Module 6 Basis pneumatiek

Presentatie over: "Module 6 Basis pneumatiek"— Transcript van de presentatie:

1 Module 6 Basis pneumatiek 04-03-2013
Mechatronica N3

2 Productie van perslucht
Voor de productie van perslucht wordt een compressor gebruikt. Dit is een apparaat dat de omgevingslucht aanzuigt en tot een hogere druk samenperst. Industriële compressor Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

3 Productie van perslucht
Grootheden bij compressoren: Luchtdruk De druk van perslucht aan de persleiding van de compressor. De druk wordt uitgedrukt in bar, kPa (kiloPascal) of PSI (pounds/square inch). 1 bar = N/m2 = Pa = 100 kPa 1 Pa = 1 N/m2 1 bar = N/m2 Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

4 Productie van perslucht
Luchtdruk Wij gebruiken bij het aanduiden van druk meestal bar. In Groot Brittannië en de Verenigde Staten wordt vaak de P.S.I. , (pounds per square inch) gebruikt. 1 bar = 14,504 psi Op internet zijn handige omrekentabellen te vinden Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

5 Productie van perslucht
Luchtdruk Een manometer die je uit de kast haalt wijst aan, 0 bar. Eigenlijk zou dit 1 bar moeten zijn omdat de druk van de buitenlucht ongeveer 1 bar is. Als je op een manometer een druk van 5 bar afleest dan is dat 5 bar meer dan de druk van de buitenlucht. De werkelijke druk is dan 6 bar. De druk die een manometer aangeeft noemt men de overdruk of manometrische druk. De werkelijke druk is 1 bar meer: deze noemt men de absolute druk. De luchtdruk in installaties ligt meestal tussen 4 en 10 bar (400 – 1000 kPa) Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

6 Productie van perslucht
Luchtdruk overdruk Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

7 Productie van perslucht
Algemene gaswet P1 x V1 = P2 . V2 T1 T2 p = absolute druk in Pascal (Pa) V = volume in m³ T = temperatuur in Kelvin (K) ( 0°C = 273 K) Animatie gaswet Als het volume kleiner wordt dan stijgt de druk. Als de temperatuur stijgt, dan stijgt de druk. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

8 Productie van perslucht
Grootheden bij compressoren: Opbrengst De opbrengst is de volumestroom van de perslucht die door de compressor wordt geproduceerd. De opbrengst wordt uitgedrukt in m3/s (kubieke meter per seconde) of in m3/h (kubieke meter per uur) of l/min (liters per minuut) ERS404H 4 kW, 400 Vac 530 270 67 Voorbeeld Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

9 Productie van perslucht
Compressoren werkingsprincipe type compressor verdringertypen membraancompressor zuigercompressor schottencompressor schroefcompressor waaiertypen turbocompressoren axiaal werkend radiaal werkend Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

10 Productie van perslucht
Membraancompressor Een membraan zorgt voor de zuigende en persende werking. Het membraan wordt op- en neer bewogen door een zuiger, gekoppeld aan een drijfstang en krukas. De perslucht komt niet in aanraking met het oliegesmeerde aandrijfmechanisme. De membraancompressor wordt o.a. toegepast in de farmaceutische- en levensmiddelenindustrie. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

11 Productie van perslucht
Zuigercompressor Een zuigercompressor bestaat uit een cilinderruimte waarin een zuiger kan bewegen. De zuiger wordt op en neer bewogen door een drijfstang met krukas. De krukas wordt aangedreven door een elektromotor. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

12 Productie van perslucht
Zuigercompressor aanzuigslag zuigklep cilinderruimte drijfstang krukas Als de zuiger naar beneden beweegt dan ontstaat in de cilinder onderdruk. De zuigklep gaat daardoor open, en de omgevingslucht wordt nu in de cilinderruimte gezogen. Je noemt de neerwaartse beweging van de zuiger daarom de aanzuigslag. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

13 Productie van perslucht
Zuigercompressor persslag Op het laagste punt van de slag sluit de zuigklep zich omdat de onderdruk wegvalt. De zuiger beweegt vervolgens naar boven, zodat de aanwezige lucht wordt samengeperst. De persklep opent zich en de samengeperste lucht stroomt naar de persleiding. De opwaartse beweging van de zuiger noem je de persslag. persklep Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

14 Productie van perslucht
Zuigercompressoren: Eentrapscompressoren Meertrapscompressoren Animatie compressor. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

15 Productie van perslucht
Zuigercompressoren Animatie tweetrapscompressor Tweetrapscompressor Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

16 Productie van perslucht
Roterende compressor of schottencompressor De compressor bestaat uit een rotor waarin schotten of lamellen kunnen schuiven. De rotor-as is uit het midden van het compressorhuis opgesteld. Tijdens het draaien worden de schotten, door het contact met het compressorhuis, in de rotor geduwd. De lucht tussen de schotten wordt door het kleiner wordende volume samengeperst. De compressor is meestal klein en geluidarm. De maximale druk ligt rond de 10 bar. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

17 Productie van perslucht
Roterende compressor of schottencompressor Animatie schottencompressor Schottencompressor Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

18 Productie van perslucht
Schroefcompressor De schroefcompressor heeft twee schroefvormige rotoren. De schroeven passen nauwkeurig in elkaar. Tussen de schroefprofielen en het huis ontstaan ruimten, waarin de lucht wordt meegevoerd van de inlaat naar de uitlaat. Een schroefcompressor kan een zeer hoog toerental bereiken. De maximale druk ligt ongeveer op 25 bar. Animatie schroefcompressor Schroeven van een schroefcompressor Schroefcompressor Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

19 Productie van perslucht
Turbocompressor Turbocompressoren hebben schoepen die bevestigd zijn aan een draaiende as. De lucht krijgt door de draaiende schoepen een grotere stroomsnelheid, die omgezet wordt in een drukverhoging. Kenmerken van een turbocompressor: grote opbrengst, capaciteiten m3/h tweetraps of meertraps uitvoeringen (tot wel 7-traps) maximale druk bar groot regelbereik energiezuinige (meertraps) compressie water- of luchtgekoeld Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

20 Productie van perslucht
Turbocompressor We onderscheiden twee typen: axiale turbocompressor radiale turbocompressor, centrifugaal compressor Bij axiale compressie stroomt de lucht in dezelfde richting als de hartlijn van de as. Bij radiale compressie is de luchtrichting loodrecht op de as. Axiale compressie Radiale compressie Centrifugaal compressor Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

21 Productie van perslucht
Inzetgebied verschillende compressoren Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

22 Productie van perslucht
Inzetgebied verschillende compressoren Met zuigercompressoren (met name de meertrapsuitvoeringen) kunnen zeer hoge drukken worden bereikt. Meertraps axiaalcompressoren zijn zeer geschikt voor zeer hoge volumes bij een bescheidener drukverhoging. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

23 Productie van perslucht
Rendement van compressoren Van het elektriciteitsverbruik in de industrie gaat tenminste tien procent op aan persluchtcompressoren en persluchtdrogers. Perslucht is daarmee een belangrijke kostenpost voor de industrie. De kosten voor het produceren van perslucht worden gemiddeld voor 70% bepaald door energie. De resterende 30% gaat op aan onderhoud, rente en afschrijving van de machine en kosten van de bediening daarvan. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

24 Productie van perslucht
Rendement van compressoren 5% persluchtenergie 100% elektrische energie 95% warmte- verlies Het rendement van een compressor is laag Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

25 Productie van perslucht
Rendement van compressoren Het rendement van compressoren is bijzonder laag. Bij oudere type compressoren slechts 3 tot 5%. Bij nieuwere typen compressoren is het rendement iets gunstiger. Rendementsverbetering: Tussenkoeling Aanzuiglucht op een koele plek Juiste druk Zo weinig mogelijk nullastbedrijf Frequentieregeling (schroef)compressor Motoren met permanente magneten Energie terugwinningsystemen Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

26 Productie van perslucht
Rendement van compressoren Als de omgevingstemperatuur stijgt van 250 naar 400 , daalt het compressorrendement met 4,8% en het droogrendement met maar liefst 53%. Bron: Geveke Persluchttechniek Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

27 Productie van perslucht
Rendement van compressoren De lucht die de compressor aanzuigt kan het beste zo koel en zo droog mogelijk zijn. Als vuistregel kan men stellen dat met elke 5°C die de aanzuiglucht warmer is, het energieverbruik van de luchtcompressor toeneemt met 1,5%. Lucht zet uit bij hogere temperaturen waardoor een luchtcompressor meer volume moet comprimeren voor dezelfde luchtmassa. De hoeveelheid energie in perslucht wordt bepaald door de druk en de massa (kg) en niet door het luchtvolume. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

28 Productie van perslucht
Koeling van compressoren Bij compressoren waarbij de lucht in meerdere trappen wordt gecomprimeerd, wordt de lucht vaak na iedere trap gekoeld. Hierdoor neemt het rendement van de compressor flink toe. Zoals gezegd, neemt het volume bij hogere temperaturen toe waardoor er meer energie nodig is om de lucht te comprimeren tot de gewenste druk. Watergekoelde tweetraps compressor Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

29 Productie van perslucht
Koeling van compressoren Door het comprimeren van lucht ontstaat er warmte, tussen de 80 en 93% van de energie wordt omgezet in warmte. Hierdoor kunnen onderdelen van de installatie beschadigd raken. Bovendien zijn er een groot aantal compressoren waarbij de lucht in contact komt met olie. Hierdoor kan er bij hoge temperaturen een brandbaar en zelfs explosief gasmengsel ontstaan. Het is dus noodzakelijk dat de lucht gekoeld wordt. brandgevaarlijk explosiegevaarlijk Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

30 Productie van perslucht
Koeling van compressoren Luchtkoeling d.m.v. koelribben Waterkoeling, tussenkoeling na iedere trap Oliekoeling van mechanische delen in de compressor Luchtkoeling d.m.v. koelribben Watergekoelde unit Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

31 Productie van perslucht
Koeling van compressoren Oliegekoelde schroefcompressor Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

32 Productie van perslucht
Symbolen Compressor Persluchtaansluiting Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

33 Productie van perslucht
Antwoorden opgaven hst. 20 Maak uit het opgavenboek Pneumatiek en hydrauliek: Hoofdstuk 20 Productie van perslucht blz. 45 en 46. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

34 Productie van perslucht
Antwoorden opgaven hst. 20 Productie van perslucht Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

35 Productie van perslucht
Antwoorden Hst. 20 Productie van perslucht Vraag 1 De uitgangsdruk van een compressor is hoger dan de perslucht die nodig is. Antwoord: waar / niet waar Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

36 Productie van perslucht
Vraag 2 De druk van de perslucht wordt uitgedrukt in kPa. Antwoord: waar / niet waar Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

37 Productie van perslucht
Vraag 3 De opbrengst van een compressor wordt uitgedrukt in kubieke meters per uur. Antwoord: waar / niet waar Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

38 Productie van perslucht
Vraag 4 Veel pneumatische apparaten werken met een overdruk van 6 bar. Antwoord: waar / niet waar Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

39 Productie van perslucht
Vraag 5 A B Welke klep is de persklep? Antwoord: Klep B Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

40 Productie van perslucht
Vraag 6 A B Hoe wordt de zuigklep geopend? Antwoord: Als de zuiger naar beneden beweegt, dan ontstaat in de cilinder onderdruk. De zuigklep A gaat daardoor open, en de omgevingslucht wordt nu in de cilinderruimte gezogen. Deze neerwaartse beweging van de zuiger wordt daarom aanzuigslag genoemd. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

41 Productie van perslucht
Vraag 7 Wat is een voordeel van tussenkoeling? Antwoord: Bij tweetrapscompressoren wordt tussenkoeling toegepast. Dit wil zeggen dat de lucht tussen de twee compressietrappen wordt gekoeld. Het rendement van de compressor wordt hierdoor vergroot. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

42 Productie van perslucht
Vraag 7 Wat is een voordeel van tussenkoeling? Antwoord: Bij tweetrapscompressoren wordt tussenkoeling toegepast. Dit wil zeggen dat de lucht tussen de twee compressietrappen wordt gekoeld. Het rendement van de compressor wordt hierdoor vergroot. Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

43 Productie van perslucht
Vraag 8 Wat kan er gebeuren als je een ééntraps luchtcompressor zeer slecht koelt? Antwoord: A het rendement neemt toe, maar de compressor kan vastlopen B de compressor loopt vast C het rendement neemt af en de compressor kan vastlopen. D het rendement neemt toe, maar de compressor slijt veel sneller Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

44 Productie van perslucht
Vraag 9 Wat is de maximale persluchtdruk van een tweetraps zuigercompressor? Antwoord: A bar B Pa C Pa D kPa = Pa Hoeveel bar is dit? 15 bar Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

45 Productie van perslucht
Vraag 10 Waar wordt een membraancompressor veel toegepast en waarom? Antwoord: A in de chemische industrie, olievrije perslucht B in de farmaceutische industrie, hoog rendement C in de chemische industrie, hoog rendement D in de farmaceutische industrie, olievrije perslucht Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

46 Productie van perslucht
Vraag 11 Welke compressor is klein en geluidsarm? Antwoord: A de membraancompressor B de roterende compressor C de schroefcompressor D de turbocompressor Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

47 Productie van perslucht
Vraag 12 Welke luchtcompressor heeft een zeer hoge opbrengst? Antwoord: A de tweetraps zuigercompressor B de axiale turbocompressor C de radiale turbocompressor D de schroefcompressor Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3

48 Productie van perslucht
Vraag 13 Een enkelwerkende cilinder heeft een zuigeroppervlak van 157 cm2 . Welke kracht kan deze cilinder leveren als de persluchtdruk 600kPa is? Antwoord: F = p x A = Pa x 0,0157 m2 = 9420 N A 942 N B N C kN D N Module 6 Basis pneumatiek Mechatronica N3