فن آوری هوای فشرده پنوماتیک نامیده می شود. اگرچه گاهی اوقات به آن حالت سیستم کنترل خودکار نیز گفته می شود. در گذشته، پنوماتیک به سادگی سیستم تنفسی انسان یعنی فشردن هوا در شش‌ها بود. ناگفته نماند که کلمه پنوماتیک از ریشه یونانی به معنای “دمیدن” گرفته شده است. سیستم پنوماتیک هوا را پس از جذب به داخل مدار حرکت داده و انرژی لازم را تامین می کند. بنابراین سیستم های پنوماتیکی کاربردهای زیادی در صنعت دارند. سیستم های پنوماتیک به طور گسترده در صنعت و حتی در زندگی روزمره استفاده می شود.
سیستم پنوماتیک چیست؟
پنوماتیک یکی از انواع انرژی است که در حال حاضر کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارد. کمتر مرکز صنعتی را می بینیم که از این فناوری استفاده نکند. پنوماتیک علمی است که به بررسی حرکات و پدیده های هوا می پردازد. پنوماتیک یا نیوماتیک یا پنیوماتیک و یا با گویش درست تر نوماتیکس (pneumatics) همان فناوری است که از انرژی موجود در هوای متراکم و فشرده برای انتقال انرژی استفاده می کند. سیستم پنوماتیک سیستمی است که هوا را جذب و فشرده می کند تا نیروی مورد نیاز را تامین کند. بسیاری از کارهایی که توسط سیستم های هیدرولیک یا الکتریکی انجام می شود با سیستم های پنوماتیک قابل انجام است.
این فناوری زمانی استفاده می شود که به توان نسبتا کم و سرعت بالا نیاز باشد. این نوع عملکرد باعث استفاده گسترده از این سیستم در صنایع مختلف شده است. صنایع از این هوای فشرده برای کنترل و هدایت محصولات ابزار دقیق استفاده می کنند. ماشین های صنعتی بیشتر از سایر تجهیزات از پنوماتیک بهره می برند. سیستم های پنوماتیک نقش مهمی در ساخت ربات ها و عملیات بازوهای رباتیک در میان سایر فرآیندها دارند.
اجزای سیستم پنوماتیک کدامند؟
برای راه اندازی یک سیستم پنوماتیک به قطعات مختلفی نیاز است. اولین چیز کمپرسور هوا است و به یک سیلندر هوا نیز نیاز داریم. این سیلندرها همراه با حرکت خود نیروی لازم برای حرکت موتور را تامین می کنند. سومین عنصر مهم در سیستم های پنوماتیکی «محرک» است. محرک باعث می شود که یک سوپاپ – یا شیرها – در سیستم باز و بسته شوند. موتور جزء چهارم سیستم پنوماتیک است و برای حرکت سیلندر استفاده می شود.
ساختار سیستم پنوماتیک
برای انتقال نیرو به سیال تحت فشار در سیستم های هیدرولیک نیاز داریم تا توان مکانیکی از طریق پمپ های هیدرولیک را به توان سیال تحت فشار تبدیل کنیم. مرحله بعدی انتقال نیرو به نقطه مورد نظر است که توسط لوله ها، شیلنگ ها و اتصالات انجام می شود. پس از کنترل فشار و تعیین جهت جریان از طریق شیرها، مایع تحت فشار به سمت محرک ها هدایت می شود تا انرژی مایع به نیروی مکانیکی مورد نیاز تبدیل شود. سیستم های پنوماتیکی مانند سیستم های هیدرولیک کار می کنند، اما از هوا به عنوان سیال تراکم پذیر به جای سیال تراکم پذیر مانند هوا استفاده می کنند.
در سیستم های پنوماتیکی برای به دست آوردن سیال پرفشار، هوا توسط کمپرسور فشرده می شود تا به فشار مورد نظر برسد، سپس در مخزن ذخیره می شود، البته پس از فشرده سازی، دمای هوا بالا می رود که می تواند به اجزای سازنده آسیب برساند. بنابراین هوای فشرده قبل از رفتن به خطوط انتقال برق باید خنک شود. به دلیل وجود بخار آب در هوای فشرده و ایجاد میعان، لازم است از دستگاه تهویه مطبوع برای خشک کردن هوای پرفشار در طول فرآیند خنک‌سازی استفاده شود.
مزایای سیستم های پنوماتیک
از مزایای سیستم پنوماتیک می توان به موارد زیر اشاره کرد:
دوام و قابلیت اطمینان بالا
اجزای سیستم پنوماتیک به راحتی آسیب نمی بینند و بسیار مقاوم هستند. در مقایسه با قطعات الکتروموتورها، قطعات پنوماتیکی بادوام تر و قابل اعتمادتر هستند.
طراحی ساده
ساخت قطعات دستگاه پنوماتیک نسبتاً آسان است. بنابراین برای استفاده در سیستم های کنترل اتوماتیک ساده بیشتر مناسب هستند.
سازگاری بالا با محیط های خشن
هوای فشرده در سیستم های پنوماتیکی در مقایسه با عناصر دیگر سیستم ها کمتر تحت تاثیر دمای بالا، گرد و غبار و محیط خورنده و غیره قرار می گیرد. لذا برای محیط های خشن مناسب هستند.
جنبه های ایمنی
سیستم های پنوماتیک ایمن تر از سیستم های موتور الکتریکی هستند. زیرا می توانند در مکان های قابل اشتعال بدون ایجاد آتش سوزی یا انفجار کار کنند. علاوه بر این، بارگذاری بیش از حد سیستم پنوماتیک تنها منجر به لغزش یا توقف می شود. برخلاف اجزای سیستم الکتروموتور، اجزای پنوماتیک در هنگام بارگذاری بیش از حد نمی سوزد یا بیش از حد گرم نمی شود.
معایب سیستم های پنوماتیک
اگرچه سیستم های پنوماتیک دارای مزایای زیادی هستند، اما دارای محدودیت ها و عیب هایی نیز می باشند که در زیر به آنها اشاره می شود.
دقت نسبتا کم
از آنجایی که یک سیستم پنوماتیک از هوای فشرده تغذیه می کند، خروجی آن تابعی از حجم هوای فشرده است. از آنجایی که حجم هوا در حین فشرده سازی یا گرمایش تغییر می کند، تامین هوا در سیستم می تواند نادرست باشد که باعث کاهش دقت کلی آن می شود.
بارگذاری کم
از آنجایی که سیلندرهای به کار رفته در دستگاه پنوماتیک خیلی بزرگ نیستند، این سیستم نمی تواند بارهای بسیار سنگین را تحمل کند.
نیاز به پردازش قبل از استفاده
هوای فشرده باید قبل از استفاده پردازش شود تا از عدم وجود بخار آب یا گرد و غبار اطمینان حاصل شود. در غیر این صورت، قطعات متحرک پنوماتیک می توانند به سرعت در اثر اصطکاک فرسوده شوند.
نتیجه گیری
امروزه سیستم های پنوماتیک یکی از سیستم های نوینی هستند که توانسته اند در تمامی زمینه ها و صنایع نفوذ کنند. این سیستم بر اساس هوای فشرده کار می کند. روش کلی این سیستم به این صورت است که هوای فشرده در یک سیستم پنوماتیکی باعث انتقال انرژی به سیالات می شود و بعد از آن با توجه به حوزه ی مورد نیاز از این سیستم استفاده می شود. به طور کلی سیستم های پنوماتیکی را می توان در سه موقعیت استفاده کرد:
- مواقعی که نیاز به عکس المعل سریع عملگرها باشد
- مواقعی که دقت حرکتی بالا مورد نیاز نباشد
- مواقعی که نیروی زیادی مورد نیاز نباشد