Pistoni Idraulici Elettrici: Funzionamento e Applicazioni

Gli attuatori sono di diversi tipi: elettrici, idraulici e pneumatici, ciascuno dei quali utilizza diversi tipi di energia. Sono ampiamente utilizzati in molti settori, come la robotica, la produzione, l'automotive, l'aerospaziale e i sistemi di riscaldamento e raffreddamento negli edifici.

Tipologie di Attuatori

Gli attuatori sono disponibili in diversi tipi, a seconda della fonte di energia e del meccanismo utilizzato per il movimento. La scelta dell'attuatore giusto per le tue esigenze richiede la considerazione di diversi fattori.

Attuatori Elettrici: Utilizzano l'energia elettrica per generare movimento.
Attuatori Idraulici: Utilizzano fluido pressurizzato, solitamente olio, per generare movimento.
Attuatori Pneumatici: Utilizzano aria compressa per generare movimento.

Attuatori Lineari e Rotanti

Gli attuatori lineari e rotanti sono due tipi comuni di attuatori utilizzati per generare movimento lineare e rotatorio. Gli attuatori lineari vengono utilizzati per spostare oggetti in linea retta, come sollevare e abbassare un tavolo: il cosiddetto movimento lineare. Al contrario, gli attuatori rotanti ruotano gli oggetti attorno a un asse, ad esempio aprendo e chiudendo una valvola.

Attuatore Lineare

Un attuatore lineare produce un moto lineare, ossia spostano gli oggetti lungo un percorso diritto. Un attuatore lineare è comunemente utilizzato in applicazioni in cui è richiesto un moto lineare, come sollevare, spingere, tirare o posizionare oggetti lungo un percorso diritto. Un attuatore lineare è vantaggioso per le applicazioni che richiedono un posizionamento e un comando lineari precisi. A seconda del design specifico e del meccanismo utilizzato, un attuatore lineare può avere limitazioni in termini di lunghezza corsa e forza erogata.

Attuatore Rotativo

Un attuatore rotativo produce un movimento rotatorio, ossia ruotano gli oggetti intorno a un asse. Un attuatore rotativo può presentare limitazioni in termini di intervallo di rotazione e coppia erogata, a seconda del design specifico e del meccanismo utilizzato.

La scelta tra attuatore lineare o attuatore rotativo dipende dai requisiti specifici dell'applicazione, incluso il tipo di movimento necessario (lineare o rotativo), lo spazio disponibile, i requisiti di forza o coppia, la precisione e altri fattori.

Attuatori Idraulici vs. Pneumatici

Un attuatore idraulico utilizza fluido pressurizzato, tipicamente olio, per generare movimento, offrendo un'elevata forza e un comando preciso per applicazioni di moto lineare. Gli attuatori idraulici utilizzano fluido pressurizzato, tipicamente olio, per generare movimento. Gli attuatori pneumatici, invece, utilizzano aria compressa per generare movimento. In sintesi, gli attuatori idraulici utilizzano olio, mentre gli attuatori pneumatici utilizzano aria.

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.

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.

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.

Sostituire i cilindri idraulici o pneumatici con gli attuatori lineari elettrici

Il trend, ormai consolidato, è proprio quello di passare dai cilindri idraulici o pneumatici agli attuatori lineari elettrici, soprattutto in alcuni settori industriali, a partire dal packaging e dalle macchine automatiche. Lo scopo principale è avere una migliore gestione e una maggiore versatilità nelle automazioni, oltre che un’estrema personalizzazione della macchina o del sistema in cui viene montato l’attuatore lineare elettrico.

Vantaggi del sistema elettrico rispetto a quello idraulico o pneumatico

Gli attuatori lineari elettrici possono sostituire i cilindri idraulici o pneumatici offrendo al tempo stesso una serie di vantaggi, a differenza di questi altri sistemi:

Sono più performanti. Hanno un’elevata accuratezza nel posizionamento, raggiungono alte velocità mantenendo un costante controllo sulla corsa e offrono la possibilità di arrestare o ripetere il movimento in tempi anche brevissimi. Dimostrano una grande flessibilità, rivolgendosi a una vasta gamma di settori industriali, in quanto possono lavorare anche in presenza di alte temperature, polveri e vibrazioni
Sono più economici, sia in termini di sviluppo che di manutenzione del prodotto. I tempi di progettazione e produzione di un attuatore lineare elettrico sono più rapidi e, una volta installato, richiede pochissima manutenzione, oltre a permettere un notevole risparmio energetico. Il sistema infatti è per lo più “plug & play”, composto da pochi elementi dalle dimensioni compatte
Sono più ecologici. Questi sistemi utilizzano l’elettricità, che è un’energia “green”. I livelli di inquinamento, in termini di impatto ambientale, calore disperso e rumore prodotto, sono minimi. Inoltre il fatto di non utilizzare olio rende gli attuatori lineari elettrici adatti al lavoro in ambienti sterili (medicale, farmaceutico, alimentare), in quanto esenti da perdite che potrebbero causare dannose contaminazioni

Attuatori lineari elettrici e benefici in termini ambientali

Un’attenzione particolare, oggi, deve andare all’ambiente: i prodotti MecVel utilizzano un sistema elettrico, quindi eco-sostenibile, e prevedono un minimo e controllato uso della plastica. Oltre a non inquinare, in quanto non serve olio per il funzionamento, non sono necessari componenti come compressori, pompe, valvole, tubi, che porterebbero a un maggiore impatto ambientale. Inoltre gli attuatori lineari elettrici non possono subire variazioni nella pressione o nel flusso, a beneficio della qualità del movimento eseguito.

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