Appunti tecnici di Pneumatica
 Grandezze fisiche
 Impianti di distribuzione
 Trattamento aria
 Valvole
 Cilindri
 Schemi Pneumatici
 Indice
1
Grandezze fisiche
utilizzate in Pneumatica
 Forza
 Newton
 Massa
 Peso
 Portata
 Velocità
 Pressione
 Effetto Venturi
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Forza
La forza è una grandezza che s'identifica negli effetti che provoca.
 Se i corpi sono liberi:
 Li muove
 Li arresta
 Varia la loro velocità
 Se i corpi sono vincolati:
 Li deforma
L'unità di misura della forza è il Newton (N)
9,81 N = 1 Kg
3
Newton
E’ la forza che imprime ad un corpo, con massa di 1Kg, una
accelerazione di 1mt/sec2.
1Kg  mt
1N 
sec 2
1N  0,102Kgp
1Kgp  9,81N
La forza si esprime in NEWTON e si ottiene moltiplicando la
PRESSIONE per la SUPERFICIE su cui essa agisce.
F
P
S
F
S
P
F  PS
4
Massa
 E' una caratteristica fondamentale della materia che forma un
oggetto e non varia in qualunque punto dello spazio esso si trovi.
 Unità di misura della massa è il chilogrammo massa.
Kgm
5
Peso
E’ la forza con cui un oggetto è attratto dai corpi celesti. (Dalla Terra
per gli oggetti terrestri)
F = m.a
Se si moltiplica la forza di 1 Kg per l’accelerazione di un
metro al secondo2 la forza risultante è 1 Newton.
Cioè 1N  1Kgm 
1mt
sec 2
P = m.g
Se si moltiplica la forza di 1 Kg per l’accelerazione di gravità
(9,81) per un metro al secondo2 La forza risultante è 9,81N cioè 1Kgp.
Cioè 1Kgp 
1Kgm  9,81 
mt
sec 2
Quindi 10N (o 1 daN) corrispondono, approssimativamente, ad 1 Kg
10N = 1 Kg
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Portata
Indicata per convenzione dalla lettera “Q” è il volume che passa nella
conduttura (o nel componente) nell’unità di tempo.
V
Q
t
cioè
mt 3
sec
Altre unità di misura della portata comunemente utilizzate sono:
dm3 (lt)
min
oppure
mt 3
h
In pneumatica si utilizza il Normal-Metro cubo (Nmt3) che corrisponde ad
un metro cubo di aria alla temperatura di 0°C e alla pressione di 1013Mbar
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Velocità
E’ il rapporto fra la portata e l’area della sezione della conduttura.
Q
V
A
V = Velocità Q = Portata A = Area
Da questa formula, con la seguente equazione, si ricava l’unità di misura:
Q
V
A
mt 3 / sec
mt 2
mt 3
1

sec
mt 2

mt
sec
8
Pressione
La pressione è il rapporto tra la forza e la superficie su cui essa agisce.
F
P
S
cioè
P= Pressione
N
mt 2
 Pa
Pa = Pascal
Il Pascal è dunque l’unità di misura della pressione ma, essendo un
valore eccessivamente basso, in pneumatica viene comunemente
utilizzato un suo multiplo: il BAR
(1 Bar = 105 Pascal = 100.000 Pascal)
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Segue Pressione
 Esistono non uno bensì tre tipi di pressione:
 La pressione ATMOSFERICA
 La pressione RELATIVA
 La pressione ASSOLUTA
 La prima è la pressione della massa di aria che ci sovrasta e ha un valore
di 1013 Millibar a livello del mare a 20°C. (In meteorologia si parla infatti
di “Alta pressione” quando si supera questa soglia e di “Bassa pressione”
quando si scende a valori inferiori)
 La seconda è la pressione di riferimento in pneumatica e cioè la pressione
presente in un volume - 1 (la pressione atmosferica).
 Sommando i due precedenti valori si ottiene la pressione Assoluta
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Segue Pressione
Pressione:
0
1
2
3
4
0
1
2
3
ASSOLUTA
ATMOSFERICA
-1
RELATIVA
VUOTO
11
Principali unità di
misura della pressione
Il sistema internazionale prevede come unità di misura della
pressione il Pascal ma vengono comunemente utilizzate anche:
1 Bar =
Bar
Bar
100.000 Pa
Kilopascal
KPa
100 Kpa
Megapascal
MPa
0,1 MPa
Millibar
Mbar
1.000 Mbar
Millimetri di colonna d'acqua
mmh2o
10.000 mmh2o
(*) Chilogrammi/cm2
Kg/cm2
1,05 Kg/cm2
(*) Atmosfere
At (Atm)
0,98 At
Millimetri di mercurio
Mm/Hg
750 mm/Hg
Pound square inch
PSI
14,5 PSI
(*) Ormai non più utilizzate industrialmente
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Effetto Venturi
Principio Venturi:
"In una conduttura con una variazione di sezione, a
parità di portata e a regime dinamico, avremo nel punto
più stretto un aumento della velocità e una diminuzione
della pressione dell'aria."
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Impianti di distribuzione
 Dal compressore al serbatoio
 L’essicatore
 La rete primaria
 La rete secondaria
 Tubazioni
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Dal compressore
al serbatoio
La produzione di aria compressa per il funzionamento di apparecchiature
pneumatiche presume l’utilizzo di compressori che spesso sono di notevoli
dimensioni. In questo caso esistono ditte specializzate che provvedono alla
fornitura e alla posa dell’intero impianto di distribuzione.
Per impianti medio/piccoli è però possibile, una volta scelto il compressore
in base ai parametri di portata (mt3h) e pressione (Bar), progettare un
impianto rispettando alcune semplici ma indispensabili regole:
Dal compressore, prima di arrivare all’impianto di distribuzione, l’aria deve
passare attraverso una serie di componenti:
15
Segue Dal compressore al serbatoio
Il filtro
Oltre a quello di aspirazione presente sul compressore, indispensabile
per trattenere la maggior quantità possibile di impurità presenti
nell’aria, è buona norma prevedere sempre un filtro supplementare a
valle dell’essiccatore.
Le valvole sezionatrici
Consentono la manutenzione dei singoli elementi senza dover scaricare
l’impianto.
L’essiccatore
Serve a ridurre la temperatura dell’aria (che all’uscita del compressore
può raggiungere anche i 200°C) in modo da provocare la trasformazione
di gran parte del vapore in acqua.
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Essiccatore
 Un problema molto comune per gli impianti ad aria compressa e' la condensa che si
forma nelle linee di distribuzione. Molti pensano di poterla eliminare con l'utilizzo
dei filtri ma per quest'applicazione e' invece necessario un ESSICCATORE che,
pur non essendo propriamente un componente pneumatico, riesce ad eliminare la
maggiore quantità possibile di vapore acqueo sfruttando il principio di tolleranza
del contenuto dell'acqua nell'aria satura.
 Questo principio e' cosi sintetizzabile:
"La quantità di vapore acqueo che l'aria può
contenere in un metro cubo diminuisce con il
calare della temperatura e con l'aumento
della pressione; il residuo precipita.”
 Refrigerando l'aria si ottiene quindi che il vapore acqueo che precipita sia
maggiore che a temperatura ambiente. (Vedi tabella)
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CONTENUTO DI ACQUA
NELL’ARIA COMPRESSA SATURA
18
Segue Dal compressore al serbatoio
Il raccoglitore di condensa:
E’ un recipiente che ha lo scopo di far precipitare la condensa che
l’essiccatore non è riuscito a trattenere.
Il serbatoio di accumulo:
Malgrado i compressori siano costruiti per garantire un funzionamento
24 ore su 24, il serbatoio è consigliabile per i seguenti motivi:
Ammortizza le pulsazioni provocate da compressori di tipo alternativo.
Consente il prelievo temporaneo di quantità di aria superiore a quella
prodotta con un minimo abbassamento della pressione.
Serve da riserva d’aria nel caso di interruzione di energia elettrica.
Assicura una stabilità di pressione in rete.
Aumenta le possibilità di deposito della condensa.
Consente il risparmio di energia elettrica con l’utilizzo di compressori
di minor portata fermo restando la pressione.
Il volume del serbatoio, in un impianto a servizio marcia/arresto, dovrà
essere tanto maggiore quanto più lunga sarà la sosta del compressore.
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La rete primaria
La rete primaria (o linea) è la tubazione che parte dal serbatoio e percorre
orizzontalmente tutta la planimetria del locale da servire.
Circuito Aperto
Circuito Chiuso
Circuito Intrecciato
20
Segue La rete primaria
Circuito aperto:
E’ consigliabile nei casi in cui il consumo dell’impianto non superi i 100 Nm3h e
quando NON si verifichi una contemporaneità di prelievi lungo tutta la rete.
Presenta però alcuni svantaggi:
 La caduta di pressione aumenta con la lontananza dal serbatoio.
 E’ impossibile effettuare sezionamenti temporanei della rete senza
interrompere l’alimentazione alla parte non interessata.
Circuito chiuso:
La rete primaria parte e ritorna al serbatoio dopo aver percorso, con la stessa
sezione di tubo, tutto il perimetro del locale entro il quale si devono trovare i vari
utilizzatori. E’ un sistema migliore del precedente poiché offre i seguenti vantaggi:
 Uniformità di pressione in qualunque condizione di prelievo d’aria.
(Continuo o ad intervalli)
 Possibilità di inserimento di sezionatori per interventi di manutenzione.
Circuito intrecciato:
Da preferire al precedente in tutti i casi in cui gli utilizzatori si trovino in tutti i
punti del locale.
21
Segue La rete primaria
 La linea primaria deve essere installata con una pendenza di 1 cm
ogni 2 metri di tubazione nel senso del flusso dell’aria.
 La ripresa della pendenza deve essere effettuata ogni 40-50
metri con l’inserimento di un raccoglitore di condensa.
 Il terminale di ogni linea aperta deve essere chiuso da un
raccoglitore di condensa.
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La rete secondaria
Definita anche calata, è il tratto verticale, di sezione minore, compreso
tra la rete primaria e il raccoglitore di condensa. All’estremità di questo
tratto sono ricavati uno o più attacchi per il collegamento degli
utilizzatori per mezzo di tubo rigido o flessibile.
 La derivazione delle linee secondarie deve essere effettuata con
raggio (saldata) o raccordo a “manico d’ombrello”.
 L’estremità di ogni calata deve avere il suo raccoglitore di condensa
ed ogni presa d’attacco la sua valvola di sezionamento.
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Tubazioni
Le tubazioni dell’impianto di distribuzione sono da considerare come un
prolungamento dell’effetto “polmone” del serbatoio in quanto vengono
riempite una sola volta (ad ogni messa in funzione dell’impianto).
La linea primaria deve quindi essere dimensionata in modo da mantenere
l’aria alla stessa pressione, dal punto zero al punto più estremo del
circuito. Ciò è però fisicamente impossibile anche con tubazioni di
grande diametro poiché l’aria, nel suo cammino, incontra comunque delle
resistenze che riducono la sua pressione.
Per dimensionare le tubazioni si possono utilizzare tabelle e grafici
generalmente disponibili nella documentazione tecnica dei produttori.
Il dimensionamento dei tubi è però solo un aspetto del problema
“distribuzione”. La sua corretta scelta può infatti essere annullata da
una irrazionale messa in opera.
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Segue Tubazioni
Per un dimensionamento corretto del diametro interno di una tubazione
primaria occorre pertanto considerare:
 La caduta di pressione ammissibile tra i due punti estremi dell’impianto.
Quanto più basso è questo valore e tanto maggiore sarà il diametro e,
perciò, il costo dell’intero impianto. Per contro si avrà un minor consumo
d’aria per la minor perdita da recuperare.
 La lunghezza totale della linea di distribuzione primaria.
 Il consumo d’aria necessario per tutti gli utilizzi presenti e futuri.
Quando questo valore non è disponibile può essere utile riferirsi alle
caratteristiche del compressore, il diametro della linea primaria, infatti,
non deve mai essere inferiore alla connessione di uscita del compressore
 La raccorderia e il valvolame.
Il loro inserimento, peraltro indispensabile, altera la continuità della
sezione di passaggio per cui si manifesta una caduta di pressione.
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Trattamento aria
Filtro
Riduttore
Lubrificatore
Avviatore Progressivo
Accessori
Manometri
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Filtro
Il filtro serve a depurare l’aria dalla condensa e da quegli elementi che provocano il
deperimento di componenti pneumatici. Il suo funzionamento è diviso in tre fasi:
I Fase
Per sbattimento
Quando l’aria viene pulita in conseguenza dello sbattimento contro una parete
verticale appositamente concepita all’ingresso del componente.
II Fase
Per centrifuga
Quando all’aria viene impresso un moto centrifugo all’interno della tazza da un
deflettore. Il risultato di tale moto è la separazione delle particelle liquide e solide
che urtano contro la tazza depositandosi successivamente sul fondo in una zona di
quiete relativa ottenuta con un apposito piattello posto sotto la cartuccia filtrante e
che impedisce al moto vorticoso di riportare in circolo le particelle stesse.
III Fase
Di filtrazione vera e propria
Ottenuta con il passaggio dell’aria attraverso un filtro a porosità variabile.
(Solitamente un cono di bronzo sinterizzato a 25µ o 5 µ) Questa cartuccia filtrante
deve essere saltuariamente lavata o sostituita.
27
Segue Filtro
La cartuccia filtrante è dunque il particolare primario di un filtro e può essere
prodotta anche in materiali differenti dal bronzo sinterizzato.
I filtri DISOLEATORI montano cartucce filtranti a coalescenza, con porosità
uguali o inferiori 0.1 (solitamente 0,01  ) e devono essere sempre posti a valle
di filtri con porosità standard. Queste cartucce non sono lavabili e devono
pertanto essere periodicamente sostituite. Per questo motivo alcuni filtri
disoleatori montano degli indicatori di intasamento che cambiano colore quando la
cartuccia è intasata.
La tazza del filtro può essere in materiale plastico trasparente o in metallo.
Quelle in materiale plastico sono soggette ad incrinature e non trovano più largo
impiego se non in componenti di piccola taglia o accoppiate a opportune protezioni
metalliche semicoprenti. E' bene sapere comunque che hanno dei limiti di tenuta
alla pressione, determinati anche dalla temperatura esterna dell'ambiente in cui
si trovano e che non vanno MAI pulite con solventi.
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Segue Filtro
Ultimo particolare del filtro e' lo scarico che può essere:
 Manuale: Dove e' sempre necessario l'intervento dell'operatore che agisce su
una vite per scaricare il deposito delle impurità che si e' formato nella tazza
 Semiautomatico: Dove lo scarico avviene automaticamente solo quando viene a
mancare pressione nel componente
 Automatico: Dove lo scarico avviene ogni qual volta il deposito delle impurità,
sollevando un apposito galleggiante, apre il foro di scarico.
Oppure con l'ausilio di uno scarico temporizzato. Una elettrovalvola viene
comandata da una doppia temporizzazione; tempo di lavoro e tempo di pausa.
Ogni x minuti di pausa l'elettrovalvola apre lo scarico per x secondi. Questo
ultimo sistema comunque e' raramente utilizzato per singoli filtri a causa dei
costi elevati. L'applicazione classica di tale scarico e' nei serbatoi di accumulo
aria dove la condensa si forma copiosamente.
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Segue Filtro
Simboli del Filtro
Con scarico
Manuale
Con scarico
Automatico/Semiautomatico
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Riduttore di pressione
Il riduttore è un componente che serve a ridurre la pressione dai valori di
rete a quelli necessari all’utilizzo mantenendola costante anche quando, a
monte, si verifichino delle oscillazioni. (Purché queste non siano inferiori
ai valori impostati in uscita.)
Funziona per il contrasto di una molla, tarabile manualmente, e la forza
della pressione che agiscono alternativamente su una membrana. Ogni qual
volta la forza della pressione supera quella esercitata dalla molla, si apre
il passaggio dell’aria dalla bocca d’ingresso a quella di uscita. Così facendo
la pressione subisce un brusco calo per l’improvviso aumento di volume e
la molla torna a prevalere interrompendo nuovamente il flusso. La
pressione conseguentemente aumenta e il ciclo si ripete.
31
Segue Riduttore di pressione
Per ridurre la pressione e avere un immediato riscontro sul manometro
dei nuovi valori ottenuti, e' necessario prelevare l'aria in eccesso a valle
del componente. Se però l'impianto e' in un momento di stasi, il riduttore
deve essere provvisto della funzione RELIVING che permette di
scaricare automaticamente l’aria in eccesso.
Questa funzione non e' altro che un passaggio dell'aria che si apre
quando a valle dello strumento si verifica una pressione maggiore
rispetto a quella impostata con il pomello di regolazione. Solitamente
questo scarico non e' connettibile ed e' a contatto diretto con
l'atmosfera. E' infatti questo l'unico motivo che impone l'utilizzo di
regolatori particolari (sprovvisti della funzione Reliving) per l'uso con
acqua o fluidi gassosi; e' controproducente scaricarne la
contropressione in atmosfera libera
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Segue Riduttore di pressione
Riduttore di pressione
con Relieving
Riduttore di pressione
senza Relieving
Il tratteggio indica che per contrastare l’azione della molla viene utilizzato un
segnale pneumatico (poiché il tratteggio è verso destra il segnale è prelevato a
valle del componente).
Il triangolino indica uno scarico NON connettibile (Relieving); se il triangolino è
staccato (
) dal componente allora lo scarico è connettibile.
La freccia posta di traverso sulla molla indica una variabilità della stessa e cioè
che si può agire su di essa dall’esterno.
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Lubrificatore
Il lubrificatore a nebbia d'olio serve in quegli impianti pneumatici dove si
renda necessaria la lubrificazione dei vari componenti. E' comunque
consigliabile non utilizzarlo poiché l'olio nebulizzato si disperde
nell'ambiente mescolato all'aria degli scarichi ed e' nocivo alla salute.
Nei moderni impianti si utilizzano pertanto componenti autolubrificati.
In alternativa e' possibile utilizzare i lubrificatori convogliando gli scarichi
di questi impianti su appositi sistemi di disoleazione. Il lubrificatore
utilizza come principio di funzionamento l’effetto Venturi
Simbolo del Lubrificatore:
34
Avviatore Progressivo
E’ un componente che serve a pressurizzare progressivamente un
impianto per prevenire eventuali danni ai componenti pneumatici .
Solitamente è montato a valle del gruppo trattamento aria anche se
esistono avviatori miniaturizzati per il montaggio diretto su singoli
componenti.
Negli avviatori montati modularmente ai gruppi è quasi sempre
presente anche la funzione di scarico rapido ottenuta con una valvola
3/2 NC a comando elettrico o pneumatico. Questa funzione in molte
applicazioni garantisce una sicurezza poiché, in mancanza del segnale,
l’aria compressa dell’impianto viene scaricata automaticamente. In
questo caso, per riarmare l’avviatore è obbligatorio un comando
specifico dell’operatore. (Riarmo manuale)
35
Segue Avviatore Progressivo
Pilotando l’elettrovalvola e mantenendola sempre azionata per tutta la
durata del ciclo di lavoro, si ottiene il passaggio graduale dell’aria fino
al raggiungimento di circa il 50% della pressione impostata, dopodiché,
in un tempo brevissimo, si raggiunge il 100%.
Attraverso una apposita vite è possibile regolare la gradualità del
tempo di carico dell’impianto
Spesso, a valle del regolatore, viene aggiunto un pressostato per
segnalare l’avvenuta messa in pressione dell’impianto.
Simbolo dell’avviatore progressivo:
(con elettrovalvola di scarico rapido)
36
Accessori
Oltre a questi componenti, in un gruppo trattamento aria , vengono a volte
aggiunti dei particolari che possono essere costruiti specificatamente per
questa applicazione ed essere pertanto modulari con gli altri particolari.
Ogni costruttore progettando una nuova serie, la completa con alcuni
accessori che agevolano il montaggio di gruppi compatti e dal design
elegante, per meglio integrarsi nei macchinari cui sono destinati.
Alcuni di questi accessori sono:
 Pressostati
Valvole di scarico (lucchettabili e non)
Blocchetti di derivazione
Valvole unidirezionali
37
Segue accessori
Pressostati:
I pressostati normalmente montati nei gruppi trattamento aria sono comuni
pressostati a membrana con contatti NC, NA o in SCAMBIO, campi di
taratura da 1 a 10 Bar circa, differenziale fisso e protezione IP-65 con
l’ausilio di appositi cappucci. La tensione massima à di 220-250V. L’unica
particolarità è data dal fatto che sono spesso costruiti per accoppiarsi
modularmente al corpo degli altri componenti.
Valvole di messa in scarico dell’impianto
Questa funzione è normalmente integrata, dove è presente, all’avviatore
progressivo. Malgrado questo, sono disponibili anche valvole manuali che, per
rispettare le moderne normative, sono dotate di un sistema che permette
l’applicazione di un lucchetto, limitando pertanto l’utilizzo dell’impianto al
personale autorizzato. Laddove non sia invece indispensabile questa
limitazione, le valvole più utilizzate sono le normali valvole a corsoio.
38
Segue accessori
Blocchetti di derivazione:
Sono particolari, anch’essi modulari, che permettono di prelevare aria
compressa prima che questa venga trattata dai componenti posti a valle.
E’ infatti possibile che in uno stesso impianto siano necessarie due linee a
pressioni differenti o una linea con aria secca e l’altra lubrificata. In questo
caso è possibile cablare un unico gruppo trattamento aria con due riduttori
e/o con il lubrificatore, frapponendo dei blocchetti modulari di derivazione.
Valvole di non ritorno:
Contrariamente alla valvola di messa in scarico, questo componente viene
utilizzato dove si renda necessaria la sicurezza del mantenimento in
pressione dell’impianto in qualsiasi situazione.
39
Manometri
Manometri
Molla tubolare
Cassa / Attacco
Trasparente / Quadrante
Classi di precisione / Pressioni di esercizio
Scale più comuni
Settori di impiego
Manometri Campione
Certificato di taratura
Suddivisione scale
40
Manometri
I manometri sono strumenti di controllo molto importanti in un impianto
poiché monitorizzano un parametro (la pressione) che in alcuni casi può
raggiungere valori critici per la sicurezza degli operatori. Se in
pneumatica è quindi sufficiente utilizzare strumenti standard, in altre
applicazioni è invece indispensabile valutare attentamente lo strumento
da utilizzare.
Nella stragrande maggioranza delle applicazioni il manometro più comune
che si utilizza in pneumatica è solitamente il tipo a Molla Bourdon con
classe di precisione nell’ordine del 2,5% o 1,6% sul valore di fondo scala.
Raramente vengono utilizzati in questo settore strumenti con precisione
dell’ 1% o inferiore.
41
Manometri a molla tubolare
(Molla Bourdon)
L'elemento a molla tubolare ha normalmente una sezione ovale.
La pressione del fluido di processo agisce all’interno del tubo con una forza che
tende a spostarne l’estremità. L’entità di questo spostamento è proporzionale
alla pressione del fluido di processo.
Questo spostamento è trasmesso all’indice tramite il movimento ad ingranaggi.
Per pressioni fino a circa 60 Bar viene utilizzata una molla tubolare a sagoma
circolare, che copre circa 250°. Per pressioni maggiori la molla tubolare può
avere altre sagome, per esempio elicoidale oppure a chiocciola.
L’elemento a molla tubolare può essere protetto contro le sovrapressioni. Nei
casi particolarmente critici il manometro può essere equipaggiato con un
separatore di pressione oppure con valvole o sistemi di protezione.
I manometri con elemento di misura a molla tubolare vengono utilizzati per
la misura di pressioni da 0…0,6 fino a 0…4000 bar con classi di precisioni
da 0,1% fino a 4,0%
42
Segue Molla tubolare
43
Caratteristiche
principali
La cassa:
Può essere in vari materiali; i più comuni sono:
 Plastica (ABS)
 Metallo verniciato
 Acciaio Inox
 Ottone
L’attacco:
I manometri sono solitamente con attacco radiale o posteriore ma possono
essere equipaggiati con opzioni come la flangia a tre fori o la staffa per il
montaggio a pannello o a parete. Il filetto dell’attacco è invece subordinato
al diametro:
Radiale
Posteriore
Ø-40
1/8”
Ø-50
1/8” - 1/4”
Ø-63
1/4”
Ø-80
3/8” - 1/2”
Ø-100
1/2”
44
Segue Caratteristiche principali
Il trasparente:
E’ normalmente in plastica o in vetro acrilico per strumenti ma può essere
anche in vetro multistrato di sicurezza per gli strumenti professionali.
Il quadrante:
Le indicazioni che possono (o devono) essere riportate sul quadrante sono:
Unità di misura (esempio: BAR)
Classe di precisione. (% sul valore di fondo scala)
Simbolo elemento di misura
Segno massima pressione di esercizio
Simbolo montaggio diverso da verticale
Simbolo calibrazione a temperatura diversa da 20°C (classe 0,1 - 0,25 - 0,6)
Norma di riferimento
Nome - Marchio del fabbricante
Numero di serie (Per classi 0,1% - 0,25%)
Materiali parti a contatto (Se diverse da ottone bronzo).
Grado di sicurezza “S”.
Strumenti per Ossigeno/Acetilene
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Segue Caratteristiche principali
Classe di precisione:
La classe di precisione definisce l’errore ammesso in percentuale riferito al
fondo scala. ( % a 20°C). La norma definisce le seguenti classi:
0,1 - 0,25 - 0,6 - 1 - 1,6 - 2,5 - 4
Per i manometri con fermo sullo 0 la classe di precisione nominale copre la
scala dal 10 al 100%. Per i manometri con lo 0 libero la classe di
precisione copre da 0 al 100% il campo di misura e la verifica dello 0 deve
essere utilizzata come “check point” della pressione,
Pressione di esercizio del fluido:
Pressioni maggiori del campo di misura non devono mai essere applicate se
non previste dal costruttore dello strumento.
Per strumenti con elemento elastico a molla la pressione di esercizio del
fluido non deve mai superare:
Il 75% dell’ampiezza di campo scala per Pressioni costanti
Il 50% dell’ampiezza del campo scala per Pressioni variabili
46
Scale più comuni
Bar
Bar / PSI
Bar
Bar / PSI
Bar
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
0,6
1
1,6
2,5
4
6
10
12 / 170
non a norme
16
25
40
60
100
160
250
315 / 4500 non a norme
400
600
1000
Bar
Mbar
cm/hg
Bar
Mbar
Mpa
-1
-1200
-76
-1
-1
-1
-1
-1
-1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
0
0
0
+0,6
+1,5
+3
+5
+9
+15
25
40
60
100
160
250
400
600
1
10
Vuotometro
Manovuotometro
A polmone
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Settori di impiego
Quando il fluido da controllare non è semplice aria compressa o, con valori
di pressione diversi dalle normali applicazioni pneumatiche, esistono una
serie di strumenti adatti agli specifici casi:
In oleodinamica
Vengono utilizzati strumenti a molla tubolare. Il diametro non è quasi mai
inferiori ai 63mm e la cassa, in ottone o in inox, è normalmente con
riempimento di liquido (glicerina pura al 99,7%) che consente una maggiore
resistenza alle sollecitazioni di pressioni variabili. Malgrado questo, si
rende spesso necessario l’inserimento di particolari aggiuntivi (serpentine,
smorzatori di pressione, valvole di esclusione) per eliminare i colpi d’ariete
che potrebbero altrimenti compromettere l'affidabilità dello strumento.
In termoidraulica:
Vengono utilizzati strumenti simili a quelli per aria con cassa in ABS o in
metallo ma con diametri superiori (80-100 e anche 160mm) e con l’opzione
di tacche o indici regolabili di riferimento.
48
Segue Settori di impiego
Nell’industria alimentare
Vengono utilizzati strumenti definiti “Tutto Inox” (cassa, attacco e
movimento interno) o strumenti con separatore a membrana per isolare il
fluido dai componenti interni del manometro e per consentire una rapida
manutenzione. (Spesso infatti vengono utilizzati separatori a membrana con
attacco CLAMP che consente un rapido smontaggio dello strumento per la
sterilizzazione.) Esiste comunque una intera gamma di prodotti per questo
settore che risolve ogni specifica esigenza di mercato.
In chimica, per temperatura o nel caso di fluidi aggressivi
Anche in questo caso vengono utilizzati strumenti specifici, ad elevata
sovraccaricabilità, per basse pressioni, con torrette di raffreddamento, con
capillari per controlli remoti o con separatori per isolare il fluido dallo
strumento. (Per temperatura il materiale del trasparente è in vetro)
Per Gas a basse pressioni
Il manometro più adatto in questo caso è il manometro a capsula (o polmone)
con scala in MILLIBAR e diametro 63-100mm
49
Segue Settori di impiego
In tutti questi casi gli strumenti utilizzati sono solitamente componenti
costruiti con materiali di qualità (Acciaio INOX) con classi di precisione
elevate (<1%) e con caratteristiche di sicurezza particolari come prescritto
dalle normative specifiche. (EN 837-1,-2,-3)
In alcuni casi sono poi necessari strumenti particolari anche per controllo di
fluidi inerti; esistono pertanto:
Manometri differenziali:
Per rilevare la differenza fra due pressioni P1 e P2
Manometri con contatti elettrici:
Per integrare al controllo visivo un (o più) segnali elettrici.
Manometri per pressione assoluta o per vuoto (Vuotometri)
Per rilevare depressioni a partire dallo 0 assoluto (0  1) o relativo (-1  0)
50
Manometri Campione
Un caso a parte sono invece i manometri CAMPIONE utilizzati per
controllare l’affidabilità degli strumenti destinati a monitorare un impianto.
Questi strumenti sono normalmente prodotti a partire dal Ø-160 e con classi
di precisione inferiori allo 0,6%. Sono normalmente utilizzati per due motivi
principali:
 Quando serve un controllo particolarmente preciso e con una suddivisione
molto fine del quadrante. In questo caso vengono normalmente corredati del
certificato di taratura 3.1.B DIN/UNI EN 10204
 Quando devono controllare un altro strumento con classe di precisione
inferiore (anche per rinnovarne il certificato di taratura 3.1.B). In questo
caso vengono normalmente corredati del certificato di taratura S.I.T. o
D.K.D. rilasciato da un ente qualificato.
51
Certificato di taratura
Qualora si voglia controllare uno strumento standard ed emettere il
certificato di taratura 3.1.B è indispensabile avere uno strumento
campione corredato del certificato S.I.T. o D.K.D e procedere al collaudo
seguendo il presente protocollo:
Sistema per la taratura e il controllo di strumenti di misurazione
meccanici (ed elettronici) secondo ISO 9000 ff e precisione fino a
0,2% con emissione del protocollo di prova secondo DIN 50049 3.1 B
La normativa EN-837 afferma che “…l’errore eventuale dello strumento
CAMPIONE deve essere di 4 volte inferiore rispetto l’errore eventuale
dello strumento da tarare…” per verificare questa differenza si applica la
seguente formula:
Fondo scala x Classe di precisione
100
52
Segue Certificato di taratura
Applicando questa formula ad entrambi gli strumenti si deve ottenere che il
risultato della formula applicata allo strumento campione deve essere 4 (*)
volte inferiore del risultato della formula applicata allo strumento da
tarare.
Esempio:
Fondo
scala
Classe
di precisione
Strumento campione
600 Bar
0,1%
Strumento da tarare
250 Bar
1%
Differenza errore
ammissibile
600 x 0,1 : 100
= 0,6
250 x 1 : 100
= 2,5
(*) Il valore di 1 a 4 è obbligatorio per i costruttori solo per dichiarare la
precisione dello strumento. Nelle verifiche degli strumenti di processo
questo parametro è a discrezione del collaudatore purché non inferiore a 2.
53
Segue Certificato di taratura
La prova deve essere effettuata:
In 5 punti equidistanti della scala negli strumenti con classe di precisione
uguale o maggiore di 1% (1,6 - 2,5 - 4)
In 10 punti equidistanti della scala negli strumenti con classe di precisione
minore ad 1% (0,6 - 0,25)
Inoltre la verifica va effettuata sia in salita sia in discesa comprendendo
anche l’errore di isteresi.
ESEMPIO:
Se il manometro e’ da 100 Bar con classe di precisione 1% l’errore massimo
ammissibile è di 1 bar che deve essere rilevato sia in salita sia in discesa; se,
ad esempio facendo la prova a 50 Bar in salita si legge un valore di 49 Bar e
in discesa di 51 Bar l’isteresi risulta essere di 2 Bar (51-49) e pertanto lo
strumento è fuori taratura. Se invece i due valori sono rispettivamente 49
Bar in salita e 50 Bar in discesa lo strumento è nei limiti della sua classe di
precisione. (Infatti, 50-49 = 1)
54
Suddivisione scale
Ø quadrante
Campo scala
40 – 50 - 63
Sequenza delle suddivisioni
Intervallo
50
-1200 … 0
80 – 100 - 160
20
40 – 50 - 63
0,05
-1 … 0
80 – 100 - 160
0,02
40 – 50 - 63
0,02
0 … 0,6
80 – 100 - 160
0,01
40 – 50 - 63
0,05
0…1
80 – 100 - 160
0,02
40 – 50 - 63
0,05
0 … 1,6
80 – 100 - 160
0,05
55
Segue Suddivisione scale
Ø quadrante
Campo scala
40 – 50 - 63
Sequenza delle suddivisioni
Intervallo
0,1
0 … 2,5
80 – 100 - 160
0,05
40 – 50 - 63
0,2
0…4
80 – 100 - 160
0,1
40 – 50 - 63
0,2
0…6
80 – 100 - 160
0,1
40 – 50 - 63
0,5
0 … 10
80 – 100 - 160
0,2
40 – 50 - 63
0,5
0 … 16
80 – 100 - 160
0,5
56
Segue Suddivisione scale
Ø quadrante
Campo scala
40 – 50 - 63
Sequenza delle suddivisioni
Intervallo
1
0 … 25
80 – 100 - 160
0.5
40 – 50 - 63
2
0 … 40
80 – 100 - 160
1
40 – 50 - 63
2
0 … 60
80 – 100 - 160
1
40 – 50 - 63
5
0 … 100
80 – 100 - 160
2
40 – 50 - 63
5
0 … 160
80 – 100 - 160
5
57
Segue Suddivisione scale
Ø quadrante
Campo scala
40 – 50 - 63
Sequenza delle suddivisioni
Intervallo
10
0 … 250
80 – 100 - 160
5
40 – 50 - 63
20
0 … 400
80 – 100 - 160
10
40 – 50 - 63
20
0 … 600
80 – 100 - 160
10
40 – 50 - 63
50
0 … 1000
80 – 100 - 160
20
58
Valvole
Valvole Pneumatiche
Elettrovalvole per fluidi
Valvole Pneumatizzate
59
Valvole Pneumatiche
 Valvole Pneumatiche
 Portata
 Dimensionamento
 Valvole Direzionali
 Valvole di Regolazione
 Valvole di Intercettazione
 Valvole di Elaborazione
60
Introduzione
Il vocabolo assume un significato in relazione del settore tecnologico che
lo utilizza. In pneumatica VALVOLA è un dispositivo capace di controllare
l’aria compressa. Le valvole si possono dividere in tre categorie:
Valvole Direzionali:
Hanno lo scopo di aprire, chiudere o deviare un flusso di aria compressa
senza modificarne le caratteristiche fisiche di portata o di pressione.
Valvole di Regolazione:
Hanno lo scopo di modificare le caratteristiche fisiche dell’aria compressa.
Fanno parte di questa categoria i regolatori di flusso e i riduttori di
pressione.
Valvole di Intercettazione / Elaborazione:
Hanno lo scopo di modificare o di bloccare il percorso dell’aria compressa
per realizzare delle condizioni particolari o per ottenere una elaborazione
del segnale di tipo logico. (And, Or, Not, Yes)
61
Portata
(Valvole pneumatiche)
Portata Nominale
La portata di una valvola varia in funzione delle sue caratteristiche
costruttive e dell’applicazione in cui essa è integrata.
Nell’impossibilità di considerare tutte le variabili legate all’applicazione, la
portata viene espressa con un valore rilevato alle condizioni prescritte
dalle normative (Pressione di ingresso 6 Bar, P 1 Bar, temperatura 20°C)
62
Segue Portata
Per ottenere il valore di portata con differenti condizioni di applicazione si
può applicare la seguente formula:
NQ  28,5  Kv  p  P  1  p 
Dove:
NQ
28,5
Kv
p
P
= Quantità di aria libera in Nl/min
= Numero empirico ottenuto per esperienza
= Coefficiente valvolare
= Caduta di pressione in Bar
= Pressione di lavoro all’ingresso in Bar
63
Dimensionamento
(Valvole pneumatiche)
Per determinare la dimensione di una valvola per pneumatica, è
indispensabile conoscere il consumo dell’impianto a valle della stessa.
Questo calcolo può essere effettuato con la seguente formula:
S  C  60 : t   P
NQ 
1000
Dove:
NQ
S
C
t
P
=
=
=
=
=
Quantità di aria libera in Nl/min
Superficie del cilindro (in spinta e e in tiro) in cm2
Corsa del cilindro in cm
Valore ottenuto dividendo un minuto primo (60 sec) per il tempo di ciascuna delle due corse
Pressione di lavoro in Bar
Il calcolo deve essere ripetuto, sia in spinta che in trazione, per tutti i
cilindri comandati dalla valvola.
La portata così calcolata, sommata ad altre eventualmente richieste nello
stesso istante, servirà quindi per il dimensionamento del gruppo
trattamento aria.
64
Valvole direzionali
 Classificazione
 Tipologie
 Spola
 Elettrovalvole
 Valvole ISO
 Valvole NAMUR
 Simbologia
65
Classificazione
Una valvola direzionale si classifica in base al numero delle connessioni e
delle posizioni che può assumere.
Connessioni:
Sono le bocche filettate della valvola (entrata, uscite, scarichi) escluse le
eventuali connessioni dei pilotaggi.
Posizioni:
L’organo mobile interno può assumere 2 o 3 posizioni ma mai una soltanto.
Esempio:
5/2 per valvole a 5 vie e 2 posizioni
5/3 per valvole a 5 vie e 3 posizioni
Le valvole direzionali sono definite BISTABILI quando mantengono l’ultima
posizione assunta anche in mancanza del segnale di azionamento.
Sono invece definite MONOSTABILI quando, in mancanza del segnale di
azionamento, ritornano alla posizione di riposo.
66
Tipologie
Le valvole per automazione pneumatica sono costruite principalmente in
due tipologie, ad otturatore o a spola.
Le prime sono valvole di vecchia concezione che sono però ancora
ampiamente prodotte perché garantiscono una ottima tenuta anche se
necessitano di forze d’azionamento elevate. Per questo motivo vengono
attualmente prodotte quasi esclusivamente con portate d’aria molto
ridotte e adatte principalmente a comandare valvole di maggiori
dimensioni. Questo è particolarmente importante quando l’azionamento è di
tipo elettrico.
Le valvole a spola sono invece molto più versatili e si prestano ad essere
utilizzate come organo di potenza anche per portate molto elevate.
Inoltre, se non sono servopilotate, le valvole a spola, a differenza delle
valvole ad otturatore, possono essere collegate indifferentemente dalla
direzione del flusso. Entrando, per esempio dallo scarico si può ottenere la
funzione NA (normalmente aperta) in una valvola 3/2.
67
Spola
Il pilotaggio 14
12 mette in comunicazione l’entrata 1 con l’uscita 2
4
68
Elettrovalvole
Come abbiamo già detto, nel caso di valvole con portata molto elevata,
soprattutto con azionamenti elettrici, si preferisce creare dei
servomeccanismi che sfruttino la forza stessa dell’aria compressa per
azionare la spola della valvola. Questo consente di ridurre drasticamente la
potenza delle bobine riducendo quindi i problemi legati all’interfaccia con
sistemi PLC, alla caduta di tensione e alla sovratensione generata
all’apertura del carico.
Per ottenere questo risultato si accoppia la semplicità costruttiva di una
elettrovalvola a comando diretto (ad otturatore) e la versatilità di un
corpo valvola a comando pneumatico (a spola.)
In questo modo, le valvole più moderne, possono garantire portate di oltre
2500/3000 Nl/min (attacchi da 3/8” o 1/2”) con assorbimento di soli 2W o
inferiori.
69
Segue Elettrovalvole
70
Valvole a norme ISO
Sono valvole direzionali costruite rispettando le normative del sistema
internazionale e sono intercambiabili con modelli di produttori differenti.
Sono montate su sottobasi che non devono essere smontate per sostituire
la valvola. Si evita così di scollegare le tubazioni eliminando errori di
inversione o l’eventualità che esse siano troppo corte. Condizione questa
particolarmente utile nel caso di tubazioni rigide o canalizzate.
Il fissaggio delle valvole sulle sottobasi ha un verso obbligato (tramite
fori asimmetrici o spine di riferimento) così da evitare montaggi scorretti
norme ISO 5599/1
Taglia 1
Taglia 2
Taglia 3
1/4”
3/8”
1/2”
norme ISO 15407-1
VDMA 24563
Taglia 01
1/4”
Taglia 02
1/8”
71
Valvole NAMUR
Si tratta di valvole le cui bocche di uscita e il fisaggio del corpo sono
costruiti per interfacciarsi allo standard NAMUR.
Vengono prodotte in versione 5/2 o 3/2 NC ed NA ma molti costruttori
prevedono la sola funzione 5/2 che può essere utilizzata a 3 vie con
l’aggiunta di un apposita piastrina di interfaccia.
Principalmente trovano impiego come
valvole di comando degli attuatori che
movimentano le valvole per fluidi.
Le valvole NAMUR hanno sempre due
bocche in uscita per consentire lo scarico,
dal lato della molla, anche nei cilindri a
semplice effetto. (Una delle quali, nella
versione 3/2, è collegata solo con lo scarico
e non con l’alimentazione.)
72
Simbologia
Il simbolo di una valvola pneumatica è composto da tanti quadrati
quanti sono gli stati che essa può assumere. Al loro interno, le
frecce, identificano i collegamenti fra le connessioni.
Lateralmente vengono posti i simboli che identificano i pilotaggi:
Azionamento e riposizionamento dell’organo mobile.
2/2
5/3
Centri Chiusi
3/2
5/3
Centri Aperti
5/2
4/2
5/3
Centri in Pressione
73
Segue Simbologia
Manuali
Indiretto a
pressione
Preferenziale
Pedale
Diretto
(1 avvolgimento)
Puntale
Elettropneumatico
Leva rullo
Molla
Leva rullo
unidirezionale
Molla
pneumatica
Ritorno
Leva
Elettrici
Meccanici
Pulsante
Pilotaggi
Diretto a
pressione
Pneumatici
Generico
74
Segue Simbologia
La numerazione delle valvole
Sia nel sistema numerico (ISO) o con lettere (CETOP), la numerazione
deve essere posta in corrispondenza:
• del pilotaggio che prevale quando non c’è intervento esterno (ad esempio
la molla prevale sul pulsante fintanto che questo non viene azionato).
• Nel quadrato di destra quando i pilotaggi sono equivalenti
• Nel quadrato centrale per le valvole a tre posizioni.
ISO
1
2
3
4
5
10
12
14
CETOP
ENTRATA
UTILIZZO
SCARICO
UTILIZZO
SCARICO
Pilotaggio che mette in connessione 1 con 0
Pilotaggio che mette in connessione 1 con 2
Pilotaggio che mette in connessione 1 con 4
P
A
R
B
S
Z
Y
C.E.T.O.P. = Comitato Europeo Trasmissioni Oleodinamiche Pneumatiche / ISO = Sistema Internazionale
75
Valvole di regolazione
Oltre alle valvole riduttrici di pressione, di cui si è già parlato, fanno parte
di questa categoria anche quei componenti adatti alla regolazione della
portata o, più comunemente, regolatori di flusso.
Queste valvole sono costruite in due tipologie principali:
• Regolatori di flusso per montaggio diretto (per cilindri o valvole)
• Regolatori di flusso in linea
Entrambe le tipologie sono normalmente delle semplici valvole a spillo
BIDIREZIONALI che, possono diventare UNIDIREZIONALI se dotate
della funzione di non ritorno.
Bidirezionale
Unidirezionale
76
Segue Valvole di regolazione
Per ridurre la velocità dei cilindri pneumatici, l’aria deve sempre essere
regolata in fase di scarico.
Il regolatore di flusso dovrà pertanto essere Unidirezionale e dovrà
essere montato quanto più possibile in prossimità del componente da
regolare.
Per questo motivo i regolatori unidirezionali per montaggio diretto sono
divisi in due tipi; per cilindro e per valvola. In questo modo è possibile
mantenere la regolazione solo durante la fase di scarico.
Per Cilindro
Per Valvola
77
Valvole di
Intercettazione
Valvole di scarico rapido
 Valvole di non ritorno
 Valvole di blocco
 Valvole di sicurezza

78
Valvole di Scarico Rapido
Sono valvole da applicare direttamente sulle testate dei cilindri e servono
ad intercettare lo scarico per aumentare la velocità di traslazione.
Quando l’aria entra nella valvola (P) in direzione del cilindro (A) lo scarico
(R) è chiuso. Quando la direzione del flusso si inverte, il comando
(tratteggio esterno) chiude la connessione P aprendo lo scarico.
Questo consente all’aria presente nella camera del cilindro di fuoriuscire
molto rapidamente e, di conseguenza, aumenta la velocità del movimento
dello stelo che non incontra più nessun ostacolo.
79
Valvole di Non ritorno
Ne esistono svariate forme e sono costruite per intercettare anche
flussi differenti dall’aria compressa. Possono essere a sfera o a piattello,
con o senza la molla che mantiene in posizione l’organo mobile.
Se queste valvole non intercettano semplice aria compressa è
indispensabile verificare la compatibilità del fluido con le parti a contatto
oltre che, ovviamente, la pressione nominale e la temperatura.
Qualche costruttore, oltre alla scelta dei materiali, propone anche valvole
con “molla leggera” che garantiscono un passaggio del fluido anche a
pressioni relativamente basse.
80
Valvole di Blocco
Si tratta di valvole ad otturatore appositamente concepite per bloccare
lo scarico dell’aria nei cilindri impedendone quindi il movimento.
Sono normalmente prodotte con filetto Maschio verso il cilindro e filetto
Femmina (o attacco per tubo) verso la valvola direzionale di potenza.
Questi attacchi devono essere dimensionati in funzione dell’applicazione
mentre il pilotaggio è un filetto M5 o un attacco rapido per tubo Ø4.
Alcune valvole richiedono il pilotaggio per entrambe le direzioni del flusso
ma di solito sono proposte con la funzione unidirezionale.
Consentono cioè il passaggio dell’aria in un senso mentre nel senso opposto
(lo scarico) il passaggio è consentito solo in presenza del segnale.
Con funzione di non ritorno
Senza funzione di non ritorno
81
Valvole di sicurezza
Sono indispensabili per definire un limite massimo alla pressione.
La forza esercitata dalla pressione, in contrasto con una molla opportunamente
tarata, apre il passaggio della valvola al raggiungimento del valore fissato.
Un parametro indispensabile per la scelta di una valvola di sicurezza è la quantità
di aria che essa può scaricare nell’unità di tempo e che deve sempre essere
superiore alle caratteristiche di portata dell’applicazione. Il filetto dell’attacco, di
per sé, non è necessariamente un parametro sufficiente.
Quando vengono previste per esigenze di circuito o per salvaguardare i
componenti, si utilizzano semplici valvole di tipo ordinario con campo di pressione
regolabile o pre-tarate, che possono anche essere rese inamovibili con piombatura
o appositi cappucci. (Generalmente i produttori richiedono però dei lotti minimi per
fornire questo servizio.)
Se sono invece installate per motivi di sicurezza (come ad esempio nei serbatoi di
accumulo) si utilizzano prodotti di qualità ed è indispensabile dotarle di un
certificato rilasciato da una apposito ente (I.S.P.E.S.L.) che ne dichiara la
conformità. In questo caso sono obbligatoriamente piombate.
82
Valvole di Elaborazione
Queste valvole, dette anche valvole LOGICHE, sono indispensabili per
creare impianti con sequenze totalmente pneumatiche.
Attualmente questi impianti sono sempre meno utilizzati poiché
soppiantati dai sistemi elettropneumatici con PLC enormemente più
comodi e versatili.
Malgrado questo molte aziende producono ancora componenti pneumatici
utili per l’elaborazione logica delle sequenze di automazione. Fra questa
gamma di prodotti spiccano i principali operatori logici:
OR - AND - NOT - YES - MEMORIA
A queste valvole si aggiungono spesso componenti con funzioni complesse
come Temporizzatori, Contaimpulsi, Sequenziatori, Generatori di impulsi,
Comandi Bimanuali di sicurezza, Pressostati ad uscita pneumatica, ecc...
83
Funzione logica OR:
Valvola a 2 pressioni. Per azione della sfera o meccanismo similare, si
ottiene l'uscita in A solo quando è presente almeno UNA delle due
pressioni P1 o P2. In caso di contemporaneità di questi due segnali sarà
presente in A il primo arrivato o quello con pressione maggiore
L’espressione logica di questa
funzione è:
A = P1+P2
Simbolo Pneumatico
Simbolo ISO
84
Funzione logica AND
Valvola a 2 pressioni. Per azione della spola o meccanismo similare, si
ottiene l'uscita in A solo quando sono presenti ENTRAMBE le due pressioni
P1 e P2. Il primo segnale predispone la valvola aprendo la strada al secondo
segnale in arrivo. In caso di pressioni differenti sarà presente in A il
segnale con pressione inferiore.
L’espressione logica di questa
funzione è: A = P1 x P2
Simbolo Pneumatico
Simbolo ISO
85
Funzione logica NOT:
E’ la funzione di inversione del segnale.
Lo stato logico (0/1, assenza/presenza del segnale) dell’uscita A, sarà
invertito rispetto al pilotaggio X.
Il componente che esplica questa funzione non è altro che una valvola 3/2
NA con azionamento pneumatico e il riposizionamento a molla. In
commercio si possono trovare delle valvole con la specifica funzione di
NOT logico e si differenziano dalle comuni valvole 3/2 NA per le ridotte
dimensioni d’ingombro e per la taratura della molla di riposizionamento
particolarmente sensibile (0,3 Bar) utile nell’impiego di questo componente
come valvola di finecorsa per cilindri.
L’espressione logica di questa
funzione è:
A = X
Simbolo Pneumatico
Simbolo ISO
86
Funzione logica YES:
E’ la funzione di conferma del segnale.
Lo stato logico (0/1, assenza/presenza del segnale) dell’uscita A, sarà
uguale rispetto al pilotaggio X.
Contrariamente alla valvola precedentemente descritta, questa funzione la
si ottiene con una valvola 3/2 NC con azionamento pneumatico e
riposizionamento a molla. Questa funzione è raramente impiegata in
impianti pneumatici se non come valvola amplificatrice del segnale. Si pensi
ad esempio ad un segnale la cui utilità è molto lontana dalla fonte d'origine,
in questo caso può rendersi necessario, a metà percorso, rigenerare il
segnale altrimenti troppo debole per svolgere la funzione richiestagli.
L’espressione logica di questa
funzione è:
A = X
Simbolo Pneumatico
Simbolo ISO
87
Funzione MEMORIA:
La funzione si limita a mantenere attivo un segnale anche dopo la sua
scomparsa.
Si tratta di valvole bistabili a 5 vie e 2 posizioni appositamente concepite
per essere integrate con le altre funzioni logiche.
Quando il segnale da memorizzare è uno soltanto, si tappa un’uscita.
Anche per questo motivo, molto spesso, si preferisce utilizzare normali
valvole a doppio comando pneumatico a 3 o a 5 vie in funzione delle
specifiche necessità.
Simbolo Pneumatico
Simbolo ISO
88
Elettrovalvole
per fluidi vari
 Elettrovalvole per fluidi vari
 Portata
 Dimensionamento
 Elettrovalvole ad azione diretta
 Elettrovalvole servopilotate
 Pressione operativa
 Colpo d’ariete
 Compatibilità dei fluidi
 Tabelle
89
Introduzione
Le valvole a solenoide per fluidi vari sono classificate in base al modo di
operare dell’otturatore dando così luogo a due tipi:
Valvole ad azione diretta:
Dove l’azione di apertura e chiusura viene effettuata direttamente
dall’otturatore.
Valvole servopilotate:
Dove l’azione di apertura e chiusura viene effettuata da una membrana
comandata da un ugello pilota.
Nella scelta di queste elettrovalvole bisogna conoscere la portata richiesta
al componente, la pressione di utilizzo e, soprattutto, bisogna verificare la
compatibilità delle parti a contatto con il fluido che l’attraversa. A questo
scopo, i produttori forniscono solitamente delle apposite tabelle.
90
Portata
(Elettrovalvole per fluidi vari)
Coefficiente di portata
Nel caso di valvole adatte al passaggio di liquidi la portata viene espressa
dal coefficiente valvolare ”KV” che rappresenta il flusso di Acqua (in
m3/h), con temperatura da 5 a 30°C, che passa attraverso la valvola con
una perdita di carico di 1 Bar. (norme VDI/VDE 2173)
91
Dimensionamento
(Elettrovalvole per fluidi vari)
Per ottenere il valore di portata con differenti condizioni di applicazione si
può applicare le seguenti formule:
Per Liquidi
Per Gas
(Con viscosità fino a 3°E)
(se P</= 1/2 P1)
Q  Kv 
p

Dove:
Q
Qn
P
P2
p
514
Kv

t
Qn  514  Kv 
p  P2
n  273  t 
= Portata per liquidi in m3/h
= Portata per Gas in Nm3/h
= Pressione in Bar
= Pressione all’uscita in Bar
= Caduta di pressione in Bar
= Numero empirico ottenuto per esperienza
= Coefficiente valvolare
= Peso specifico del fluido in Kg/dm2 (aria = 1,3)
= Temperatura del fluido
92
Segue Dimensionamento
Per dimensionare una valvola conoscendo la portata teorica da ottenere,
si può applicare la seguente formula per il calcolo del Kv:
Per Liquidi
Per Gas
(Con viscosità fino a 3°E)
(se P</= 1/2 P1)
Kv  Q 

p
Dove:
Q
Qn
P
P2
p
514
Kv

t
Qn
Kv 

514
273  t   n
p  P2
= Portata per liquidi in m3/h
= Portata per Gas in Nm3/h
= Pressione in Bar
= Pressione all’uscita in Bar
= Caduta di pressione in Bar
= Numero empirico ottenuto per esperienza
= Coefficiente valvolare
= Peso specifico del fluido in Kg/dm2 (aria = 1,3)
= Temperatura del fluido
93
Segue Dimensionamento
Per calcolare la caduta di pressione (P), si possono applicare le seguenti
formule:
Per Liquidi
Q 
p    

 Kv 
Per Gas
2
p 
273  t   n
P2
Qn 2

514  Kv 2
Nota:
Qualora il P non fosse specificato, a regola di esperienza considerare:
Per Liquidi: solo in caso di scarico libero P= 90% della pressione di ingresso (P1)
Per Gas: Non usare mai un P superiore al 50% della pressione assoluta in
ingresso perché l’eccessiva caduta di pressione può causare una portata irregolare. Nella
maggior parte dei casi si può ritenere P = 10% della pressione di ingresso (P1).
94
Elettrovalvole
ad azione diretta
Il nucleo mobile, collegato direttamente all’otturatore, sotto l’azione
dell’elettromagnete, aprirà o chiuderà l’orifizio (foro) a seconda che venga
data o meno corrente al solenoide.
L’elettromagnete, in questo caso, fornisce direttamente tutta l’energia
necessaria per la manovra dell’otturatore; il funzionamento non dipende
quindi dalla pressione del fluido o dalla portata.
L’elettrovalvola può funzionare da pressione 0 alla massima pressione
operativa indicata nelle tabelle.
N.B.
Normalmente, all’aumentare del diametro nominale di passaggio,
corrisponde una diminuzione della pressione massima di utilizzo.
95
Segue Valvole ad azione diretta
96
Elettrovalvole
servopilotate
Queste elettrovalvole sono dotate di un ugello pilota comandato
dall’elettromagnete e di una membrana che chiude l’orifizio principale delle
valvole. Per il funzionamento utilizzano la pressione del fluido.
Quando viene eccitato l’elettromagnete, il nucleo apre l’ugello pilota in
modo da permettere alla pressione che esiste sulla parte superiore della
membrana di defluire verso l’uscita del corpo valvola. Si crea così uno
squilibrio di pressione sulla membrana in modo tale da sollevarla ed aprire
il pieno passaggio della valvola.
Quando l’elettromagnete viene diseccitato, l’ugello pilota si chiude e la
pressione, passando attraverso un foro di “equalizzazione” (o di carico)
viene ripristinata sulla membrana favorendo così la chiusura della valvola.
Il funzionamento di questo sistema presuppone una differenza di
pressione tra monte e valle dell’elettrovalvola che corrisponde alla forza
necessaria per far muovere la membrana o tenerla posizionata sull’orifizio
centrale. Tale valore, indicato nelle tabelle è denominato “Minima
pressione di funzionamento”.
97
Segue Valvole servopilotate
98
Pressione operativa
La massima pressione differenziale (M.O.P.D) dichiarata, non indica la
massima pressione di utilizzo, bensì la differenza fra la pressione
d’ingresso e quella d’uscita.
Ad esempio, quando è a scarico libero (0 Bar), la valvola può operare ad
una pressione massima corrispondente alla pressione in ingresso.
P1-0 = P1
La pressione minima, se diversa da 0, indica invece la minima caduta di
pressione necessaria per azionare le valvole servopilotate. (P)
99
Colpo d’ariete
E’ un forte aumento di pressione causato dalla brusca interruzione del
flusso di un liquido all’interno di una tubazione. Generalmente viene
provocato dalla chiusura troppo rapida di una valvola.
Oltre al fastidio del rumore si possono avere altri inconvenienti quali la
rottura di giunti, saldature, tubi flessibili e delle guarnizioni di tenuta
delle valvole. Per ovviare a tale inconveniente occorre rallentare il moto di
interruzione del flusso. A questo scopo esistono valvole con appositi
sistemi di regolazione della velocità di chiusura.
100
Compatibilità dei fluidi
I materiali comunemente utilizzati nelle tenute delle sedi per il settore
delle elettrovalvole per applicazioni industriali sono:
Elastomeri Sintetici vari.
• NBR-Nitril Butadien Rubber
• EP-Etilene Propilene
• FPM- Viton
Offrono ottime garanzie di tenute ermetica senza avere necessità di lavorazioni meccaniche precise sulle sedi
metalliche , però hanno una limitata possibilità di utilizzo alle alte o basse temperature, limitata resistenza
meccanica e possibilità di aggressioni chimiche da parte dei fluidi intercettati.
Materiali plastici vari.
• Nylon • PTFE-Teflon • Rilsan •Polietilene
Sono migliori degli elastomeri a livello di resistenza chimica e meccanica e alle alte e basse temperature ma
hanno il grave svantaggio di non avere ritorno elastico per cui assumono la forma delle sedi metallica e possono
provocare delle perdite dannose nel tempo. (possono cioè avere deformazioni che progrediscono).
Materiali sintetici vari
• Rubino, Zaffiro o Cordone Sintetico
• Materiali Ossidoceramici
• Metallo duro
Offrono, rispetto ai materiali elencati in precedenza, delle garanzie in assoluto di impiego in ogni tipo di fluido
senza problemi di aggressioni chimiche a temperatura anche molto basse (-40°C) e molto elevate (+180°C) con
resistenze meccaniche e all’usura eccellenti. Necessitano però di lavorazioni meccaniche estremamente precise
e delicate.
101
Tabelle di
compatibilità dei fluidi
1= Buono
FLUIDI
2 = Soddisfacente
Acetato di Amile
Acetato di Metile
Aceto
Acetone
Acido Borico
Acido Formico
Acido Palmitico
Acido Tartarico
Acqua dolce
Acqua distillata
Acqua di mare
Alcool Amilico
Alcool Butilico
Alcool Etilico
Alcool Metilico
Alcool Propilico
Ammoniaca
Anidride carbonica - CO2
Argo
Aria
Azoto
Benzina
Materiali
N.B. Tutti i fluidi sono intesi a temperatura ambiente, salvo dove diversamente indicato
Corpo
Acciaio
OTTONE
INOX
1
2
1
1
1
2
1
1
1
2
1
2
1
2
1
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Tenute
NBR
VITON
EPDM
Neopreme
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
1
2
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-
2
1
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
-
Rubino
Teflon
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
102
Tabelle di
compatibilità dei fluidi
1= Buono
FLUIDI
2 = Soddisfacente
Bicarbonato di sodio
Birra
Bisolfito di calcio
Borace
Bromo Secco
Bromo Umido
Butilene
Caffè
Cherosene
Cicloesano
Clorobenzene
Cloruro di calcio
Cloruro di Etile
Cloruro di Metile
Cloruro di Potassio
Elio
Eptano
Esano
Fenolo
Freon 12
Freon 13
Freon 22
Materiali
N.B. Tutti i fluidi sono intesi a temperatura ambiente, salvo dove diversamente indicato
Corpo
Acciaio
OTTONE
INOX
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
2
1
2
1
1
1
1
1
1
Tenute
NBR
VITON
EPDM
Neopreme
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-
1
1
1
1
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
Rubino
Teflon
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
103
Tabelle di
compatibilità dei fluidi
1= Buono
FLUIDI
2 = Soddisfacente
Freon 502
Freon TF
Gas combustibile Butano
Gas combustibile Etano
Gas combustibile GPL
Gas combustibile Metano
Gas combustibile Naturale
Gas combustibile Propano
Glicerina
Glicole Etilenico
Glicoli
Glucosio
Idrogeno
Isottano
Latte
Metiletichetone
Nafta
Neon
Olio Animale
Olio Combustibile
Olio Diesel
Olio Minerale
Materiali
N.B. Tutti i fluidi sono intesi a temperatura ambiente, salvo dove diversamente indicato
Corpo
Acciaio
OTTONE
INOX
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
1
1
2
1
1
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Tenute
NBR
VITON
EPDM
Neopreme
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-
2
1
2
1
1
1
1
1
1
1
2
Rubino
Teflon
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
104
Tabelle di
compatibilità dei fluidi
1= Buono
FLUIDI
2 = Soddisfacente
Olio di Silicone
Olio Vegetale
Ossigeno
Ozono
Pentano
Percloretilene
Petrolio
Soluzioni Saponose
Succo di Frutta
Toluolo / Toluene
Tricloretano
Tricloretilene
Vernici
Vapore 140°
Vapore 180°
Xilene
Materiali
N.B. Tutti i fluidi sono intesi a temperatura ambiente, salvo dove diversamente indicato
Corpo
Acciaio
OTTONE
INOX
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
2
1
2
1
1
1
2
1
1
1
2
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
Tenute
NBR
VITON
EPDM
Neopreme
1
1
1
2
1
1
1
-
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
-
1
1
1
-
Rubino
Teflon
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
105
Valvole Pneumatizzate
 Valvole pneumatizzate
 Attuatori Orizzontali
 Attuatori Brevettati Valvaut®
 Attuatori alternativi
106
Valvole Pneumatizzate
Per valvole pneumatizzate si intendono attuatori pneumatici che
movimentano le più svariate tipologie di corpi valvola adatti ad
intercettare liquidi, gas, fumi, polveri, granulati ecc.
Questi cilindri producono un movimento rotativo quando devono
movimentare valvole a sfera o a farfalla, oppure, un movimento
alternativo per movimentare valvole a tampone o a saracinesca.
Gli attuatori rotativi possono essere orizzontali o, come nel caso del
marchio brevettato VALVAUT®, verticali. Mentre gli attuatori
alternativi sono dei semplici cilindri pneumatici il cui stelo è
direttamente collegato all’organo di chiusura della valvola.
Questa tipologia di valvole viene impiegata in molteplici settori poiché
garantisce una automazione dei processi industriali semplice e poco
onerosa, adatta soprattutto ad intercettare tubazioni di diametro
superiore al 1/2”.
107
Attuatori Orizzontali
Sono prodotti da varie aziende e possono movimentare
valvole a sfera o a farfalla.
Si tratta di cilindri a semplice o a doppio
effetto (SE o DE), con rotazione di 90°,
appositamente concepiti per essere
applicati ai più svariati corpi valvola.
Per le valvole non predisposte, dei bracket di
montaggio consentono l’accoppiamento fra le
forature (a norme DIN-ISO) presenti sul
cilindro e sulla valvola. Appositi giunti MF
collegano quindi il pignone del cilindro con il
perno della valvola.
108
Segue Attuatori Orizzontali
Spesso questo tipo di attuatori hanno con le
connessioni pneumatiche predisposte per il
montaggio di valvole NAMUR.
Nella parte superiore, il pignone maschio,
consente l’applicazione di appositi Box finecorsa.
Un altro importante accessorio è l’operatore manuale
disinseribile. Utile soprattutto per valvole di notevoli
dimensioni, ne consente l’azionamento manuale.
109
Attuatore Valvaut®
Alternativi a quelli precedentemente descritti, gli attuatori rotativi
Valvaut® sono studiati per consentire rotazioni di 90° e quindi per
comandare l’apertura e la chiusura di valvole a sfera o a farfalla.
Caratteristica costruttiva di questi attuatori brevettati è quella di
essere composti da due parti fra loro indipendenti:
Una superiore alternativa costituita dal gruppo cilindro-pistone che
viene costruita sia in versione doppio effetto (DE) che semplice
effetto (SE).
Una inferiore rotativa costituita
direttamente collegato alla valvola.
dal
gruppo
guida-elicoide
La trasformazione del movimento da alternativo a rotativo avviene
mediante un cinematismo crociera-elicoide che consente di avere, pur
con ingombri limitati, alti momenti torcenti.
110
Segue Attuatore Valvaut®
111
Attuatori Alternativi
Sono idonei al comando di valvole a saracinesca o a tampone e comunque
a tutte le valvole ad otturatore. Sono costituiti essenzialmente da un
pistone direttamente collegato all’otturatore della valvola. Permettono
prestazioni costanti nel tempo ed interventi di manutenzione molto
semplici e limitati.
A Squadro A Flusso avviato
A saracinesca
Inclinata
Ad Otturatore
112
Cilindri
Caratteristiche generali
Tipologie costruttive
Accessori per cilindri
Mani di presa
113
Caratteristiche generali
 Componenti fondamentali
 Considerazioni per la scelta
 La forza
 La corsa
 Cilindri a Doppio effetto
 Cilindri a Semplice effetto
 Ammortizzo
 Pistone magnetico
Simbologia
114
Componenti fondamentali
Il cilindro è il componente che trasforma l’energia dell’aria in lavoro.
Le componenti fondamentali di un cilindro sono:
 Camicia
 Testata Posteriore
 Testata Anteriore
 Pistone
 Stelo
115
Considerazioni
per la scelta
Le considerazioni necessarie per determinare la scelta di un cilindro sono:
 La forza che deve sviluppare
Che ne determina l’alesaggio e che è condizionata dall’applicazione. Vanno inoltre
considerate eventuali sollecitazioni dello stelo al carico di punta. In presenza di
corse lunghe si deve tenere conto della flessione generata dal peso dello stelo
tutto fuori; tale flessione provoca un disassamento dello stelo che si ripercuote
sulla boccola della testata anteriore e soprattutto sul pistone, causandone un’usura
irregolare. Il massimo valore ammissibile varia anche in funzione dell’ancoraggio del
corpo e dell’accoppiamento stelo/carico.
 La corsa che deve compiere
Da cui dipende la scelta del tipo di cilindro anche in funzione degli spazi disponibili.
 La funzione a semplice o a doppio effetto
Che per alcune applicazioni può risultare obbligata dall’esigenza di definire la
posizione dello stelo anche in caso di interruzione dell’alimentazione. (SE).
 La necessità di applicare dei sensori di posizione
Il Pistone magnetico semplifica il cablaggio dei sensori di posizione integrandoli nel
corpo del cilindro.
116
La forza
La pressione agisce sulla superficie del pistone generando una forza che
viene trasmessa all’esterno dallo stelo collegato al pistone stesso. Di
conseguenza, data la presenza dello stelo, a parità di pressione, la forza
di un cilindro è differente nei due sensi di traslazione giacché la
sezione su cui agisce la pressione è differente.
Lato SPINTA
Lato TRAZIONE
117
Segue Forza
Solitamente la forza dei cilindri viene indicata nei cataloghi con apposite
tabelle. E’ comunque facilmente calcolabile con la formula F=PxS.
Le formule per poterla quantificare sono comunque le seguenti:
Lato Spinta:
Lato Trazione:
D2  
Ss 
 P 
4
Dove:
Ss
St
D
d
P

St 
D
2

d2 
 P 
4
= Forza sviluppata lato Spinta (N)
= Forza sviluppata lato trazione (N)
= Diametro lato spinta (cm)
= Diametro dello stelo (cm)
= Pressione di lavoro (Bar)
= rendimento considerato (0,9)
118
La corsa
La corsa di un cilindro è sempre misurata in millimetri.
Nei cataloghi viene indicata la quota di ingombro fisso (area verde) che
sommata alla corsa desiderata (area gialla) fornisce l’effettivo valore
della quota presa in esame.
Corsa
119
Cilindri a
Doppio Effetto
Entrambi i movimenti dello stelo sono determinati dall’aria che agisce
alternativamente sulle due superfici del pistone.
Malgrado la forza dei due movimenti sia differente, il cilindro può
compiere un lavoro in entrambe le direzioni.
120
Cilindri a
Semplice Effetto
L’aria agisce solo su una superficie del pistone, solitamente quella che
determina l’uscita dello stelo. In rientro, il movimento avviene per azione
di una molla. La camera negativa è sempre in comunicazione con
l’atmosfera quindi non è mai in pressione.
Generalmente questi cilindri vengono prodotti con corse che non superano
i 75/100mm e utilizzati quando la corsa di rientro non deve compiere un
lavoro.
121
Ammortizzo
Serve per ridurre l’energia cinetica
accumulata durante un movimento veloce
soprattutto se con un carico applicato.
In corrispondenza del pistone vengono create due ogive con diametro
maggiore dello stelo. Nella testata è inserita una guarnizione che
impedisce il passaggio dell’aria quando sopraggiunge l’ogiva. L’aria in
scarico è quindi costretta attraverso un passaggio obbligato dove una vite
di regolazione a spillo crea una contropressione che ammortizza il
movimento per un tratto di corsa corrispondente alla lunghezza dell’ogiva.
122
Pistone Magnetico
Ormai quasi tutti i cilindri pneumatici vengono equipaggiati, nel pistone,
di un anello che genera un campo magnetico utile per azionare dei
sensori elettrici. Questo consente di rilevare la posizione del pistone sia
alle due estremità (fine corsa) sia in posizioni intermedie senza avere
l’ingombro di interruttori meccanici azionati dal moto stesso dello stelo.
La quota “b” nel disegno indica l’ampiezza
del campo magnetico o “corsa di contatto”.
La quota “H”, invece, è il valore d’isteresi.
Cioè il ritardo nella magnetizzazione e
smagnetizzazione.
Simbolo del magnete
123
Simbologia
Nella simbologia dei cilindri vengono indicati, quando presenti, sia il
magnete sul pistone sia gli ammortizzi. La freccia posta di traverso
indica invece la possibilità di regolazione di questi ultimi.
Cilindro DE
Cilindro SE
(magnetico)
Cilindro Senza stelo
(magnetico)
Cilindro DE
(magnetico con ammortizzi)
Cilindro Rotante
124
Tipologie cilindri
 Cilindri a norme ISO 6431
 Cilindri a norme ISO 6432
 Cilindri a corsa breve
 Cilindri Rotanti
 Cilindri senza stelo
slitte
125
Cilindri ISO 6431
Questi cilindri, adatti per impieghi generali, sono proposti da tutti i costruttori.
Rispettando gli ingombri previsti dalle norme ISO 6431 (VDMA 24562) ne viene
garantita l’intercambiabilità.
Sono del tipo a tiranti, a semplice e doppio effetto, con camicia tonda (tiranti a
vista) o a profilo (tiranti coperti), con alesaggi standard:
32-40-50-63-80-100-125-160-200.
Nella versione base sono completi di entrambi gli ammortizzi che possono essere
eliminati togliendo la relativa guarnizione dalle testate.
Fra le varie opzioni sono generalmente proposte la versioni a stelo passante, a
montaggio contrapposto (accoppiando le due testate posteriori) e a montaggio in
tandem (un corpo unico con due o più movimenti indipendenti o una corsa unica
con forza raddoppiata).
A profilo
Camicia tonda
126
Microcilindri ISO 6432
Anche per questi cilindri, rispettando gli ingombri previsti dalle norme ISO 6432
(CETOP RP52-P) viene garantita l’intercambiabilità dei prodotti di vari costruttori.
Le testate di alluminio di questa serie di cilindri sono accoppiate al tubo mediante
cianfrinatura che, pur eliminando la possibilità di manutenzione, consente di
contenere gli ingombri e i costi del prodotto finito.
Le norme prevedono 6 alesaggi standard:
8-10-12-16-20-25.
Spesso vengono però proposti cilindri non a norma anche per alesaggi 32-40-50-63.
I modelli base sono a semplice e doppio effetto e, nei diametri 16-20-25, sono quasi
sempre con pistone magnetico. Sono prodotti in due versioni: con o senza ammortizzi
pneumatici (in questo caso sono inserite delle semplici guarnizioni paracolpi).
Anche questi cilindri possono essere forniti con stelo passante.
127
Cilindri a corsa breve
In questo caso non esistono normative di riferimento ma questi cilindri si sono
imposti sul mercato al punto che sono oramai presenti nella gamma di tutti i
maggiori costruttori che però, sia pure con minime differenze costruttive, non
danno garanzie di intercambiabilità.
Sono disponibili a semplice e a doppio effetto con un elevato numero di alesaggi
(12-16-20-25-32-40-50-63-80-100) ma con corse massime di 100 mm.
La tipologia costruttiva li rende particolarmente adatti per applicazioni di
bloccaggio o per piccoli movimenti di posizionamento. Per questo motivo esistono
anche in versione antirotazione.
Normali
Nell’utilizzo di questi cilindri è bene
prevedere dei fermi meccanici di
finecorsa. Infatti, poiché sprovvisti di
ammortizzi, il pistone non deve urtare
contro le testate.
Queste sono infatti dei semplici
“piattelli” fissati alla camicia solo per
mezzo di seeger.
Antirotazione
128
Cilindri Rotanti
Costruttivamente possono derivare direttamente dai cilindri lineari a
norme ISO 6431 con rotazioni standard di 90° o di 180° (ma, su
richiesta, possono essere fornite anche rotazioni fino a 360°).
Oppure possono essere in versione compatta. In questo caso gli ingombri
più ridotti comportano una limitazione della rotazione che non supera i
180° ma che, per cilindri progettati per impieghi particolari, può essere
suddivisa con tre o quattro posizioni di stop. (Es.: 0°-45°-135°-180°)
Compatto
Derivato da cilindro ISO
129
Segue Cilindri Rotanti
Un pistone viene collegato ad un ruotismo in modo da trasformare un
moto rettilineo in un moto rotatorio alternato
130
Segue Cilindri Rotanti
Momento torcente
Dalla distanza in metri del diametro primitivo del
pignone (a), ha origine il momento torcente del cilindro
che è il valore determinante per la scelta del relativo
alesaggio.
Questo valore, espresso in Nm, si ottiene moltiplicando
la forza di spinta del pistone (F1), a sua volta
condizionata dalla pressione, per il valore di cui sopra.
Se il cilindro rotante deve movimentare un carico,
dovrà pertanto avere un momento torcente maggiore di
quello derivato dalla forza F per la quota A
F1 . a
deve essere maggiore di
F.A
131
Cilindri senza stelo
Nei normali cilindri pneumatici l’ingombro raddoppia quando lo stelo è in posizione
tutto fuori. Questo comporta notevoli problemi di spazio soprattutto per traslazioni
molto lunghe. In questi casi si può optare per un cilindro senza stelo.
Vi sono tre principali tecnologie costruttive per questi cilindri:
 Trascinamento meccanico
 Trascinamento magnetico
 Trascinamento a fune
La prima è di gran lunga la tecnologia più collaudata e che garantisce ottime
prestazioni sia di durata sia agli estremi delle temperature di impiego. Si deve
tuttavia accettare una perdita minima costante (nell’ordine di pochi dm3/h).
Con il trascinamento magnetico, invece, si devono ridurre drasticamente i carichi
applicati e i tempi di traslazione poiché si può verificare lo sgancio del carrello.
Infine, nella traslazione a fune, oltre al problema dei carichi limitati, si può
modificare, in caso di escursioni termiche, la lunghezza del nastro con conseguenti
scompensi sulla regolazione del carrello che trasmette il moto.
132
Segue cilindri senza stelo
Trascinamento meccanico
In questi cilindri il moto viene trasmesso da un carrello solidale al pistone: la
connessione tra carrello e pistone è possibile grazie ad una fessura longitudinale
ricavata nel tubo. Questa soluzione consente un risparmio di ingombro in lunghezza
inferiore al 40% rispetto al cilindro lineare con stelo fuori e a parità di corsa.
La tenuta dell’aria sulla fessura longitudinale del tubo dove scorre il pattino è
garantita da un nastro in acciaio INOX temperato, opportunamente lavorato, che
assicura un’ottima tenuta metallica dall’interno del tubo verso l’esterno. La tenuta
delle impurità dall’esterno verso l’interno è assicurata da un’altra lamina di acciaio
INOX temperato, mantenuta aderente al tubo da due bande magnetiche parallele
alla fessura stessa.
Oltre al vantaggioso risparmio in termini di spazio, questi cilindri, avendo i volumi
delle due camere perfettamente uguali, permettono regolazioni più precise,
inversioni di corsa in tempi uguali e, naturalmente, anche le forze sviluppate, a parità
di pressione, sono uguali nei due sensi.
Gli svantaggi sono invece costituiti dal fatto che, in presenza di elementi abrasivi,
trucioli o particelle solide, si deve avere cura di montare il cilindro in modo da
evitare il più possibile l’intrusione di corpi estranei all’interno.
133
Segue cilindri senza stelo
Per il corretto dimensionamento di questi cilindri è indispensabile verificare, con
l’aiuto di apposite tabelle fornite dai costruttori, i carichi massimi e i momenti
flettenti e torcenti ammissibili.
Conoscendo cioè la forza F derivata dal carico applicato si useranno le formule
sottostanti per ricavare il valore da confrontare con quello riportato in tabella.
L
M
MS
MV
= Carico (in N)
=F.r
(in Nm)
=F.r
(in Nm)
=F.r
(in Nm)
N.B.
 I carichi e i momenti sono validi se applicati singolarmente
 La quota “r” è rilevabile dalle tabelle ingombri del cilindro e conoscendo la quota di baricentro del carico
134
Slitte
Le slitte sono utilizzate per applicazioni di precisione (fino ad 1/100 di
millimetro). Si tratta di componenti cui viene particolarmente curata la
componente meccanica per consentire manipolazioni e posizionamenti di
elementi nelle applicazioni robotizzate o di automatismi complessi.
Le soluzioni adottate dai costruttori sono le più svariate, spesso
vengono preferite soluzioni a doppio pistone che consentono una forza
raddoppiata e, se si tratta di steli passanti, può essere previsto
l’ancoraggio della slitta sul corpo o sugli steli ottenendo così la soluzione
più consona della parte mobile.
135
Accessori per cilindri
Fissaggi
Sensori
Guide antirotazione
Freni idraulici
Bloccastelo
136
Fissaggi
Nel cilindro esiste una parte ferma, il corpo, ed una in movimento, lo stelo.
Affinché la forza motrice sull’asse dello stelo possa essere utilizzata, è
evidente che il corpo del cilindro debba restare, non solo fermo, ma anche
fissato in modo opportuno ad una struttura.
Il fissaggio del corpo:
Detto anche “ancoraggio” può essere effettuato in modo rigido o in modo
oscillante; la scelta deve tenere conto, soprattutto, del fatto che i
cilindri sono costruiti e dimensionati per resistere a sforzi di tipo assiale,
cioè lungo l’asse del movimento
Ancoraggi rigidi:
Montaggio diretto
Ancoraggio a piedini
Flangia (anteriore o posteriore)
Ancoraggi oscillanti:
Cerniera singola o combinata (anteriore o posteriore)
Cerniera Intermedia
137
Segue Fissaggi
Montaggio
diretto
Flangia
Anteriore
e
Posteriore
Cerniera
Combinata
Posteriore
Cerniera
Intermedia
Cerniera
Combinata
Anteriore
Ancoraggio
a Piedini
138
Segue Fissaggi
Il fissaggio dello stelo:
E’ sempre subordinato all’ancoraggio del corpo.
Può essere rigido solo se l’asse del cilindro è perfettamente allineato con
l’asse di movimento del carico.
Nel caso invece di un disallineamento, la libertà di movimento delle due
parti è ottenuta inserendo un giunto che consenta una articolazione.
Diretto
A forcella
Sferico
139
Sensori
I sensori utilizzati nel settore
principalmente in due famiglie:
della
pneumatica
si
dividono
 Sensori con ampolla REED
 Sensori ad effetto di HALL
Quando vengono investiti dal campo magnetico prodotto dal magnete
del pistone, i sensori chiudono un circuito elettrico generando un
segnale utile per comandare direttamente un’elettrovalvola (bisogna
però verificare il carico massimo ammissibile), oppure una scheda PLC.
La commutazione è solitamente resa visibile dall’accensione di un LED.
Quando non sono già inseriti nel circuito stesso del sensore, è
necessario prevedere dei circuiti soppressori dei picchi di tensione.
(Diodi, Varistore, ecc.)
140
Segue sensori
Il sensore ad ampolla REED:
Ha un funzionamento meccanico: tensioni di lavoro fino a 110V (o in
alcuni casi 220V), sia in corrente continua che alternata.
Ha una vita elettrica inferiore (107 cicli) rispetto al sensore HALL.
Può essere in versione a 2 o 3 fili e con circuito PNP (il circuito NPN è
solitamente fornito a richiesta). La versione a 2 fili è generalmente la
più utilizzata. Quella a 3 fili, viene invece utilizzata prevalentemente per
consentire il collegamento di più sensori in serie poiché non vi è caduta
di potenziale tra l’alimentazione e il carico.
2 fili
3 Fili
141
Segue sensori
Il sensore ad effetto di HALL:
Ha un funzionamento elettronico, vita elettrica molto elevata (109 cicli),
ma tensioni di lavoro fino a 30V, solo in corrente continua. Inoltre il
costo è più elevato rispetto al sensore REED ed è pertanto preferito
solo in applicazioni particolarmente gravose.
142
Segue sensori
Il corpo del sensore può avere svariate forme per accoppiarsi
direttamente a specifici tipi di cilindro o, in alternativa, esservi fissato
per mezzo di staffe progettate appositamente
Un tipo di sensore che si è ormai imposto sul mercato è però il modello a
scomparsa per cava a “T” la cui sagoma viene interamente inserita in
apposite cave ricavate nei profili dei moderni cilindri. Dove queste cave
non sono presenti, come ad esempio i cilindri con tiranti a vista o i
microcilindri ISO 6432 con camicia tonda, è comunque possibile
utilizzare questo tipo di sensore con l’ausilio di apposite staffe.
Il collegamento al sensore può essere con cavo annegato (Il cavo
standard generalmente utilizzato è il CEI 20-22 II O.R.) oppure con
collegamento a connettore (generalmente M8).
143
Guide Antirotazione
Queste guide sono indispensabili quando si deve eliminare la naturale rotazione
degli steli durante la traslazione. Rispetto ad altri sistemi come ad esempio gli
steli gemellati o con sezioni quadrate, ovali o trapezoidali dello stelo e/o del
pistone, queste guide supportano anche eventuali carichi radiali.
Sono generalmente applicabili a cilindri ISO-6432 (Ø-20-25) o a cilindri ISO6431 (Ø32÷Ø100).
La forma del corpo può essere ad “U” o ad “H” con
scorrimento degli steli su bronzine autolubrificanti o su
cuscinetti a ricircolo di sfere.
La scelta dell’una o dell’altra versione è sempre
subordinata alle caratteristiche dell’applicazione e deve
essere verificata con l’ausilio degli appositi grafici e
tabelle forniti dai costruttori.
144
Freni Idraulici
Il freno non è propriamente un componente pneumatico. Esso, infatti, non
ha un movimento autonomo ma deve essere accoppiato ad un cilindro che
genera il movimento.
In molte applicazioni è molto importante avere una elevata regolarità della
traslazione. Per esempio quando si movimentano utensili da taglio, per la
verniciatura di piccoli pezzi o quando si devono stendere colle o sigillanti.
In questi casi la comprimibilità
dell’aria non consente di ottenere una
buona linearità di movimento e
comunque, non è possibile garantire nel
tempo la ripetibilità delle impostazioni
iniziali.
Il freno idraulico risolve il problema
accoppiando alla versatilità dell’aria la
maggior precisione ottenibile con l’olio.
145
Segue Freni Idraulici
Poiché lo sviluppo della forza utile è demandato al cilindro pneumatico, i
freni sono generalmente prodotti con un unico alessaggio. Possono
inoltre regolare una sola delle due traslazioni (uscita o rientro),
raramente un unico prodotto le regola entrambe.
Inoltre, ai freni idraulici vengono spesso abbinate altre funzioni:
La valvola di SKIP:
Consente un rapido avvicinamento al pezzo escludendo la regolazione
data dal freno, dopodiché, il comando della valvola gestisce il tratto di
lavoro della corsa. Questo permette un aumento di produttività,
riducendo al massimo i tempi di lavorazione.
La valvola di STOP:
Serve unicamente per bloccare la corsa del cilindro nella posizione
desiderata.
146
Segue Freni Idraulici
Regolazione semplice
Trazione
Spinta
147
Segue Freni Idraulici
Con valvola di STOP
Con valvola di SKIP
Trazione
Spinta
148
Segue Freni Idraulici
Con valvola di SKIP + STOP
Trazione
Spinta
149
Bloccastelo
Questo componente viene spesso utilizzato per bloccare carichi guidati in
caso di caduta e comunque in tutti quei casi in cui si desidera un bloccaggio
meccanico della traslazione.
Costruttivamente il bloccastelo è predisposto per essere montato su
cilindri ISO-6432 (Ø20-25) e ISO-6431 (Ø32÷125) che abbiano lo stelo
prolungato di una quota fissa rilevabile dalle tabelle dei costruttori.
I cilindri ISO così equipaggiati mantengono l’intercambiabilità esclusa la
sporgenza dello stelo (VH) e, ovviamente, l’ingombro del bloccastelo stesso.
150
Segue Bloccastelo
In assenza del pilotaggio pneumatico il blocco dello stelo avviene
meccanicamente per l’azione di molle la cui forza di serraggio è sempre
superiore alla forza sviluppata dal cilindro alla massima pressione.
A Riposo
Azionato
151
Segue Bloccastelo
Schemi Elettrici
1
2
Schemi Pneumatici
3
4
152
Mani di presa
Le mani di presa (o pinze pneumatiche) sono utilizzate soprattutto nel
settore della robotica. Consentono di manipolare pezzi con forme irregolari
rendendoli accessibili, nella posizione voluta, ai vari processi di lavorazione.
Sono prodotte nelle più svariate forme e dimensioni, a due o a tre griffe
(dita), a semplice o a doppio effetto, con o senza pistone magnetico.
Possono essere essenzialmente suddivise in due famiglie:
 Ad apertura Angolare
 Ad apertura Parallela
153
Segue Mani di presa
Mani di presa ANGOLARI
154
Segue Mani di presa
Mani di presa PARALLELE
155
Schemi Pneumatici
Gli schemi pneumatici descrivono l’impianto in pressione e in condizione di riposo.
I cilindri sono pertanto disegnati con lo stelo in posizione di partenza.
156
Schemi Pneumatici
Se possibile i simboli delle valvole vanno disegnati su linee parallele e sono sempre
della medesima grandezza a prescindere dalle reali dimensioni del componente
157
Schemi Pneumatici
Le singole funzioni pneumatiche preassemblate o costruite in un unico blocco
vengono contornate con un tratteggio linea-punto-linea.
158
Schemi Pneumatici
Le tubazioni dell’alimentazione sono disegnate in linea continua e, per evitare inutili
accavallamenti, possono essere indicate con il relativo simbolo di alimentazione a
rete senza tracciarle fino all’alimentazione comune.
159
Schemi Pneumatici
Le tubazioni delle valvole vanno disegnate nel quadrato che identifica lo stato
attivo con impianto fermo e a riposo.
160
Schemi Pneumatici
Le tubazioni dell’impianto di potenza vanno disegnate in linea continua.
Eventuali accavallamenti dei tubi (non interconnessi) vanno indicati con il cavallotto
sempre e solo nella tubazione orrizzontale.
161
Schemi Pneumatici
Se previsti si inseriscono sulle tubazioni i regolatori di flusso dei cilindri.
162
Schemi Pneumatici
Le tubazioni dell’impianto di comando vanno indicate in linea tratteggiata.
163
Schemi Pneumatici
Le numerazioni (ISO o CETOP) delle valvole vanno indicate nel quadrato attivo dove
sono disegnate anche le tubazioni.
164
Schemi Pneumatici
In ultimo vengono le lettere che definiscono i vari componenti.
I cilindri sono spesso indicati con la lettera maiuscola partendo dalla “A” per il
primo a muoversi, “B” per il secondo e così via.
165
Schemi Pneumatici
I finecorsa dei cilindri sono spesso indicati con la lettera minuscola del cilindro che
li aziona seguita da uno “0” per lo stelo dentro o da un “1” per lo stelo fuori.
166
Indice
Grandezze fisiche
 Forza
 Newton
 Massa
 Peso
 Portata
 Velocità
 Pressione
 principali unità di misura della pressione
 Effetto Venturi
pag. 3
pag. 4
pag. 5
pag. 6
pag. 7
pag. 8
pag. 9
pag. 12
pag. 13
 dal compressore al serbatoio
 il filtro / le valvole sezionatrici
 il raccoglitore di condensa / il serbatoio
 L’essicatore
 La rete primaria
 La rete secondaria
 Tubazioni
pag. 15
pag. 16
pag. 19
pag. 17
pag. 20
pag. 23
pag. 24
 Filtro
 Riduttore
 Lubrificatore
 Avviatore progressivo
pag. 27
pag. 31
pag. 34
pag. 35
Impianti di distribuzione
Trattamento aria
167
Segue Trattamento aria
 Accessori
 pressostati / valvole di messa in scarico
 blocchetti di derivazione / valvole unidirezionali
 Manometri
 molla tubolare (molla Bourdon)
 la cassa / l’attacco
 il trasparente / il quadrante
 la classe di precisione / la pressione d’utilizzo
 le scale più comuni
 i principali settori d’impiego
 i manometri campione
 il certificato di taratura EN 10204 3.1.B
 suddivisione delle scale
pag. 37
pag. 38
pag. 39
pag. 40
pag. 42
pag. 44
pag. 45
pag. 46
pag. 47
pag. 48
pag. 51
pag. 52
pag. 55
 Introduzione
 Portata
 Dimensionamento
 Valvole direzionali
 classificazione
 tipologia
 spola
 elettrovalvole
pag. 61
pag. 62
pag. 64
pag. 65
pag. 66
pag. 67
pag. 68
pag. 69
Valvole pneumatiche
168
Segue Valvole pneumatiche
 segue valvole direzionali
 valvole a norme ISO
 valvole NAMUR
 simbologia
 Valvole di regolazione (regolatori di flusso)
 Valvole di Intercettazione
 valvole di scarico rapido
 valvole di non ritorno
 valvole di blocco
 valvole di sicurezza
 Valvole di Elaborazione
 funzione logica OR
 funzione logica AND
 funzione logica NOT
 funzione logica YES
 funzione Memoria
pag. 65
pag. 71
pag. 72
pag. 73
pag. 76
pag. 78
pag. 79
pag. 80
pag. 81
pag. 82
pag. 83
pag. 84
pag. 85
pag. 86
pag. 87
pag. 88
 Introduzione
 Portata
 Dimensionamento
pag. 90
pag. 91
pag. 92
Elettrovalvole per fluidi vari
169
Segue elettrovalvole per fluidi vari
 Elettrovalvole ad azione diretta
 Elettrovalvole servopilotate
 Pressione operativa
 Colpo d’ariete
 Compatibilità dei fluidi
 Tabelle di compatibilità
pag. 95
pag. 97
pag. 99
pag. 100
pag. 101
pag. 102
 Attuatori rotativi orrizzontali
 Attuatori rotativi Valvaut®
 Attuatori alternativi
pag. 108
pag. 110
pag. 112
 Caratteristiche generali
 componenti fondamentali
 la forza
 la corsa
 cilindri a doppio effetto
 cilindri a semplice effetto
 ammortizzo
 pistone magnetico
 simbologia
pag. 114
pag. 115
pag. 117
pag. 119
pag. 120
pag. 121
pag. 122
pag. 123
pag. 124
Valvole pneumatizzate
Cilindri
170
Segue cilindri
 Tipologia di cilindri
 a norme ISO-6431
 a norme ISO-6432
 a corsa breve
 rotanti
 senza stelo
 slitte
 Accessori per cilindri
 fissaggi
 sensori
 guide antirotazione
 freni idraulici
 bloccastelo
 Mani di presa
 angolari
 parallele
pag. 125
pag. 126
pag. 127
pag. 128
pag. 129
pag. 132
pag. 135
pag. 136
pag. 137
pag. 140
pag. 144
pag. 145
pag. 150
pag. 153
pag. 154
pag. 155
 Regole del disegno pneumatico
pag. 156
Schemi pneumatici
Indice
171
COMANDI PER LA NAVIGAZIONE
Prima
Diapositiva
Diapositiva o
animazione Precedente
Ultima
Diapositiva
Diapositiva o
animazione successiva
Ultima diapositiva
visualizzata
Torna all’inizio del
paragrafo o del capitolo
I collegamenti
ipertestuali rimandano
all’argomento correlato
172