Khí nén là gì? tại sao chúng ta sử dụng khí nén

Với lĩnh vực công nghiệp khí nén được coi là nguồn năng lượng quan trọng thứ 3 trong công nghiệp sau điện và nước. Mặc dù khí nén đắt gấp 7 lần điện nhưng nó vẫn được sử dụng rộng dãi trong công nghiệp và dân dụng. Ở Châu Âu, 10% tổng lượng điện tiêu thụ công nghiệp dùng để sản xuất khí nén. 10% tương đương 80 terawatt giờ tiêu thụ mỗi năm. Bài viêt hôm nay chúng ta cùng tìm hiểu:

Khí nén là gì?

Khí nén ở xung quanh chúng ta, từ không khí trong quả bóng bay đến việc bơm lốp xe đạp của bạn. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích khí nén là gì và nó được tạo ra như thế nào. Dù bạn có biết hay không thì khí nén cũng tham gia vào mọi khía cạnh cuộc sống của chúng ta, từ những quả bóng bay trong bữa tiệc sinh nhật của bạn đến không khí trong lốp xe ô tô và xe đạp của chúng ta. Nó thậm chí có thể được sử dụng khi chế tạo điện thoại, máy tính bảng hoặc máy tính mà bạn đang xem.

Thành phần chính của khí nén

Như bạn có thể đã đoán, khí nén được nén từ không khí. Không khí là một hỗn hợp khí, có nghĩa là nó bao gồm nhiều chất khí. Chủ yếu là nitơ (78%) và oxy (21%). Nó bao gồm các phân tử không khí khác nhau mà mỗi phân tử có một lượng động năng nhất định. ngoài ra trong khí nén được tạo ra bởi máy nén công nghệ ngâm dầu thì có thêm thành phần tạp chất phát sinh từ quá trình đốt cháy dầu bôi trơn. Trong một số hệ thống khí nén có thiết bị xử lý khí nén thành phần của nó có thể chỉ là Oxy, hoặc chỉ là Nitơ.

Cách tạo ra khí nén và đặc điểm

Một thể tích không khí V1 có áp suất P1 bị nén lại,  không khí giảm thể tích thành V2 và bị giữ dưới áp suất P2. Có thể hiểu đơn giản quá trình nén khí là chuyển hoá từ động năng sang thế năng của khí nén. 

Lực từ khí nén được sử dụng để vận hành nhiều công cụ và dụng cụ, bao gồm máy khoan đá, hệ thống hãm xe lửa, đinh tán, máy ép rèn, máy phun sơn và máy phun sơn.v.v..

Lưu ý: Có thể tăng áp áp suất khí nén bằng chuyển pha trạng thái chất lỏng như hơi nước hoặc phương pháp phân tách hoá học. nhưng áp suất đó có thể bị suy giảm hoặc khó truyền tải nguyên vẹn như khí nén. Bài viết này chỉ tập trung nói về khí nén thông thường. 

Khí hoá lỏng công nghiệp LPG thuộc một ngành riêng không gọi là khí nén.

Ứng dụng khí nén không đơn thuần để chuyển hoá thành cơ năng mà khá năng ứng dụng khá đa dạng như điều khiển tự động hoá, thổi, xục xử lý nước thải, cấp oxy nên men vi sinh ngành đồ uống, môi chất bảo vệ nổ mìn, bảo vệ mối hàn linh kiện điện tử và nhiều ứng dụng khác trong công nghiệp. Nó đa dạng đến mức để xắp xếp nó tốt nhất là xem xét nó theo ngành dọc sản xuất. Á Châu có hẳn một series  bàn về ứng dụng khí nén trong các ngành công nghiệp. Bạn có thể xem chi tiết tại chuyên mục blog website này.

>> Úng dụng khí nén với ngành khai thác hầm mỏ

Dụng cụ tạo khí nén sơ khai đã được sử dụng từ thời kỳ đồ đồng sớm để cung cấp không khí cho quá trình nấu chảy kim loại và rèn. Máy nén khí công nghiệp thực sự phát triển từ thế kỉ 19. Đến thế kỷ 20 chứng kiến sự gia tăng lớn trong việc sử dụng các thiết bị khí nén. Sự ra đời của động cơ phản lực cho máy bay quân sự và chở khách đã kích thích việc sử dụng và cải tiến máy nén dòng ly tâm và hướng trục. Các thành phần điều khiển khí nén-logic kỹ thuật số (được phát triển vào những năm 1960) có thể được sử dụng trong các hệ thống điều khiển và công suất  >> Lịch sử ngành khí nén công nghiệp.

Nhiệt độ của không khí tỷ lệ thuận với động năng trung bình của các phân tử này. Điều này có nghĩa là nhiệt độ không khí sẽ cao nếu động năng trung bình lớn (và các phân tử không khí chuyển động nhanh hơn). Nhiệt độ sẽ thấp khi động năng nhỏ.

Quá trình nén không khí làm cho các phân tử chuyển động nhanh hơn, làm tăng nhiệt độ. Hiện tượng này được gọi là “nhiệt nén” nhiệt nén là vấn đề lớn nhất của ngành khí nén, nó tiêu tốn 80% điện năng để tạo ra khí nén (Định luật sác lô). Nén không khí theo nghĩa đen là ép nó vào một không gian nhỏ hơn và kết quả là đưa các phân tử lại gần nhau hơn. Năng lượng được giải phóng khi thực hiện điều này bằng với năng lượng cần thiết để đẩy không khí vào không gian nhỏ hơn. Nói cách khác, nó lưu trữ năng lượng để sử dụng trong tương lai.

Hãy lấy một quả bóng bay làm ví dụ. Bằng cách thổi phồng một quả bóng bay, không khí bị ép vào một thể tích nhỏ hơn. Năng lượng chứa trong khí nén bên trong quả bóng bay bằng với năng lượng cần thiết để làm nó phồng lên. Khi chúng ta mở quả bóng bay và không khí được giải phóng, nó sẽ tiêu tán năng lượng này và khiến nó bay đi. Đây cũng là nguyên lý chính của máy nén dịch chuyển tích cực.

Một ví dụ khác: Nếu chúng ta nhìn vào bề mặt trái đất và bầu khí quyển của nó, chúng ta có thể hiểu nó như một biển không khí. Bạn càng ở cao trong đại dương này, áp suất sẽ càng giảm. Càng xuống thấp (gần mực nước biển), áp suất càng cao, vì sẽ có nhiều không khí đè lên bạn. Nói cách khác, áp suất khí quyển  dưới mực nước biển cao hơn trên núi.

Khí nén là một phương tiện tuyệt vời để lưu trữ và truyền tải năng lượng. Phương pháp này linh hoạt, đa năng và tương đối an toàn so với các phương pháp lưu trữ năng lượng khác, như pin và hơi nước. Pin cồng kềnh và có thời lượng sạc hạn chế. Mặt khác, hơi nước không hiệu quả về chi phí cũng như không thân thiện với người dùng (nó rất nóng). Tuy nhiên, khi so sánh khí nén với điện, điện tiết kiệm hơn. Nếu điều này là đúng, tại sao phải sử dụng khí nén?

 Xem thêm : Hiểu rõ và sử dụng khí nén một cách tiết kiệm

Tại sao chúng ta sử dụng khí nén?

Một trong những lý do quan trọng nhất để sử dụng khí nén thay vì điện là sự an toàn. Trong các ứng dụng mà thiết bị quá tải, thiết bị điện gây nguy hiểm về an toàn. Điện giật hoặc hỏa hoạn có thể xảy ra làm hư hỏng tài sản hoặc làm bị thương nhân viên. Khí nén và các công cụ khí nén có thể được sử dụng trong nhiều điều kiện, chẳng hạn như trên sàn ẩm ướt hoặc những nơi có độ ẩm cao.

Thứ hai, khí nén linh hoạt hơn. Nó dễ sử dụng hơn ở những khu vực xa xôi như mỏ và công trường. Khí cụ chạy mát hơn và có lợi thế về tốc độ và mô-men xoắn thay đổi được. Xem xét máy khoan đá hoặc thiết bị loại va đập tương tự. Gần như không thể phát triển một lực lượng tương đương với điện, đặc biệt là ở các vùng sâu vùng xa.

Các công cụ chạy bằng khí nén cũng nhẹ hơn. Chúng có thể được sản xuất bằng vật liệu làm cho chúng nhẹ và tiện dụng hơn; do đó cân bằng giữa chi phí không khí với chi phí lao động do giảm sự mệt mỏi của công nhân khi sử dụng các công cụ nhẹ hơn này.

Cuối cùng là chi phí. Chi phí tương đương của khí nén có thể cao gấp 7 đến 8 lần so với điện. Tuy nhiên, thiết bị được thiết kế sử dụng khí nén có giá thành thấp hơn. Ít bộ phận được sử dụng hơn do tính đơn giản của thiết kế. Ngoài ra, các công cụ khí nén thường chắc chắn và tồn tại lâu hơn trong môi trường sản xuất.

Xem thêm: 18 cách để giảm chi phí khí nén của bạn

Bạn có biết khí nén được xem như tiện ích thứ 4. Tất nhiên, tất cả chúng ta có thể sử dụng ba thứ đầu tiên trong cuộc sống hàng ngày của mình: nước, điện và khí đốt. Tuy nhiên, do được sử dụng rộng rãi nên khí nén được xem như là tiện ích thứ ba cho các doanh nghiệp nhỏ cũng như các doanh nghiệp lớn.