El aire comprimido es aire que se mantiene bajo una presión mayor que la presión atmosférica . El aire comprimido en los neumáticos y amortiguadores de los vehículos se utiliza comúnmente para mejorar la tracción y reducir la vibración. El aire comprimido es un medio importante para la transferencia de energía en los procesos industriales y se utiliza para herramientas eléctricas como martillos neumáticos , taladros , llaves inglesas y otros, así como para atomizar pintura, para operar cilindros de aire para automatización y también se puede utilizar para propulsar vehículos. Los frenos aplicados por aire comprimido hicieron que los grandes trenes ferroviarios fueran más seguros y eficientes de operar. Los frenos de aire comprimido también se encuentran en grandes vehículos de carretera.
El aire comprimido se utiliza como gas respirable para los buceadores . El buceador puede llevarlo en un cilindro de buceo de alta presión o suministrarlo desde la superficie a una presión más baja a través de una línea de aire o del cordón umbilical del buceador . [1] Se utilizan dispositivos similares en los aparatos respiratorios que utilizan los bomberos, los trabajadores de rescate minero y los trabajadores industriales en atmósferas peligrosas.
En Europa, el 10 por ciento del consumo total de electricidad industrial se destina a la producción de aire comprimido, lo que equivale a un consumo de 80 teravatios hora al año. [2] [3]
El uso industrial del aire comprimido por tuberías para la transmisión de energía se desarrolló a mediados del siglo XIX; a diferencia del vapor , el aire comprimido podía transportarse por tuberías a grandes distancias sin perder presión debido a la condensación. Una de las primeras aplicaciones importantes del aire comprimido fue la perforación del túnel de Mont Cenis en Italia y Francia en 1861, donde una planta de aire comprimido de 600 kPa (87 psi) proporcionó energía a los taladros neumáticos , lo que aumentó enormemente la productividad con respecto a los métodos de perforación manual anteriores. Los taladros de aire comprimido se aplicaron en las minas de los Estados Unidos en la década de 1870. George Westinghouse inventó los frenos de aire para trenes a partir de 1869; estos frenos mejoraron considerablemente la seguridad de las operaciones ferroviarias. [4] En el siglo XIX, París tenía un sistema de tuberías instalado para la distribución municipal de aire comprimido para alimentar máquinas y operar generadores para iluminación. Los primeros compresores de aire funcionaban con vapor, pero en ciertos lugares un trompe podía obtener aire comprimido directamente de la fuerza del agua que caía. [5]
El aire para respirar puede almacenarse a alta presión y liberarse gradualmente cuando sea necesario, como en el buceo , o producirse de forma continua para satisfacer las necesidades, como en el buceo con suministro desde la superficie . El aire para respirar debe estar libre de aceite y otros contaminantes; el monóxido de carbono, por ejemplo, en fracciones volumétricas traza que podrían no ser peligrosas a presión atmosférica normal pueden tener efectos mortales cuando se respira aire presurizado debido a una presión parcial proporcionalmente mayor . Los compresores de aire, filtros y sistemas de suministro destinados al aire respirable generalmente no se utilizan también para herramientas neumáticas u otros fines, ya que los requisitos de calidad del aire difieren. [6]
Los trabajadores que construyen los cimientos de puentes u otras estructuras pueden estar trabajando en un recinto presurizado llamado cajón , donde se evita que el agua entre en el fondo abierto del recinto llenándolo con aire a presión. Ya en el siglo XVII se sabía que los trabajadores con campanas de buceo experimentaban falta de aire y riesgo de asfixia, que se aliviaban con la liberación de aire fresco en la campana. Estos trabajadores también experimentaban dolor y otros síntomas al regresar a la superficie, ya que se aliviaba la presión. Denis Papin sugirió en 1691 que el tiempo de trabajo en una campana de buceo podría extenderse si se forzaba continuamente aire fresco de la superficie bajo presión en la campana. En el siglo XIX, los cajones se usaban regularmente en la construcción civil, pero los trabajadores experimentaban síntomas graves, a veces fatales, al regresar a la superficie, un síndrome llamado enfermedad del cajón o enfermedad por descompresión . Muchos trabajadores murieron a causa de la enfermedad en proyectos como el Puente de Brooklyn y el Puente Eads y no fue hasta la década de 1890 que se comprendió que los trabajadores debían descomprimirse lentamente, para evitar la formación de burbujas peligrosas en los tejidos. [7]
El aire bajo una presión moderadamente alta, como el que se utiliza para bucear a menos de 20 metros (70 pies), tiene un efecto narcótico cada vez mayor sobre el sistema nervioso. La narcosis por nitrógeno es un peligro durante el buceo. Para bucear a más de 30 metros (100 pies), es menos seguro utilizar solo aire y a menudo se utilizan mezclas especiales para respirar que contienen helio. [8]
En la industria, el aire comprimido se utiliza tan ampliamente que a menudo se lo considera el cuarto servicio público, después de la electricidad, el gas natural y el agua. Sin embargo, el aire comprimido es más caro que los otros tres servicios públicos si se evalúa en función de la energía suministrada por unidad. [9]
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El aire comprimido se utiliza para muchos fines, entre ellos:
Las salas de compresores deben diseñarse con sistemas de ventilación para eliminar el calor residual producido por los compresores. [12]
Cuando el aire a presión atmosférica se comprime, contiene mucho más vapor de agua del que puede contener el aire a alta presión. La humedad relativa está determinada por las propiedades del agua y no se ve afectada por la presión del aire. [13] Una vez que el aire comprimido se enfría, el agua vaporizada se convierte en agua licuada. [14] [15]
Al enfriar el aire cuando sale del compresor, se eliminará la mayor parte de la humedad antes de que ingrese a las tuberías. El posenfriador, los tanques de almacenamiento, etc. pueden ayudar a que el aire comprimido se enfríe a 104 °F; dos tercios del agua luego se convierte en líquido. [16]
El control del exceso de humedad es un requisito de un sistema de distribución de aire comprimido. Los diseñadores del sistema deben asegurarse de que las tuberías mantengan una pendiente para evitar la acumulación de humedad en las partes bajas del sistema de tuberías. Se pueden instalar válvulas de drenaje en varios puntos de un sistema grande para permitir que el agua atrapada se expulse. Los grifos de los colectores de tuberías se pueden colocar en la parte superior de las tuberías, de modo que la humedad no se traslade a las ramas de las tuberías que alimentan el equipo. [17] Los tamaños de las tuberías se seleccionan para evitar la pérdida excesiva de energía en el sistema de tuberías debido al exceso de velocidad en las tuberías rectas en momentos de demanda máxima, [18] o debido a la turbulencia en los accesorios de las tuberías. [19]
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