هوای فشرده | compressed air چیست؟

هوای فشرده | compressed air، حجم هوا را کاهش و آن را تحت فشار قرار می دهد. ماده اصلی هوای فشرده همانطور که از قبل می دانید هوا است. هوا یک مخلوط گازی است. به این معنی که از گازهای زیادی تشکیل می شود. 

در درجه اول این ها نیتروژن (78٪) و اکسیژن (21٪) و حدود ۱ تا ۲ درصد بخار آب تشکیل می شود. هوا از مولکول های مختلف تشکیل می شود. بطوری که هر کدام دارای مقدار مشخصی انرژی جنبشی هستند. دمای هوا با میانگین انرژی جنبشی این مولکول ها نسبت مستقیم دارد. 

این بدان معناست که اگر میانگین انرژی جنبشی زیاد باشد (و مولکول های هوا سریعتر حرکت کنند) دمای هوا بالا و وقتی انرژی جنبشی کم باشد، دما پایین خواهد بود. 

فشرده سازی هوا باعث می شود:

مولکول ها با سرعت بیشتری حرکت کنند و این باعث افزایش دما می شود. این پدیده "گرمای فشرده سازی" می نامند. فشرده‌سازی هوا به معنای واقعی کلمه، برای وارد کردن هوا به فضای کوچک‌تر و در نتیجه نزدیک‌تر کردن مولکول‌ها به یکدیگر است. انرژی ای که هنگام انجام این کار آزاد می شود. برابر با انرژی مورد نیاز برای فشار دادن هوا به فضای کوچکتر است. به عبارت دیگر انرژی را برای استفاده در آینده ذخیره می کند.

به عنوان مثال یک بالون را در نظر بگیرید. با باد کردن یک بالون، هوا به حجم کمتری وارد می شود. انرژی موجود در هوای فشرده درون بالون برابر با انرژی لازم برای باد کردن آن است. وقتی بالون را باز می کنیم و هوا آزاد می‎‌شود. این انرژی را از بین می برد و باعث پرواز آن می شود. این نیز اصل اساسی کمپرسور جابجایی مثبت نیز است. هوای فشرده یک وسیله عالی برای ذخیره و انتقال انرژی است. 

در مقایسه با روش‌های دیگر برای ذخیره انرژی، مانند باتری و بخار، انعطاف‌پذیر، کاربردی تر و نسبتاً ایمن است. باتری ها حجیم هستند و عمر شارژ محدودی دارند. از طرف دیگر، بخار مقرون به صرفه و کاربر پسند نیست (بسیار داغ می شود). با این حال، هنگام مقایسه هوای فشرده با برق، در مقابل برق مقرون به صرفه تر است.

چگونه هوا فشرده می شود؟

کمپرسورهای هوا با فشار دادن هوا به داخل ظرف و تحت فشار قرار دادن آن عمل می کنند. سپس، هوا از سوراخی در مخزن که فشار بالایی دارد، عبور می کند. آن را مانند یک بالون باز در نظر بگیرید: هوای فشرده می تواند به عنوان انرژی در حین رها شدن استفاده شود. 

آن ها توسط موتوری کار می کنند که انرژی الکتریکی را به انرژی جنبشی تبدیل می کند. این شبیه به نحوه عملکرد یک موتور احتراقی است که از میل لنگ، پیستون، سوپاپ، سر و میله اتصال استفاده می کند. 

از این قسمت هست که می توان از هوای تحت فشار برای تامین انرژی ابزارهای مختلف استفاده کرد. برخی از گزینه های محبوب تر میخکوب، آچار ضربه ای، سنباده و رنگ پاش هستند. کمپرسورهای هوا انواع مختلفی دارند و هرکدام تخصص متفاوتی دارند. به طور کلی، تفاوت ها خیلی زیاد نیستند: همه این ها بسته به روشی است که کمپرسور، جابجایی هوا را کنترل می کند.

کمپرسورهای هوا چگونه کار می کنند؟

دو روش برای دستیابی به تراکم هوا وجود دارد و هر کدام چندین زیرمجموعه دارند. نتایج نسبتا مشابه هستند. اما فرآیندهای دستیابی به آن ها متفاوت است.

• جابجایی مثبت

• جابجایی پویا

جابجایی مثبت | Positive Displacement

کمپرسورهای هوا، با جابجایی مثبت، هوا را در محفظه ای که حجم آن برای فشرده سازی هوا، کاهش می یابد، وادار می کنند. 

جابجایی مثبت یک اصطلاح تعریفی، برای کمپرسورهای هوای مختلف است که از طریق جابجایی هوای مثبت قدرت را ایجاد می کند. اگرچه سیستم های داخلی در بین این ماشین های متفاوت است. ولی روش تامین برق یکسان است.

• پیچ دوار

کمپرسورهای اسکرو دوار دارای دو "پیچ" داخلی هستند. بطوری که در جهت مخالف می چرخند و هوا را بین آن ها به دام می اندازند و منسجم می کنند. این دو پیچ همچنین با چرخش به اطراف حرکت ثابتی ایجاد می کنند. این یک نوع متداول تریم و ساده ترین کمپرسور هوا است. موتورها معمولاً اندازه صنعتی دارند و برای استفاده مداوم عالی هستند.

• پره ای دوار

کمپرسورهای پره دوار مانند کمپرسورهای پیچی دوار هستند. اما به جای پیچ، پره ها روی روتور نصب می شوند و در داخل حفره می چرخند. هوا بین پره و محفظه آن منسجم می شود. سپس در یک درگاه خروجی دیگر به بیرون رانده می شود. استفاده از کمپرسورهای پره ای روتاری بسیار آسان است و آن ها را برای پروژه های خاص بسیار محبوب می کند.

پیستونی رفت و برگشتی | پویا

این نوع از کمپرسورها از پیستون هایی استفاده می کند. بطوری که توسط یک میل لنگ کنترل می شود تا گاز را در فشار بالا تحویل دهد. این ها معمولاً در کارگاه های کوچکتر یافت می شوند و برای استفاده مداوم طراحی نمی شوند.

• تک مرحله ای

در کمپرسورهای تک مرحله ای، هوا در یک طرف پیستون فشرده می شود. در حالی که طرف دیگر به عملکرد آن می پردازد: با حرکت پیستون به سمت پایین، هوا به داخل می کشد. هنگامی که به سمت بالا حرکت می کند، هوا فشرده خواهد شد. در مقایسه با کمپرسورهای دیگر نسبتاً مقرون به صرفه هستند و معمولاً به راحتی تهیه می شوند. آن ها را می توان تقریباً در هر مکانیک فروشی پیدا کرد.

• دو مرحله ای

کمپرسورهای دو مرحله ای دارای دو محفظه فشار در دو طرف پیستون هستند. کمپرسورهای دو کاره معمولاً توسط جریان مداوم آب از طریق موتور با آب خنک می شوند. این سیستم خنک کننده بهتری، نسبت به سایر کمپرسورها فراهم می کند. اما به دلیل هزینه بالایشان برای کارخانه ها و کارگاه ها، به نسبت پروژه های خصوصی بهتر هستند.

جایجایی داینامیک

کمپرسورهای جابجایی دینامیک از یک تیغه چرخشی که از موتور نیرو می گیرد. برای تولید جریان هوا استفاده می کنند. سپس هوا برای ایجاد فشار محدود می شود و انرژی جنبشی در کمپرسور ذخیره می شود. 

عمدتاً برای پروژه‌های بزرگ طراحی می شوند. مانند کارخانه‌های شیمیایی یا تولیدکنندگان فولاد، بنابراین بعید است. که بتوانید یکی از آن ها را در مکانیک محلی خود پیدا کنید. درست مانند کمپرسورهای جابجایی مثبت، دو نوع متمایز جابجایی دینامیکی وجود دارد.

• محوری | Axial Compressors

• گریز از مرکز | Centrifugal Compressors

• کمپرسورهای محوری

کمپرسورهای محوری از یک سری پره‌های توربین دار برای تولید هوا استفاده می‌کنند و آن را از ناحیه کوچکی عبور می‌دهند. اگرچه مشابه دیگر کمپرسورهای تیغه‌ای است. کمپرسورهای محوری با تیغه‌های ثابت کار می‌کنند. بطوری که جریان هوا را کند و فشار را افزایش می‌دهند. این نوع کمپرسورهای هوا چندان رایج نیستند و عملکرد محدودی دارند. آن ها عمدتاً در موتورهای هواپیما و در کارخانه های بزرگ جداسازی هوا استفاده می شوند.

• کمپرسورهای گریز از مرکز

کمپرسورهای سانتریفیوژ یا شعاعی، از طریق یک پروانه چرخان، هوا را به مرکز وارد می کنند. سپس از طریق نیروی گریز از مرکز یا نیروی بیرونی به جلو می رانند. با کند کردن جریان هوا از طریق یک دیفیوزر، انرژی جنبشی بیشتری تولید می شود. معمولاً برای این نوع کمپرسورها از موتورهای پرسرعت الکتریکی استفاده می‌شود. یکی از رایج ترین کاربردهای کمپرسورهای گریز از مرکز در طریق سیستم های HVAC است.

چرا باید از هوای فشرده استفاده کرد؟

یکی از مهمترین دلایل استفاده از منسجم سازی هوا به جای برق ایمنی است. در کاربردهایی که تجهیزات بیش از حد بارگذاری می شوند. برای تجهیزات الکتریکی یک خطر ایمنی ایجاد می کند. شوک الکتریکی یا آتش سوزی ممکن است رخ دهد که به اموال آسیب برساند یا به پرسنل آسیب برساند. هوای فشرده و ابزارهای پنوماتیکی را می توان در بسیاری از شرایط همچنین در مناطقی با رطوبت بالا استفاده کرد.

دوم اینکه هوای فشرده انعطاف پذیرتر است. استفاده از آن در مناطق دور افتاده مانند معادن و سایت های ساختمانی آسان تر است. ابزارهای بادی خنک تر کار می کنند و از مزیت سرعت و گشتاور متغیر برخوردار هستند. مته های سنگی یا تجهیزات ضربه ای مشابه را در نظر بگیرید. ایجاد نیرویی معادل با الکتریسیته، به ویژه در مناطق دوردست، تقریباً غیرممکن خواهد بود.

چرا باید از هوای  استفاده کرد؟

ابزارهایی که با فشردگی هوا کار می کنند نیز سبک تر هستند. می توان آن ها را با موادی تولید کرد تا سبک وزن و ارگونومیک تر شوند. بنابراین هزینه هوا با هزینه کار به دلیل کاهش خستگی کارگران هنگام استفاده از این ابزارهای سبک تر متعادل می شود.

بالاخره هزینه وجود دارد. هزینه معادل فشردگی هوا می تواند 7 تا 8 برابر هزینه برق باشد. با این حال، تجهیزاتی که طراحی می شود. برای استفاده از هوای فشرده هزینه کمتری دارند. قطعات کمتری به دلیل سادگی طراحی استفاده می شود. همچنین ابزارهای پنوماتیک معمولاً ناهموار هستند و در محیط های تولیدی عمر طولانی تری دارند.

آیا می دانستید که هوای فشرده به عنوان چهارمین کاربرد در نظر می گیرند. البته همه ما احتمالاً از سه مورد اول، آب، برق و گاز در زندگی روزمره خود استفاده می کنیم. با این حال، به دلیل استفاده همه جانبه از آن، فشردگی هوا به عنوان چهارمین ابزار مفید برای مشاغل کوچک و شرکت های بزرگ به طور یکسان در نظر می گیرند.

مزایای استفاده از هوای تحت فشار

• ایمن و آسان
• افزابش بهره وری
• منبع انرژی ارزان قیمت و کم مصرفی
• هزینه های کم عملیاتی
• کاربردهای زیاد

کاربرد هوای فشرده

هوای در همه جنبه‌های زندگی دخیل است. از بادکنک‌های جشن تولد تا هوای داخل لاستیک‌های ماشین‌ها و دوچرخه‌ها، ساخت تلفن، سوار شدن به ترن هوایی یا اتوبوس، دندانپزشک و یا حتی رایانه استفاده می شود. از این نیروی برای کار با ابزارهای متعددی از جمله مته های سنگی، سیستم های ترمز قطار، پرچ ها، پرس های آهنگری، رنگ پاش ها و دستگاه های اتمیزر استفاده می شود. 

در اوایل عصر برنز، از دم برای تامین هوای ذوب و آهنگری استفاده می شد. قرن بیستم شاهد افزایش کاربرد دستگاه های هوای تحت فشار بود. استفاده از موتورهای جت برای هواپیماهای نظامی و مسافربری باعث بهبود کمپرسورهای گریز از مرکز و جریان محوری شد. کمپرسورهای بدون روغن در صنایع بهداشتی، دارویی، آزمایشگاهی و صنایع غذایی و آشامیدنی کاربرد دارند.

امیدوارم از خواندن مقاله (هوای فشرده | compressed air) لذت برده باشید. 

در صورت هرگونه سوال و پیشنهاد با مجموعه پرگاران تماس حاصل نمایید.