Khí nén là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 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. Bài viết dưới đây khí nén Á Châu sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về khí nén.

Khí nén là gì?

Trong tiếng Anh, khí nén được hiểu là “Pneumatic”. Chúng thường xuất hiện trong cụm từ kỹ thuật “pneumatic system” tức là hệ thống khí nén.

Khí nén là một loại năng lượng tạo ra áp lực được dùng để thay thế các loại năng lượng khác. Khí nén được cấu thành từ không khí thiên nhiên sạch hoặc sử dụng các phương pháp hóa học tạo ra và nén ở áp suất 3000 hoặc 3600psi. Khí nén được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong dân dụng, công nghiệp và y tế…Để sử dụng được khí nén ta cần những thiết bị đi cùng như bình tích khí, bình tích áp, máy nén khí….

Các thành phần chính của khí nén

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.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khí nén

Dưới đây là cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khí nén

Cấu tạo của khí nén

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.

Nguyên lý hoạt động của khí nén

Khí nén đơn giản và đáng tin cậy để làm cho mọi thứ chuyển động, chỉ bằng cách sử dụng không khí sạch và khô. Hệ thống khí nén sử dụng khí nén này để tạo ra chuyển động cơ học và ứng dụng năng lượng để ‘thực hiện công việc’ trong các hệ thống tự động hóa của nhà máy.

Khí nén sử dụng một máy nén khí để giảm thể tích của không khí nhằm tăng áp suất của nó. Sau đó, khí được nén sẽ di chuyển qua một bộ lọc vào đường ống khí nén, nơi nó được điều khiển bởi các van trước khi đến thiết bị truyền động thực hiện công việc ở cuối quá trình.

Ví dụ như khí nén được đưa đến để điều khiển hoạt động của bơm màng hay bơm thùng phuy…

Đặc điểm của khí nén

• Không khí là thành phần chính của khí nén. Không khí là một hỗn hợp khí gồm nhiều khí, chủ yếu là khí nitơ (78%) và oxy (21%). Chúng gồm những phân tử khí khác nhau, mỗi phân tử khí lại có một lượng động năng nhất định.
• Đối với máy nén khí, không khí được thu vào máy thông qua van hút. Sau đó, khí được chuyển đến một không gian khép kín. Nhờ sự vận hành liên tục của piston trong xi lanh, thể tích của không khí giảm xuống, áp suất tăng lên tạo thành khí nén.
• Nhiệt độ của không khí tỷ lệ thuận với động năng trung bình của những phân tử khí. Điều này có nghĩa là nhiệt độ không khí cao sẽ làm cho động năng trung bình tăng, những phân tử khí chuyển động nhanh hơn và áp suất khí tăng cao. Nhiệt độ thấp thì động năng của không khí sẽ nhỏ. Vì vậy, giới hạn nhiệt độ sử dụng khí nén là từ 0 đến 99oC.
• Khí nén được vận chuyển chủ yếu qua những đường ống. Khí nén sẽ theo những đường ống đến các thiết bị cần thiết. Sau khi sử dụng, khí nén sẽ mất đi năng lượng nên được thoát trực tiếp ra môi trường.

Tại sao chúng ta phải 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.

Khí nén linh hoạt hơn, 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.

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.

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

Cách tạo ra khí nén

Để tạo ra khí nén thông thường sẽ sử dụng nén tự động bằng máy khí nén. Khí nén được tạo ra từ hệ thống máy nén khí, bình tích áp và thiết bị xử lý khí nén:

Tạo ra khí nén từ máy nén khí

Máy khí nén sẽ trực tiếp tạo ra khí nén, tùy thuộc vào từng loại máy khí nén và loại khí nén được sử dụng để làm gì. Các máy khí nén có thể là máy khí nén trong khu công nghiệp, máy khí nén trong dân sinh, máy khí nén trong y tế,… nhưng công dụng chung là đều cấp khí nén đến các hệ thống khí nén để phụ vụ cho công việc một cách tự động và dễ dàng. Thường thì những loại máy khí nén sẽ có máy khí nén pistong, trục vít, ly tâm, cao áp.

Xem thêm: Bảng giá Máy nén khí công nghiệp

Bình tích áp khí

• Bình tích áp suất khí nén còn được gọi là bình chứa khí nén, có nhiệm vụ dự trữ khí nén sau khi đã được tạo ra và cung cấp cho các hệ thống cần sử dụng khí, để giúp hệ thống dễ dàng hoạt động, trong nhiều trường hợp thiếu hụt khí nén, bình tích có nhiều cỡ lớn nhỏ, có thể dễ dàng di chuyển đến nhiều nơi và vị trí khác nhau.
• Bình tích khí nén còn có công dụng tuyệt vời là làm ngưng tụ hơi nước , làm sahcj bụi bẩn của khí nén trước khí cung cấp cho các hệ thống sử dụng khí nén, ngoài ra nó có thể làm giảm nhiệt độ, làm mát khí khi cấp cho các máy lọc khí, sấy khí,…

Xem thêm: Bình chứa khí nén

Thiết bị xử lý khí nén

Thiết bị xử lý khí nén là thiết bị làm sạch khí nén cụ thể làm loại bỏ hơi nước, bụi bẩn, cặn dầu mỡ, các chất bẩn có trong khí nén… điều này giúp giảm thiểu tối đa những ảnh hưởng của khí nén chứa tạp chất như tạo ra ăn mòn, rỉ sét, kẹt hệ thống, vì thế nên thiết bị xử lý khí nén có nhiệm vụ rất quan trọng.

Thông thường thì hệ thống xử lý khí nén chia làm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Lọc khí khô, giai đoạn này sẽ dụng bộ phận lọc khí khô để loại bỏ bụi bẩn khô có trong khí nén đi ra ngoài.

Giai đoạn 2: Tác nước(loại bỏ hơi nước trong khí nén): dùng thiết bị sấy khô khí nén để loại bỏ lượng nước bị lẫn bên trong khí nén.

Giai đoạn 3: Lọc khí tinh (loại bỏ toàn bộ tạp chất): loại bỏ tất cả các loại tạp chất, kể cả kích thước rất nhỏ để tạo ra lượng khí nén sạch nhất.

Xem thêm: Bảng giá máy sấy khí nén

Ứng dụng khí nén trong sản xuất công nghiệp

Khí nén được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất công nghiệp như:

• Ngành chế tạo: Khí nén có áp suất cao, được sử dụng để thúc đẩy các thiết bị, máy móc, giúp hàng hóa được nâng cao hoặc hạ thấp. Ngoài ra, khí nén còn được dùng để tác động lên súng phun sơn và điều khiển những thiết bị tự động. Thêm vào đó, khí nén còn được ứng dụng để điều khiển máy cắt thanh nhôm, sản xuất những bao bì chân không để kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩm.
• Ngành bảo dưỡng và sửa chữa xe: Những loại máy cung cấp khí nén là thiết bị không thể thiếu ở các tiệm, trung tâm bảo dưỡng xe máy trên thị trường. Khí nén được dùng để bơm bánh xe, xịt khô và bụi bẩn xe. Khí nén phun với cường độ mạnh có thể làm sạch bụi bẩn ở những chi tiết, khe hở rất nhỏ trên bề mặt xe. Bạn nên biết điều này khi tìm hiểu “Khí nén là gì?”.
• Ngành công nghiệp khai khoáng: Khí nén được dùng để thông gió ở những nơi làm việc có lượng không khí thấp như: các hầm mỏ khai thác khoáng sản (dầu khí, than, sắt,…),… Khí nén là nguồn năng lượng cung cấp oxy sạch và không ảnh hưởng đến sức khỏe của người dùng trong quá trình làm việc.
• Ngành Y tế: Khí nén được sử dụng để khử trùng dụng cụ, vận hành những loại máy móc (máy nội nha, hệ thống hô hấp, máy thổi cát,…),…
• Ngành chế biến thực phẩm: Khí nén được dùng để sục khí cho nước đóng chai, đóng gói chân không, sấy khô, điều khiển thiết bị truyền động, vận chuyển, làm sạch,… Đây là điều mà bạn cần biết khi tìm hiểu “Khí nén là gì?”.
• Ngành may mặc: Khí nén giúp truyền tải, cấp nguồn cho công cụ, kẹp chặt, điều khiển thiết bị truyền động, thiết bị tự động, máy kéo sợi, dệt thoi, tạo kết cấu,…

Xem thêm: 18 cách để giảm chi phí khí nén trong sản xuất

Khí nén Á Châu – Giải pháp khí nén toàn cầu

Khí nén Á Châu là đơn vị cung cấp máy nén khí hàng đầu tại thị trường Việt Nam với 13 năm kinh nghiệm, chúng tôi cam kết cung cấp cho khách hàng các sản phẩm máy nén khí chính hãng chất lượng cao nhất và các giải pháp sử dụng máy nén khí tối ưu nhất, đảm bảo cho khách hàng trải nghiệm 1 dịch vụ tốt nhất của ngành khí nén.