SUL PERCHE' DELLE TECNOLOGIE MULTIMEDIALI

Una semplice slide per spiegare le motivazioni che mi spingono all'uso delle tecnologie multimediali nella mia didattica.

PRODUZIONE-PREPARAZIONE DELL'ARIA COMPRESSA

Produzione-preparazione dell'aria compressa

La compressione viene realizzata da macchine dette compressori. Esse trasformano l'energia fornita da un motore (di solito elettrico) in energia di pressione dell'aria.

Tipi di compressori
In base al principio di funzionamento si distinguono due tipi di compressori:
volumetrici e turbocompressori.
I compressori volumetrici possono essere:
• a pistoni;
• a palette;
• a lobi;
• a vite.
I turbocompressori possono essere:
• centrifughi;
• assiali.

Compressori a pistoni

Un compressore a pistoni è costituito da uno o più cilindri al cui interno un pistone si muove tra due punti estremi detti punto morto superiore (PMS) e punto morto inferiore (PMI).

Sulla testata del cilindro trovano posto la valvola di aspirazione e la valvola di mandata.
La valvola di aspirazione si apre quando il pistone scende verso il punto morto inferiore e l'aria viene aspirata nel cilindro. Nel moto di risalita al punto morto superiore, la valvola di aspirazione si chiude. La valvola di mandata si apre quando il pistone sale verso il punto morto superiore permettendo all’aria di uscire dal cilindro. Nel moto di discesa al punto morto inferiore la valvola di mandata si chiude.

I compressori alternativi possono essere monostadio o multistadio.
I compressori monostadio possiedono un unico cilindro. Sono impiegati per comprimere l' aria a 600-800 kPa (relativi). Nei compressori multistadio l'aria, compressa da un primo cilindro, entra in un secondo cilindro per essere ulteriormente compressa e, se necessario, passa per altri cilindri ancora. Si ottengono pressioni fino a 1,5 MPa (due stadi) e 3 MPa (tre stadi).

Compressori a palette
I compressori a palette sono costituiti da una camera circolare sulla quale sono ricavate due luci: una luce di aspirazione e una luce di mandata. Entro la camera circolare gira una ruota a palette. L'asse della ruota è spostato rispetto al centro della camera circolare di una quantità detta eccentricità. Durante la rotazione, il volume compreso tra le palette nella zona di aspirazione si restringe progressivamente e l’aria in esso contenuta viene compressa. In corrispondenza della luce di mandata l'aria compressa fuoriesce.
Questi compressori elaborano medie quantità d'aria (1÷2 nm3/s) a pressioni modeste (300-400 kPa). Il loro rendimento è piuttosto scarso a causa del flusso inverso di aria dovuto ai giochi tra palette e camera

Compressori a lobi
I compressori a lobi sono costituiti da due ruote conformate in modo tale da presentare due lobi intervallati da due incavi. Durante la rotazione, in corrispondenza della luce di aspirazione, l'aria penetra negli incavi. Successivamente, l'aria viene trasportata nella zona di mandata. Infine viene espulsa allorché i lobi occupano gli incavi. poiché l'accoppiamento tra lobi e incavi è molto preciso, l'aria non può passare dalla zona di mandata a quella di aspirazione.
Questi compressori realizzano basse portate (0,3 nm3/s) e modeste pressioni (300 kPa) .Sono raramente impiegati in pneumatica

Compressori a vite
Sono costituiti da due viti, con assi paralleli e filetti destrorso e sinistrorso, accoppiate tra loro. L'aria che entra nei vani tra i denti all'aspirazione viene compressa e fatta defluire dalla luce di mandata. Il profilo dei filetti è tale da realizzare un accoppiamento preciso che non permette all'aria di fluire verso la luce di aspirazione.
Questi compressori possono realizzare portate medio-alte (fino a 10 nm3/s) con pressioni che arrivano a 1,5 MPa. I compressori a vite sono impiegati in pneumatica per gli impianti di una certa importanza.

Turbocompressori
I turbocompressori sono macchine costituite da una ruota palettata che ruotando ad elevata velocità riesce ad aspirare, comprimere e convogliare l' aria all'uscita. Si suddividono in centrifughi e assiali.
Nei turbocompressori centrifughi l'aria entra in corrispondenza dell' asse della ruota e, spinta dalla forza centrifuga, esce alla periferia. Questi compressori forniscono portate fino a 100 nm3/s a pressioni modeste che, tuttavia, possono essere incrementate fino a 1,5 MPa impiegando più stadi. In pneumatica si impiegano per grandi impianti.
I turbocompressori assiali hanno la struttura di normali ventilatori domestici, ma a differenza di questi possiedono moltissime corone di palette ognuna delle quali comunica una piccola compressione all'aria.
Questo compressore fornisce portate molto elevate fino a 6000 nm3/s e pressioni abbastanza basse (massimo 400 kPa). In pneumatica non trova impiego diffuso; è più comune in impianti industriali in cui servono grandi portate d'aria a pressioni non molto elevate.

FISICA DELL'ARIA

Grandezze fondamentali dei gas: Volume, Temperatura, Pressione
L'aria si può considerare, con buona approssimazione, un gas perfetto.
Un gas perfetto è descrivibile con un modello ideale in cui le molecole sono rappresentate da sfere perfettamente elastiche e inerti che si muovono in tutto lo spazio che trovano a loro disposizione.

Le grandezze che caratterizzano un gas sono il volume, la temperatura e la pressione.

Volume
I gas non hanno un volume proprio. Occupano tutto il volume che trovano a disposizione. Quindi il volume occupato da un gas è quello del recipiente che lo contiene.

Temperatura
La temperatura di un gas è una grandezza proporzionale all'energia cinetica media delle molecole che lo costituiscono.

L'energia cinetica di un corpo dipende dalla massa e dal quadrato della velocità; quindi la temperatura di un gas aumenta se aumenta la velocità delle molecole che lo compongono.

Pensando al modello di gas perfetto, si può dedurre che una maggior energia delle sfere (cioè una temperatura più alta del gas) provochi forze maggiori sulle pareti del recipiente che le contiene (e quindi causi un aumento di pressione).

Quando si parla di temperatura, bisogna specificare se si tratta di temperatura relativa o assoluta.

La temperatura relativa si misura in gradi Celsius (°C) e si indica con la lettera t minuscola. Il valore corrispondente a 0 °C è posto alla temperatura di fusione del ghiaccio; il valore 100 °C è posto alla temperatura dell'acqua bollente. Entrambi i valori della temperatura sono considerati a pressione atmosferica.

La temperatura assoluta si misura in kelvin (K) e si indica con la lettera T maiuscola. Per ragioni di compatibilità con le vecchie convenzioni, il kelvin è stato definito in modo che la temperatura di fusione del ghiaccio valga 273,15 K e la temperatura dell'acqua bollente sia a 376,15 K. Di conseguenza l'intervallo di 1 K è uguale all'intervallo di 1 °C. Essendo uguale l'intervallo tra due valori successivi, le due scale possono sovrapporsi. La differenza sta solo nella posizione dello zero.

Pressione
Un gas introdotto in un recipiente chiuso esercita sulle pareti un'azione determinabile mediante una grandezza detta pressione. La pressione è definita come il rapporto tra la forza che agisce su una superficie e l'area della superficie stessa.

p=F/A

p pressione in Pa
F forza in N

A area in m^2

Le molecole che costituiscono l'aria atmosferica sono soggette alla forza di gravità della terra, quindi esercitano una forza peso su ogni punto della superficie terrestre. Per latitudini medie, a livello dei mare, l'atmosfera esercita in media 101325 N su ogni metro quadrato di superficie. La pressione corrispondente si dice atmosferica e vale 101325 Pa.

Quando si impiega la pressione, bisogna sempre precisare se si intende quella assoluta o quella relativa. La pressione assoluta comprende anche la pressione esercitata dall'aria atmosferica. La pressione relativa non comprende la pressione esercitata dall'aria atmosferica. Quindi la pressione assoluta è data dalla somma della pressione relativa e della pressione atmosferica.
Leggi dei gas
Alcune esperienze permettono di ricavare espressioni matematiche dette leggi particolari dei gas.

Prima legge di Gay-Lussac
In un gas mantenuto a pressione costante, il volume e la temperatura assoluta sono direttamente proporzionali.
Per mantenere costante la pressione costante, si chiude il recipiente con un pistone mobile caricato con un peso di valore fisso.

Seconda legge di Gay-Lussac
In un gas mantenuto a volume costante, la pressione assoluta e la temperatura assoluta sono direttamente proporzionali.
Per mantenere il volume costante, il recipiente va chiuso ermeticamente.

Legge di Boyle-Mariotte
In un gas mantenuto a temperatura costante, il volume e la pressione assoluta sono inversamente proporzionali.
Per mantenere la temperatura costante, devono poter variare contemporaneamente sia il volume che la pressione.

In generale le variazioni di temperatura che si verificano in pneumatica sono minime, mentre sono rilevanti quelle di pressione e di volume. Quindi è frequente l'applicazione della legge di Boyle-Mariotte.

Legge generale: equazione di stato
Le leggi di Gay-Lussac e di Boyle-Mariotte risultano casi particolari di un'unica legge generale espressa dall'equazione di stato dei gas (detta anche equazione caratteristica). Questa equazione permette di ricavare una delle tre grandezze caratteristiche (volume, pressione o temperatura) se sono note le altre due e la massa. Nell'equazione di stato la temperatura e la pressione devono essere espresse in valore assoluto.

Equazione di stato dei gas perfetti

pV =m R T

p pressione assoluta in Pascal
V volume in m3
m massa in Kg
T temperatura assoluta in gradi K
R costante caratteristica dei gas; per l’aria R=287 J/kg K

L'equazione di stato è valida in modo esatto solo per i gas perfetti. Tuttavia essa dà buoni risultati anche per i gas reali puri (ossigeno, azoto, idrogeno) o per miscele di gas come l'aria. Non è valida, invece, per il vapore. La costante caratteristica R, che compare nell'equazione di stato, è la principale grandezza fisica che riguarda un gas.

CARATTERISTICHE DELLA PNEUMATICA

Caratteristiche della pneumatica
In pneumatica si impiega aria atmosferica filtrata, compressa, deumidificata e, molte volte, lubrificata.
La capacità dell'aria di immagazzinare energia meccanica è dovuta alla sua elasticità. Quando viene sottoposta a compressione, l'aria riduce il proprio volume, ma appena cessa l'azione di compressione essa riprende esattamente il volume iniziale (se non cambia la temperatura). L'energia utile ricavabile dall'aria compressa, rispetto al volume occupato, è modesta. L'importanza della pneumatica non dipende tanto dalla capacità di trasportare energia, quanto dalla possibilità di fornire lavoro utile nel luogo e nella quantità richieste dalle applicazioni più diverse.

Le caratteristiche favorevoli che rendono insostituibile la pneumatica in molte applicazioni, soprattutto nel campo delle automazioni, si possono riassumere nel modo che segue:
• l'aria è innocua e disponibile ovunque;
• gli impianti, di regola, non possiedono il ramo di ritorno perché, dopo l'uso, l'aria può essere scaricata nell'atmosfera; piccoli difetti di tenuta nelle condutture non compromettono il funzionamento delle macchine pneumatiche;
• l'aria compressa non possiede effetti corrosivi diversi da quelli dell'aria atmosferica;
• i componenti sono standardizzati, leggeri, economici e, in più, facilmente reperibili;
• le forze sono regolabili, anche se non in modo preciso;
• si ottengono, con la stessa facilità, movimenti rettilinei, rotatori e oscillanti; gli spostamenti sono rapidi e si possono ottenere accelerazioni molto elevate;
• i problemi di sicurezza sono inferiori rispetto alle tecnologie elettriche e oleoidrauliche perché l'innocuità dell'aria e le modeste pressioni impiegate limitano la pericolosità degli incidenti;
Accanto alle caratteristiche favorevoli bisogna citarne altre che limitano l'impiego dell'aria compressa:
• molti vantaggi dell'aria compressa (la sicurezza, la scarsa incidenza dei problemi di tenuta, la leggerezza dei componenti) dipendono dalla modesta pressione impiegata; questa, di contro, comporta l'impossibilità di ottenere forze elevate;
• a causa della comprimibilità dell'aria, si ottengono movimenti poco regolari e posizionamenti imprecisi;
• per limitare il rumore allo scarico bisogna impiegare silenziatori o ambienti insonorizzati;
• a causa delle perdite di energia nella compressione, nel trasporto e allo scarico, l'aria compressa, considerata come fonte di energia, è relativamente costosa. Per comprimere l'aria, generalmente si impiega energia elettrica; rispetto a questa, tenuto conto delle perdite, il costo dell'energia pneumatica risulta più che doppio.
Da quanto detto si può desumere che la tecnologia pneumatica è ideale per tutte quelle applicazioni in cui sono necessari movimenti definiti, rapidi e sicuri e in cui le forze da esercitare non sono elevate.

Classificazione dei dispositivi pneumatici
In base alle funzioni svolte, i dispositivi pneumatici si possono distinguere in:
• elementi per preparare l' aria compressa;
• attuatori;
• valvole;
• sensori, trasduttori e strumenti di misura.

Preparare l'aria compressa significa comprimerla, trattarla per depurarla dalle polveri e dall'umidità e lubrificarla, immagazzinarla per renderla disponibile in modo continuo, distribuirla trasportandola nei punti di utilizzazione.

Gli attuatori trasformano l'energia potenziale contenuta nell'aria compressa in lavoro utile realizzando movimenti rettilinei, oscillanti e rotatori.

Si dicono valvole tutti quei dispositivi che sono in grado di trasformare le caratteristiche dell' aria compressa per quanto riguarda il percorso, la portata o la pressione.

I sensori, i trasduttori e gli strumenti di misura sono utili per il controllo della macchina e per la misura delle grandezze pneumatiche.

PNEUMATICA

Ogni promessa è debito!!!!!!!

Quindi cominciamo..........

Quanti di voi sono interessati ad imparare le basi della tecnica dell'aria compressa, ovvero della pneumatica?

Cercherò di proporvi in breve un corso che potrà condurvi alla realizzazione di semplici azionamenti meccanici.

E' questo sostanzialmente il percorso didattico che frequentano i miei alunni di una classe terza IPSIA.

Scusate.....ehm.........infatti............ dimenticavo di presentarmi: sono un laureato in ingegneria meccanica ; al momento insegno in un IPSIA e frequento la Scuola di Specializzazione per l'Istruzione Superiore a Bergamo. In precedenza ho avuto un'esperienza professionale nel campo dell'automazione industriale.

Quando frequentavo il liceo scientifico (circa 15 anni fà), accadde un'episodio che ricordo bene ancora adesso; il fatto accaduto è molto emblematico e rende bene l'dea di come il modo di fare didattica oggi è notevolmente (forse?) cambiato rispetto ad un tempo.

Un giorno il mio prof. di matematica e fisica entrando in classe ci disse: "oggi, ragazzi andiamo in laboratorio di fisica". Sarebbe stata per noi alunni la prima volta che si fosse verificata una tale evenienza, se non fosse stato per il fatto che il nostro prof. vedendoci tutti in piedi e pronti con penna quaderno e soprattutto tanta felicità ad andare affermò: "fermi, seduti non vi muovete"; Egli allora prese un pezzettino di gesso e scrisse alla lavagna: "LABORATORIO DI FISICA" e disegnandovi un "arnese" cominciò la sua lezione.

Oggi, non ricordo infatti quale fosse "l'arnese" disegnato sulla lavagna probabilmente perchè non mi rimase impresso al momento. E questo è molto strano per una persona come me che è dotata di memoria visiva.

Con questo aneddoto voglio solo dire che oggi, noi docenti abbiamo a disposizione strumenti tecnologici che possono semplificare il processo di apprendimento dei nostri alunni. Basterebbe proiettare un filmino di 10 minuti per recuperare 2 o 3 ore di lezioni alla lavagna, utilizzare su PC dei programmi interattivi di apprendimento, ecc..

Mi chiedo allora perchè ciò non avviene nella scuola italiana??!!................forse la classe dei docenti è un'po troppo in là con l'età ed ha poca dimestichezza con i più semplici strumenti multimediali............oppure è troppo pigra per imparare questa nuova tecnologia (nuova neanche tanto).............

Ma no casa dico................... è solo che le scuole non hanno i fondi necessari all'acquisto di tali strumenti!!!!!!!!!!!

E allora noi docenti siamo tutti con la coscienza a posto e dormiamo sogni tranquilli!!

Ok vi sto annoiando...............torniamo a noi.

Parlare di pneumatica vuol dire affrontare sostanzialmente i 5 argomenti di seguito proposti (il primo è di introduzione):

1. Caratteristiche della pneumatica
2. Fisica dell'aria
3. Produzione-preparazione dell'aria compressa
4. Attuatori
5. Valvole
6. Tecnica dei circuiti

BENVENUTI

Salve a tutti!!!!!!!!!!!!

Per tutti coloro che hanno interesse per la meccanica, proverò a proporre qualcosa di interessante. State a vedere.............