Hydrauliska och pneumatiska system, av 18test, 18jaal, 18roha
Likheter & skillnader mellan hydrauliska och pneumatiska system:
Likheter:
Hydrauliska och pneumatiska system är båda system där man använder tryck i en behållare (cylindrar) för att sedan använda den lagrade energi för att utföra ett arbete t.ex höja upp en bil i luften eller skjuta spikar. Båda systemen använder sig av tryck för att utföra mekaniska rörelser.
Båda system används för att överföra energi. Hydrauliska och pneumatiska system har båda egenskapen att lagra och överföra energi. När pumparna i de båda system pumpar in mer av vätska/luft in i cylindrarna så ökar trycket i vätska/luft och den energin som finns överförs vidare.
Skillnader:
En skillnad är att pneumatiska system använder sig av gasers kompressibilitet och hydrauliska gör inte, utan använder sig av vätskors förmåga att överföra energi. I pneumatiska system använder man sig av gaser, gaser är ganska så kompressibla vilket betyder att under tryck kan de minska i volym, dvs gas kan ta upp mindre plats under tryck. Det är en anledning till att pneumatiska system kan utföra arbeten på grund av deras förmåga att få in tryck i själva systemet på grund av gasers egenskap att komprimeras. Hydrauliska system använder sig av vätskor, vätskor anses inkompressibla eftersom de kan knappast pressas ihop och eftersom vätskor inte pressas ihop använder man sig inte av denna funktion utan vätskornas förmåga att överföra energi i hydrauliska system. Eftersom vätska inte är kompressibel så kommer det hydrauliska systemet utföra sitt arbete direkt medan pneumatiska system tar tid för att reagera då den måste komprimeras för att sedan utföra arbete vilket tar tid så det blir lite förseningar i utförande av arbete. Vätskor överför tryck direkt.
En väldigt enkel skillnad är att hydrauliska system använder sig av vätskor i tryck inuti cylindrar medans pneumatiska system använder sig av gaser (oftast luft) i tryck. Den stora skillnaden är att hydrauliska system använder sig av vätskor och pneumatiska använder gas.
En annan stor skillnad i själva designen och funktion är att hydrauliska system använder sig av en behållare (reservoar) för att spara vätska i för att sedan tömma den vid behov. Pneumatiska system använder sig inte en behållare utan måste pumpa in luft utifrån för att sedan skjuta ut luften vid arbete t.ex när man använder en spikpistol då skjuts också luften ut när man skjuter spiken ut och då måste man pumpa in ny luft för att fortsätta arbetet. Hydrauliska system använder sig av samma vätska hela tiden tills man byter ut den, när man har gjort klart ett arbete överförs vätskan tillbaka i reservoaren för att sedan användas vid nästa arbete.
Andra stora skillnader designmässigt är deras skillnader i att skapa tryck. Pneumatiska system använder sig av en kompressor, som man hör på namnet betyder det att pneumatiska system förlitar sig på att kompressorn trycker in komprimerad luft in i cylindern för att skapa tryck. Kompressorn skapar tryck i pneumatiska system men det gör inte hydrauliska system. Hydrauliska system använder sig av en pump för att skapa tryck. Genom att pumpa hydrauliska vätska så kan man få tryck i vätskan, trycket används sedan för att röra på en kolv. Så kort sagt använder sig pneumatiska system en kompressor för att skapa tryck medans hydrauliska system använder sig av pumpar för att skapa tryck.
Förklara de viktigaste fysikaliska principerna bakom hydrauliska och pneumatiska system
Den viktigaste fysikaliska principen bakom hydrauliska system är Pascals princip. Pascals princip bygger på att man har en instängd vätska med till exempel två kolvar, om man har två kolvar med olika stor area och ett rör mellan kolvarna som får oljan att transporteras vid tryck av ena kolven, beroende på vilka av kolvarna man trycker på kommer andra kolven att tryckas upp olika mycket. Om man till exempel trycker på kolven med liten area, kommer kolven med stor area lyftas mindre eftersom att man måste distribuera kraften över en större area än vad man tryckte med.
Här ser vi att man trycker ner den kolven till vänster med kraften F(1) som har arean A(1). När man kommer att trycka ner den vänstra kolven så kommer man att lyfta upp den högra kolven med kraften F(2). Man kan också säga att trycket distribueras med en lika stor kraft i alla delar av en vätska.
I pneumatiska system används ventiler för att kontrollera gasens flöde, viktiga fysikaliska principer som man använder sig av inom pneumatiska system är två stycken formler:
Första formeln används för att räkna ut trycket som till exempel en kolv kommer att ha. Där F (som mäts i Newton) är lika med kraften man använder och A är arean på kolven man kommer att trycka på och då får man trycket (P) som brukar mätas i till exmepel N/m^2.
[math]\displaystyle{ P=\frac{F}{A} }[/math]
Den andra formeln används för att räkna ut arbetet det krävs för att flytta till exempel en kolv, där F är kraften man använder och där s är sträckan objektet kommer att röra sig. Man kan även räkna ut hur långt man kan flytta ett objekt med arbete delat på kraft (W/F) eller räkna ut hur mycket kraft (F) som krävs för att få fram ett viss arbete med en viss sträcka med hjälp av arbete delat på sträcka (W/s). Detta kallas för mekanikens gyllene regeln. Arbete mäts bland annad med Newtonmeter (Nm).
[math]\displaystyle{
W = F \cdot s
}[/math]
Tillämpningar för hydrauliska och pneumatiska system
Tillämpningar för Pneumatiska system
Tillämpningar för Pneumatiska system kan vara bl.a Vakuumpumpar, borrmaskiner, bil bromsar och kompressorer. Dessa objekt släpper ut ämnen Som t.e.x Sodastream eller brandsläckare. Allt det här tillsammans med komprimerade gaser som driver programmet för att skapa slutprodukten. Så hur använder borrmaskiner pneumatiska system? Jo det finns en hammare som drivs av tryckluft sprängningar. Luften tillförs borrmaskinen av en liten kompressor som drivs av en motor. Det fungerar som en mejsel och hammare, genom att stansa med biten och inte genom dess rotation. Kompressorn är normalt släp monterad och kan innehålla en elektrisk generator för strömförsörjning till ljus och elektriska verktyg.
Tillämpningar hydrauliska system
Tillämpningar hydrauliska system kan vara bl.a pressar, kranar,släpvagnar lastbilen som hissen att disponera lasten, och hissar. Hur använder hissar hydrauliska system? Jo dem jobbar med en elektrisk driven pump som knuffar pressad hydraulisk vätska (oftast olja) till ett lyftning system. Det finns en kolv i en cylinder vid hissens bas som skjuter upp och ner hissen.Vätskan byggs upp inuti cylindern och trycker upp en kolv placerad inuti och får hissen att höjas till motsvarande golv. Eftersom vätskan inte kan strömma tillbaka in i behållaren om kolven är stängd, kommer vätskan att stanna inne i cylindern och hålla hissen upp. När en signal skickas till kontrollsystemet så att hissen går ner, kommer kolven att öppna och låta vätskan flytta tillbaka till behållaren. Det här kommer göra hissens vikt stänger kolven.
Viktiga begrepp:
Komprimera:
Komprimera innebär att man ökar tryck i en gas genom att minska dess volym. Pneumatiska systemen fungerar genom att en kompressor komprimerar luft vilket sedan används för att utföra ett mekaniskt arbete t.ex skjuta en spikpistol. Komprimerad gas kan förvaras i en behållare och sedan användas vid behov och då omvandlas energin i gasen till rörelseenergi.
Pascals princip:
Pascals princip är en princip inom fluidsystem som säger att en tryckförändring vid någon punkt i en begränsad okomprimerbar vätska. Så överförs genom vätskan så att samma förändring sker överallt.
Tryck:
Tryck är kraft per areaenhet. Man mäter tryck i pascal (P) en pascal är 1 newton per kvadratmeter (1N/m^2). Tryck kan användas i hydraulisk och pneumatiska system för att skapa vridmoment och rörelse.
Area :
Area är en viktig del inom både hydrauliska och pneumatiska system. Arean på en kolv till exempel. Den används ofta i uträkningar som till exempel att räkna ut Trycket ett föremål utsätts för och då tar man kraften som används delat på arean som föremålet har.
Kraft:
Kraft är ett begrepp inom fysik som förklarar förändringar i rörelser. Kraft mäts i newton (N). En newton är den kraft som behövs för att sätta ett föremål med massan 1 kg i rörelsen i 1 m/s^2.
Mekanikens gyllene regel:
Mekanikens gyllene regel går ut på att kraften man använder under en sträcka är lika med arbete. Vilket också innebär att man kan använda samma arbete beroende på hur mycket kraft man vill använda. Om man vill sänka kraften så kommer att man behöva använda den kraften under en längre sträcka. Eller om man vill använda sig av en högre kraft så kommer det att krävas att man använder kraften i en mindre sträcka.
Ventil:
Ventil eller vanlig kallat kran, är en konstruktion som används för att reglera öppning arean av fluidsystem. Detta pga avgränsad punkt i exempelvis ett rörsystem kunna öppna helt, stänga helt eller reglera ett tryckfall och därmed flödet i den strömmande fluiden. Den också oftast använder vätska eller luft.
Backventil:
En Backventil är något som släpper fram gas eller vätska i ett rörsystem enbart i en riktning. Backventil i sin enklaste form består den av ett gummimembran placerat över ett hål eller ett trattformat rörstycke med en kula i.
Domkraft:
Domkraft är ett vektyg som man lyfter något. Den används bland annat till att lyfta upp bilar och en massa annat som är tungt. Fördelen med de är att man kan lyfta väldigt tunga saker för en låg kostnad. Man kan lyfta föremål som är Tontals tunga.
Kolv:
En kolv är en maskindel som finns i hydrauliska och pneumatiska system. En kolv rör sig i en fram och tillbaka rörelse i en cylinder. Genom denna rörelse förflyttas kolv upp och ner och då trycks den på hydraulisk vätska för att skapa tryck som gör att hydrauliska vätska pumpas vidare i systemet.
Cylinder:
En cylinder är där hydrauliskt tryck omvandlas till vridmoment. När hydrauliskt tryck omvandlas till vridmoment kan man utföra ett mekaniskt arbete t.ex när en grävskopa rör på sin arm. Cylindrar används i hydrauliska system för att skapa tryck som kan omvandlas till vridmoment. Cylindern är själva motorn för ett hydrauliskt system.
Energi:
Energi kan uppstå i olika former främst rörelse och temperatur eller ljus. I den här ämnet används främst energin i form av rörelse, dvs, rörelseenergi. Alltså att man använder sig av rörelseenergi för att göra ett visst arbete (W). Ett exempel av det är när man använder sig utav någon mekanisk pump eller liknande som som pumpar en kolv fram och bak som puttar upp till en plattform som en bil sitter på.
Pump:
En pump är ett verktyg som används i hydrauliska och pneumatiska system. En pumps syfte är att förflytta vätska eller gas. Pumpar används i hydrauliska och pneumatiska system framförallt i att förflytta gaser och vätska runt i systemen.
Källor:
https://www.aplusphysics.com/courses/honors/fluids/Pascal.html https://sv.wikipedia.org/wiki/Mekanikens_gyllene_regel https://sv.wikipedia.org/wiki/Tryck