La pneumatica: dall’automazione all’Industria 4.0

La pneumatica ha avuto negli anni molte trasformazioni, seguendo i continui sviluppi scientifici e tecnologici, per soddisfare nel modo migliore esigenze in costante evoluzione. Sono brevemente richiamati i successivi cambiamenti che hanno portato la pneumatica da mezzo per il trasporto dell’energia a tecnologia integrata in sistemi meccatronici. Gli sviluppi portati avanti nell’Industria 4.0 rappresentano le innovazioni più recenti. Alcune applicazioni mostrano quanto può essere ancora fatto in questo settore.

La pneumatica, come tutte le tecnologie, segue una progressiva evoluzione nel tempo per
rispondere nel modo migliore alle esigenze continuamente variabili dei prodotti industriali e dei loro mezzi di produzione. Questo costante processo di trasformazione ha portato a cambiare di volta in volta gli obiettivi e a modificare progressivamente la forma e la struttura dei componenti e dei sistemi, per soddisfare al meglio quanto veniva richiesto.

Le prime applicazioni significative della pneumatica possono essere fatte risalire al trasporto e alla distribuzione dell’energia con reti di tubazioni anche molto estese. Successivamente cilindri e motori pneumatici hanno cominciato a soppiantare in molte applicazioni la forza muscolare, con lo scopo di rendere meno faticoso il lavoro negli stabilimenti, procedendo a realizzare sistemi semiautomatici e automatici sempre più complessi. L’automazione si è poi sviluppata attraverso successive fasi, con
comandi con relè, con controlli fluidici, con sistemi a logica pneumatica fino ad arrivare ai PLC elettronici. Attualmente la pneumatica occupa un posto importante in dispositivi e sistemi meccatronici, integrata con le altre tecnologie dell’automazione. Tutti questi sistemi sono pertanto rivolti alla realizzazione di movimenti e allo sviluppo di forze, finalizzati all’esecuzione di cicli di lavoro più o meno complessi. Oggi la situazione è nuovamente fortemente cambiata: la disponibilità di vari tipi di sensori di costo estremamente ridotto e la possibilità di utilizzare sistemi informatici e di controllo capaci di acquisire e trattare moltissimi dati in tempo reale, permettono di fare un passo in più. A tutto questo si deve associare la necessità di aumentare l’affidabilità dei macchinari, prevenendo, per quanto possibile, i guasti e riducendo le manutenzioni anche con azioni da remoto. Sono quindi necessari componenti e dispositivi più intelligenti di quelli disponibili nel passato, dotati di capacità di acquisizione e di trattamento dei dati. La pneumatica risponde bene a questa sfida con nuovi elementi.

Nell’articolo verranno presentate alcune applicazioni che esemplificano quanto indicato e mostrano le potenzialità di una nuova generazione di elettrovalvole.

Dal trasporto dell’energia allo sviluppo della forza

Le prime applicazioni della pneumatica nel mondo della produzione sono collegate allo sviluppo dell’industria mineraria e metallurgica, con la costruzione di compressori per generare i flussi d’aria necessari ai processi metallurgici e all’aerazione delle miniere. Successivamente, nella seconda metà del diciannovesimo secolo si sono sviluppate molte applicazioni nel settore delle costruzioni civili, in particolare con la realizzazione di perforatrici, macchine utili nella frantumazione di rocce, pietre, terra e così via. All’epoca questo obiettivo era molto importante per la costruzione di gallerie ferroviarie, il cui scavo era basato sul lavoro manuale. Oggi esistono molti tipi di perforatrici, a percussione, a rotazione, ad aria compressa o elettriche, ma nella metà dell’Ottocento si era in una fase pionieristica. Un caso significativo fu quello della realizzazione di innovative perforatrici pneumatiche per lo scavo della galleria del Frejus, con il contemporaneo sviluppo di grandi compressori e la realizzazione di tubazioni per l’aria compressa, lunghe più di 7.000 metri. I risultati furono rappresentati sia dalla conferma della possibilità di realizzare attuatori per compiere un consistente lavoro meccanico, sia nella possibilità di trasmettere energia dai compressori esterni alla galleria ai perforatori al suo interno.

Nella Figura 1 è mostrato il disegno di un compressore con lo stantuffo realizzato con una colonna di acqua in movimento per risolvere il problema della tenuta. Compressori di questo tipo furono utilizzati nello scavo della galleria.

L’utilizzo dell’aria compressa come mezzo per la trasmissione e distribuzione di energia fu particolarmente apprezzato nella seconda metà dell’Ottocento, in una fase dello sviluppo della tecnica in cui la tecnologia elettrica era ai suoi primi passi e l’uso di reti elettriche non era ancora pensabile.

Il trasporto dell’energia dalla produzione all’utilizzo è sempre fondamentale. L’aria compressa, con la sua capacità di accumulare aria all’interno di serbatoi e nelle tubazioni, rappresenta un sistema ideale per compensare in modo semplice ed efficace la differenza di valori che inevitabilmente nasce tra i carichi richiesti dagli utilizzatori e la capacità di produzione. Tutto questo portò a costruire a Parigi un sistema molto complesso di distribuzione di energia pneumatica per vari scopi, quali l’azionamento di macchine utensili, presse, telai, la distribuzione di vino e birra, la gestione di impianti di posta pneumatica, l’azionamento di ascensori e di generatori elettrici per l’illuminazione di teatri e negozi, l’azionamento di orologi ad aria compressa. La rete ad aria compressa di Parigi ha con- tinuato a funzionare fino verso la fine del secolo scorso.

Dall’inizio del Novecento fino alla seconda guerra mondiale, la pneumatica ha svolto un ruolo nelle miniere e nell’industria, con utensili pneumatici di vario tipo e con cilindri e attuatori usati per aumentare lo sforzo sviluppabile dall’uomo e aiutarlo in operazioni gravose con apparecchiature sostanzialmente di tipo manuale.

 

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