L’importanza della preparazione dell’aria nei sistemi pneumatici

Le apparecchiature automatizzate utilizzano spesso aria compressa per generare movimento, raffreddare i componenti o persino asciugare superfici bagnate. In genere, lo stabilimento dispone di un compressore d’aria che fornisce aria compressa alle apparecchiature attraverso tubi e valvole.

 

Preparazione dell’aria nel punto di utilizzo

Una volta raggiunte le apparecchiature, l’aria deve essere regolata, filtrata e talvolta lubrificata. Questi sono i compiti svolti dall’unità di preparazione dell’aria, talvolta indicata come FLR (filtro, lubrificatore e regolatore). Dopo l’FLR, l’aria compressa può essere utilizzata in modo affidabile nelle valvole dotate di percorsi interni complessi per indirizzare l’aria verso cilindri, lame d’aria o motori pneumatici.

L’FLR protegge questi dispositivi utilizzando un filtro e un regolatore per garantire condizioni di lavoro sicure, nonché un lubrificatore per evitare che i componenti mobili e le guarnizioni si secchino. La scelta e la manutenzione dell’FLR richiedono una certa conoscenza del sistema e dei componenti utilizzati al suo interno.

Vediamo ora ciascun componente di un sistema di preparazione dell’aria e alcuni dei comandi tipicamente associati.

 

Figura 1. Unità di servizio per la preparazione dell’aria della serie MS di Festo. Immagine utilizzata per gentile concessione di Festo

 

La valvola di intercettazione e il regolatore

Come requisito minimo, le apparecchiature situate a valle di un compressore d’aria devono essere protette da una valvola di intercettazione e da un regolatore. Questi componenti consentono di disenergizzare il sistema dall’energia accumulata in ingresso (aria compressa) e di controllare la quantità di pressione immessa nel sistema.

Una valvola di intercettazione è un interruttore abbastanza evidente di accensione/spegnimento, spesso dotato di una funzione che consente agli operatori di applicare un lucchetto e un cartello per motivi di sicurezza. Quando è bloccata, la valvola non può tornare nella posizione aperta.

La funzione principale della valvola è interrompere il collegamento con l’alimentazione dell’aria quando viene chiusa. In alcuni casi, la valvola è dotata di una funzione di scarico della pressione per eliminare l’aria residua dal sistema. Se questa funzione non è presente, è necessario utilizzare uno scarico esterno della pressione a valle della valvola di intercettazione.

 

Figura 2. Valvola di intercettazione con funzioni di blocco e scarico della pressione. Immagine utilizzata per gentile concessione di SMC

 

Il regolatore è un dispositivo che controlla la quantità di pressione dell’aria che entra nel sistema. La pressione dell’aria all’interno del serbatoio del compressore è spesso molto più elevata per compensare le cadute di pressione lungo tubi e condotti molto lunghi. Tutti i dispositivi di un sistema hanno una pressione nominale massima; se la pressione supera tale valore, il dispositivo potrebbe danneggiarsi.

Questi due dispositivi vengono spesso collegati tra loro. La loro manutenzione consiste semplicemente nell’azionarli una volta al mese per assicurarsi che siano ancora funzionanti.

 

Il filtro

Le valvole e i componenti pneumatici utilizzano spesso orifizi molto piccoli che potrebbero ostruirsi o persino danneggiarsi se particelle di piccole dimensioni entrassero nel sistema dell’aria compressa. Lo stesso può accadere con l’umidità. La compressione dell’aria genera umidità e, se questa entrasse in un gruppo di valvole, le valvole potrebbero danneggiarsi a causa della ruggine.

Il compito del filtro è rimuovere le particelle che potrebbero ostruire i componenti a valle. È possibile scegliere filtri di diverse dimensioni a seconda dei requisiti dei dispositivi. Alcuni sensori o settori (ad esempio quello alimentare e delle bevande e quello medico) sono particolarmente sensibili alla contaminazione e ai detriti estranei e richiedono quindi un filtro più fine nell’unità FLR. Una dimensione standard del filtro è di 5 o 10 µm, mentre un filtro fine può essere da 1 µm o inferiore. Man mano che il filtro diventa più fine, la portata al suo interno diminuisce; per questo motivo, le dimensioni fisiche (superficie) dell’elemento filtrante diventano piuttosto grandi.

Quando si sceglie un filtro, consultare il manuale dei dispositivi per individuare quello consigliato. Se si dispone di un solo dispositivo che richiede un filtro fine, è possibile aggiungere un filtro immediatamente a monte di quel dispositivo senza limitare l’intero sistema.

 

Figura 3. Filtro pneumatico e separatore di umidità. Immagine utilizzata per gentile concessione di Wikipedia

 

In genere, il filtro svolge anche una seconda funzione: rimuovere l’umidità dall’aria. Utilizzando la forza centrifuga, l’umidità presente nell’aria compressa viene separata e si deposita sul fondo del filtro. Quando il filtro si riempie d’acqua, deve essere svuotato regolarmente tramite una piccola valvola situata nella parte inferiore.

 

Il lubrificatore

La maggior parte dei cilindri pneumatici, delle valvole e delle lame d’aria odierni è autolubrificante e non richiede lubrificazione nell’alimentazione dell’aria; tuttavia, alcuni dispositivi pneumatici necessitano ancora di questa lubrificazione, come i motori pneumatici, gli utensili manuali e alcuni vecchi cilindri e valvole “a baderna”. Se i componenti non richiedono aria lubrificata, il lubrificatore può essere rimosso dall’unità di preparazione dell’aria.

 

Figura 4. Lubrificatore per linee dell’aria di Festo della serie MS. Immagine utilizzata per gentile concessione di Festo

 

Un lubrificatore per aria aspira l’olio da un serbatoio e lo nebulizza nell’aria, ottenendo un’alimentazione di aria lubrificata, ma non in quantità sufficiente a creare un flusso di olio liquido e limitare il flusso d’aria.

Queste unità devono essere riempite frequentemente con olio e controllate settimanalmente per verificare l’eventuale presenza di perdite.

 

Valvola elettronica di scarico

L’ultimo componente dell’unità di preparazione dell’aria è la valvola elettronica di scarico, o valvola di rilascio della pressione residua. Si tratta di una valvola di accensione/spegnimento controllata da un segnale elettrico, generalmente di 24 V, proveniente da un sistema di controllo. La maggior parte delle apparecchiature automatizzate costruite oggi richiede una valvola di scarico di categoria 2 o superiore, controllata da un PLC di sicurezza o da un relè di sicurezza. Quando il segnale è disattivato, la valvola si chiude e la pressione del sistema viene scaricata nell’atmosfera, liberando l’energia accumulata.

Quando è necessario ripristinare la pressione, una comune funzione di avviamento graduale consente alla pressione di aumentare lentamente fino al raggiungimento del 100% della pressione del sistema. Grazie a questo avviamento graduale, i dispositivi non sono sottoposti all’urto immediato della pressione completa quando la valvola viene aperta.

 

Figura 5. Valvola elettronica di scarico con avviamento graduale. Immagine utilizzata per gentile concessione di SMC

 

Spesso viene collegato un dispositivo di retroazione per verificare che la pressione dell’aria sia stata effettivamente scaricata completamente. Dopo la valvola elettronica di scarico, è possibile collegare moduli di derivazione che consentono di realizzare connessioni per tubi o condotti diretti ai dispositivi a valle, come i gruppi di valvole.

 

Il gruppo completo per la preparazione dell’aria

Una volta determinati i componenti necessari nell’unità di preparazione dell’aria, è necessario conoscere la portata che attraversa i dispositivi. Ogni dispositivo dell’unità di preparazione ha una dimensione nominale che si riferisce alla quantità di flusso d’aria possibile attraverso il dispositivo e alla relativa caduta di pressione intrinseca in base alla portata.

 

Figura 6. Un’unità pneumatica completa per la preparazione dell’aria in funzione. Immagine utilizzata per gentile concessione dell’autore

 

Come esempio di unità completa, Festo vende un’unità di servizio combinata in cinque dimensioni: MS2, MS4, MS6, MS9 e MS12, con portate comprese tra 350 L/min e 22.000 L/min. Alcuni produttori vendono tutti i componenti separatamente e spetta all’acquirente assicurarsi che tutte le portate e le connessioni siano compatibili.

L’unità di preparazione dell’aria è un componente importante che prepara l’aria prima che entri nei componenti a valle e ospita funzioni di sicurezza interne che contribuiscono a proteggere gli operatori e il personale addetto alla manutenzione durante il lavoro.