Tecniche di movimentazione e presa col vuoto pneumatico

Alcuni esempi della presa con il vuoto, realizzata con la pneumatica, testimoniano la flessibilità e la vitalità del settore e l’attitudine di questa tecnologia nell’offrire risposte finalizzate a esigenze particolari, in una prospettiva di mercato sempre più caratterizzata dalla necessità di proporre in tempo reale prodotti e servizi specifici.

La pneumatica è una tecnologia basata su particolari fenomeni fisici e meccanici legati all’uso dei gas e definisce il trasferimento di forze che si manifestano quando si ha una differenza di pressione. In contesti differenti da quelli della ricerca e studi universitari, la parola “pneumatica” è sinonimo di aria compressa o in pressione, generata da compressori e accumulata in specifici serbatoi. Questa aria in pressione, sovente, viene utilizzata per produrre il vuoto pneumatico, che corrisponde a quel particolare stato fisico in cui un gas presenta una pressione inferiore a quella atmosferica, tale principio fisico viene utilizzato negli organi di presa dei manipolatori o cobot, sia per il bloccaggio di oggetti, sia per la loro movimentazione, rivelandosi un efficace ausilio per le successive fasi di lavorazione. I sistemi di presa realizzati grazie al vuoto risultano, in generale, più flessibili rispetto alle unità di presa ad azionamento pneumatico. Il termine “vuoto” è associato a quella particolare situazione fisica che si verifica in un ambiente ove la pressione gassosa è più piccola di quella atmosferica; a seconda dei valori che la pressione assume, sia di poco o di molto inferiore a quella atmosferica, i fenomeni che ne scaturiscono possono risultare assai differenti.

Misura e generazione del vuoto

Nel Sistema Internazionale di unità di misura (abbreviato con l’acronimo SI), la pressione è misurata in Pascal (Pa) e rappresenta la pressione esercitata dalla forza di 1 Newton
su 1 m2 di superficie (1 Pa = 1 N/ m2) (ma spesso nell’ambito delle misure di pressione, si utilizzano altre unità di misura, nda). Nella ricerca scientifica è molte volte necessario raggiungere valori di vuoto molto elevati, con pressioni assolute nell’ordine di 10-10 Pa, come, ad esempio, in particolari elementi di macchine acceleratici di particelle; di converso, per le applicazioni come quelle descritte in questo articolo, i valori di vuoto presi in esame sono meno spinti, in quanto riguardanti nello specifico la presa e la movimentazione dei carichi, per questo si parla spesso di “vuoto grossolano”, con valori di pressione assoluta variabili da 1 mbar fino alla pressione ambiente. In età contemporanea, lo sviluppo delle scienze fisiche portò alla definizione rigorosa delle leggi dei gas, che rappresentarono uno sviluppo fondamentale delle scienze fisiche, e determinarono la necessità di apparecchiature per la produzione e la misura del vuoto con la conseguente forte spinta alla ricerca scientifica e alla realizzazione tecnica. Nella seconda metà dell’Ottocento, a cavallo tra la fine della Rivoluzione Industriale e l’inizio della “Belle Époque”, la ricerca scientifica e le loro applicazioni hanno permesso di raggiungere livelli notevoli riguardo lo studio del vuoto, fra tutti l’introduzione di nuovi tipi di pompe permise di ottenere gradi di vuoto più spinti e di studiare i fenomeni di ionizzazione dei gas in condizioni di estrema rarefazione. Negli stessi anni fu enunciata la teoria cinetica dei gas e nei primi anni del XX secolo vennero sviluppati vacuometri che consentirono di misurare pressioni con valori significativi per la ricerca scientifica. Dopo la metà del XX secolo nuovi vacuometri a ionizzazione furono in grado di misurare vuoti estremi, anche spinti fino a 10- 12 N/m2. Nella quasi totalità dei processi industriali, la pressione relativa viene misurata attraverso strumenti denominati mano- metri (Figura 2), e il tipo più utilizzato è quello di Bourdon, il cui principio di funzionamento, schematizzato in Figura 3, si basa sull’omonimo effetto: una deformazione elastica di una molla metallica tubolare, a sezione lenticolare, ripiegata con una forma semicircolare e soggetta internamente alla pressione esercitata dal fluido in esame. Una delle due estremità della molla Bourdon è vincolata solidalmente al corpo dello strumento, l’altra, invece, è lasciata libera ed è collegata, con una trasmissione, solitamente rappresentata da una bielletta e da un accoppiamento di ruote dentate, all’indice del vuotometro-manometro. Per la misura di pressioni inferiori alla pressione atmosferica si utilizzano i vacuometri o vuotometri; costruttivamente sono similari agli strumenti di tipo Bourdon sopra descritti e presentano una scala graduata in decimi di bar, in cm di mercurio o mm di acqua, a seconda dell’applicazione a cui sono destinati.

 

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