الهواء المضغوط

الهواء المضغوط هو هواء يُحفظ تحت ضغط أعلى من الضغط الجوي . يُستخدم الهواء المضغوط في إطارات المركبات وممتصات الصدمات لتحسين قوة الجر وتقليل الاهتزاز. يُعد الهواء المضغوط وسيطًا هامًا لنقل الطاقة في العمليات الصناعية ، ويُستخدم في الأدوات الكهربائية مثل المطارق الهوائية والمثاقب والمفاتيح وغيرها، بالإضافة إلى استخدامه في رش الطلاء، وتشغيل أسطوانات الهواء لأغراض الأتمتة، كما يُمكن استخدامه لدفع المركبات. ساهمت المكابح التي تعمل بالهواء المضغوط في جعل قطارات السكك الحديدية الكبيرة أكثر أمانًا وكفاءة في التشغيل. كما تُستخدم مكابح الهواء المضغوط في المركبات الكبيرة على الطرق السريعة.

يستخدم الغواصون تحت الماء الهواء المضغوط كغاز للتنفس . وقد يحمله الغواص في أسطوانة غوص عالية الضغط ، أو يُزود به من السطح بضغط منخفض عبر أنبوب هواء أو حبل غوص . ^{[ 1 ]} وتُستخدم ترتيبات مماثلة في أجهزة التنفس التي يستخدمها رجال الإطفاء وعمال الإنقاذ في المناجم والعمال الصناعيون في الأجواء الخطرة.

في أوروبا، يُستهلك 10% من إجمالي استهلاك الكهرباء الصناعية لإنتاج الهواء المضغوط، أي ما يعادل 80 تيراواط ساعة من الاستهلاك سنوياً. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

بدأ استخدام الهواء المضغوط عبر الأنابيب في نقل الطاقة على المستوى الصناعي في منتصف القرن التاسع عشر؛ فعلى عكس البخار ، يمكن نقل الهواء المضغوط عبر الأنابيب لمسافات طويلة دون فقدان الضغط بسبب التكثيف. وكان من أوائل التطبيقات الرئيسية للهواء المضغوط حفر نفق مونت سيني في إيطاليا وفرنسا عام 1861، حيث وفرت محطة هواء مضغوط بضغط 600 كيلو باسكال (87 رطل لكل بوصة مربعة) الطاقة اللازمة للحفارات الهوائية ، مما زاد الإنتاجية بشكل كبير مقارنةً بطرق الحفر اليدوية السابقة. وطُبقت حفارات الهواء المضغوط في مناجم الولايات المتحدة في سبعينيات القرن التاسع عشر. واخترع جورج وستنجهاوس مكابح هوائية للقطارات بدءًا من عام 1869؛ وقد حسّنت هذه المكابح بشكل كبير من سلامة عمليات السكك الحديدية. ^{[ 5 ]} وفي القرن التاسع عشر، أنشأت باريس نظام أنابيب لتوزيع الهواء المضغوط على مستوى المدينة لتشغيل الآلات والمولدات الكهربائية للإضاءة. وكانت ضواغط الهواء الأولى تعمل بالبخار، ولكن في بعض المواقع، كان بالإمكان الحصول على الهواء المضغوط مباشرةً من قوة الماء المتساقط باستخدام جهاز "ترومب" . ^{[ 6 ]}

يمكن تخزين هواء التنفس تحت ضغط عالٍ وإطلاقه تدريجيًا عند الحاجة، كما هو الحال في الغوص الحر وأجهزة التنفس الذاتية ( SCBA )، أو استخدامه من قبل رجال الإطفاء والعمال الصناعيين، أو إنتاجه باستمرار لتلبية المتطلبات، كما هو الحال في الغوص باستخدام الهواء المضغوط من السطح . يجب أن يكون هواء التنفس خاليًا من الزيوت والملوثات الأخرى؛ فأول أكسيد الكربون، على سبيل المثال، قد يكون له آثار مميتة عند استنشاق الهواء المضغوط، حتى وإن كانت نسبته ضئيلة وغير خطيرة عند الضغط الجوي العادي، وذلك بسبب ارتفاع ضغطه الجزئي . لا تُستخدم ضواغط الهواء والمرشحات وأنظمة التزويد المُخصصة لهواء التنفس عادةً للأدوات الهوائية أو لأغراض أخرى، نظرًا لاختلاف متطلبات جودة الهواء. ^{[ 7 ]}

قد يعمل العمال الذين يشيدون أساسات الجسور أو غيرها من المنشآت داخل حجرة مضغوطة تُسمى الكيسون ، حيث يُمنع دخول الماء إلى قاعها المفتوح عن طريق ملئها بالهواء المضغوط. كان معروفًا منذ القرن السابع عشر أن العمال في أجراس الغوص يعانون من ضيق التنفس ويتعرضون لخطر الاختناق، وهو ما كان يُخفف عنه بإطلاق هواء نقي داخل الجرس. كما كان هؤلاء العمال يعانون من الألم وأعراض أخرى عند عودتهم إلى السطح، نتيجةً لانخفاض الضغط. اقترح دينيس بابين في عام 1691 إمكانية تمديد وقت العمل في جرس الغوص إذا تم ضخ هواء نقي من السطح باستمرار تحت ضغط داخله. بحلول القرن التاسع عشر، أصبحت الكيسونات تُستخدم بانتظام في الإنشاءات المدنية، لكن العمال كانوا يعانون من أعراض خطيرة، وأحيانًا مميتة، عند عودتهم إلى السطح، وهي متلازمة تُعرف باسم مرض الكيسون أو مرض تخفيف الضغط . لقي العديد من العمال حتفهم بسبب المرض في مشاريع مثل جسر بروكلين وجسر إيدز ، ولم يُفهم إلا في تسعينيات القرن التاسع عشر أن على العمال تخفيف الضغط ببطء لمنع تكوّن فقاعات خطيرة في الأنسجة. ^{[ 8 ]}

يُؤدي الهواء المضغوط بضغط متوسط، كما هو الحال عند الغوص لأعماق تزيد عن 20 مترًا (70 قدمًا) ، إلى زيادة تأثير التخدير على الجهاز العصبي. ويُعدّ التسمم النيتروجيني خطرًا أثناء الغوص. أما عند الغوص لأعماق تتجاوز 30 مترًا (100 قدم) ، فيصبح استخدام الهواء وحده أقل أمانًا، وغالبًا ما تُستخدم خلطات تنفس خاصة تحتوي على الهيليوم. ^{[ 9 ]}  

في التطبيقات البرية، توفر أجهزة التنفس ذاتية التزويد بالهواء (SCBAs ) وأجهزة التنفس الإلكترونية (UEBSS) (الولايات المتحدة الأمريكية) وأجهزة التنفس الإلكترونية (EBBS) (الاتحاد الأوروبي) هواءً صالحًا للتنفس لفرق الاستجابة للطوارئ والعمال الصناعيين والعسكريين في البيئات الخطرة. تستخدم هذه الأجهزة أسطوانات هواء مضغوط لتزويد المستخدم بهواء نظيف، مما يضمن سلامته في الأجواء التي تعاني من نقص الأكسجين أو التلوث. ولتعزيز السلامة والكفاءة التشغيلية، يسمح نظام Kee Connections Buddy Breather ^{[ 10 ]} للمستخدمين بمشاركة الهواء في حالات الطوارئ. يُمكّن هذا النظام رجال الإطفاء أو مستخدمي أجهزة التنفس ذاتية التزويد بالهواء من توصيل أجهزتهم، مما يوفر دعمًا هوائيًا منقذًا للحياة عند الحاجة. تُسهم هذه الابتكارات في تحسين فرص النجاة والعمل الجماعي في الظروف عالية الخطورة.

في الصناعة، يُستخدم الهواء المضغوط على نطاق واسع لدرجة أنه يُعتبر في كثير من الأحيان رابع أهم المرافق، بعد الكهرباء والغاز الطبيعي والماء. ومع ذلك، فإن الهواء المضغوط أغلى من المرافق الثلاثة الأخرى عند تقييمه على أساس وحدة الطاقة المُوَصَّلة. ^{[ 11 ]}

يُستخدم الهواء المضغوط لأغراض عديدة، منها:

• علم الهواء المضغوط ، استخدام الغازات المضغوطة لإنجاز العمل
  • نظام البريد الهوائي ، الذي يستخدم الكبسولات لنقل الورق والسلع الصغيرة عبر الأنابيب.
  • أدوات الهواء
  • أنظمة التحكم في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
  • طلاء بالبخاخ
• دفع المركبات ( انظر مركبة تعمل بالهواء المضغوط )
• تخزين الطاقة ( انظر تخزين الطاقة بالهواء المضغوط )
• الترفيه – مدن الملاهي، ملاعب الغولف (أنظمة الرش)، مصاعد الفنادق، منتجعات التزلج ( صناعة الثلج )
• المكابح الهوائية، بما في ذلك:
  • أنظمة كبح السكك الحديدية
  • أنظمة فرامل المركبات على الطرق
• الغوص تحت الماء ، للتنفس ، لنفخ أجهزة تعويض الطفو وأكياس الرفع ، وللتجريف بالرفع الجوي
• التبريد باستخدام أنبوب دوامي
• أنظمة بدء التشغيل بالهواء في المحركات
• دفع الذخيرة في:
  • بنادق الهواء
  • معدات إيرسوفت
  • معدات كرات الطلاء
• تنظيف الغبار والحطام الصغير في الأماكن الضيقة
• السفع الرملي لإزالة منتجات التآكل والطلاءات
• قولبة الحقن
• يستخدم هواة بناء نماذج السكك الحديدية وغيرهم من الهواة تقنية الرش الهوائي لطلاء وتلوين السيارات والقوارب والطائرات والقطارات.
• تغطية وتخمير الأطعمة والمشروبات ^{[ 12 ]}
• يتم بيع الهواء المضغوط من ليسيفوردن/ بريكستولن (النرويج) في علب، ومعظمها إلى الصين. ^{[ 13 ]}

Regarding operating costs, it is important to consider that compressed air represents a significant portion of total energy costs. Roughly, every 1 kW of power produced requires 8 kW of electrical power.^[14] Additionally, considering the lifecycle of a compressed air system (about 10–15 years), the total costs can be broken down as follows:

• 70–75%: Energy costs
• 15–20%: Compressor, accessories, piping, and installation costs
• 10%: Maintenance costs

Compressor rooms must be designed with ventilation systems to remove waste heat produced by the compressors.^[15]

• الوسائط المتعلقة بالهواء المضغوط على ويكيميديا ​​كومنز