Những điều cần biết về khí nén trong kỹ thuật công nghiệp

Trong lĩnh vực kỹ thuật – công nghiệp, khí nén đóng một vai trò quan trọng, hiện diện trong nhiều ứng dụng từ công nghiệp cho đến các thiết bị gia dụng hàng ngày. Khí nén là một phần cốt lõi của các hệ thống tự động hóa, đóng vai trò chủ chốt trong việc thực hiện các chuyển động cơ học, vận hành máy móc và các thiết bị công nghiệp. VietMRO sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về khí nén và các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống khí nén, giúp bạn hiểu rõ hơn về ứng dụng và các lợi ích của nó trong kỹ thuật – công nghiệp hiện đại.

Khí nén là gì?

Khí nén là một lĩnh vực kỹ thuật chuyên sâu liên quan đến việc sử dụng khí (thường là không khí) để tạo ra chuyển động cơ học thông qua sự thay đổi áp suất. Ngành này dựa trên các nguyên lý động lực học chất lưu và áp suất, nơi không khí bị nén và lưu trữ dưới dạng năng lượng tiềm năng. Sự linh hoạt của khí nén được thể hiện rõ rệt trong việc ứng dụng từ các thiết bị nhỏ như dụng cụ cầm tay đến các máy móc quy mô công nghiệp lớn.

Hình 1. Các loại máy khí nén trong kỹ thuật công nghiệp

Một hệ thống khí nén điển hình bắt đầu từ một máy nén khí, nơi năng lượng điện được chuyển hóa thành năng lượng tiềm năng của khí nén. Năng lượng này sau đó được lưu trữ và phân phối qua các đường ống khí cho các ứng dụng khác nhau. Một ví dụ đơn giản về hệ thống khí nén là xi lanh khí nén, trong đó khí nén tác động lên piston, tạo ra chuyển động tuyến tính. Quá trình này sử dụng sự mất cân bằng lực giữa áp suất khí nén và khí quyển để sinh công.

Đặc điểm của khí nén

Khí nén chủ yếu được cấu thành từ không khí, một hỗn hợp khí gồm khoảng 78% nitơ và 21% oxy, cùng một số khí khác với những đặc tính và động năng riêng biệt. Mỗi phân tử khí này mang một lượng động năng nhất định, ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất và ứng dụng của khí nén trong kỹ thuật.

Trong quá trình nén khí, không khí sẽ được hút vào máy nén thông qua van hút. Tại đây, khí sẽ được đưa vào một không gian kín, và nhờ vào sự chuyển động của piston trong xi lanh, thể tích của khí sẽ giảm đi, đồng thời làm tăng áp suất, tạo ra khí nén. Đây là nguyên lý cơ bản trong việc sản xuất khí nén mà bạn cần hiểu rõ khi tìm hiểu về “Khí nén là gì?”.

Một yếu tố quan trọng cần lưu ý là nhiệt độ của không khí có mối quan hệ chặt chẽ với động năng trung bình của các phân tử khí. Khi nhiệt độ không khí tăng lên, động năng của các phân tử cũng tăng, khiến chúng chuyển động nhanh hơn và tạo ra áp suất khí cao hơn. Ngược lại, nhiệt độ thấp sẽ làm giảm động năng của khí. Vì lý do này, khí nén thường được sử dụng trong dải nhiệt độ từ 0 đến 99°C, một giới hạn quan trọng khi tìm hiểu về “Khí nén là gì?”.

Khí nén được vận chuyển chủ yếu qua các đường ống, từ nơi sản xuất đến các thiết bị cần sử dụng. Sau khi khí nén được sử dụng xong, nó sẽ mất đi năng lượng và được xả ra môi trường bên ngoài. Điều này giúp hệ thống duy trì hiệu quả hoạt động mà không gây ra sự tích tụ năng lượng dư thừa.

Khí nén được xem là an toàn, vì nó không gây ra nguy cơ cháy nổ như các nguồn năng lượng khác. Chính vì vậy, khí nén rất thích hợp sử dụng trong các môi trường có nguy cơ hỏa hoạn cao như hầm mỏ, khoan dầu hay khai thác than, nơi các nguồn năng lượng khác không thể áp dụng. Đây là một đặc điểm quan trọng khi tìm hiểu về “Khí nén là gì?”.

Ngoài ra, khí nén có độ sạch cao, nên nó đặc biệt được ưa chuộng trong các ngành công nghiệp yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng khí, đảm bảo an toàn cho người sử dụng, không ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử nhạy cảm và không gây ô nhiễm môi trường.

Ứng dụng của khí nén trong các ngành công nghiệp

• Ngành chế tạo: Khí nén có khả năng tạo ra áp suất cao, giúp thúc đẩy các thiết bị và máy móc trong quy trình sản xuất. Nó được sử dụng để nâng hạ hàng hóa, điều khiển các thiết bị tự động, và tác động lên các súng phun sơn. Ngoài ra, khí nén còn có ứng dụng trong việc điều khiển máy cắt thanh nhôm và sản xuất bao bì chân không, giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Các ứng dụng này làm tăng hiệu quả công việc và cải thiện chất lượng sản phẩm trong ngành chế tạo.
• Ngành bảo dưỡng và sửa chữa xe: Các tiệm sửa chữa xe và trung tâm bảo dưỡng không thể thiếu các thiết bị sử dụng khí nén. Khí nén được dùng để bơm lốp xe, làm sạch bụi bẩn và xịt khô xe. Cường độ phun khí mạnh mẽ giúp loại bỏ bụi và cặn bẩn trong các chi tiết và khe hở khó tiếp cận, giúp bảo dưỡng xe hiệu quả hơn. Điều này làm tăng tuổi thọ và hiệu suất hoạt động của các phương tiện.
• Ngành công nghiệp khai khoáng: Trong các môi trường làm việc thiếu oxy như hầm mỏ, khí nén trở thành nguồn cung cấp oxy sạch, không gây hại cho sức khỏe của người lao động. Khí nén còn được dùng để thông gió, duy trì không khí trong lành và an toàn trong các mỏ khai thác dầu, khí, than, và các khoáng sản khác, đảm bảo điều kiện làm việc tốt nhất cho công nhân.
• Ngành Y tế: Khí nén đóng vai trò quan trọng trong ngành y tế, từ việc vận hành các máy móc chuyên dụng như máy nội nha và hệ thống hô hấp, đến việc khử trùng dụng cụ y tế. Khí nén cũng được sử dụng trong các thiết bị như máy thổi cát, hỗ trợ điều trị và làm sạch các bề mặt trong môi trường y tế, đảm bảo an toàn và hiệu quả.
• Ngành chế biến thực phẩm: Trong ngành thực phẩm, khí nén được sử dụng để sục khí vào nước đóng chai, đóng gói chân không, và điều khiển các thiết bị truyền động. Nó cũng tham gia vào quá trình sấy khô, vận chuyển nguyên liệu và làm sạch thiết bị, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo quản thực phẩm.
• Ngành may mặc: Khí nén giúp truyền tải năng lượng và cấp nguồn cho các công cụ trong ngành may mặc, từ máy móc kéo sợi đến các thiết bị dệt thoi. Nó còn được sử dụng để kẹp chặt các vật liệu, điều khiển các thiết bị tự động và tạo ra các kết cấu vải, giúp quá trình sản xuất trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn.

Hình 2. Ứng dụng của khí nén trong các ngành công nghiệp

Những ứng dụng đa dạng của khí nén không chỉ giúp cải thiện năng suất mà còn tối ưu hóa chất lượng sản phẩm và đảm bảo môi trường làm việc an toàn và hiệu quả trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Nguồn: Proax Technologies