علم پنوماتیک شاخه ای از رشته مکانیک سیالات است که کاربرد زیادی در صنایع دارد پنوماتیک یعنی استفاده از هوای فشرده . این علم در دهه شصت میلادی گسترش چشم گیری در صنایع پیدا کرد که هم اکنون هم از جایگاه ویژه ای برخوردار است ودر اکثر صنایع مانند نفت وگاز وپتروشیمی – صناایع هوایی – صنایع فولاد کاغذسازی صنایع چوب و کارخانه قند و غیره کاربرد داشته ودارد .بسیاری از فرآیند های صنایع طراحی اولیه شان بر اساس پنوماتیک بوده و سیستم های کنترلی آنها پنوماتیکی بودکه با گسترش و پیشرفت هیدرولیک و علم الکترونیک و کاربرد روز افزون آنها در صنعت سیستم های کنترل به سیستم های مدرن و پیشرفته فعلی ارتقا پیدا کردند .
از مزیت های پنوماتیک به ایمنی بالا وبی خطر بودن و آلودگی کمتر آن اشاره داشت ولی از معایب آن داشتن هزینه بالا جهت تولید و هزینه بالای ابزار های بادی و سرعت کم آن در مقایسه با الکترونیک وقدرت وفشار پایین آن در مقایسه با هیدرولیک می توان بیان نمود.
سیستم پنوماتیک و قطعات پنوماتیک
۱٫کمپرسور باد: این کمپرسورها مخزنی دارند که با مکش هوا به سمت داخل، هوا را ذخیره می کند. دقیقا مثل سیلندر گاز و تنها با این فرق که در داخل سیلندرها گازی بنام متان وجود دارد در صورتی که داخل کمپرسورها هوا است. کمپرسورهای هوا اغلب در تعمیرات خودرو نیز کابرد دارند.
۲٫ سیلندر پنوماتیک: به منظور اینکه یک حرکت خطی یا دورانی ایجاد نماییم اغلب از سیلندرهای پنوماتیک استفاده می نماییم.
مزیت سیستم پنوماتيک
اصلی ترین دلیل كارایی سيستم های پنوماتیک، هوا می باشد و هوا در کل کره زمين به وفور موجود میباشد. این امکان وجود دارد که هواي فشرده را با استفاده از لوله كشي به قسمت های مختلف كارخانه و یا در مراكز صنعتي جهت فعالیت سيستم هاي پنوماتیک نیز انتقال داد.
هواي متراکم شده را مي توان در مخازن مخصوصی ذخیره نمود و سپس آن را انتقال داد. این به این معناست که هميشه برای ذخیره هوا نیازی به كمپرسور نمیباشد و این امکان وجود دارد که از سيستم های پنوماتیک در جاهایی كه امكان نصب كمپرسور وجود ندارد نيز استفاده کرد.
افزايش و كاهش دما تاثیر مخربی روی پنوماتیک ها نمی گذارد و نیز نوسانات حرارتی هم از عملکرد سیستم جلوگیری نمی کند.
هواي فشرده در خصوص انفجار و آتش سوزي مخاطره آمیز نبوده و به همین علت نیز به تاسيسات حفاظتي و ایمنی احتیاجی نمیباشد.
انواع قطعات و لوازم پنوماتیک شامل : جک پنوماتیک، شیر پنوماتیک، بخش محافظت پنوماتیک، اتصالات پنوماتیک، گیج فشار پنوماتیک و … می باشد.
در پنوماتیک هوا به عنوان سیال تراکم پذیز تلقی شده و بر پایه مفاهیم و قوانین فیزیکی و ترمو دینامیکی مورد استفاده قرار می گیرد .و برای تولید هوای فشرده در صنعت به کمپرسور های صنعتی نیازمندیم که به مفا هیم فیزیکی و تئوری کمپرسور ها لازم ست مروری اجمالی اشاره ای داشته باشیم:
مفاهیم فیزیکی
دستگاه و محیط
در بررسی مسایل فیزیک از جمله علم ترمودینامیک معمولا توجه خود را به بخش خاصی از جهان معطوف می کنیم وبطور حقیقی یا فرضی آن را از آن چه در اطرافش قرار دارد جدا می کنیم . این بخش را دستگاه و سایر جسم هایی را که در اطراف آن قرار دارند و روی رفتار آن موثرند محیط می نامیم .
برای مثال اگر مقداری گاز را داخل سیلندری قرار داده و دهانه ی آن را با پیستون مسدود کنیم گاز درون سیلندر که رفتار آن مورد بررسی قرار می گیرد دستگاه وپیستون وسیلندر و هوای خارج که بر رفتار گاز موثرند )برای مثال دما ویا فشار آن را تغییر میدهند ( محیط گاز) هستند .
اندازه گیری : فیزیک مجموعه ای است از اندازه گیری ها ورابطه های بین نتیجه های آن ها که نظریه ها و قوانین فیزیک را می سازند. اینکه می گویند :فیزیک علم اندازه گیری است در حقیقت اهمیت موضوع اندازه گیری رانشان می دهد .
یکای (واحد) اندازه گیری
دانشمندان برای آن که رقم های حاصل از اندازه گیری های مختلف یک کمیت باهم مقایسه پذیر باشند در نشست های بین المللی توافق کرده اند که برای هر کمیت یکای معینی تعریف کنند .یکای هر کمیت باید به گونه ای انتخاب شود که در شرایط فیزیکی تعیین شده تغییر نکند ودر دسترس باشد. مجموعه .یکاهای مورد توافق بین المللی را به اختصار یکاهای SYSTEM INTERNATIONAL) SI) می نامند.
کمیت های میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک
کمیت هایی نظیر سرعت مکان شتاب هر ذره و نیروی بین ذره ها که وضعیت تک تک ذره های سازنده ی یک ماده را توصیف می کنند کمیت های یکروسکوپیک نامیده می شوند و کمیت هایی مانند فشار حجم دما وگرما که وضعیت ماده را در مقیاس بزرگ توصیف می کنند وبه جزییات رفتار تک تک ذرات کاری ندارند کمیت های ماکروسکوپیک نامیده می شوند . علم ترمودینامیک رفتار ماده را بر حسب کمیت های ماکروسکوپیک توصیف می کند.
AIR هوا :
هوا گازی بدون مزه وبو است . واز گاز های گوناگونی مانند %۷۸٫۰۹ نیتروژن – %۲۰٫۹۵ اکسیژن- %۰٫۹۳ آرگون و %۰٫۰۳ سایر گازها تشکیل شده است .
pressure فشار :
فشار اساسا یک موضوع مکانیکی است ودر سیالها عموما براثر برخورد مولکولهای یک گاز یا مایع با اطرافشان به خصوص دیواره ظرف محتوی آنها بوجود می آید .
بنا به تعریف نیرویی که بطور عمود بر واحد سطح یک جسم وارد می شود فشار نامیده می شود وبا Pنمایش می دهند ودارای واحد های زیر می باشد : پاسکال –بار –نیوتن بر متر مربع – کیلوگرم نیرو بر سا نتی متر مربع و……….
رابطه آن عبارت است از : P=F/A که در آن F نیرو بر حسب نیوتون و A سطح مقطع بر حسب متر مربع و P فشار برحسب نیوتن بر متر مربع است.
واکیوم(خلاء)
خلا تعریف دقیقی ندارد ولیکن فشار زیر فشار اتمسفر )جو( را می گویند .
به عبارت دیگر اگر بزرگی نیروی وارد بر دیواره یک ظرف محتوی گاز بقدری کوچک باشد که تنها از روشهای غیر مستقیم بتوان آن را اندازه گرفت در آن هنگام با خلا سروکار داریم .
این فشار دارای علامت منفی بوده و اغلب دارای اندازه ۱-۰بار و۰الی۷۶سانتیمتر جیوه ویا ۰الی ۷۶۰میلیمتر می باشد.
Gage Pressure فشار گی
فشار بالای فشار اتمسفر راگویند. میدانیم که مبنای نقطه صفر اکثر گیج های فشار که به کار می رود فشار اتمسفر است و فشاری که چنین گیج هایی نشان می دهند را اصطلاحا فشار پیمانه ای می گویند .
(ABSOLATE PRESSURE) فشار مطلق
اگر مبنای اندازه گیری را خلاکامل در نظر بگیریم یعنی فشار صفر مطلق اصطلاحا این فشار را فشار مطلق می گویند. فشار اتمسفر + فشار پیمانه ای=فشار مطلق
وسیله که فشار مطلق را اندازه گیری می کند بارومتر نامیده می شود. فشارسنج ها اختلاف بین فشار سیستم وفشار محلی اتمسفریک را بیان می کند.یعنی آنها فشار نسبی یا موثر سیستم را نشان می دهند ونه فشار مطلق . در تمام تئوریها ومحاسبات مربوطه به کمپرسورها وابزار بادی فشار مطلق بکار می رود.
(Temperature) دما یا درجه حرارت درجه گرمی ویا سردی یک جسم را دمای آن جسم گویند . به طور فیزیکی درجه حرارت شاخصی از انرژی جنبشی مولکولهای تشکیل دهنده حسم بوده که با افزایش سرعت مولکول ها دما هم زیاد می شود .یعنی دمای هر جسم متناسب است با انرژی جنبشی متوسط مولکول های سازنده آن. دما دارای واحد های سانتیگراد –کلوین وفارینهایت است.
VOLUME حجم
حجم یک ماده میزان فضایی است که آن را اشغال می نماید . چون گاز تمام فضای یک محیط بسته را اشغال می نماید لذا حجم آن برابر حجم آن فضا خواهد شد. میزان جرم گاز با تغییرات فشار ودرجه حرارت تغییر خواهد نمود.
HEAT گرما
انرژی که در اثر وجود اختلاف دما بین دو حسم )سرد وگرم( از یکی به دیگری منتقل می شود گرما نامیده می شود و آن را با نماد Qنشان می دهند، مقدار گرمایی که باید به mکیلوگرم از یک جسم بدهیم تا به اندازه یΔӨدرجه سلسيوس گرم شود برابر است:
Q=mCΔT
ظرفیت گرمایی ویژه
C مقدار گرمایی است که به یک سیستم داده می شود تا درجه حرارت یک واحد جرم آن به اندازه یک درجه حرارت کلوین بالا رود .
CP ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت و Cv ظرفیت گرمایی ویژه در حجم ثابت است .
ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت و Cv ظرفیت گرمایی ویژه در حجم ثابت است .
برای اکثر موارد مقدار Cp بزرگتر از مقدار Cv است و برای مایعات و جامدات مقدار آنها برابر می باشد.
