro percorso verso l'impianto di distribuzione. La terza funzione del serbatoio è quella di raccogliere eventuali condense di acqua che si accumulino nel fondo e che verranno eventualmente eliminate attraverso scaricatori automatici o manuali. Il suo quarto compito è quello, già accennato al punto uno, di contribuire a un ulteriore raffreddamento dell'aria contenuta. Qualora si necessiti di molta aria compressa, è più conveniente provvedere all'installazione di due o tre compressori invece di uno. Nella disfunzione di un solo compressore si fermerebbero entro breve tempo tutti gli impianti pneumatici, poiché la riserva dei serbatoi di aria può garantire il funzionamento solo per alcuni minuti. Con impianti di compressori multipli, invece, è possibile far funzionare l'impianto pneumatico tenendo fermo un compressore alla volta, anche per eventuali controlli e manutenzioni periodiche. # 6.3 Pressostato Il pressostato (figura 21) è un componente elettro-pneumatico che serve a interrompere e avviare il motore del compressore in funzione della pressione raggiunta dal fluido. Nel pressostato è alloggiato un pistoncino che, nel caso in cui la pressione del fluido superi l'azione della molla di contrasto, va ad agire su un micro-interruttore, interrompendo l'alimentazione del motore elettrico e quindi fermando il compressore. È possibile regolare il valore di taratura del pressostato attraverso una vite che, agendo sul carico della molla di contrasto, ne modifica la pressione di commutazione. # 7 Aria compressa non lubrificata Le aziende che lavorano prodotti alimentari, articoli cosmetici, prodotti farmaceutici e medicali necessitano non solo di aria asciutta, ma soprattutto di aria esente da olio e da altri elementi inquinanti. I compressori consueti erogano aria più o meno arricchita di nebbia di olio, dovuta alla lubrificazione dei compressori stessi. L'industria offre a tale proposito compressori adatti che forniscono aria compressa esente da impurità. Ma anche qui, dopo la compressione, l'aria deve essere depurata dalla presenza di acqua; si installano pertanto filtri assorbenti per garantire una particolare purezza. L'essiccamento dell'aria richiede ulteriori accorgimenti, prima di essere inviata ai reparti di produzione. # 8 Distribuzione dell'aria compressa La distribuzione dell'aria compressa dal generatore all'utilizzatore avviene attraverso tubazioni che si diramano in tutti i reparti di lavorazione (figura 22). Le tubazioni vanno installate con una leggera pendenza (1%-2%), per evitare eventuali ristagni di condense, e le diramazioni devono innestarsi nella parte superiore del condotto principale. La condensa eventualmente accumulata nella parte inferiore dell'impianto può essere eliminata dagli scaricatori di condensa. # 9 Trattamento dell'aria compressa È opportuno sottoporre ad un particolare trattamento l'aria che deve essere inviata ai componenti pneumatici. Questa operazione viene eseguita dall'unità di condizionamento ed è costituita da un filtro, un regolatore di pressione e un lubrificatore. L'intera unità è in genere proposta in un solo corpo: il gruppo FRL (figura 23). ## 9.1 Filtro L'aria compressa prelevata dalla rete trasporta con sé non solo le impurità dovute alla aspirazione del compressore, ma anche polvere, scorie, particelle di ruggine della rete stessa. La maggior parte delle impurità della rete può essere eliminata inserendo un apposito raccoglitore per le condense. Le particelle più piccole, che comunque restano in sospensione nel flusso d'aria, potrebbero smerigliare e quindi rovinare le parti mobili degli elementi pneumatici. Il filtro (figura 24) viene inserito prima dei componenti pneumatici, con lo scopo di depurare l'aria compressa da tutte le impurità e condense. L'aria proveniente dalla rete viene messa in rotazione da un centrifugatore scanalato. In questo modo, le impurità sono proiettate contro le pareti interne della tazza del filtro e si depositano insieme all'acqua di condensa, che si forma a causa del raffreddamento subito, sul fondo della tazza. L'aria passa infine attraverso un elemento filtrante, la cui porosità è compresa fra 0,02 e 0,05 mm. La tazza del filtro è di solito in materiale plastico trasparente o in ottone, per pressioni elevate. ## 9.2 Regolatore di pressione Il flusso dell'aria varia continuamente, a causa dell'inserzione e disinserzione del compressore e in rapporto alla pressione nel serbatoio di aria. Gli utilizzatori devono essere invece alimentati con una pressione costante. Il regolatore di pressione (figura 25) ha la funzione di tenere livellata la pressione di lavoro (pressione in uscita), indipendentemente dalla variazione della pressione di rete (pressione in entrata) e dalla portata d'aria consumata dagli utilizzatori. La pressione in uscita, che deve essere sempre minore della pressione in entrata, è regolata da un cilindro a membrana. Un lato della membrana è sottoposto alla pressione dell'aria in uscita, mentre sul lato opposto è applicata una molla, la cui forza di compressione è regolabile tramite una vite. In tal modo, è possibile regolare la pressione dell'aria in uscita. Se la pressione in uscita aumenta, la membrana, che è in comunicazione con il condotto di uscita, viene spinta verso l'alto, vincendo la forza esercitata dalla molla. Il piattello della membrana, collegato per mezzo di uno stelo al sistema di chiusura della valvola, determina una maggior strozzatura. Se invece, a causa di un prelievo di aria, la pressione in uscita diminuisce, allora la valvola riapre, permettendo un maggior flusso d'aria dall'ingresso all'uscita. In tal modo viene modificata di continuo, la luce di passaggio della sede della valvola. La regolazione della pressione in uscita si ha pertanto con una continua apertura e chiusura della sede della valvola. ## 9.3 Lubrificatore Per completare il trattamento dell'aria, occorre infine una lubrificazione che va a tutto vantaggio delle parti mobili degli elementi pneumatici. L'aria compressa non trattata può determinare la disfunzione degli elementi pneumatici e renderli inutilizzabili. Il lubrificatore (figura 26) deve portare agli apparecchi pneumatici una sufficiente quantità di olio lubrificante in forma di nebbia. La nebulizzazione deve essere tale da alimentare anche impianti estesi. L'aria entra nell'apparecchio e attraversa una sezione a forma di "Tubo Venturi", causando un abbassamento di pressione nella parte più stretta che provoca un richiamo d'olio dal serbatoio al polverizzatore, nebulizzandosi con l'aria passante. Il lubrificatore non funziona quando vi sono poca pressione e piccole portate di aria, perché queste non bastano per aspirare l'olio dal fondo. I lubrificatori usano solitamente oli minerali fini, tipo SAE 10. # Effetto Venturi Se un fluido percorre un tubo che presenta una strozzatura (figura 27), la pressione diminuisce nella zona di minor sezione. Il fenomeno, che a prima vista potrebbe sembrare assurdo, è spiegabile attraverso il "Principio di conservazione dell'energia". Nell'ipotesi che nel suo breve percorso il fluido non cambi la sua temperatura e la sua quota, l'energia totale posseduta è somma dell'energia cinetica e di pressione. Poiché la strozzatura impone un aumento della velocità e quindi dell'energia cinetica, allora per ristabilire il bilancio energetico è necessario che diminuisca la sua energia di pressione e quindi la sua pressione. # 10 Tecnica del vuoto In antitesi all'aria compressa, vediamo brevemente la tecnica che utilizza una pressione inferiore a quella atmosferica, erroneamente chiamata "vuoto”. In realtà il vuoto