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Dipartimento di Ingegneria Meccanica - Università di Cagliari 1
Oleodinamica e Pneumatica
Obiettivi del Corso
Fornire gli strumenti di base necessari per una corretta
progettazione e per un uso razionale dei sistemi a fluido.
Acquisire i principi di funzionamento dei principali
componenti utilizzati negli impianti pneumatici ed oleodinamici.
Prendere confidenza con gli schemi circuitali e i criteri di
progettazione di circuiti elettro-idraulici anche mediante lo
svolgimento di esercitazioni pratiche
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Oleodinamica e PneumaticaProgramma di OLEODINAMICA
IntroduzioneRichiami di idrostatica; Proprietà dei fluidi idraulici: viscosità e comprimibilità
Simbologia unificata per la rappresentazione dei componenti idraulici.
Schemi e circuiti elementari
Componenti oleodinamiciClassificazione Macchine idrostatiche
Pompe e Motori: ad ingranaggi, a palette, a pistoni; Attuatori lineari
Componenti di controlloClassificazione e rappresentazione simbolica
Valvole di controllo direzione, pressione, portata,
Valvole proporzionali e servovalvole
Trasmissioni idrostatiche
Confronto delle T.I. a ciclo aperto e a ciclo chiuso. Caratteristiche delle T.I. a coppia e a potenza costante. Scelta di una T.I.
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Oleodinamica e Pneumatica
Testi indicati per la parte di oleodinamica:
• Speich, H., Bucciarelli, A., Manuale di Oleodinamica - Principi, Componenti, Circuiti, Applicazioni, Tecniche Nuove
• Rigamonti, G. Oleodinamica e pneumatica, Hoepli, Milano, 1987
• Thoma, J. Macchine e componenti idrostatici, Tecniche Nuove, Milano,1979
• Thoma, J. Introduzione all’oleodinamica ed ai sistemi oleodinamici, Tecniche Nuove, Milano 1983
• McCloy, D., Martin, H.R. Control of fluid power analysis and design, John Wiley & Sons, 1980
• James L. Johnson, Introduction to fluid power, Delmar 2002
• Esposito A., Fluid Power with applications, Prentice-Hall International, inc. 2000
• Majumdar S.R. Oil Hydraulic Systems Principles and Maintenance McGraw-Hill, 2001
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Oleodinamica e PneumaticaProgramma di PNEUMATICA
Caratteristiche dell’aria compressaComposizione Condizioni nominali e standard
Generazione, trattamento e distribuzione dell’aria compressaCompressori, Serbatoi, Linee di distribuzione,Gruppi trattamento aria
Attuatori pneumaticiCilindri pneumatici Cilindri per applicazioni speciali Motori pneumatici
Valvole pneumaticheTipi, simbologia Caratteristiche degli strozzatori
Circuiti ed applicazioni
Testi indicati per la parte di Pneumatica:- G. Belforte, A. Manuello Bertetto, L. Mazza, Pneumatica, Tecniche Nuove, Milano, 1998.
- G. Belforte, Pneumatica, Tecniche Nuove, Milano, 1987.
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Oleodinamica e Pneumatica
ESERCITAZIONI:
Realizzazione di alcuni circuiti al banco oleodinamico FESTOVerifica di una trasmissione idrostatica
E’ obbligatorio che ogni studente presenti le relazioni scritte delle
esercitazioni svolte all’atto dell’esame orale finale.
E’ previsto un test intermedio (9-14 nov. 2009) ed uno finale.
Valutazione:
Il voto d’esame terrà conto delle relazioni delle esercitazioni, dei giudizi dei test e dell’orale.
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Oleodinamica e Pneumatica
Principi dell’idraulicaLegge di Pascal nel 1648
In un liquido in quiete la pressione idrostatica è in ogni punto la medesima e si trasmette inalterata in ogni direzione.
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Oleodinamica e Pneumatica
Principi dell’idraulica
Pressa idraulica - Bramah 1795PASCAL
h1p
F1 F2p=F1/A1=F2/A2h2
R=A2/A1 il fattore di amplificazione del torchio idraulico
p F2 = F1 A2/A1
F2 = F1 R
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Oleodinamica e Pneumatica
Principi dell’idraulicaPressa idraulica - Bramah 1795
F1 F2 ∆V=h1 A1=h2 A2h2
Quello che si guadagna in forza si perde in spostamento
h1 h2 = h1 A1/A2
h2 = h1 /R
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Oleodinamica e Pneumatica
Principi dell’idraulicaPressa idraulica - Bramah 1795
F1 F2
Pompa Attuatore
Energia Meccanica
Energia Idraulica
Energia Meccanica
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Oleodinamica e Pneumatica
Principi dell’idraulicaMartinetto idraulico perfezionato
F2FF1
1 2
a
b
R
spostamento del carico h2=15 mmNoti:
F2 =40 t
D1=10 mm
D2=200 mm
a=600 mm
b=30 mm
h1max= 20 mm
Determinare: F e Ncorse
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Oleodinamica e Pneumatica
Principi dell’idraulica
Cilindri in serie
1 2
carico carico
pompa
IPOTESICilindri ugualiCarichi uguali
∆p=50 bar
p=0 bar
p=100 barp=50 bar
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Oleodinamica e Pneumatica
Principi dell’idraulica
Cilindri in parallelo
1 2
F2
3
F1 F3
pompa
IPOTESIF1 = 500 kp
F2 = 750 kp
F3 = 1000 kp
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Oleodinamica e Pneumatica
Principi dell’idraulica
Schema elementare di un impianto frenante
Vantaggi
Forze frenanti perfettamente bilanciate e di elevata intensità in rapporto alle forze applicate.
L’utilizzazione di un tubo flessibile elimina il problema della connessione delle parti in moto relativo fra loro
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Oleodinamica e Pneumatica
Principi dell’idraulica
Vantaggi dei sistemi idrauliciLa capacità di sviluppare forze notevoli (Brunel realizzò un imponente sistema propulsivo navale impiegando 18 pistoni idraulici disposti 9 a prua e 9 a poppa della sua imbarcazione ottenendo una spinta complessiva di 45 MN.)
Applicazioni che richiedono lo sviluppo di forze elevate si trovano nell’industria metallurgica dove magli e presse richiedono forze di almeno 3MN.
L’elevato rapporto forza-peso rappresenta un fattore importante (campo aeronautico e missilistico). Per esempio a parità di potenza sviluppata una pompa idraulica è notevolmente più compatta di un motore elettrico.
Ridotto peso e dimensioni si ottengono per l’elevata pressione di lavoro dei sistemi idraulici (operano senza problemi con pressioni anche superiori a 350 bar), mentre il magnete di un motore elettrico di pari dimensioni può sviluppare un’azione equivalente ad una pressione massima di circa 17 bar.
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Oleodinamica e Pneumatica
Il fluido operativo nei sistemi idraulici
Il fluido utilizzato è di norma costituito da OLIO MINERALE
Caratteristiche:
Elevata viscosità superiore a quella dell’acqua;
Elevata azione protettiva (anticorrosione) con un alto potere lubrificante che agevola il moto relativo delle parti striscianti;
L’utilizzo di additivi conferiscono all’olio specifiche caratteristiche in relazione al campo di applicazione.
Funzioni:Trasporto dell’energia (trasmissione di forze e coppie);Capacità lubrificanti dei componenti in moto relativo;Smaltimento del calore;Smorzamento delle oscillazioni di pressione
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Oleodinamica e Pneumatica
Classificazione ISO degli oli minerali
DENOMINAZIONE Fluidi a base minerale Scopo della additivazione
HH privo di additivi HL anticorrosivi, antiossidanti HM antiusura HV correttori di viscosità
Fluidi resistenti alla fiamma struttura HFA emulsione di olio in acqua (acqua >90%) HFB emulsione di acqua in olio (acqua >40%) HFC acqua in soluzione di glicoli (alcoli poliidrati) HFD fluidi sintetici privi di acqua (esteri fosforici)
Fluidi ecologici struttura HTG fluidi a base vegetale HPG fluidi sintetici a base di glicoli HE fluidi sintetici a base di esteri
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Oleodinamica e Pneumatica
Proprietà dei fluidi: Viscosità degli oli minerali
E’ una caratteristica dell’attrito interno dei fluidi.
Varia con la temperatura e la pressione.
Per gli oli minerali si verifica una sensibile diminuzione della viscositàall’aumentare della temperatura.
La viscosità di tutti i liquidi cresce con la pressione
La viscosità dinamica è legata allo sforzo tangenziale dalla relazione
τ µ=dudy [ ]µ τ=
=
dydu
Nm
msm
Pa s2
Nella pratica si usa ilcentiPoise [cP] = 10-3 Pa s
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Oleodinamica e Pneumatica
Proprietà dei fluidi: Viscosità degli oli minerali
La viscosità cinematica è invece definita come
=
=
sm
mkg/
msN 2
32ρµ
υNella pratica si usa spesso ilcentiStokes [cSt]= 10-6 m2/s = 1 mm2/s
Un’altra unità di misura della viscosità cinematica è rappresentata dai gradi Engler [°E] che rappresenta una misura relativa della viscosità del fluido rispetto a quella dell’acqua a 20°C.
In Inghilterra si usano i secondi Redwood [RI]
negli USA si usano i secondi Saybolt Universal [SSU].
La misura della viscosità si effettua con i viscosimetri a capillarità, i viscosimetri a gravità e i viscosimetri a rotazione.
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Oleodinamica e Pneumatica
Proprietà dei fluidi: Viscosità degli oli minerali
Per la misura della viscosità dei fluidi è molto usato il viscosimetro a gravità Engler.
La relazione di trasformazione èapprossimativamente la seguente:
ν[cSt] = ν[°E] / 0.132
° =°
E tempo di efflusso di cm di oliotempo di efflusso di cm di acqua a C
200200 20
3
3
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Oleodinamica e Pneumatica
Proprietà dei fluidi: Viscosità degli oli minerali La temperatura di lavoro influenza sensibilmente la viscosità dei fluidi.
Per gli oli minerali si verifica una sensibile diminuzione della viscositàall’aumentare della temperatura.
Per la sua valutazione si può utilizzare la legge di Ubbelhode-Walter:
log log ( ) log10 10 10υ + = −a k m T con ν [m2/s] e T [K]
Per un olio minerale le costanti valgono: k=9.07, m=3.54, a=0.8
La viscosità dei liquidi cresce con la pressione. Per valori di pressione inferiori a 200 bar l’effetto è trascurabile mentre è sensibile per valori superiori. La relazione analitica che ne esprime la variazione è di tipo esponenziale.
µ µ= 0,Tbpe
dove µ0,T è la viscosità a p e T ambiente, mentre b è una costante dipendente dal tipo di olio.
b= 1.7 10-3 bar-1 per oli minerali
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Oleodinamica e Pneumatica
Proprietà dei fluidi: Comprimibilità degli oli minerali
)T,p(fVm
== ρρ La densità dei fluidi dipende dalla pressione e dalla temperatura
dTTVdp
pVdV
pT
∂∂
+
∂∂
= β∆∆ p
VV
0−=Nel campo compreso
fra 0-500 bar si ha:
β coefficiente di comprimibilità isotermo
V0p0
V1p1
∆V=V1-V0 0 p
VV 0 ∆β
∆ −=
β1K −=
K modulo elastico “bulk modulus”
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Oleodinamica e Pneumatica
Proprietà dei fluidi: Comprimibilità degli oli minerali
β è molto sensibile alle inclusioni d’aria
Quando si applica una pressione di 150 bar si verifica una riduzione di volume di appena 1%.
Nel campo 0÷500 bar si ha quindi al massimo una riduzione del volume del 3.6%.
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Oleodinamica e Pneumatica
Proprietà dei fluidi: Comprimibilità degli oli minerali
dTTVdp
pVdV
pT
∂∂
+
∂∂
=Per effetto di un aumento di temperatura il fluido idraulico si espande linearrmentenel campo 0÷100°C.
( )TV
VTTVV
001
0 ∆∆
γγ∆
=⇒−= Si definisce pertanto un coefficiente di
dilatazione termica γ che vale 6.5*10-4 °C-1.
Se invece il fluido non può espandersi a causa dell’aumento di temperatura si realizza un aumento della pressione.
Cbar9
Tpp
VVT
VV
00 °≈γβ=
∆∆
⇒β∆
=∆
−∆γ=∆
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Oleodinamica e Pneumatica
Pressa idraulica
F1 F2
AttuatorePompa
Energia Meccanica
Energia Idraulica
Energia Meccanica
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Oleodinamica e Pneumatica
M
ATTUATORELINEE
VALVOLE
E. Mecc.
E. Mecc.
SERBATOIO
POMPA
ACCESSORI: filtri, manometri, scambiatori
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Oleodinamica e Pneumatica
POMPE
ALTERNATIVE
ROTATIVE
VOLUMETRICHE
DINAMICHE
ATTUATORI
LINEARI
ROTANTI
cilindro e pistone idraulico
motori idraulici
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Oleodinamica e Pneumatica
VALVOLE
CONTROLLO DELLA DIREZIONE
CONTROLLO DELLA PORTATA
CONTROLLO DELLA PRESSIONE
ACCESSORI
FILTRISCAMBIATORIACCUMULATORIINDICATORI DI LIVELLOFLUSSIMETRITERMOMETRIMANOMETRI
LINEE DICONNESSIONE
LINEE DI LAVORO
LINEE AUSILIARIE
Linea di mandataLinea di ritornoLinea di aspirazione
Linea di drenaggioLinea di pilotaggio
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Oleodinamica e PneumaticaNORMATIVA ISO 1219-1
CONSENTE:
Rappresentazione del modello funzionale di un componente o di un circuito oleodinamico
Funzione
Funzionamento
Collegamenti
Modalità costruttive
Dimensioni
Installazione e taratura
NODESCRIVE:
SI
RIPORTA
Simboli grafici di baseOrgani operatori e motoriValvole di controllo della direzione e della portataApparecchi di condizionamento e di misura
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Oleodinamica e PneumaticaSIMBOLI ISO 1219-1
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Oleodinamica e PneumaticaSIMBOLI ISO 1219-1
Dipartimento di Ingegneria Meccanica - Università di Cagliari 31
Oleodinamica e PneumaticaSIMBOLI ISO 1219-1
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Oleodinamica e PneumaticaSimbologia grafica di un circuito idraulico
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