Domanda: Come si risolve il problema del 'Rumore di scarico' nelle macchine ad alto ciclo evitando problemi di contropressione?

Risposta: Per risolvere ed eliminare il rumore di scarico pneumatico ad alta decibel in macchinari ad alto ciclo , gli ingegneri devono sostituire i silenziatori standard, di dimensioni insufficienti o intasati con silenziatori specializzati ad alto flusso, la cui capacità di portata (valore Cv) sia pari o superiore a quella del raccordo di scarico della valvola di comando direzionale. I silenziatori standard in bronzo sinterizzato riducono il rumore costringendo l’aria a passare attraverso pori microscopici, ma sono estremamente soggetti a intasamento causato dall’olio del compressore e da contaminanti particellari, generando una contropressione eccessiva. Questa contropressione ostacola il movimento del pistone del cilindro, provocando una risposta lenta dell’attuatore, tempi di ciclo più lunghi e un funzionamento irregolare della macchina. Per risolvere il problema, scegliere silenziatori ad alto flusso in plastica porosa (polietilene) oppure silenziatori a espansione multistadio. Questi dispositivi espandono e rallentano gradualmente il flusso d’aria in uscita, riducendo il livello sonoro a valori sicuri (inferiori a 80 dB), mantenendo al contempo un percorso di flusso aperto e privo di restrizioni, che evita la contropressione e preserva le elevate prestazioni cicliche delle apparecchiature di automazione.

Introduzione: La minaccia nascosta del rumore di scarico pneumatico

Nei moderni impianti automatizzati ad alta velocità, i sistemi pneumatici sono i veri motori della produzione, alimentando milioni di operazioni ad alto ciclo di confezionamento, stampaggio e selezione. Tuttavia, un importante sottoprodotto dei sistemi ad aria compressa è il rumore estremo. Quando una valvola direzionale cambia posizione, rilascia l'aria compressa direttamente nell'atmosfera. Quest'aria, che spesso fuoriesce a velocità supersonica, genera un rumore intenso e ad alta frequenza, simile a uno scoppio o a un forte sibilo.

L'esposizione prolungata a rumori industriali non solo viola i regolamenti in materia di salute e sicurezza (ad esempio il limite occupazionale di 85 decibel stabilito dall'OSHA), ma provoca anche affaticamento dell'operatore, riduce la produttività dei lavoratori e può causare danni permanenti all'udito. Per questo motivo, gli smorzatori (o silenziatori) sono obbligatori su tutte le prese di scarico pneumatiche industriali. Tuttavia, la scelta di uno smorzatore inadeguato può introdurre un secondo problema ingegneristico, costoso: la contropressione pneumatica.

Il funzionamento della contropressione pneumatica

Per comprendere perché la contropressione è dannosa per le macchine ad alto numero di cicli, è utile analizzare la dinamica delle pressioni all'interno di un cilindro a doppio effetto. Affinché un cilindro si estenda rapidamente, l'aria compressa deve entrare nella camera del fondo (cap-end) mentre l'aria presente nella camera dell'asta (rod-end) deve essere scaricata il più velocemente possibile. Il percorso di scarico attraversa il tubo pneumatico, entra nella valvola di comando direzionale e fuoriesce attraverso il porto di scarico.

Se il silenziatore installato sul porto di scarico della valvola è troppo restrittivo o intasato, funge da collo di bottiglia fisico. L'aria non riesce a uscire con sufficiente rapidità, provocando un accumulo di pressione all'interno della camera in fase di scarico. Questo fenomeno è noto come contropressione. La contropressione agisce come una forza frenante sul pistone del cilindro e comporta diversi effetti negativi:

• Velocità ridotte degli attuatori: la differenza di pressione attraverso il pistone diminuisce, riducendo l'accelerazione e la velocità finale del cilindro.
• Risposta lenta della valvola: un'elevata pressione di ritorno può interferire con i canali di pilotaggio interni di alcune valvole direzionali, causando spostamenti lenti o il blocco a metà corsa delle spolette.
• Aumento del calore e dell'usura: l'attrito fisico delle guarnizioni aumenta quando queste sono sottoposte per periodi prolungati a un'intensa azione di raschiamento contro la parete del cilindro, riducendo la durata operativa dell'attuatore.
• Sequenza irregolare della macchina: nelle macchine ad alto ciclo, un ritardo di soli 50 millisecondi nella retrazione del cilindro può compromettere l'intero sincronismo della macchina, causando intasamenti del prodotto e generazione di scarti.

Analisi delle tecnologie dei silenziatori: materiali e progetti

Gli acquirenti B2B e gli integratori di sistemi possono scegliere tra tre principali tecnologie di silenziatori, ciascuna con caratteristiche prestazionali uniche in condizioni di alto ciclo:

• Silenziatori in bronzo sinterizzato: questi sono i silenziatori più comuni e meno costosi disponibili sul mercato. Vengono realizzati fondendo insieme minuscole sfere di lega rame-stagno per creare un elemento metallico rigido e poroso. Sebbene siano molto resistenti e altamente tolleranti agli urti fisici, la loro struttura micro-porosa funziona come un filtro meccanico. Qualsiasi olio lubrificante, umidità o particolato solido presente nella linea dell’aria compressa ostruirà rapidamente questi pori. Nei sistemi ad alto numero di cicli, i silenziatori in bronzo sinterizzato possono raddoppiare il proprio valore di contropressione già dopo pochi mesi di utilizzo continuo.
• Silenziatori in polietilene poroso (plastica): questi silenziatori utilizzano un corpo leggero in polietilene ad alta densità. Il materiale plastico presenta pori più grandi e più uniformi rispetto al bronzo sinterizzato. Questa progettazione garantisce un’eccellente assorbimento acustico (riducendo spesso il rumore fino a 35 dB) offrendo al contempo una superiore resistenza all’intasamento da olio e umidità. Se nell’area del silenziatore penetra della nebbia oleosa, questa può facilmente attraversare i pori più ampi della plastica anziché rimanervi intrappolata, rendendo i silenziatori in plastica porosa lo standard preferito per macchinari per imballaggio e assemblaggio ad alto numero di cicli.
• Silenziatori a flusso elevato con camera multipla / di espansione: per sistemi heavy-duty con volumi d'aria massicci, i silenziatori di espansione rappresentano lo standard di riferimento. Questi silenziatori dal corpo voluminoso contengono deflettori interni e camere di espansione. Quando l'aria ad alta velocità entra, si espande nella prima camera, rallentando. Successivamente passa attraverso deflettori secondari, dove la sua velocità viene ulteriormente ridotta prima dell'uscita. Questa riduzione graduale della velocità attenua in modo significativo il rumore, generando pressoché nessuna contropressione, rendendoli ideali per scarichi di cilindri con grande diametro e corsa lunga.

Come dimensionare correttamente un silenziatore: regola empirica per la scelta della taglia

Per evitare contropressione, i progettisti di macchinari non devono mai dimensionare un silenziatore basandosi esclusivamente sul diametro filettato del porto della valvola. Molte valvole economiche presentano porti di grandi dimensioni ma canali di flusso molto ristretti, o viceversa. Il metodo unico affidabile per la scelta della taglia consiste nel confrontare la capacità di portata (fattore Cv o Kv) del silenziatore con la capacità di portata del percorso di scarico della valvola.

• Controllare la scheda tecnica della valvola: individuare il valore Cv del percorso di scarico (tipicamente le porte 3 e 5 su una valvola 5/2 vie).
• Selezionare un silenziatore con un valore Cv più elevato: assicurarsi che il silenziatore selezionato abbia una capacità di portata Cv nominale almeno del 10-15% superiore al valore Cv di scarico della valvola.
• Tenere conto dei cicli di funzionamento: per macchine ad alto ciclo (che operano a oltre 60 cicli al minuto), aumentare il margine di dimensionamento del silenziatore al 25% per consentire il rapido e continuo flusso d'aria senza alcuna restrizione dovuta all'aumento di temperatura.

Risoluzione dei problemi e manutenzione dei sistemi di scarico

Quando si esegue la diagnosi su una macchina la cui velocità è diminuita gradualmente nel corso di diversi mesi, gli addetti alla manutenzione devono controllare innanzitutto i silenziatori:

• Eseguire la prova rapida di bypass: rimuovere temporaneamente il silenziatore dalla porta della valvola e far ciclare la macchina. Se il cilindro ripristina immediatamente la sua velocità originaria, il silenziatore è intasato e deve essere sostituito.
• Pulizia del bronzo sinterizzato: Se si utilizza il bronzo sinterizzato, il silenziatore può essere rimosso e immerso in un solvente sgrassante, quindi pulito con un soffiatore ad aria secca dall’interno verso l’esterno. Tuttavia, sostituirlo con materiale plastico poroso è generalmente più conveniente dal punto di vista economico.
• Adottare la separazione a doppio scarico: Nei valvole a 5 vie e 2 posizioni, utilizzare silenziatori separati per la via 3 e la via 5. Ciò consente di regolare in modo indipendente la velocità e il rumore delle corsa di estensione e di ritrazione.

Approvvigionamento dei silenziatori ad alto flusso AIRWORK

AIRWORK offre un’ampia gamma di silenziatori ad alto flusso in plastica porosa e bronzo sinterizzato, specificamente progettati per applicazioni di automazione ad alto numero di cicli. I nostri silenziatori in plastica presentano un corpo in polietilene a doppio strato, resistente alla degradazione da olio e allo scoppio strutturale causato da improvvise sollecitazioni di pressione.

Integrando i silenziatori di precisione AIRWORK nei vostri sistemi di controllo pneumatico, è possibile rispettare i regolamenti locali in materia di rumore ambientale, garantendo al contempo il funzionamento delle macchine alla massima efficienza. Per consultare l’intero catalogo di accessori pneumatici, inclusi silenziatori ad alto flusso, silenziatori per valvole di regolazione e silenziatori per scarico rapido, visitate oggi jzpnu.com.