El aire comprimido es aire mantenido bajo una presión mayor que la presión atmosférica . El aire comprimido en neumáticos y amortiguadores de vehículos se usa comúnmente para mejorar la tracción y reducir la vibración. El aire comprimido es un medio importante para la transferencia de energía en procesos industriales y se utiliza para herramientas eléctricas como martillos neumáticos , taladros , llaves y otros, así como para atomizar pintura, operar cilindros neumáticos para automatización y también puede ser utilizado para propulsar vehículos. Los frenos aplicados por aire comprimido hicieron que los grandes trenes ferroviarios fueran más seguros y eficientes en su operación. Los frenos de aire comprimido también se encuentran en vehículos grandes de carretera.
Los buceadores submarinos utilizan aire comprimido como gas respirable . Puede ser transportado por el buzo en un cilindro de buceo de alta presión , o suministrado desde la superficie a menor presión a través de una línea de aire o el umbilical del buzo . [1] Se utilizan disposiciones similares en los aparatos respiratorios utilizados por los bomberos, los trabajadores de rescate de minas y los trabajadores industriales en atmósferas peligrosas.
En Europa, el 10 por ciento de todo el consumo de electricidad industrial se destina a producir 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 se podía transportar por tuberías a largas distancias sin perder presión debido a la condensación. Una de las primeras aplicaciones importantes del aire comprimido fue en la perforación del túnel 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 , aumentando considerablemente la productividad con respecto a los métodos de perforación manuales anteriores. Los taladros de aire comprimido se utilizaron en las minas de 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 de iluminación. Los primeros compresores de aire funcionaban con vapor, pero en ciertos lugares un trampantojo 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 continuamente para cumplir con los requisitos, como en el buceo con suministro desde 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, puede tener efectos mortales al respirar aire presurizado debido a una presión parcial proporcionalmente mayor . Los compresores de aire, los filtros y los sistemas de suministro destinados al aire respirable no suelen utilizarse 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 al fondo abierto del recinto llenándolo con aire a presión. Ya en el siglo XVII se sabía que los trabajadores de las campanas de buceo experimentaban dificultad para respirar y corrían riesgo de asfixia, aliviados por la entrada de aire fresco en la campana. Estos trabajadores también experimentaron dolor y otros síntomas al regresar a la superficie, ya que se alivió la presión. Denis Papin sugirió en 1691 que el tiempo de trabajo en una campana de buceo podría prolongarse si se inyectaba continuamente aire fresco desde la superficie bajo presión hacia la campana. En el siglo XIX, los cajones se utilizaban habitualmente en la construcción civil, pero los trabajadores experimentaban síntomas graves, a veces mortales, al regresar a la superficie, un síndrome llamado enfermedad del cajón o enfermedad de 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 entendió que los trabajadores debían descomprimir lentamente para evitar la formación de burbujas peligrosas en los tejidos. [7]
El aire bajo una presión moderadamente alta, como la que se utiliza al bucear por debajo de unos 20 metros (70 pies), tiene un efecto narcótico cada vez mayor sobre el sistema nervioso. La narcosis por nitrógeno es un peligro al bucear. Para bucear mucho más allá de los 30 metros (100 pies), es menos seguro utilizar aire solo y, a menudo, se utilizan mezclas respiratorias especiales 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 cuando se evalúa por unidad de energía entregada. [9]
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El aire comprimido se utiliza para muchos propósitos, entre ellos:
Las salas de compresores deben diseñarse con sistemas de ventilación para eliminar el calor residual producido por los compresores. [12]
Cuando se comprime aire a presión atmosférica, contiene mucho más vapor de agua del que puede contener el aire a alta presión. La humedad relativa se rige por las propiedades del agua y no se ve afectada por la presión del aire. [13] Después de que el aire comprimido se enfría, el agua vaporizada se convierte en agua licuada. [14] [15]
Enfriar el aire cuando sale del compresor eliminará la mayor parte de la humedad antes de que llegue a las tuberías. El posenfriador, los tanques de almacenamiento, etc. pueden ayudar a que el aire comprimido se enfríe a 104 °F; Luego, dos tercios del agua se vuelven líquidas. [dieciséis]
La gestión 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 múltiples puntos de un sistema grande para permitir que se elimine el agua atrapada. Los grifos de los cabezales de las tuberías pueden disponerse en la parte superior de las tuberías, de modo que la humedad no pase a los ramales de las tuberías que alimentan el equipo. [17] Los tamaños de tubería se seleccionan para evitar una pérdida excesiva de energía en el sistema de tuberías debido al exceso de velocidad en tuberías rectas en momentos de máxima demanda, [18] o debido a turbulencias en los accesorios de tubería. [19]
Medios relacionados con el aire comprimido en Wikimedia Commons