هوای فشرده چیست؟
هوای فشرده به طور گسترده در زندگی روزمره، هم در خانه و هم برای اهداف صنعتی (فرآوری مواد غذایی، الکترونیک، مراقبت‌های بهداشتی، عکاسی، لبنیات و آنالایزرهای دقیق) استفاده می‌شود، به طوری که مصرف کنندگان اغلب در مورد آن فکر نمی‌کنند. هوای فشرده هوایی است که تحت فشاری بیشتر از فشار اتمسفر قرار دارد. فشرده سازی هوا باعث می‌شود مولکول‌ها با سرعت بیشتری حرکت کنند و این باعث افزایش دما می‌شود. هوای فشرده تقریباً در هر صنعتی کاربردهای مختلفی دارد؛ از جمله هوای تنفسی در مراکز پزشکی، هوای کنترل‌شده، هوای مورد نیاز در آزمایشگاها و دستگاه‌ها، تجهیزات MRI. علاوه بر آن، کیفیت هوای فشرده برای صنایع تولید و تهیه مواد غذایی مهم است. بسیاری از این شرکت‌ها بدون استفاده از هوای فشرده با کیفیت نمی‌توانند کار کنند یا محصولات ایمن و بدون آلاینده را در اختیار مصرف‌کنندگان قرار دهند. از نقطه نظر صنعتی، هوای فشرده اغلب منبع انرژی است که تجهیزات و دستگاه‌هایی که با پنوماتیک کار می‌کنند، از جمله برای انتقال مواد و محافظت از تجهیزات یا پرسنل استفاده می‌شوند. توجه به این نکته ضروری است که هوای فشرده مورد استفاده در صنایع مختلف یکسان نیستند.
استفاده از هوای فشرده چه مزیت‌هایی دارد؟
میلیون‌ها نفر در سراسر جهان روزانه از هوای فشرده استفاده می‌کنند. برخی از مزایای اصلی استفاده از هوای فشرده عبارتند از:
- استفاده از آن ایمن و آسان است.
- هوای فشرده، بهره وری را افزایش می‌دهد.
- یک منبع انرژی ارزان و کم مصرف است.
- هزینه‌های عملیاتی آن کم است.
در کنار برق، گاز و آب، هوای فشرده اغلب به عنوان چهارمین ابزار در دنیای صنعت و تولید در نظر گرفته می‌شود.
بسیاری از مشاغل، چه کوچک و چه بزرگ، برای تأمین انرژی مورد نیاز فرآیندهای اصلی، از هوای فشرده استفاده می‌کنند.
هوای فشرده چه کاربردی دارد؟
تجهیزات هوای‌فشرده به طور گسترده در صنایع متعدد از جمله تولیدی و غیر تولیدی استفاده می‌شود. تقریباً هر محیط صنعتی، از ماشین‌فروشی‌های کوچک گرفته تا کارخانه‌های تولیدی بزرگ، به نوعی سیستم هوای فشرده نیاز دارد. تجهیزات هوای فشرده برای بسیاری از تأسیسات به قدری مهم است که بدون آن نمی‌توانند کار کنند. یک سیستم هوای‌فشرده برای فشرده‌سازی و ذخیره هوا طراحی شده است که می‌توان از آن برای تأمین انرژی دستگاه‌ها و تجهیزات صنعتی مختلف استفاده کرد.
هوای فشرده بطور کلی در صنایع زیر پر کاربرد است:
- کاربرد هوای فشرده در تهویه مطبوع
- ایجاد احتراق در موتورهای حرارتی
- صنعت تولید گازهای خالص، هوای خشک
- ماشین آلات صنعتی و ساختمانی
- صنایع پزشکی و داروسازی
-کاربرد هوای فشرده در تهویه مطبوع
همانطور که می‌دانید در ساختمان‌ها، خودروها و به طور کلی در هر مکانی که انسان در آن زیست می‌کند نیازمند دمای مناسب در آن برای زیستن است. به همین دلیل باید تجهیزات برودتی و حرارتی مناسبی تعبیه شود. پرکاربردترین روشی که می‌توان برای این منظور استفاده کرد روش تهویه مطبوع است که در این صنعت از هوای فشرده برای سردسازی و گرم‌سازی محیط استفاده می‌شود.
– ایجاد احتراق در موتورهای حرارتی
همانطور که گفته شد کاربرد دیگر هوای فشرده برای ایجاد احتراق در موتورهای حرارتی است. معمولا بیشتر موتورهای حرارتی برای ایجاد احتراق به سوخت و هوای جو نیاز دارند و همانطور که می‌دانید بدون حضور اکسیژن سوختنی صورت نمی‌گیرد. نکته قابل ذکر این است که در بسیاری از موتورها مانند موتور خودرو فشار جو برای احتراق کافی می‌باشد اما اگر بخواهیم احتراق بهتر صورت گیرد می‌توان هوای جو را فشرده کرد و سپس هوای فشرده را به داخل خودرو فرستاد. استفاده از هوای فشرده در موتور هواپیما و یا موتور جت بسیار ضروری است به همین دلیل برای این کار از تجهیزات هوای فشرده استفاده می‌شود.
– صنعت تولید گازهای خالص و هوای خشک
شاید جالب باشد که بدانید در تولید گاز خالص، هوای فشرده (هوای مصنوعی) چه کاربردی دارد، همانطور که می‌دانید بسیاری از صنایع نیاز به گازهای خالص دارند که درصدی از این گازها در هوا وجود دارد.
به عنوان مثال در صنعت جوشکاری به گاز خالص اکسیژن نیاز داریم، برای تولید لامپ‌های رشته‌ای به گاز خالص آرگون نیاز داریم. گفتنی است که همه این گازها در جو وجود دارند اما باید این گازها از هوا استخراج و جداسازی شوند به همین دلیل برای استخراج گازهای موجود در هوا و تهیه گازهای خالص به صنعت هوای فشرده نیاز است.
– ماشین آلات صنعتی و ساختمانی
کاربرد دیگر هوای فشرده در ماشین آلات صنعتی و ساختمانی است به این صورت که برای افزایش قدرت و عملکردی با سرعت بالا در ماشین آلات صنعتی از نیروی پنوماتیک استفاده می‌شود. اصطلاح نیروی پنوماتیک همان گاز فشرده (هوای خشک) است که در ماشین آلات صنعتی از آن استفاده می‌شود به عنوان مثال می‌توان به چکش‌های پنوماتیکی اشاره کرد که در صنعت راه‌سازی و ساختمانی از نیروی پنوماتیک (هوای فشرده) برای ایجاد ضربه با قدرت بیشتر استفاده می‌شود.
– صنایع داروسازی
کارخانه های داروسازی از فشرده سازی هوا در فرایندهای مختلفی از جمله مخلوط کردن، شکل دادن، سفت کردن و پوشش دادن قرص‌ها استفاده می‌کنند. علاوه بر این، از کمپرسورهای هوا برای نیرو دادن به دستگاه‌هایی استفاده می‌شود که فرمولاسیون خاص و تعادل ترکیبات دارویی را تضمین می‌کند. سیستم‌های فشرده‌سازی هوا همچنین به پاکسازی داروها از آلاینده‌ها کمک می‌کند و امکان تقسیم بندی، توزیع و بسته‌بندی مناسب محصولات را فراهم می‌کند.
از دیگر کاربردهای آن می‌توان به تمیز کردن اشاره کرد. در صنعت داروسازی، تمیز بودن سطوح و دستگاه‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین خاطر از هوای فشرده برای تمیز کردن شیشه‌ها، ویالها و آمپول‌ها استفاده می‌شود.
انواع هوای فشرده
هوای فشرده از نظر کارایی و نوع ترکیب به صورت زیردسته‌بندی می‌شود:
– هوای تنفسی (Breathing Air)
– هوای صنعتی (Industrial Air)
– هوای ابزار دقیق (Instrument Air)
– هوای مصنوعی (Synthetic Air)
– هوای خشک (صفر) (zero Air)
– هوای تنفسی (Breathing Air)
هوای تنفسی در واقع به نوع خاصی از هوا اشاره دارد. این نوع هوا عمدتاً توسط آتش نشانان، غواصان و موسسات پزشکی استفاده می‌شود.
این نوع هوا به دلیل این که عاری از رطوبت، آلودگی، باکتری، آلاینده‌ها و … می‌باشد، بهترین گزینه جهت استفاده در دستگاه‌های پزشکی و قسمت‌های مختلف بیمارستان‌ها می‌باشد. هوای تنفسی به‌طور عمده از دو عنصر نیتروژن (۷۸٪) و اکسیژن (۲۱٪) تشکیل شده است. و ترکیبات و عناصری مانند نئون، آرگون، زنون، کریپتون و هلیم، کربن دی‌اکسید، کربن مونوکسید، متان و برخی هیدروکربن‌ها، و اکسیدهای نیتروژن و گوگرد که عمدتاً نقش آلاینده هوا را دارند، به مقدار خیلی ناچیز یافت می‌شود.
هوای فشرده گاز معمولی است که برای غواصی تفریحی استفاده می‌شود، در حالی که مخلوط گازهای Nitrox ، Trimix و Heliox برای غواصی در آب‌های عمیق استفاده می‌شود.
نیتروکس، مخلوطی از اکسیژن و نیتروژن است که برای غواصی در عمق حداکثر ۵۰ متر مورد استفاده قرار می‌گیرد و مخلوطی از گاز تنفسی است که میزان اکسیژن موجود در آن غنی‌تر یا بیشتراز ۲۱٪ گردیده است. نام دیگر آن، اکسیژن غنی شده هوا می‌باشد که درصد اکسیژن بیشتر دارد.
هلیوکس، مخلوطی از هلیوم و اکسیژن است. مخلوط هلیوم و هوا نیز سبب می‌شود تأثیر نامطلوب اکسیژن و نیتروژن در عمق زیاد حذف شود و تنفس تحت فشار بالا راحت‌تر باشد. ۵۰ درصد اکسیژن در بالانس گاز هلیوم، به غواصان حرفه‌ای اجازه می‌دهد تا در عمق ۱۵۰ متر برای بازرسی، تعمیر و انجام امور ساختمانی مرتبط با صنعت نفت دریایی کار کنند.
تریمیکس ترکیبی از اکسیژن، هلیوم و نیتروژن است. نیتروژن، معمولاً در درصد کمی به هلیوکس اضافه می‌شود تا تریمیکس ایجاد شود. تریمیکس برای عمیق ترین غواصی‌ها، معمولاً در عمق بیشتر از ۱۵۰ متر کاربرد دارد.
– هوای صنعتی (Industrial Air)
هوای صنعتی گازی بی رنگ، بی بو و غیرقابل اشتعال است. هوای صنعتی در فرآیندهای برش قوس کربنی در هوا و در فرآیندهای برش قوس پلاسما (PAC) استفاده می‌شود. همچنین به عنوان یک پیشرانه و منبع انرژی در مناطقی که ممکن است راه اندازی یا منبع انرژی دیگر دشوار یا خطرناک باشد مفید است. از آنجایی که ابزارهای هوای فشرده موتور یا باتری ندارند، معمولا سبک‌تر هستند و در نتیجه نگهداری آنها راحت‌تر از ابزارهای الکتریکی است.
هوا دارای 78 درصد نیتروژن و 21 درصد اکسیژن حجمی است که آن را گازی مناسب برای برش پلاسما تبدیل می‌کند. ترکیب اکسیژن هوا آن را به یکی از سریع‌ترین گازهای مورد استفاده در برش فولاد کم کربن تبدیل می‌کند.
– هوای ابزار دقیق (Instrument Air)
هوای ابزاردقیق نوعی هوای فشرده است که برای کارکرد دستگاه‌های ابزار دقیق و کنترل کارخانه استفاده می‌شود. این جزء ضروری هر صنعت مرتبط با فرآیند، از جمله عملیات نفت و گاز است. هوای دستگاه عمدتاً از هوای فشرده شده اتمسفر تشکیل شده است. هوا معمولاً فیلتر، خشک و روغن‌زدایی می‌شود تا استانداردهای خاص صنعت را برآورده کند و عملکرد بهینه دستگاه‌های پنوماتیک را تضمین کند.
از نظر زیست محیطی، هرچه هوای دستگاه تمیزتر باشد، خطر انتشار روغن یا سایر آلاینده‌ها در محیط کمتر می‌شود، بنابراین با مسئولیت زیست محیطی و اهداف پایداری صنعت همسو می‌شود.
از منظر تعمیر و نگهداری تجهیزات، هوای ابزار تمیز، خشک و بدون روغن، خطر خوردگی، آلودگی و فرسودگی تجهیزات را کاهش می‌دهد. این عامل نه تنها به افزایش عمر تجهیزات فرآیند کمک می‌کند بلکه هزینه‌های تعمیر و نگهداری و از کار افتادگی را نیز کاهش می‌دهد.
بنابراین، هوای ابزار چیزی بیش از یک منبع انرژی است.
– هوای مصنوعی (Synthetic Air)
هوای مصنوعی به دلیل خلوص آن به عنوان گاز صفر در راه‌اندازی و کالیبراسیون تجهیزات نظارت و آزمایش محیطی استفاده می‌شود. در واقع به عنوان گاز تعادل در بسیاری از مخلوط های کالیبراسیون استفاده می‌شود. همچنین به عنوان یک اکسیدکننده برای آشکارسازهای یونیزاسیون شعله در تحقیق و توسعه آزمایشگاهی استفاده می‌شود. کاربردهای دیگر شامل مخلوط گازهای پزشکی و طیف‌سنجی شعله جذب اتمی است. گازهای تشکیل دهنده هوای خشک را می‌توان 20.5% اکسیژن، 79.5% نیتروژن و کمترین مقدار رطوبت در نظر گرفت. این در حالی است که تمامی این مقادیر ممکن است با توجه به استانداردها تغییر یابند. هوای خشک گازی بی‌رنگ و بی‌بو است که مشتعل نمی‌شود ولی از آنجایی که درصد بالایی از گاز اکسیژن را دارد می‌تواند آتش را شعله‌ورتر کند. گاز هوای خشک در موارد آزمایشگاهی کاربردهای فراوان دارد چون عاری از هرگونه آلودگی و ناخالصی می‌باشد.
– هوای صفر (Zero Air)
هوای صفر گازی بی مزه، بی بو، بی رنگ و غیرقابل اشتعال است اما به دلیل وجود محتوای بالای اکسیژن در آن ممکن است به سوختن کمک کند. تفاوت اصلی بین هوای اتمسفر و هوای صفر این است که این نوع هوای فشرده حاوی ناخالصی بسیار کمتری از بخار آب و هیدروکربن‌ها نسبت به هوای اتمسفر است. کاربردهایی که در آن ناخالصی هایی مانند رطوبت یا هیدروکربن ها مورد نظر نیستند، چنین کاربردهایی از Zero Air یا Dry Air استفاده می‌کنند. Zero Air از اختلاط نیتروژن خالص و اکسیژن خالص در یک ترکیب کمیت کنترل شده و تحت اتمسفر کنترل شده تولید می‌شود. این تکنیک اختلاط به تخصص بالایی نیاز دارد تا یک هوای صفر/خشک با کیفیت خوب ارائه کند تا از رطوبت و هیدروکربن‌ها پاک شود.
گاهی اوقات به عنوان هوای خشک (زیرا در مقایسه با هوای اتمسفر دارای مقدار بسیار کمتری بخار آب است) و همچنین هوای مصنوعی نیز نامیده می‌شود. هوای صفر نیاز ضروری بسیاری از آزمایشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی است که در آنها برای ابزارهای الکترونیکی مختلف مانند GC (Gas Chromatograph) استفاده می‌شود.
هوای صفر هوایی است که هیدروکربن‌های آن از طریق فرآیند کاتالیز اکسیداتیو حذف شده است تا اطمینان حاصل شود که تنها حاوی کمتر از 0.1 قسمت در میلیون (PPM) کل هیدروکربن است. GC (گاز کروماتوگرافی) یک برنامه آزمایشگاهی است که به این هوای فشرده نیاز دارد زیرا به عنوان پشتیبان شعله برای FID ها ( آشکارسازهای یونیزاسیون شعله) و FPD ها ( آشکارسازهای فتومتریک شعله ) استفاده می‌شود. برای این کاربردها هوای صفر معمولاً به یکی از دو روش تأمین می‌شود، از طریق سیلندرهای گاز تحت فشار یا از طریق یک ژنراتور گاز.
ژنراتورهای گازی راه حل مدرن، راحت و اقتصادی برای تأمین گاز آزمایشگاهی هستند، زیرا گاز مورد نیاز را با فشار یک دکمه تأمین می‌کنند و منبع آنها هرگز تمام نمی‌شود و نیاز به سفارش‌های مکرر سیلندرهای گاز را از بین می‌برد. با یک ژنراتور گاز نیز نیازی به کارکنان آزمایشگاه برای جابجایی سیلندرهای دست و پا گیر و خطرناک گاز نیست.