Si el cabal ens diu “quant” aire es mou, la pressió ens diu “amb quina força” ho fa. En pneumàtica, la pressió és un dels conceptes més fonamentals i, sovint, el més fàcil de malinterpretar si no es comprèn bé.

Imagina que tens una pilota de platja desunflada. Si li fiques aire, es va posant dura. Eixa “duresa” és la pressió. Tècnicament, la pressió es definix com la força que s’exercix perpendicularment sobre una superfície, dividida per l’àrea d’eixa superfície. Dit d’una altra manera, és el resultat de la força amb la qual les partícules d’aire xoquen contra les parets d’un recipient o contra una superfície, dividida per la grandària d’eixa superfície. Quantes més partícules xoquen, o més forta ho facen, major serà la pressió.

En un sistema pneumàtic, el compressor s’encarrega «d’estrènyer» l’aire, forçant a les seues molècules a ocupar un volum més xicotet. aquesta compressió augmenta la densitat de l’aire i, amb ella, la freqüència i la intensitat dels xocs de les molècules contra les parets del sistema. Eixa és l’energia potencial que tenim emmagatzemada i llista per a ser utilitzada. La pressió és el que permet que un cilindre espente una càrrega pesada, que una ferramenta pneumàtica tinga la suficient “pegada” o que l’aire es desplace a través de canonades llargues.

Entendre la pressió és crucial. Massa pressió pot danyar els components o generar moviments incontrolats. Massa poca, i el sistema simplement no tindrà la força necessària per a operar. És l’equilibri perfecte el que ens permet aprofitar al màxim la potència de l’aire comprimit.

Unitats de pressió

Igual que el cabal, la pressió es mesura en diverses unitats, cada una amb el seu context d’ús. Ací et presente les més comunes i la seua relació:

• Pascal (pa): és la unitat de pressió del sistema internacional d’unitats (si). Es definix com un newton per metre quadrat (n/m²). Un pascal és una unitat de pressió molt xicoteta per a la majoria de les aplicacions pneumàtiques, per la qual cosa sovint s’utilitzen els seus múltiples:
  • Kilopascal (kpa): 1 kpa = 1.000 pa
  • Megapascal (mpa): 1 mpa = 1.000.000 pa = 1.000 kpa. Un mpa ja representa una pressió considerable, comuna en sistemes hidràulics, però també es veu en pneumàtica per a pressions d’alta potència.
• Bar (bar): aquesta és, potser, la unitat de pressió més estesa i preferida en la indústria pneumàtica europea. Un bar és molt pròxim a la pressió atmosfèrica a nivell de la mar i és equivalent a 100.000 pa (100 kpa). La seua popularitat radica en la seua comoditat, ja que les pressions de treball típiques en pneumàtica solen estar entre 4 i 10 bar.

1 bar = 100 kpa = 0.1 mpa

• Lliures per polzada quadrada (psi - pounds per square inch): és la unitat de pressió més utilitzada als països que empren el sistema d’unitats anglosaxó, com a estats units. Es definix com una lliura-força exercida sobre una àrea d’una polzada quadrada. Les pressions de treball comuns en pneumàtica en estos països es mesuren en psi.

1 bar ≈ 14.5 psi (per a ser més exactes, 1 bar = 14.50377 psi)

1 psi ≈ 0.0689 bar

• Atmosfera (atm): aquesta unitat es basa en la pressió atmosfèrica faig una mitjana de nivell de la mar. És menys comú en pneumàtica industrial, però s’utilitza a vegades en contextos més acadèmics o meteorològics. 1 atm ≈ 1.01325 bar ≈ 101325 pa ≈ 14.696 psi

És crucial entendre que la majoria dels manòmetres i especificacions en pneumàtica es referixen a la pressió manomètrica, que és la pressió per damunt de la pressió atmosfèrica. La pressió absoluta és la pressió total, que inclou la pressió atmosfèrica més la pressió manomètrica. Quan s’especifica un sistema, és important saber si s’està parlant de pressió manomètrica (relativa a l’ambient) o absoluta (relativa al buit perfecte).

Elements de mesura de pressió

Per a saber quanta força tenim disponible en el nostre sistema, necessitem mesurar la pressió. Els instruments utilitzats per a això es diuen manòmetres. Ací et presente els més comuns:

• Manòmetres de bourdon: són els més estesos i recognoscibles. Funcionen amb un tub metàl·lic corbat (el tub de bourdon) que es redreça lleugerament quan la pressió de l’aire augmenta en el seu interior. Este moviment es transmet mecànicament a una agulla que indica la pressió en una escala graduada. Són robustos, relativament econòmics i no requerixen alimentació elèctrica, la qual cosa els fa ideals per a la majoria de les aplicacions industrials.

• Manòmetres de diafragma: utilitzen una membrana flexible (diafragma) que es deforma amb la pressió. Aquesta deformació es transmet també a una agulla o a un sensor electrònic. Són útils per a mesurar pressions baixes o per a fluids amb partícules, ja que el diafragma no s’obstruïx fàcilment.

• Transductors de pressió (sensors de pressió electrònics): estos dispositius convertixen la pressió en un senyal elèctric (voltatge o corrent) que pot ser llegida per un sistema de control (com un plc, un “cervell” electrònic industrial). Utilitzen principis com els piezorresistius (canvi de resistència elèctrica amb la deformació) o capacitius (canvi de capacitància amb la deformació). Oferixen alta precisió, la possibilitat d’enviar la lectura a distància i són essencials per a sistemes automatitzats on la pressió es monitora i controlaconstantly.

• Vacuòmetres: són manòmetres especials que mesuren pressions per davall de la pressió atmosfèrica, és a dir, el buit. El seu funcionament és similar al dels manòmetres de bourdon o de diafragma, però la seua escala està dissenyada per a indicar pressions negatives o molt baixes. Són crucials en aplicacions on es requerix succió, com en els sistemes de manipulació per buit.

L’elecció del manòmetre adequat dependrà del rang de pressió a mesurar, la precisió requerida, el tipus de senyal desitjat (analògica o digital) i l’entorn de treball.

Força d’empenyiment d’un cilindre

Ara que entenem què és la pressió, podem aplicar-ho a l’element més comú que fa treball en pneumàtica: el cilindre pneumàtic. Un cilindre és bàsicament un tub amb un pistó en el seu interior que es mou linealment. La màgia ocorre quan apliquem aire comprimit.

Imagina el pistó dins del cilindre com un disc. Quan introduïm aire comprimit d’una banda del pistó, eixe aire exercix pressió sobre tota la superfície d’este pistó. recordes que la pressió és força per àrea? Doncs bé, si coneixem la pressió de l’aire i l’àrea de la superfície del pistó, podem calcular la força d’empenyiment que el cilindre pot generar.

La fórmula és molt senzilla:

Força(f)=pressió(p)×àrea(a)

• Força (f): és la força que el cilindre pot exercir per a espentar o tirar d’una càrrega. Es mesura en newtons (N) o lliures-força (lbf).
• Pressió (p): és la pressió de l’aire comprimit que actua sobre el pistó. Es mesura en pascals (pa), bars (bar) o psi.
• Àrea (a): és l’àrea efectiva de la superfície del pistó sobre la qual actua la pressió. Es mesura en metres quadrats (m²) o polzades quadrades (in²). És important usar l’àrea de l’émbol (la part redona del pistó) per a calcular la força d’avanç, i l’àrea de l’émbol menys l’àrea del plançó per a la força de retrocés, ja que el plançó ocupa part de la superfície.

Exemple:

Imagina un cilindre amb un pistó que té un diàmetre de 5 centímetres. Volem calcular la força que pot exercir amb una pressió d’aire de 6 bar.

1. Calcular el radi del pistó: si el diàmetre és 5 cm, el radi (r) és 2.5 cm.
2. Convertir el radi a metres: 2.5 cm = 0.025 metres.
3. Calcular l’àrea del pistó (àrea d’un cercle = π×r²): àrea = π×(0.025 m)² ≈ 0.00196 m²
4. Convertir la pressió a pascals (per a usar unitats si): 6 bar = 6×100.000 pa = 600.000 pa
5. Calcular la força: força =600.000 pa×0.00196 m²≈1176 N

Això significa que el nostre cilindre pot exercir una força d’aproximadament 1176 newtons, la qual cosa equival a alçar una massa d’uns 120 quilograms! (recordant que força=massa×gravetat, i la gravetat és aprox. 9.8 m/s²).

Este simple càlcul és fonamental per a seleccionar el cilindre adequat per a una aplicació, assegurant-nos que tinga la “potència” necessària per a moure la càrrega desitjada.