VZDUCH

Vzduch je život

Vzduch nám nejenom slouží k naší základní potřebě dýchat, ale je to nejčastěji používané médium v pneumatice. Ve výjimečných případech je možno se setkat s použitím jiného plynu. Jsou to ovšem velice výjimečné případy a řekl bych, že prakticky se s nimi zřejmě nesetkáme.

Podívejme se raději trochu podrobněji na vzduch. Je to plyn, který nás všechny obklopuje a je tedy nejlevnější a nejdostupnější plyn, který můžeme použít v pneumatických systémech. Vzduchu, který nás obklopuje, říkáme atmosféra. Tato atmosféra má své složení a tím se dá o ní hovořit jako o hmotě. Pak tedy má svoji váhu a vzhledem k zemské přitažlivosti je tato “hmota“, tedy atmosféra, přitahována gravitací. Se vzrůstající výškou nad zemským povrchem klesá zemská přitažlivost a tím je atmosférický tlak nižší. Pro příklad si uveďme, jaké jsou průměrné hodnoty atmosférického tlaku v různých nadmořských výškách:

Výška (m) Tlak (MPa)

0 - 0,1013 1000 - 0,0899

100 - 0,1001 2000 - 0,0795

200 - 0,0989 3000 - 0,0701

300 - 0,0978 4000 - 0,0616

400 - 0,0966 5000 - 0,0540

500 - 0,0955 8000 - 0,0356

Uvedené hodnoty jsou průměrné a nemusí přesně odpovídat skutečnostem. Na atmosférický tlak mají vliv i jiné faktory jako například teplota, počasí a jiné.

Pro zajímavost si uveďme základní složení vzduchu:

Dusík N 78,0000% Helium He 0,00050%

Kyslík O 21,0000% Krypton Kr 0,00010%

Argon Ar 0,9330% Vodík H 0,000050%

Oxid uhličitý Co2 0,0300% Xenon Xe 0,000008%

Fyzikální vlastnosti plynů

Nebudeme se zabývat podrobně se všemi vlastnostmi plynů, ale přece jenom je nutné alespoň základní vlastnosti uvést. Základní vlastností je možnost plyn stlačovat a ten má následně snahu se zpětně rozpínat. Toto řeší Boyle-Marriotův zákon. Za předpokladu konstantní teploty pak platí vztah:

Další základní vlastností plynů, o které bych se rád zmínil vysvětluje Gay-Lussacův zákon. Ten se zabývá zákonitostmi měnící se teploty plynu při měnícím se objemu.

Tyto dva uvedené vzorce jsou zjednodušeny a pro základní výpočty jsou dostačující.

Jednotky tlaku

Obecně označujeme tlak malým písmenem p. Ať už používáme jakékoliv jednotky tlaku, mají všechny jednotky společný základní definující vztah. Tedy síla působící na plochu. Z tohoto vztahu vychází definice jakékoliv jednotky tlaku. Místo síly F je možno dosadit i váhové jednotky a na místo rozměrů nemusíme vždy používat metrické jednotky.

Základní jednotkou tlaku podle mezinárodní tabulky jednotek SI je pascal. Tuto jednotku značíme Pa. Její definice je dána uvedeným vztahem:

Vzhledem k tomu, že 1Pa je jednotka velice malá, spíše se setkáváme s jejími násobky, jako jsou kPa, MPa. Dále se setkáváme i s jinými jednotkami. Tak například se v dnešní době v technické praxi dosti vyskytuje jednotka bar a u nás se můžeme setkat se starší používanou jednotkou atmosféra označovaná jako atm. Ještě bych uvedl poslední jednotku, se kterou je možno se ojediněle setkat. Jedná se o anglickou jednotku psi. Podívejme se společně na jejich převody, které jsou nezbytné znát pro určování hodnot v zařízeních. Z tohoto důvodu je nutné základní převod jednotek ovládat. Nejde jenom o praxi, ale i v běžném životě mohou nastat situace, kdy se bez těchto znalostí neobejdeme. Podívejme se tedy na jednotlivé převody.

Poznámka:
Rozdíl mezi jednotkou bar a atm je minimální. V praxi se při odečítání hodnoty tlaku z manometru běžně používá 1bar = 1atm.

Měření tlaků

V předchozí kapitole jsme si definovali tlaky a zmínili se o měření. Podívejme se podrobněji na zařízení sloužící k měření tlaků.

Manometr u nás též známý pod názvem tlakoměr. Slouží nám k měření, nebo chceme-li ke znázornění hodnoty tlaku v daném systému, takzvaně v uzavřené nádobě. Pokud máme potřebu měřit podtlak, používáme podtlakový manometr. Manometr pracuje nejčastěji na principu pružné deformace trubkové pružiny, která se v závislosti na zavedeném tlaku narovnává, a systém ozubených koleček tento pohyb převádí na pohyb ručičky ukazatele. Naměřené hodnoty se pak odečítají na kruhové stupnici. Po odpojení měřeného tlaku se celý mechanizmus vrátí zpět do nulové výchylky.

V závislosti na provedení a zemi užití jsou i údaje na stupnici udávány v různých jednotkách.

U některých zařízení se můžeme setkat s tím, že hodnota tlaku nesmí klesnout nebo stoupnout přes stanovenou mez. V takovém případě máme na stupnici manometru červeně označené mezní hodnoty. Může se jednat například o maximální tlak v tlakové nádobě nebo mezní tlaky na kompresorové stanici, při které se kompresor spouští a vypíná.

Pro úplnost informace bych zmínil zařízení k měření tlaku zvané barometr. Toto zařízení pracuje na stejných principech jako manometr. Jen nám slouží k měření atmosférického tlaku. Pokud nám manometr na své stupnici ukazuje nulu, v měřeném zařízení je již atmosférický tlak. To znamená, že manometr měří pouze přetlak v uzavřené nádobě oproti atmosférickému tlaku.