Khí nén là gì? Ứng dụng, Lưu ý khi sử dụng

Khí nén xuất hiện ở mọi khía cạnh và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Từ các thiết bị bơm hơi, vá lốp…. Vậy bạn đã biết khí nén là gì? Thiết bị nào tạo ra khí nén? 

Khí nén là gì?

Khí nén là năng lượng được tạo bằng cách nén không khí trong điều kiện áp suất cao 3000psi hoặc 3600psi. Quá trình này làm giảm thể tích của khí, tạo ra áp lực lớn, biến nó thành một nguồn năng lượng mạnh mẽ và hiệu quả.

Hiểu một cách đơn giản, khí nén là không khí bình thường xung quanh chúng ta, nhưng được nén lại để chứa nhiều năng lượng hơn.

Khí nén là gì?

Cấu tạo, nguyên lý vận hành của hệ thống khí nén

Cấu tạo của khí nén 

Khí nén không có cấu tạo vật lý cụ thể như các thiết bị hay máy móc. Bản chất của khí nén chỉ đơn giản là không khí hoặc các hỗn hợp khí khác được nén lại ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển.

Nguyên lý hoạt động của khí nén

Nguyên lý hoạt động của khí nén dựa trên việc chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng được lưu trữ trong khí nén, sau đó giải phóng năng lượng này để thực hiện công.

Quá trình nén khí được thực hiện bởi máy nén khí. Máy nén khí hút không khí từ môi trường, sau đó sử dụng các cơ cấu cơ học như piston, trục vít hoặc cánh quạt để giảm thể tích không khí, từ đó làm tăng áp suất của nó.

Cách thức hoạt động khí nén là gì?

Khí nén sau khi được nén sẽ được lưu trữ trong các bình chứa chuyên dụng. Bình chứa khí làm từ chất liệu bền bỉ và được thiết kế để chịu được áp suất cao.

Khi cần sử dụng, khí nén được giải phóng từ bình chứa thông qua hệ thống van và đường ống. Khi giải phóng, khí nén giãn nở nhanh chóng, chuyển đổi năng lượng tiềm năng thành động năng, tạo ra lực đẩy hoặc tác động lên các thiết bị hoặc máy móc.

Ứng dụng thực tiễn của khí nén trong cuộc sống hiện nay

Công nghệ phát triển, khí nén được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: 

Sửa chữa

Khí nén là nguồn năng lượng chính để vận hành nhiều loại công cụ. Súng bắn ốc sử dụng khí nén để tháo và siết ốc nhanh chóng, giúp rút ngắn thời gian sửa chữa so với phương pháp thủ công. Máy bơm lốp dùng khí nén để bơm căng lốp xe một cách chính xác mà không cần dùng sức.

Ứng dụng trong lĩnh vực sửa chữa

Xưởng mộc & gia công cơ khí

Trong xưởng mộc, khí nén được ứng dụng vào việc vận hành các máy bào, máy cắt và máy đục lỗ. Các thiết bị này cần một lực mạnh để thực hiện các thao tác cắt, bào, tạo hình trên gỗ, và khí nén cung cấp nguồn lực mạnh mẽ này. 

Tương tự, trong các xưởng gia công cơ khí, khí nén được sử dụng để điều khiển máy ép, máy đột, và máy mài, giúp gia công các chi tiết kim loại một cách chính xác và nhanh chóng.

Ứng dụng trong các công việc tại xưởng mộc, cơ khí

Dược phẩm

Trong quy trình sản xuất thuốc, khí nén đảm bảo môi trường vô trùng bằng cách vận chuyển thuốc, sấy khô nguyên liệu, hay thậm chí đóng gói thuốc vào vỉ. 

Khí nén giúp đảm bảo rằng các viên thuốc, dung dịch, và sản phẩm dược phẩm khác được đóng gói dưới điều kiện sạch sẽ, không bị nhiễm khuẩn. 

Nha khoa

Khí nén là nguồn năng lượng chính cho các thiết bị quan trọng như máy khoan răng, máy xịt nước, và máy hút nước bọt.

Máy khoan răng dùng khí nén để hoạt động với tốc độ cao, giúp bác sĩ nha khoa thực hiện các thủ thuật như khoan lỗ và làm sạch răng một cách hiệu quả và ít gây đau đớn cho bệnh nhân. Máy xịt nước và máy hút nước bọt đảm bảo rằng miệng bệnh nhân luôn khô ráo và sạch sẽ trong suốt quá trình điều trị.

Ứng dụng khí nén trong nha khoa

Y tế

Trong phòng mổ, khí nén cung cấp năng lượng cho các thiết bị như máy khoan xương, máy cắt, giúp bác sĩ thực hiện phẫu thuật một cách an toàn và hiệu quả. Máy thở, thiết bị không thể thiếu trong hồi sức cấp cứu, cũng hoạt động nhờ khí nén, giúp duy trì hơi thở cho bệnh nhân.

Ứng dụng trong lĩnh vực y tế

Khai thác khoáng sản

Ở những mỏ khai thác, bạn sẽ thấy những mũi khoan khổng lồ đục sâu vào lòng đất, tất cả đều nhờ sức mạnh của khí nén. Khí nén còn được dùng để vận chuyển các khối đá, quặng từ sâu trong lòng đất lên mặt đất thông qua hệ thống băng tải hay hệ thống thổi khí.

Công nghiệp chế tạo

Trong các nhà máy hiện đại, robot và máy móc tự động hoạt động nhịp nhàng, chính xác nhờ sự điều khiển của khí nén. Khí nén còn giúp kiểm tra chất lượng sản phẩm, đảm bảo chúng không bị rò rỉ hay hư hỏng trước khi đến tay người tiêu dùng.

Chế biến thực phẩm

Để giữ thực phẩm tươi ngon lâu hơn, người ta sử dụng khí nén để đóng gói chân không, loại bỏ không khí ra khỏi bao bì. Khí nén còn giúp thổi phồng chai lọ, làm sạch thiết bị sản xuất, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.

Thiết bị nào tạo ra khí nén?

Thiết bị chủ yếu tạo ra khí nén là máy nén khí. Máy hoạt động bằng cách hút không khí từ môi trường xung quanh, sau đó nén không khí này lại để tăng áp suất và giảm thể tích, tạo ra khí nén có năng lượng để sử dụng.

Tùy vào nhu cầu, ứng dụng thực tế người dùng sẽ đưa ra lựa chọn dòng máy nén khí phù hợp. 

Máy nén khí - trợ thủ chính tạo ra khí nén

Cách tạo ra khí nén

Tạo ra khí nén từ máy nén khí

Máy nén khí hoạt động dựa trên việc giảm thể tích của một lượng khí nhất định, từ đó làm tăng áp suất của khí. Có nhiều loại máy nén khí khác nhau như máy nén piston, máy nén trục vít, máy nén ly tâm, mỗi loại có cơ chế nén khí riêng.

Quy trình:

• Hút khí: Không khí được hút vào buồng nén của máy nén.

• Nén khí: Piston, trục vít hoặc cánh quạt trong máy nén sẽ di chuyển để giảm thể tích buồng nén, ép không khí lại và làm tăng áp suất của nó.

• Đẩy khí nén: Khí nén được đẩy ra khỏi máy nén và đi vào hệ thống khí nén.

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí

Bình tích áp khí

Bình tích áp có vai trò lưu trữ khí nén đã được nén từ máy nén. Nhờ đó, hệ thống có thể cung cấp khí nén ổn định cho các thiết bị sử dụng, ngay cả khi máy nén khí tạm thời ngừng hoạt động hoặc nhu cầu sử dụng tăng đột ngột.

Khi máy bơm hơi hoạt động, khí nén được đẩy vào bình tích áp. Khi các thiết bị sử dụng khí nén, khí nén sẽ được lấy từ bình tích áp.

Thiết bị xử lý khí nén

Khí nén sau khi được nén thường chứa các tạp chất như bụi bẩn, hơi nước và dầu. Các tạp chất này có thể gây hư hỏng cho các thiết bị sử dụng khí nén. Do đó, cần có thiết bị xử lý khí nén để làm sạch và điều hòa khí nén trước khi đưa đến các thiết bị sử dụng.

Đặc điểm quan trọng cần lưu ý về khí nén

Được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, song để đảm bảo hiệu quả và an toàn khi sử dụng cần lưu ý:

Về số lượng

Số lượng khí nén cần thiết cho mỗi ứng dụng phụ thuộc vào yêu cầu công suất và thời gian hoạt động của thiết bị. 

Đảm bảo đủ lượng khí nén là điều quan trọng để duy trì hoạt động liên tục và ổn định. Nếu lượng khí nén không đủ, hiệu suất của máy móc có thể giảm sút hoặc ngừng hoạt động.

Về vận chuyển

Khí nén được dẫn qua các hệ thống ống dẫn để đến các vị trí sử dụng khác nhau. Để đảm bảo hiệu quả, ống dẫn khí cần được thiết kế với đường kính phù hợp và được lắp đặt chắc chắn để giảm thiểu rò rỉ và tổn thất áp suất trong quá trình vận chuyển. 

Về lưu trữ

Khí nén cần được lưu trữ trong bình tích áp hoặc các hệ thống lưu trữ khác để duy trì áp suất ổn định. Bình tích áp cần được kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo an toàn. 

Ngoài ra, cần tránh lưu trữ khí nén ở các khu vực có nhiệt độ cao hoặc gần các nguồn nhiệt, vì điều này có thể làm tăng nguy cơ cháy nổ.

Khí nén được lưu trữ cẩn thận, đúng cách trong các bình chứa

Về nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của khí nén. Khi khí nén bị nén, nhiệt độ tăng lên, do đó cần thiết bị làm mát hoặc máy sấy khí để giảm nhiệt độ và loại bỏ độ ẩm trước khi sử dụng. 

Nếu khí nén quá nóng, nó có thể gây hư hỏng cho thiết bị và làm giảm hiệu quả vận hành.

Về cháy nổ

Khí nén, đặc biệt là khí oxy hoặc các loại khí dễ cháy khác, rất dễ gây cháy nổ nếu không được xử lý đúng cách. 

Cần có các biện pháp an toàn nghiêm ngặt khi sử dụng, lưu trữ và vận chuyển các loại khí nén dễ cháy, bao gồm việc sử dụng các thiết bị chống cháy nổ và đảm bảo hệ thống thông gió tốt.

Vận tốc khí nén

Vận tốc của khí nén trong hệ thống ống dẫn cần được kiểm soát để tránh tổn thất áp suất và tạo ra tiếng ồn. 

Vận tốc quá cao gây mài mòn ống dẫn và làm giảm tuổi thọ của hệ thống. Để đảm bảo hiệu quả, vận tốc khí nén nên được giữ trong giới hạn phù hợp với thiết kế của hệ thống.

Vấn đề an toàn, vệ sinh

Khí nén cần được xử lý sạch trước khi sử dụng, nhất là trong các ứng dụng yêu cầu độ sạch cao như y tế, thực phẩm, và dược phẩm. Trong trường hợp này, người dùng nên ưu tiên sử dụng máy nén khí không dầu.