[Pneumatica]Curva di portata silenziatore pneumatico
Ciao a tutti,
per un personale progetto sto creando un modello dinamico di un attuatore pneumatico.
L'attuatore in oggetto è costituito da un cilindro a singolo effetto e da un separato pacco molla; il cilindro presenta dunque una camera attiva in cui viene inserita l'aria in pressione tramite una valvola o un Booster, e una camera passiva il cui scarico avviene tramite un semplice silenziatore pneumatico.
Cio su cui trovo difficoltà risulta essere la determinazione della portata in uscita dalla camera passiva; spiegandomi meglio, non volendo inserire un coefficiente sperimentale di attrito viscoso (quindi modellando tale effetto con una forza proporzionale alla velocità del pistone di cui il fattore di proporzionalità è proprio questo coefficiente) per il quale sarebbero necessarie svariate prove sperimentali (e dato il numero di modelli commerciali risulta pressochè infattibile effettuare tali prove per tutte le taglie), volevo considerare la pressione che si forma in camera passiva a causa del movimento del pistone e del forzare il fluido comprimibile a confluire nel silenziatore.
Per fare cio (con le leggi della gas-dinamica classica) mi serve pero la legge di portata in funzione della perdita di carico (salto di pressione) relativa al silenziatore.
Nel caso di valvole commerciali queste leggi sono riportate a norma UNI-ISO 6385 in forma analitica con l'ausilio di due coefficienti sperimentali che i produttori riportano sui fascicoli tecnici della valvola; all'inizio pensavo che anche i silenziatori si riferissero a tale norma per tali considerazioni, ma nei cataloghi commerciali non trovo riportati tali coefficienti.
Voi sapete di qualcosa del genere relativo a tali tipi di componenti pneumatici? Perchè, purtroppo, sfogliando i cataloghi delle ditte che conosco, non trovo niente al riguardo.
Riuscite a darmi una mano?
per un personale progetto sto creando un modello dinamico di un attuatore pneumatico.
L'attuatore in oggetto è costituito da un cilindro a singolo effetto e da un separato pacco molla; il cilindro presenta dunque una camera attiva in cui viene inserita l'aria in pressione tramite una valvola o un Booster, e una camera passiva il cui scarico avviene tramite un semplice silenziatore pneumatico.
Cio su cui trovo difficoltà risulta essere la determinazione della portata in uscita dalla camera passiva; spiegandomi meglio, non volendo inserire un coefficiente sperimentale di attrito viscoso (quindi modellando tale effetto con una forza proporzionale alla velocità del pistone di cui il fattore di proporzionalità è proprio questo coefficiente) per il quale sarebbero necessarie svariate prove sperimentali (e dato il numero di modelli commerciali risulta pressochè infattibile effettuare tali prove per tutte le taglie), volevo considerare la pressione che si forma in camera passiva a causa del movimento del pistone e del forzare il fluido comprimibile a confluire nel silenziatore.
Per fare cio (con le leggi della gas-dinamica classica) mi serve pero la legge di portata in funzione della perdita di carico (salto di pressione) relativa al silenziatore.
Nel caso di valvole commerciali queste leggi sono riportate a norma UNI-ISO 6385 in forma analitica con l'ausilio di due coefficienti sperimentali che i produttori riportano sui fascicoli tecnici della valvola; all'inizio pensavo che anche i silenziatori si riferissero a tale norma per tali considerazioni, ma nei cataloghi commerciali non trovo riportati tali coefficienti.
Voi sapete di qualcosa del genere relativo a tali tipi di componenti pneumatici? Perchè, purtroppo, sfogliando i cataloghi delle ditte che conosco, non trovo niente al riguardo.
Riuscite a darmi una mano?
Risposte
Nel caso a qualcun'altro interessi, per ora ho trovato solamente un catalogo (della Metal Work Pneumatic) che riporta la portata massica in NormalLitro al min. in funzione della pressione a monte del silenziatore (immagino sia quella essendo tale componente solitamente montato allo scarico) con un dominio che va da 1 a 5 bar circa.
Riporto il tipo di silenziatore con le relative curve (le diverse curve sono a seconda delle dimensioni del silenziatore [sono tutte in pollici [GAS] tranne M5 che è metrica.. chissa perchè
])
in tale range di valori sembra valere per quasi tutti un legge lineare... sinceramente non so ancora a che pressione potrebbe arrivare la camera negativa ma penso di starci bene o male dentro.... voi che ne pensate?
Riporto il tipo di silenziatore con le relative curve (le diverse curve sono a seconda delle dimensioni del silenziatore [sono tutte in pollici [GAS] tranne M5 che è metrica.. chissa perchè
])in tale range di valori sembra valere per quasi tutti un legge lineare... sinceramente non so ancora a che pressione potrebbe arrivare la camera negativa ma penso di starci bene o male dentro.... voi che ne pensate?
"Bibo90":
... voi che ne pensate?
Io trovo molto strano che quelle curve siano indipendenti dalla temperatura.
Anche perché il range di funzionamento dichiarato è molto ampio.
Ciao Luciano, innanzitutto grazie per la risposta!ti posto il link della pubblicazione:
http://media.metalwork.it/catalogue-eng ... cation.pdf
se clicchi su accessori e vai dove stanno i silenziatori (silencer) trovi i diagrammi in oggetto; inoltre nella stessa pubblicazione è presente un capitolo di documentazione tecnica (quello finale).
Ho trovato, inoltre, il medesimo capitolo relativo alla documentazione tecnica in italiano (se puo facilitare) qui:
http://www.metalwork.it/ita/img/prodott ... %20TEC.pdf
In particolare, facendo riferimento alla documentazione tecnica, io dovrei adottare le formulazioni della UNI-ISO 6385 quindi quella che su quel documento è riportata tramite i coefficienti C e b (per il calcolo della portata).
"LucianoD":
Io trovo molto strano che quelle curve siano indipendenti dalla temperatura.
Anche perché il range di funzionamento dichiarato è molto ampio.
Pure a me sfugge qualcosa al riguardo! Infatti non riesco a capire come in un componente pneumatico comune la portata secondo la UNI-ISO 6385 (e secondo logica) dipenda dalla temperatura mentre per tutta la documentazione [in quanto anche i diagrammi relativi alle valvole {di cui posto uno spaccato qui sotto} vengono riportati senza fare cenno alla temperatura in oggetto] i diagrammi sono riportati in funzione solo della pressione.
La spiegazione che mi sembra piu logica è che diano per scontato (oppure è indicato da qualche parte ma per ora non ho identificato dove...) che tali diagrammi siano stati ricavati in determinate condizioni prefissate, e questo mi fa pensare siano riferite alle condizioni normali (e che dunque, in questo caso, normalLitro indicano litri effettivi essendo tali grafici ricavati in condizioni normali).
cosa ne pensate?
La documentazione tecnica di quei cataloghi è molto più commerciale che tecnica. Nessun tecnico l'ha letta prima che andasse in stampa (e probabilmente neppure dopo), altrimenti non sarebbero passati strafalcioni come quelli delle portate in volume anziché in volume/tempo.
E' fisica di base (legge di Graham) che la portata di un gas attraverso un setto dipenda dalla (radice della) densità del gas, e quindi dalla temperatura. Nel caso specifico, il problema è ben più serio perché la temperatura del fluido non è una costante, ma varia in funzione alla variazione di pressione indotta dal cilindro a monte. Oltre a questo, bisogna considerare che il silenziatore (in modo particolare se in metallo sinterizzato) è tutto fuorché adiabatico e quindi la temperatura del gas al suo interno è più o meno sconosciuta. Ci aggiungiamo poi l'effetto Joule-Thomson che certamente non è trascurabile, data la variazione di pressione certo non infinitesima, e otteniamo un totale casino.
E da questo mare di incertezze loro ottengono delle belle linee diritte diritte su un grafico... bravi.
Io credo che creando un set-up di misura fatto bene, troveremmo delle portate molto diverse non solo in funzione a differenti pressioni di alimentazione e differenti temperature ambiente, ma anche (specialmente) alla velocità di movimento del pistone stesso, creando interazioni per nulla facili da inserire in un modello realistico.
Quei grafici servono per scegliere un silenziatore invece di un altro, non certo per fornire i dati per un modello generale!
E' fisica di base (legge di Graham) che la portata di un gas attraverso un setto dipenda dalla (radice della) densità del gas, e quindi dalla temperatura. Nel caso specifico, il problema è ben più serio perché la temperatura del fluido non è una costante, ma varia in funzione alla variazione di pressione indotta dal cilindro a monte. Oltre a questo, bisogna considerare che il silenziatore (in modo particolare se in metallo sinterizzato) è tutto fuorché adiabatico e quindi la temperatura del gas al suo interno è più o meno sconosciuta. Ci aggiungiamo poi l'effetto Joule-Thomson che certamente non è trascurabile, data la variazione di pressione certo non infinitesima, e otteniamo un totale casino.
E da questo mare di incertezze loro ottengono delle belle linee diritte diritte su un grafico... bravi.
Io credo che creando un set-up di misura fatto bene, troveremmo delle portate molto diverse non solo in funzione a differenti pressioni di alimentazione e differenti temperature ambiente, ma anche (specialmente) alla velocità di movimento del pistone stesso, creando interazioni per nulla facili da inserire in un modello realistico.
Quei grafici servono per scegliere un silenziatore invece di un altro, non certo per fornire i dati per un modello generale!
Grazie mille per darmi una mano! Forse con il tuo aiuto arrivero ad un soluzione 
"LucianoD":
La documentazione tecnica di quei cataloghi è molto più commerciale che tecnica. Nessun tecnico l'ha letta prima che andasse in stampa (e probabilmente neppure dopo), altrimenti non sarebbero passati strafalcioni come quelli delle portate in volume anziché in volume/tempo.
Aspetta ma la portata li espressa risulta in Normal Litro al minuto [Nl/min , oppure l/min (ANR)] quindi temperatura e pressione fissate. Purtroppo non ci sono spiegazioni di come state ricavate queste curve... e sempre purtroppo non trovo altro in materia... ti allego un immagine del manuale di pneumatica che tratta proprio questo argomento (anche se in modo sommario) e che ho recuperato proprio oggi:
quindi pure il manuale di pneumatica (Belforte pag.643-645) fornisce una caratteristica (ovviamente generica ed esemplificativa) di portata pressochè lineare...
"LucianoD":
E' fisica di base (legge di Graham) che la portata di un gas attraverso un setto dipenda dalla (radice della) densità del gas, e quindi dalla temperatura. Nel caso specifico, il problema è ben più serio perché la temperatura del fluido non è una costante, ma varia in funzione alla variazione di pressione indotta dal cilindro a monte. Oltre a questo, bisogna considerare che il silenziatore (in modo particolare se in metallo sinterizzato) è tutto fuorché adiabatico e quindi la temperatura del gas al suo interno è più o meno sconosciuta. Ci aggiungiamo poi l'effetto Joule-Thomson che certamente non è trascurabile, data la variazione di pressione certo non infinitesima, e otteniamo un totale casino.
Penso che quei grafici siano stati determinati non con elementi mobili o effettivamente sarebbe un casino.. il problema è che non si trovano norme che regolamentano la determinazione di queste curve (cosa che per esempio c'è nelle valvole [e piu di uno] dove ad esempio io mi baso sulle curve ricavate dal circuito di prova CETOP).
A seguito di fornisco informazioni sulla parte di modello relativa alla modellazione del fluido cosi hai un idea del contesto.
Il sistema relativo al modello fluido è il seguente:
di cui solo la camera A (ovvero quella a destra nel disegno) risulta attiva; il pacco molla è infatti separato ed il cilindro risulta infatti a singolo effetto.
Per l'ingresso è stato semplice determinare la portata in funzione del salto di pressione, in quanto regolamentato dalla norma.
Il problema risulta in uscita dal silenziatore.
Specifico che modellare il fluido anche nella camera passiva mi serve per non introdurre un ulteriore coefficiente sperimentale (che sarebbe in questo caso quello di attrito viscoso[ovvero il parametro che lega in modo lineare velocità del pistone e forza che ne deriva ]).
ti posto ora in seguito la formulazione che ho ricavato della pressione, valida per entrambe le camere:
dove V e V punto sono rispettivamente Volume della camera e la sua derivata temporale (da qui la dipendenza da posizione e velocità del pistone). Risultano essere funzione di un angolo a causa del cinematismo a cui connesso il cilindro. G (come solitamente definito nelle trattazione di pneumatica) risulta essere la portata massica (legata a quella volumetrica in Nl/min da una costante che è la densità dell'aria[in condizioni normali ovviamente]).
L'equazione postata risulta essere una ODE del prim'ordine, e nel modello complessivo due di queste (una per ogni camera) si inseriscono a sistema con l'equazione di moto del cinematismo (ODE del second'ordine).
Il valore della portata in funzione del salto di pressione mi serve dunque per definire l'ultima ODE che mi manca per il sistema, solo che da come pare ho a disposizione solo quelle curve.
Resto in attesa di un tuo prezioso consiglio e grazie impiegarci del tempo a rifletterci
di cui solo la camera A (ovvero quella a destra nel disegno) risulta attiva; il pacco molla è infatti separato ed il cilindro risulta infatti a singolo effetto.
Per l'ingresso è stato semplice determinare la portata in funzione del salto di pressione, in quanto regolamentato dalla norma.
Il problema risulta in uscita dal silenziatore.
Specifico che modellare il fluido anche nella camera passiva mi serve per non introdurre un ulteriore coefficiente sperimentale (che sarebbe in questo caso quello di attrito viscoso[ovvero il parametro che lega in modo lineare velocità del pistone e forza che ne deriva ]).
ti posto ora in seguito la formulazione che ho ricavato della pressione, valida per entrambe le camere:
dove V e V punto sono rispettivamente Volume della camera e la sua derivata temporale (da qui la dipendenza da posizione e velocità del pistone). Risultano essere funzione di un angolo a causa del cinematismo a cui connesso il cilindro. G (come solitamente definito nelle trattazione di pneumatica) risulta essere la portata massica (legata a quella volumetrica in Nl/min da una costante che è la densità dell'aria[in condizioni normali ovviamente]).
L'equazione postata risulta essere una ODE del prim'ordine, e nel modello complessivo due di queste (una per ogni camera) si inseriscono a sistema con l'equazione di moto del cinematismo (ODE del second'ordine).
Il valore della portata in funzione del salto di pressione mi serve dunque per definire l'ultima ODE che mi manca per il sistema, solo che da come pare ho a disposizione solo quelle curve.
Resto in attesa di un tuo prezioso consiglio e grazie impiegarci del tempo a rifletterci
Ultima considerazione:
La norma fornisce la seguente formulazione nel caso di valvole pneumatiche:
Come si puo notare, sia in caso di regime sonico sia in quello di regime subsonico, la dipendenza della temperatura viene considerata tramite un coefficiente correttivo pari alla redice del rapporto tra temperatura in condizioni normali (20 deg /293K) su quella di ingresso.
Ipotizzando di modellare il silenziatore tramite lo stesso modello utilizzato per le valvole (cosa non poi cosi strana in quanto il medesimo modello viene utilizzato per i piu svariati componenti pneumatici), ovvero secondo la schematizzazione seguente:
se tali diagrammi (come riferendosi al manuale di pneumatica dovrebbe essere la prassi) sono stati ricavati in condizioni normali, il valore in ordinata del diagramma dovrebbe corrispondere a:
nel caso subsonico (e da come pare nei diagrammi fino a 6bar si rimane in tale regime, o la portata tenderebbe asintoticamente ad un valore limite). A questo punto la dipendenza della temperatura non potrebbe essere stimata tramite lo stesso coefficiente che riporta la norma? e dunque alla redice del rapporto tra temperatura in condizioni normali su quella di ingresso?
inoltre.. mi sfugge il significato fisico di tale coefficiente... cioè è chiaro che ci deve essere una dipendenza da parte della temperatura, ma perchè proprio dalla radice di quel rapporto? Se mi aiuti a visualizzarlo ti ringrazio molto
La norma fornisce la seguente formulazione nel caso di valvole pneumatiche:
Come si puo notare, sia in caso di regime sonico sia in quello di regime subsonico, la dipendenza della temperatura viene considerata tramite un coefficiente correttivo pari alla redice del rapporto tra temperatura in condizioni normali (20 deg /293K) su quella di ingresso.
Ipotizzando di modellare il silenziatore tramite lo stesso modello utilizzato per le valvole (cosa non poi cosi strana in quanto il medesimo modello viene utilizzato per i piu svariati componenti pneumatici), ovvero secondo la schematizzazione seguente:
se tali diagrammi (come riferendosi al manuale di pneumatica dovrebbe essere la prassi) sono stati ricavati in condizioni normali, il valore in ordinata del diagramma dovrebbe corrispondere a:
nel caso subsonico (e da come pare nei diagrammi fino a 6bar si rimane in tale regime, o la portata tenderebbe asintoticamente ad un valore limite). A questo punto la dipendenza della temperatura non potrebbe essere stimata tramite lo stesso coefficiente che riporta la norma? e dunque alla redice del rapporto tra temperatura in condizioni normali su quella di ingresso?
inoltre.. mi sfugge il significato fisico di tale coefficiente... cioè è chiaro che ci deve essere una dipendenza da parte della temperatura, ma perchè proprio dalla radice di quel rapporto? Se mi aiuti a visualizzarlo ti ringrazio molto
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