Pistone Idraulico Elettrico: Funzionamento e Applicazioni
Il pistone idraulico elettrico è un componente fondamentale in molti sistemi industriali, grazie alla sua capacità di convertire l'energia elettrica in movimento meccanico tramite l'uso di fluidi idraulici. Questo articolo esplorerà il funzionamento, le applicazioni e i vantaggi di questa tecnologia.
Funzionamento della Pompa a Pistone
La pompa a pistone è preposta all'alimentazione del materiale dal contenitore alla pistola a spruzzo. A questo proposito viene generata una pressione con la quale il materiale viene erogato ad alta pressione attraverso l’ugello, quindi scomposto, nebulizzato e applicato a spruzzo sulla superficie.
Il principio dell'alimentazione è basato sullo spostamento poiché il pistone spinge il materiale nel tubo dopo che è stato aspirato, ragion per cui la pompa a movimento alternativo può essere ritenuta una pompa volumetrica.
La pompa a pistone è composta da un cilindro dove è alloggiato il pistone stesso. Essa presenta inoltre un ingresso, tramite il quale viene aspirato il materiale nella pompa a movimento alternativo, e un'uscita attraverso la quale il materiale viene spinto nel tubo. L'ingresso e l'uscita sono dotati di valvole atte ad assicurare il movimento del materiale in una sola direzione.
Quando il pistone si allontana dall'ingresso, si crea un vuoto, un'aspirazione. La valvola si apre quindi automaticamente e il materiale viene aspirato nella camera del cilindro. Quando il pistone viene spinto nella direzione opposta della biella, cioè verso l'uscita, la pressione solleva l'elemento di chiusura della valvola di uscita e il materiale alimentato viene pressurizzato nel tubo.
Dato che con le successive corse del pistone viene aspirato sempre più materiale e infine spinto nel tubo, esso viene alimentato alla pistola a pressione crescente anche all'interno del tubo, quindi scomposto e nebulizzato attraverso l'ugello.
La pompa a pistone non è un maratoneta. Ciò significa: si attiva quando la pressione scende al di sotto di una determinata soglia. Essa alimenta quindi il materiale riformando la pressione impostata sul dispositivo. La pompa si arresta al raggiungimento della pressione necessaria. Spruzzando il materiale la pressione si abbassa di nuovo.
Vantaggi della Pompa a Pistone
Una pompa a pistone assicura un'elevata aspirazione e un'ottima portata, in particolare per i materiali ad alta viscosità . La pompa stessa è robusta e resistente, due caratteristiche importanti per la lavorazione di materiali ad alto riempimento.
Il fatto che non sia un maratoneta significa anche risparmio delle parti soggette a usura.
Campo di Applicazione della Pompa a Pistone
La pompa a pistone presenta un ampio campo di applicazione. Dai materiali liquidi, quali le velature, fino a quelli ad alta viscosità e ad alto riempimento per esterni è praticamente tutto possibile.
Possono essere applicati:
- Smalti e velature
- Colori a dispersione
- Vernici a base di latex
- Prodotti ignifughi
- Materiali per rivestimenti spessi
- Vernici a base di polveri di zinco
- Ferro micaceo
- Stucchi a spruzzo Airless
- Trattamenti anticorrosione
- Isolamenti per edifici
- Materiali bituminosi e di rivestimento simili
- Adesivi per tessuti
- Sigillanti
- Intonaci (se non riempiti) ed altri.
Le nostre pompe a pistone sono disponibili in varie classi di prestazione e modelli.
Per Quali Utenti e Applicazioni è Adatta la Pompa a Pistone?
La pompa a pistone è concepita, sviluppa e ottimizzata per uso professionale. Essa consente la lavorazione di un ampio spettro di materiali che spazia dai colori agli intonaci, fino agli adesivi, per cui è ovviamente ideale per lavori artigianali e di pittura. L'uso frequente consente inoltre un rapido ammortamento dei costi.
L'applicazione a spruzzo dei materiali garantisce un elevato risparmio di tempo che può essere investito nella realizzazione di altri progetti. Rispetto agli altri metodi di lavoro, l'impiego della pompa a pistone assicura anche un risparmio di materiale.
Soprattutto con le macchine di tipo più grande, i dispositivi WAGNER dotati di pompa a pistone sono disponibili sia ad azionamento elettrico che a benzina e possono anche essere convertiti da un tipo di azionamento all'altro a garanzia di una flessibilità e operatività totale, anche a prescindere dalla disponibilità di energia elettrica sul cantiere.
Con i dispositivi di tipo più piccolo, oltre che per gli artigiani, la pompa a pistone è adatta anche per gli amanti dei Fai da Te particolarmente attivi nei lavori in casa dove il dispositivo a spruzzo è spesso in uso.
Le Differenze delle Pompe a Pistone Dalle Altre Tecnologie di Alimentazione WAGNER
La pompa a pistone è uno dei quattro sistemi di alimentazione del materiale integrati nei dispositivi WAGNER. Adesso sapete come funziona la pompa a pistone.
- Pompa a membrana: Il materiale viene in tal caso alimentato attraverso una membrana che, movimentata da un pistone ad azionamento idraulico, aspira il materiale tramite un vuoto che viene quindi pressurizzato nel tubo.
- Pompa a doppia membrana: La pompa a doppia membrana rappresenta l'evoluzione di questa soluzione. Come si intuisce dal nome stesso, due membrane si muovono simultaneamente aspirando e alimentando il materiale contemporaneamente.
- Pompa a vite: La pompa a vite lavora con lo spostamento del materiale attraverso il tubo e lo statore. Consente anche di lavorare materiali ad alta viscosità .
- Turbina: La quarta tecnologia di alimentazione applicata ai dispositivi WAGNER è quella XVLP e HVLP. Essa si affida a una turbina che nebulizza materiali a bassa viscosità tramite una ridotta pressione dell'aria e un elevato volume d'aria.
Dispositivi a Spruzzo WAGNER Dotati di Pompa a Pistone
La nostra pompa a pistone, ad azionamento elettrico o a benzina, è applicata ai seguenti dispositivi WAGNER:
Dispositivi Airless: La pompa a pistone WAGNER è applicata ai nostri dispositivi a spruzzo airless in varie classi di prestazioni. A seconda del modello, i dispositivi PowerPainter e ProSpray sono predisposti per materiali a bassa o media viscosità , utilizzo frequente e oggetti di grandi dimensioni.
Elettrovalvole Oleodinamiche
Un’elettrovalvola oleodinamica è un dispositivo che utilizza l’energia elettrica per controllare il flusso di un fluido idraulico, generalmente olio. È composta da due parti principali: la valvola meccanica e il solenoide elettrico. Il solenoide è una bobina elettrica che, una volta alimentata, genera un campo magnetico.
L’utilizzo di elettrovalvole è essenziale in quanto consente di comandare a distanza il flusso di fluidi ad alta pressione con precisione e rapidità , aumentando l’efficienza del sistema oleodinamico.
Tipologie di elettrovalvole:
- Elettrovalvole a due vie: queste valvole hanno due aperture, una per l’ingresso e una per l’uscita del fluido.
- Elettrovalvole a tre vie: dispongono di un’apertura in più, consentendo di deviare il flusso verso altre linee.
Funzionamento di un’Elettrovalvola Oleodinamica
Il funzionamento di un’elettrovalvola oleodinamica inizia con il segnale elettrico inviato al solenoide. Quando il solenoide riceve la corrente elettrica, genera un campo magnetico che muove il pistone interno. Le elettrovalvole possono essere normalmente aperte o normalmente chiuse.
Una elettrovalvola normalmente chiusa blocca il passaggio del fluido fino a quando il solenoide non viene alimentato, mentre una elettrovalvola normalmente aperta consente il passaggio del fluido fino a quando non viene inviata la corrente elettrica che la chiude.
Le elettrovalvole oleodinamiche sono componenti essenziali per garantire il controllo fluido e sicuro all’interno di sistemi complessi. Grazie alla loro capacità di reagire rapidamente ai comandi elettrici e di gestire in modo efficiente fluidi ad alta pressione, rappresentano un elemento indispensabile per molte applicazioni industriali.
Motori Idraulici
I motori idraulici svolgono la funzione inversa delle pompe, cioè convertono l’energia idraulica in energia meccanica di tipo rotatorio. Come per le pompe, anche per i motori esiste una ampia gamma di forme e principi costruttivi.
Gran parte delle considerazioni costruttive fatte per le pompe volumetriche possono essere riferite anche ai motori volumetrici corrispondenti. Pochi tipi di motori sono utilizzabili sia a velocità di rotazione molto basse che a quelle superiori a 1000 RPM.
I motori lenti detti anche motori LSHT (Low Speed High Torque) oltre a presentare basse velocità di rotazione presentano coppie elevate e sono ideali per tutte quelle applicazioni nelle quali l’utilizzatore richiede un carico notevole e basse velocità ; infatti in questi casi un motore veloce, oltre a lavorare male, richiede ingombri e, quindi, costi molto più elevati.
Nell’esempio in esame, ciò è realizzato tramite un anello fisso che presenta una serie di condottini disposti in direzione assiale, di questi una metà (pari al numero delle camme) è posta in comunicazione con condotto toroidale in comunicazione con l’ammissione e l’altra metà con un condotto toroidale collegato allo scarico.
Il rotore, all’interno del quale sono realizzati i cilindri in cui alloggiano i corrispondenti pistoni, presenta, per ciascun cilindro, un condottino disposto anch’esso in direzione assiale e collegato al cilindro stesso. Questo condotto, a causa della rotazione del rotore, viene in contatto, alternativamente, con i condotti fissi di alta e bassa pressione.
La versione multicorsa di questi motori presenta, al posto del piatto inclinato, un disco che è disposto perpendicolarmente all’asse di rotazione.
Solo i motori a palette fanno eccezione in quanto all’avviamento, per l'iniziale assenza delle forze centrifughe, le palette non riescono ad aderire sufficientemente ai fianchi dello statore per fare una adeguata tenuta, conseguentemente la coppia di avviamento si riduce notevolmente.
Analogie tra Elettricità e Idraulica
Nonostante la loro diversità , elettricità e idraulica condividono principi fondamentali.
Resistenza/Perdite di Carico
La resistenza in un circuito elettrico ostacola il flusso di corrente, misurata in ohm (Ω). La legge di Ohm (V=I⋅R) descrive la relazione tra tensione, corrente e resistenza.
Le perdite di carico in un sistema idraulico sono analoghe alle resistenze, rappresentando l’opposizione al flusso del fluido. Sono causate da attrito viscoso, cambiamenti di velocità , restringimenti e rugosità delle condotte.
Le perdite di carico riducono la portata e aumentano la pressione necessaria, influenzando l'efficienza del sistema.
Tensione/Pressione
La tensione è una forza che spinge gli elettroni attraverso un conduttore, misurata in Volt (V). La tensione crea una differenza di potenziale, permettendo il flusso di corrente.
La pressione in un sistema idraulico è la forza per unità di area esercitata dal fluido, misurata in Pascal (Pa), bar o psi. La pressione genera un differenziale che spinge il fluido da alta a bassa pressione.
Entrambe rappresentano una differenza di potenziale energetico che influenza il flusso di energia.
Corrente/Pompe Oleodinamiche
La corrente elettrica è il movimento di cariche elettriche attraverso un conduttore, misurata in Ampere (A). Può essere generata da celle, batterie o generatori elettrici.
Le pompe oleodinamiche convertono l’energia meccanica in energia idraulica, permettendo di muovere fluidi sotto pressione. Esistono diverse tipologie: a pistoni, a ingranaggi e a palette.
Le pompe a pistoni sono tra le più efficienti e vengono utilizzate in applicazioni che richiedono alta pressione e precisione.
Considerazioni Tecniche ed Economiche
Quando si affronta la decisione di utilizzare pistoni idraulici o attuatori elettromeccanici in determinate applicazioni, il solo fattore decisivo è il seguente: quale delle due soluzioni risulta tecnicamente ed economicamente migliore nel caso specifico?
Nondimeno le caratteristiche peculiari di ogni applicazione vanno esaminate individualmente; risulta conveniente stilare un elenco delle numerose variabili che influenzano il processo di scelta e che vanno quindi considerate nel progetto di un sistema di attuazione lineare.
Oltre agli aspetti propriamente tecnici ed al costo degli stessi attuatori e dei relativi azionamenti, bisogna considerare il costo di tutte le apparecchiature ausiliarie, nonché valutare l’entità dei costi che possono sorgere lungo l’intero ciclo di vita, comprese le spese di manutenzione e riparazione.
Comparativa tra Sistemi Idraulici ed Elettromeccanici
Sebbene il costo puro di un pistone idraulico sia inferiore a quello di un attuatore elettrico, il sistema idraulico nel suo complesso può risultare più caro del suo equivalente elettromeccanico.
Questo è il caso in cui l’applicazione richiede un solo attuatore o un piccolo numero, poiché il costo delle apparecchiature ausiliarie peserà percentualmente di più, rendendo il sistema idraulico più costoso.
Tali apparecchiature comprendono un serbatoio d’olio in pressione, una pompa, possibilmente un accumulatore, un sistema di filtraggio e tutte le tubazioni ad alta pressione che distribuiscono il fluido idraulico e ritornano al serbatoio.
Al contrario, gli attuatori lineari elettrici necessitano solo di cavi di potenza e di trasmissione segnali o connessioni tipo bus.
Prendiamo ora in considerazione il fluido idraulico: talvolta, per motivi legati all’ambiente o a particolari problemi di sicurezza antincendio, si utilizzano oli idraulici biodegradabili, come fluidi a base d’acqua, sostenendo così spese aggiuntive.
Come ogni altro fluido tecnico, l’olio idraulico andrà controllato regolarmente per determinarne le condizioni (tipo e quantità delle particelle sospese nel fluido, eventuale contenuto d’acqua e proprietà lubrificanti).
Infine si consideri che nelle applicazioni operanti in ambiente aperto, o soggette a basse temperature, talvolta si ricorre all’ausilio di un sistema di riscaldamento per migliorare le proprietà di scorrevolezza del fluido nelle tubazioni.
Ciò nonostante, se più pistoni sono concentrati in un piccolo spazio all’interno della macchina, il costo di tutta questa attrezzatura ausiliaria può essere ripartito su tutti gli attuatori.
Vantaggi degli Attuatori Elettrici Lineari
Gli esempi sopra elencati non indicano che i sistemi elettromeccanici siano sempre migliori rispetto a quelli idraulici. L’intenzione è dimostrare quanto gli attuatori lineari elettrici siano sempre più una reale alternativa a quelli idraulici nelle più svariate applicazioni sia da un punto di vista tecnico che economico.
Questo perché la conoscenza dei vantaggi di una soluzione elettromeccanica non è ancora molto diffusa. Di conseguenza i potenziali utilizzatori sono spesso sorpresi che attuatori standard abbiano capacità di carico fino a 100 kN e corse fino a 1.500 mm.
Gli attuatori lineari, inoltre, sono spesso utilizzati in applicazioni con cambi di direzione di moto ad elevata frequenza. Questo sottopone il sistema idraulico a notevoli sforzi, in particolare per quanto concerne le tenute, causando perdite d’olio.
Nel caso più favorevole ciò può essere semplicemente sgradevole, ma in talune situazioni - soprattutto in processi puliti - rischia di causare considerevoli problemi produttivi perché l’olio danneggia la qualità dei prodotti realizzati.
Problemi di questa natura non accadono con sistemi elettromeccanici: è possibile raggiungere accelerazioni fino a 10 g senza perdite e l’inversione di moto non comporta alcun problema.
Un vantaggio ulteriore delle soluzioni elettromeccaniche è la controllabilità . Mentre per quanto riguarda le soluzioni idrauliche il controllo elettronico deve essere progettato con particolare attenzione, gli attuatori elettrici possono utilizzare tutti i tipi di controllo elettronico esistenti - anche rotativi.
Grazie all’incremento dei volumi produttivi, il range di attuatori sul mercato si è ampliato e il prezzo è diminuito consentendo notevoli risparmi.
Controllo Elettronico
Per qualsiasi attuatore elettromeccanico sono disponibili sistemi di controllo compatibili con tutti software e i sistemi di comunicazione via Bus più diffusi sul mercato.
La programmazione dell’unità di controllo si è dimostrata particolarmente semplice per tutti i drive elettrici: essendo il movimento prodotto dai motori non affetto da un fluido, la risposta al controllo rimane costante per tutto il periodo di funzionamento della macchina.
Per esempio, quando una macchina per iniezione plastica è attivata la mattina, si producono inizialmente parti difettose. Nel caso di una macchina elettro-attuata, i componenti vengono prodotti senza difetti sin dalla prima operazione.
Danni Causati da Ostacoli
Esiste una proprietà del sistema che rende gli attuatori idraulici la prima scelta per applicazioni come le macchine movimento terra. Se la pala di un escavatore idraulico colpisce una roccia, la comprimibilità del fluido idraulico assorbe l’urto e previene danni alle parti mobili del mezzo.
Tuttavia, questa tolleranza sull’errore può essere ingegnerizzata in altri modi, per esempio utilizzando sensori di potenza, che spengono o invertono l’attuatore non appena si riscontra una resistenza meccanica.
Costi Operativi
I costi dell’elettricità sono recentemente aumentati e purtroppo continueranno a crescere. Questa situazione fornisce agli attuatori elettromeccanici un vantaggio in termini di costi operativi.
Dopotutto è noto che ogni tipo di conversione energetica comporta delle perdite. Per esempio, la corrente elettrica è utilizzata nei sistemi idraulici per generare la pressione del fluido tramite pompe; questa pressione è quindiconvertita in movimento lineare da un pistone.
Per molti sistemi, inoltre, è necessario utilizzare un accumulatore nel quale mantenere un’elevata pressione per sopportare picchi di carico: in caso contrario, una pressione sufficiente non sarebbe fornibile così rapidamente.
Nelle macchine elettriche, al contrario, se è richiesto un basso output, viene utilizzata una bassa quantità di corrente. Non appena il carico aumenta, l’input di corrente si adatta alla richiesta senza alcun ritardo e le performance del sistema aumentano.
I sistemi elettromeccanici quindi non presentano perdite, non dovendo immagazzinare alcun tipo di energia.
Tabella Comparativa: Sistemi Idraulici vs. Elettromeccanici
| Caratteristica | Sistema Idraulico | Sistema Elettromeccanico |
|---|---|---|
| Costo Iniziale | Inferiore (pistone singolo) | Superiore (attuatore singolo) |
| Costo Totale (piccole applicazioni) | Superiore (apparecchiature ausiliarie) | Inferiore (solo cavi) |
| Manutenzione | Più elevata (controllo olio, perdite) | Inferiore (meno componenti) |
| Efficienza Energetica | Inferiore (perdite di conversione) | Superiore (nessuna perdita di accumulo) |
| Controllo | Complesso (elettronica dedicata) | Semplice (compatibile con vari sistemi) |
| Ambiente | Rischio di perdite d'olio | Pulito |
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