هیدرولیک یا پنوماتیک؛ کدام بهتر است؟

هر نوع اتوماسیون مدرن یا تولیدی احتمالاً یک یا هر سه نوع مختلف نیرو را در خود جای می دهد: الکتریکی، هیدرولیک یا پنوماتیک. محرک‌ها و دستگاه‌های بالابر می‌توانند با استفاده از یک سیستم پیچ الکتریکی باشند، ولی احتمال اینکه شما از نوعی نیروی سیال برای این کار استفاده کنید بسیار بیشتر است. این بدان معناست که شما بین هیدرولیک و پنوماتیک یک انتخاب دارید.

نیروی پنوماتیک از هوا یا گازهای تحت فشار تأمین می‌شود. نیروی هیدرولیک از مایعات تحت فشار مانند روغن یا آب تامین می‌شود. در انتخاب این دو نیرو، مقرون به صرفه بودن، توان مورد نیاز، در دسترس بودن منابع و فضا، عواملی هستند که تاثیر گذار هستند. به عنوان مثال، بلند کردن مواد سنگین، فضای زیادی را اشغال می کند و نیروی بسیار بیشتری نسبت به تجهیزات پردازش مواد غذایی نیاز دارد. در این استفاده، هیدرولیک گزینه مناسبی است.

در ادامه نیروی هیدرولیک و پنوماتیک را در موضوعات مختلف مقایسه می‌کنیم.

قدرت

اگر قدرت از اولویت‌های شماست هیدرولیک بهترین انتخاب برای شما است. زیرا سیال مورد استفاده در سیستم هیدرولیک چگالی بالایی دارد و تا حد زیادی تراکم ناپذیر است. به زبان ساده، هیدرولیک می‌تواند سطح بالاتری از فشار را ایجاد کند و فشار ایجاد شده را برای برنامه از پیش تایین شده استفاده کند. اتوماسیون‌های صنعتی هیدرولیکی کوچک و متوسط ممکن است فشاری بین 1000 تا 5000 PSI داشته باشند و برخی استفاده‌های سنگین‌تر مانند جرثقیل‌ها و تجهیزات حفاری ممکن است 10000 PSI یا بیشتر، فشار ایجاد کنند.

سیالات مورد استفاده در سیستم پنوماتیک چگالی کم ‌تری دارند و به راحتی متراکم می‌شوند. در برخی شرایط، گاز یا هوا را می توان تا چند صد psi فشرده کرد، اما بیشتر کاربردهای مکانیکی بر اساس فشار عملیاتی 80-100 psi است. این بدان معناست که سیستم‌های پنوماتیکی نیروی کم‌تری نسبت به سیستم‌های هیدرولیکی ایجاد می‌کنند به همین علت برای جابجایی یا بلند کردن بارهای سنگین مناسب نیستند. همچنین افت فشار یا نوسانات غیرمنتظره می‌تواند باعث تند شدن یا ناپایدار شدن عملیات در سیستم‌های پنوماتیک شود.

بهداشت

در زمینه بهداشت، سیستم‌های پنوماتیک بر سیستم‌های هیدرولیک در اولویت هستند. زیرا تنها موردی که می‌تواند این سیستم نشت کند هوا است.در داخل سیستم، هوای فشرده از روغن، آب، غبار و هر گونه آلودگی دیگر توسط واحد مراقبت پاک می شود. سیستم‌های پنوماتیک عموماً مورد علاقه شرکت‌های دارای مسئولیت اجتماعی(مانند محافظت از محیط زیست) است.

همچنین اگر قصد استفاده از تجهیزات را در محیط استریل، آزمایشگاه داروسازی یا در صنعت غذا و نوشیدنی دارید، احتمالاً پنوماتیک را انتخاب خواهید کرد. در این محیط ها، مطلقاً نباید خطر آلودگی وجود داشته باشد، بنابراین سیستم های هیدرولیک معمولاً در این محیط استفاده نمی‌شوند زیرا ممکن است مستعد نشت باشند.

نوع سیال(آب یا روغن) تفاوت ایجاد نمی‌کند، هر نوع سیال ممکن است از طریق آب بندی معیوب، سوپاپ ها یا شیلنگ های فرسوده به بیرون نشت کند. این امر علی رغم هرگونه حفاظتی است که اعمال می‌کنید. وجود مایعات نیز ممکن است باعث خوردگی قطعات شود و خطر بیشتری برای وارد کردن آلاینده‌ها وجود دارد. مخازن ذخیره سازی نیز برای سیالات مورد نیاز است و باقیمانده ها باید در پایان فرآیند عملیاتی دفع شوند.

سرعت

سرعت یکی از بزرگترین مزیت‌های سیستم پنوماتیکی است. هوای فشرده دارای سرعت جریان بالایی است که باعث آزاد شدن سریع انرژی و حرکت با سرعت بالا محرک ها می شود. محرک های پنوماتیکی می توانند به سرعت چرخه بالا و افزایش چرخه کاری دست یابند که بهره وری بیشتری را ارائه می دهد. مزیت حرکت سریع سیلندر با در دسترس بودن تجهیزات در اندازه های بسیار کوچک بیشتر می شود که برای استفاده در برنامه هایی که کوچک سازی اولویت است ایده آل است.

هوا چگالی بسیار کمتری نسبت به سایر سیالات دارد و می‌تواند بسیار سریع‌تر و راحت‌تر از طریق لوله‌ها جریان یابد. مزیت دیگر سیستم پنوماتیک این است که سوپاپ ها و سیلندرها می توانند به سرعت حالت خود را تغییر دهند یا با تخلیه هوای فشرده خود تغییر جهت دهند. این سیال را می توان مستقیماً در محیط تخلیه کرد و نیازی به دفع اصولی ندارد.

آب و روغن هیدرولیک مقاومت بسیار بیشتری نسبت به هوا دارند و ویسکوزیته روغن آن را بسیار کند می کند. اگرچه در نهایت درجه بیشتری از نیرو ایجاد می‌کند و فشار ثابتی را حفظ می‌کند، اما سرعت آن مانند حرکت هوا نیست و ممکن است مدت بیشتری طول بکشد تا سیستم شما کار کند. در صورت نشتی یا اضطراری، سیال هیدرولیک ممکن است به سرعت به محیط تخلیه نشود، اما باید دوباره به مخزن خود بازگردانده شود.

انرژی

در مقایسه هیدرولیک و پنوماتیک از نظر مصرف انرژی، فاکتورهای مختلفی وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. معمولاً برای به حرکت درآوردن هر دو سیستم به یک ورودی برق نیاز داریم و یک سیستم پنوماتیکی برای  کار مداوم به یک کمپرسور برای تأمین هوای فشرده نیاز دارد. سیال قابل بازیافت نیست و نیاز به دوباره پر کردن مداوم دارد، بنابراین مصرف انرژی از این نظر ممکن است بالا باشد. هر گونه نشت هوا نیز باعث هدر رفتن انرژی در سیستم می شود.

شما همچنین باید این واقعیت را در نظر بگیرید که سیستم‌های پنوماتیکی انرژی خود را از طریق گرمای تولید شده توسط فرآیند فشرده‌سازی از دست می‌دهند – هرچند اقدامات متعددی وجود دارد که می‌توان برای کاهش مصرف انرژی سیستم شما انجام داد. خوشبختانه، هوا هنوز رایگان است، بنابراین نیازی به صرف انرژی برای تهیه، پر کردن یا دفع مواد زائد نیست.

سیالات هیدرولیک می توانند پس از راه اندازی اولیه بارها و بارها از همان روغن یا آب استفاده کنند. به شرطی که سیستم فیلتراسیون خوبی داشته باشید و آن را به درستی نگهداری کنید، یک سیستم هیدرولیک می تواند در دراز مدت بسیار کارآمد باشد. با این حال، هنوز هم به طور کلی برای به حرکت درآوردن پمپ به نیروی الکتریکی نیاز است و بیشتر انرژی مصرف شده توسط پمپ هدر می رود. این به این دلیل است که محیط سیال برای حفظ فشار سیستم در گردش ثابت است، حتی اگر تنها دوره های کوتاهی از فعال سازی برای هدایت برنامه مورد نیاز باشد. هرچه محیط سیال چسبناک تر باشد، انرژی بیشتری نیز برای حرکت آن مورد نیاز خواهد بود. با این حال، با پیشرفت‌های تکنولوژیکی که شامل انواع مختلف پمپ‌ها و پتانسیل درایوهای تعدیل‌کننده است، پیشرفت‌های قابل‌توجهی به دست می‌آید.

ایمنی

با توجه به مقایسه هیدرولیک و پنوماتیک در محیط های صنعتی، پنوماتیک بدون شک گزینه ایمن‌تری است. نشت هوا باعث آلودگی نمی شود، زیرا هوا سمی یا خورنده نیست، اگرچه سایر گازهای مورد استفاده در تجهیزات ممکن است خطرناک باشند. هوای فشرده به طور کلی خطر آتش سوزی ندارد و منفجر نمی شود، اما خروج اجباری هوا از طریق خرابی مکانیکی ممکن است باعث آسیب فیزیکی شود.

از سوی دیگر، مایعات هیدرولیک همیشه در معرض خطر نشت بالقوه هستند. حتی آب نیز می تواند با رسیدن به نقطه جوش باعث آسیب سیستم شود. سایر مواد سیال مانند روغن، اتیلن گلیکول، پلاسما و مواد مصنوعی مایع ممکن است خورنده یا سمی باشند.

محیط سیال ممکن است قابل احتراق باشد و نیاز به اقدامات احتیاطی اضافی داشته باشد، مثلا روغن یا مایعات استفاده شده باید در نهایت تخلیه و به درستی دفع شوند. به طور کلی، سیستم های هیدرولیک قطعات مکانیکی کمتری را در خود جای می دهند، اما ممکن است در معرض خوردگی و خرابی قطعات بالقوه قرار گیرند.

پیچیدگی

سیستم های هیدرولیک معمولاً قطعات متحرک کمتری دارند و ممکن است به راحتی با دکمه های فشاری و اهرم های ساده کنترل شوند. از سوی دیگر، هیدرولیک به مهندسی پیچیده ای متکی است که به سیستمی از شیرها و شیلنگ ها و همچنین پمپی که توسط یک منبع انرژی خارجی و یک مخزن برای ذخیره سازی محیط مایع تغذیه می شود، نیاز دارد. امکان نصب یک نیروگاه متمرکز در یک کارخانه تولیدی به منظور کنترل چندین کاربرد مختلف هیدرولیک وجود دارد. فناوری جدیدتر سیستم های بسیار بهتری را برای مدیریت سرعت، فشار و قدرت معرفی می کند.

سیستم‌های پنوماتیک نیز معمولاً بسیار ساده هستند و با فشار بسیار پایین‌تری کار می‌کنند، بنابراین اجزای سازنده آن‌ها ممکن است از مواد ارزان‌تر و پیچیده‌تر ساخته شوند. از آنجایی که محیط سیال خورنده یا قابل احتراق نیست، لازم نیست اقدامات احتیاطی در برابر این خطرات ایمنی ایجاد شود. پیشرفت‌های فن‌آوری، تنوع استفاده از سیستم‌های پنوماتیک را افزایش داده است، با کوچک‌سازی و مواد جدید که به کاهش وزن و همچنین کاهش حجم کمک می‌کنند.

نگهداری

نگهداری سیستم‌های پنوماتیک نسبت به هیدرولیک به دلیل تمیز بودن فرایند راحت‌تر است؛ دلیل این راحتی استفاده از هوا به عنوان سیال است. یک برنامه منظم بازرسی و تعمیر و نگهداری پیشگیرانه معمولاً تنها چیزی است که برای کارکردن یک سیستم پنوماتیکی لازم است، به عنوان مثال. چک کردن مهر و موم و اطمینان از عدم نشتی هوا. هوا نیاز به پاکسازی از آلاینده ها دارد و یکی از مهم ترین مراحل نگهداری، تمیز کردن و تعویض منظم واحد مراقبت پنوماتیک است.

در سیستم های هیدرولیک، مسئله اصلی خورده شدن قطعات است. مگر اینکه بتوانید لوله های ساخته شده از مواد غیر خورنده مانند فولاد گالوانیزه را نصب کنید، همچنین نیاز به نظارت منظم برای ارزیابی نحوه تأثیر لوله ها توسط محیط سیال وجود دارد. آب ممکن است باعث اکسیداسیون شود و روغن ها یا سایر مواد ممکن است رسوباتی بر جای بگذارند که باعث خوردگی می شوند. بررسی ها و تعویض های منظم برای اجزای حیاتی مانند مهر و موم، شیلنگ و شیرها لازم است.

کدام یک بهتر است؟

انعطاف‌پذیری جریان هوا و دقت آن در استفاده، پنوماتیک را به یک انتخاب واضح برای کاربردهایی مانند پزشکی، مته‌های دندانپزشکی و روباتیک در مقیاس کوچک تبدیل می‌کند. پنوماتیک ها به بهترین وجه در محیط های تخصصی استفاده می شوند که در آن رعایت بهداشت یا روش های محیط زیستی اهمیت زیادی دارد، اما عموماً برای انجام وظایف بلند کردن در مقیاس بزرگ یا سنگین بی‌استفاده هستند. هیدرولیک برای چنین کاربردهایی با نیروی بالا ایده آل است و اغلب در محیط های ساختمانی یا معدن یافت می شود. آنها با وجود هر گونه تغییر در سرعت و گشتاور، نیروی ثابتی را ارائه می دهند و استحکام موقعیتی را حفظ می کنند. در پایان، در حالی که پیشرفت‌های فن‌آوری همچنان به بهبود بهره‌وری انرژی و عملکرد در هر دو سیستم ادامه می‌دهد، سؤال مقایسه هیدرولیک و پنوماتیک در نهایت به این جواب خلاصه می‌شود. قصد فعالیت در چه زمینه‌ای را دارید؟