Khí nén là gì? Tìm hiểu nguyên lý, ứng dụng, và ưu nhược điểm của hệ thống này

Khí nén là một khái niệm mà có thể bạn chưa từng nghe qua hay chưa thực sự hiểu về nó. Tuy nhiên, chúng lại âm thầm hiện diện trong cuộc sống hằng ngày, từ những quả bóng bay đầy màu sắc trong bữa tiệc sinh nhật đến tiếng xì xì quen thuộc khi bơm xe đạp. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ thêm về loại khí này.

1. Tìm hiểu về khí nén

1.1 Khí nén là gì?

Khí nén là một dạng của không khí được nén lại để tạo ra áp suất cao hơn áp suất khí quyển. Cụ thể, nó là một hỗn hợp khí gồm chủ yếu là nitơ (khoảng 78%), oxy (20 – 21%), và một phần nhỏ các khí khác cũng như hơi nước. Quá trình nén này làm giảm thể tích của không khí, đẩy các phân tử lại gần nhau hơn, tạo ra áp suất cao hơn so với môi trường xung quanh.

Loại khí này được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau vì tính linh hoạt và tiện lợi của nó. Từ việc phục vụ trong các công cụ sửa chữa hàng ngày đến ứng dụng công nghiệp và sản xuất, chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng và thực hiện các quy trình khác nhau.

1.2 Đặc điểm của khí nén mà ta cần lưu ý 

Về số lượng: Khí nén được tạo ra từ không khí tự nhiên, là một nguồn năng lượng dồi dào và có khả năng tái sử dụng. Sau khi hoàn thành quy trình sử dụng, dòng khí này được thoát ra môi trường và hòa vào không khí.

Về vận chuyển: Khí nén có thể vận chuyển dễ dàng thông qua các đường ống hoặc bình chứa. Không bị ảnh hưởng bởi trọng lượng hay đặc tính vật lý, việc vận chuyển loại khí này diễn ra nhanh chóng và thuận tiện.

Về lưu trữ: Khí nén sau khi được tạo ra có thể lưu trữ trong các bình chứa hoặc thiết bị chứa khí. Việc này cho phép sử dụng chúng một cách linh hoạt và tiết kiệm năng lượng, vì máy nén không cần phải tạo ra luồng khí được nén liên tục trong quá trình sử dụng.

Về nhiệt độ: Khí nén không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ xung quanh. Tuy nhiên, việc sử dụng chúng nên được giới hạn trong một khoảng nhiệt độ nhất định (từ 0 đến 99°C) để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình sử dụng.

Về cháy nổ: Khí nén không có khả năng gây cháy nổ, do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong các môi trường làm việc có nguy cơ cháy nổ cao. Mức áp suất thấp của dòng khí cũng giúp hạn chế nguy cơ cháy nổ trong môi trường làm việc.

Về vận tốc: Tốc độ của khí nén phụ thuộc vào áp suất nén và thiết bị sử dụng. Thông thường, tốc độ này được đo trong các xi lanh và thường dao động từ 1 đến 2m/s, tùy thuộc vào điều kiện làm việc cụ thể.

Về an toàn: Khí nén được đánh giá là một nguồn năng lượng an toàn, không dẫn điện và không gây cháy nổ. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, y tế, và các ứng dụng dân dụng khác với độ tin cậy cao và rủi ro thấp.

1.3 Cách tạo ra khí nén và nguyên lý hoạt động

Để sản xuất loại khí này, quy trình bắt đầu với việc sử dụng máy nén khí. Máy nén khí chuyển đổi không khí tự nhiên thành khí nén thông qua việc nén và tăng áp. Tiếp theo, chúng sẽ được tích trữ trong bình tích áp trước khi sử dụng. Bình tích áp đảm bảo cung cấp lượng khí ổn định cho hệ thống máy móc khi cần thiết.

Cuối cùng, khí nén từ máy nén hoặc bình tích áp đi qua hệ thống xử lý để loại bỏ các tạp chất và làm sạch khí. Hệ thống xử lý khí nén thường bao gồm các bước lọc khí thô, sấy khô và lọc tinh để đảm bảo dòng khí đạt chất lượng và an toàn cho việc sử dụng.

Loại khí này hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ bản của áp suất và sự nén của không khí. Hệ thống máy móc sẽ nén không khí, tạo ra áp suất cao hơn, thường đạt hàng nghìn psi, bằng cách sử dụng piston hoặc rotor.

Sau khi không khí được nén, nó được lưu trữ trong bình tích áp dưới áp suất cao. Khi cần sử dụng, áp suất trong bình tích áp được giảm, tạo ra một luồng khí nén chảy ra và cung cấp năng lượng cho các thiết bị cần sử dụng.

1.4 Ứng dụng của khí nén

Khí nén được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp và dân dụng. Hãy cùng Nhà Máy P69 tìm hiểu chi tiết những ứng dụng của nó trong đời sống hàng ngày nhé:

Ngành cơ khí và mộc: Đối với ngành này, khí nén là một nguồn năng lượng quan trọng. Nó được sử dụng để phun sơn, đánh bóng gỗ, và cung cấp khí cho các công cụ như súng bắn ốc và súng xiết bu lông.

Ngành bảo dưỡng và sửa chữa xe: Các tiệm sửa chữa và bảo dưỡng xe không thể thiếu các loại máy cung cấp khí nén. Chúng được sử dụng để bơm xe, xịt khô và xịt bụi bẩn. Nó cũng kết hợp với các dụng cụ cầm tay để lắp đặt, tháo rời ốc vít và sửa chữa xe.

Ngành xây dựng và trang trí nội thất: Các dụng cụ khí nén rất phổ biến trong lĩnh vực xây dựng và trang trí nội thất. Chúng được sử dụng để vận chuyển hoặc phun bê tông, thông gió, và khoan lỗ. Đồng thời, cũng ứng dụng vào việc bắn đinh ghim và các công việc trang trí khác.

Ngành công nghiệp khai khoáng: Khí nén đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp khai khoáng, đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt và thiếu oxy như các hầm mỏ khai thác khoáng sản. Nó được sử dụng để thông gió và thăm dò độ sâu.

Ngành thực phẩm, y tế: Máy nén khí không dầu được ưa chuộng vì chất lượng khí nén sạch. Nó được sử dụng trong nha khoa, hô hấp và dược phẩm, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe người dùng. Trong ngành thực phẩm, nó tham gia vào quá trình đóng gói và điều khiển thiết bị, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

2. Tìm hiểu về hệ thống khí nén

2.1 Hệ thống khí nén là gì?

Hệ thống khí nén là một hệ thống kỹ thuật được thiết kế để tạo ra, lưu trữ, điều khiển và sử dụng các dòng khí được nén như một nguồn năng lượng cho các thiết bị và công cụ trong các ứng dụng công nghiệp và sản xuất.

Hệ thống khí nén là một công nghệ quan trọng và phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp và sản xuất. Với nhiều ưu điểm như linh hoạt, hiệu quả, an toàn và dễ sử dụng, hệ thống này là lựa chọn tối ưu cho nhiều ứng dụng khác nhau.

2.2 Hệ thống khí nén bao gồm những bộ phận gì? 

Máy nén khí: Máy này đóng vai trò trung tâm trong hệ thống, làm nhiệm vụ nén không khí từ môi trường xung quanh và tạo ra khí nén ở áp suất cao hơn. Có nhiều máy nén khí trên thị trường, bao gồm máy nén khí piston, máy nén khí trục vít, và máy nén khí ly tâm.

Bình tích áp (bình chứa khí): Bình được sử dụng để lưu trữ lượng khí nén được tạo ra bởi máy nén khí. Chúng đảm bảo rằng luồng khí được nén có sẵn ngay lập tức khi cần, giảm nguy cơ gián đoạn sản xuất.

Đường ống dẫn khí: Là hệ thống đường ống nối các bộ phận của hệ thống khí nén với nhau. Chúng truyền dẫn khí từ máy nén khí đến các thiết bị và công cụ sử dụng năng lượng khí nén.

Bộ lọc khí nén: Bộ phận này đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ tạp chất và hơi nước từ dòng khí nén, giữ cho chúng luôn trong tình trạng sạch và ổn định. Bộ lọc thường bao gồm các bộ phận lọc thô, lọc tinh và lọc siêu tinh, giúp loại bỏ các loại tạp chất có kích thước khác nhau từ dòng khí.

Van kiểm tra: Giúp đảm bảo sự luân phiên của áp suất dòng khí trong hệ thống và ngăn ngừa sự trôi dạt ngược của không khí. Chúng đảm bảo rằng áp suất không bị thất thoát và giữ cho hệ thống hoạt động ổn định, đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình vận hành.

Bộ điều chỉnh và đồng hồ đo: Bộ điều chỉnh áp suất và đồng hồ đo áp suất đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát quá trình của hệ thống. Đồng hồ đo áp suất cung cấp thông tin về áp suất hiện tại, giúp người vận hành theo dõi và điều chỉnh hoạt động của hệ thống.

Bộ truyền động: Bộ truyền động, thường được gọi là actuator, là một phần quan trọng của hệ thống khí nén. Chúng đảm nhận vai trò chuyển đổi năng lượng từ dạng khí thành chuyển động cơ học.

2.3 Các dạng chuyển động sử dụng hệ thống khí nén

Chuyển động thẳng: Chuyển động thẳng được coi là một dạng truyền động ưu việt và phổ biến của hệ thống khí nén trong sản xuất công nghiệp. Điểm mạnh của chuyển động này nằm ở sự đơn giản, linh hoạt và dễ dàng điều khiển, sử dụng. Nó thường được áp dụng trong các ứng dụng cần sự chính xác và độ tin cậy, như việc di chuyển các bộ phận hoặc công cụ theo đường thẳng.

Chuyển động quay: Chuyển động này sử dụng khí nén thường có công suất không cao nhưng tốc độ truyền động rất cao. Mặc dù không có công suất lớn, nhưng chuyển động này được đánh giá cao vì tính gọn nhẹ, đơn giản và không cồng kềnh của nó. Trong nhiều trường hợp, chuyển động quay khí nén được ưa chuộng hơn so với các phương pháp chuyển động khác nhờ vào sự thuận tiện và hiệu quả của nó.

2.4 Cách tính công suất cho hệ thống khí nén đơn giản

Bước 1: Tính tổng công suất

Tổng công suất hệ thống khí nén được tính bằng cách cộng tổng công suất tiêu thụ khí nén của từng thiết bị trong hệ thống.

Tổng công suất hệ thống khí nén (m3/min) = Công suất tiêu thụ khí nén của thiết bị 1 + Công suất tiêu thụ của thiết bị 2 + … + Công suất tiêu thụ của thiết bị n

Bước 2: Áp dụng hệ số tổn thất đường ống

Hệ thống khí nén luôn có tổn thất áp suất do ma sát trong đường ống dẫn khí. Hệ số tổn thất đường ống thường được lấy là 1.2. Sau đó lấy kết quả của bước 1 nhân với hệ số tổn thất.

Bước 3: Tính toán công suất theo thời gian hoạt động

Lấy kết quả của bước 2 nhân với thời gian mà các thiết bị hoạt động (tính theo giờ).

Giả sử các thiết bị hoạt động trong 30 phút (tương đương 0.5 giờ), kết quả từ bước 2 sẽ được nhân với 0.5 giờ để tính ra công suất cần thiết cho thời gian đó.

Ví dụ:

Tổng công suất của hệ thống khí nén sau khi tính toán là 90 m³/phút và có hệ số tổn thất đường ống là 1.2. Nếu các thiết bị hoạt động trong 30 phút, công suất cần thiết cho hệ thống sẽ là: 90 x 1.2 x 0.5 = 54 m³/h.

2.5 Ưu và nhược điểm hệ thống khí nén là gì?

Hệ thống khí nén được áp dụng rất nhiều trong các ứng dụng từ công nghiệp cho đến dân dụng. Dưới đây là các ưu điểm nổi bật của hệ thống này:

Hiệu suất cao: Hệ thống này có khả năng tạo ra một lượng công việc đáng kể từ một lượng không khí nhỏ. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động trong các ứng dụng công nghiệp.

An toàn: So với các nguồn năng lượng khác, khí này được coi là tương đối an toàn. Không gây cháy nổ và áp suất có thể kiểm soát được một cách dễ dàng, giúp bảo vệ người lao động và tài sản.

Đa dạng ứng dụng: Hệ thống khí nén có thể áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như chế tạo, xây dựng, y tế, và giải trí.

Hoạt động ổn định: Hệ thống thường hoạt động ổn định và đáng tin cậy. Áp suất có thể duy trì ổn định trong thời gian dài mà không cần nhiều bảo trì, giúp giảm thiểu sự gián đoạn sản xuất.

Mặc dù những ưu điểm của hệ thống khí nén là không thể phủ nhận do những lợi ích mà nó mang lại. Tuy nhiên, hệ thống này vẫn có những nhược điểm mà người dùng phải xem xét như:

Tiêu thụ năng lượng: Mặc dù hiệu suất cao, hệ thống này tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với các nguồn năng lượng khác như điện. Việc nén không khí và duy trì áp suất yêu cầu năng lượng lớn, làm tăng chi phí hoạt động.

Tiếng ồn: Quá trình hoạt động của hệ thống khí nén tạo ra tiếng ồn. Điều này có thể gây ra tác động không mong muốn đến môi trường làm việc và sức khỏe của người lao động, đặc biệt trong môi trường làm việc lâu dài.

Bảo trì định kỳ: Hệ thống này cần phải được bảo trì định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn. Việc này bao gồm kiểm tra và thay thế các bộ phận cũ, lọc không khí và dầu, và duy trì độ kín khít của hệ thống.

Nguy cơ rò rỉ: Hệ thống có nguy cơ rò rỉ, gây mất áp suất và có thể gây tai nạn và nguy hại cho người lao động. Do đó, việc kiểm tra và bảo trì định kỳ là cực kỳ quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu suất của hệ thống.

Hiểu rõ về hệ thống khí nén sẽ giúp bạn lựa chọn, lắp đặt và vận hành hệ thống một cách hiệu quả, tiết kiệm chi phí. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về vấn đề này, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi tại P69.

CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ P69

• Nhà máy sản xuất: Km 18, đường Đại Lộ Thăng Long, Khu CN Thạch Thất Quốc Oai, Hà Nội
• Số điện thoại: 0966686969 | Hotline: 0989188982
• Email: kd1@cokhip69.com.vn
• Website: https://cokhip69.com.vn