El aire comprimido del aire extraído de la atmósfera, que utiliza la compresibilidad mediante un sistema neumático . Este aire se mantiene a una presión mayor que la de la atmósfera.
El aire comprimido se considera el cuarto fluido utilizado en la industria, después de la electricidad, el gas natural y el agua. En Europa, a principios de la década de 2000, el 10% de toda la electricidad utilizada por la industria se utilizaba para producir aire comprimido, este consumo ascendía a 80 TWh por año.
Dependiendo de la presión y el caudal de aire deseados, se utilizan diferentes tipos de compresores de aire para la producción de aire comprimido y principalmente dos sistemas: compresores de tornillo y compresores de pistón (generalmente de 2, 3 o 4 pisos). Los compresores alternativos de 3 etapas alcanzan presiones de hasta 300 bar. También hay compresores rotativos (compresor de turbina y paletas) y compresores de diafragma.
El caudal de un compresor se expresa en litros por minuto (símbolo: l / min) o en metros cúbicos por hora (símbolo: m 3 / h).
La energía necesaria para comprimir el aire es alta y va acompañada de la producción de energía térmica (calor) que, en la mayoría de los casos, no se utiliza. Por tanto, el aire comprimido es un portador de energía relativamente caro.
En la industria, los circuitos de aire comprimido se utilizan para el suministro de herramientas y automatización, con ciertas ventajas:
A pesar de muchas ventajas, la automatización por aire comprimido tiene inconvenientes que deben tenerse en cuenta:
Los martillos neumáticos utilizados en obras públicas.
Los compresores , motores y cilindros neumáticos se pueden utilizar para transmitir una fuerza a distancia y para componer las más variadas máquinas-herramienta: un simple pistón eyector una línea de montaje completa, capaz de perforar, fresar, mover, la pieza central a la máquina, por jugando con los movimientos rotativos o lineales -lentos o ultrarrápidos- con una flexibilidad y un precio de coste mucho más interesantes que los que permiten la electricidad o la hidráulica .
Otros ejemplos: Las catapultas en portaaviones temprano XX XX siglo, el frenado de los vehículos pesados y locomotoras y vagones de ferrocarril ( frenos de aire y electro ), la puesta en marcha de los motores diesel, los que empiezan F1 motores , camiones, algunos aviones (vía APU ) y generadores .
Los circuitos lógicos completamente neumáticos ( celdas neumáticas ) pueden equipar las máquinas mencionadas, posiblemente en combinación con comandos o controles electrónicos.
Las armas conocidas como "aire comprimido" incluyen todas las armas de cañón corto ( pistola ) o largo (rifles) que utilizan el gatillo de un gas para propulsar un proyectil , las armas con resorte accionan un pistón que comprime el aire para expulsar un proyectil . proyectil, así como lanzadores de paintball utilizados para paintball .
En el buceo , el aire comprimido se utiliza para la respiración bajo el agua , utilizando cilindros que contienen generalmente entre 12 y 18 litros de aire comprimido a 200 bares.
La expansión del aire comprimido se utilizó desde el principio como energía de propulsión para varios vehículos de aire comprimido . El motor del vehículo no emite ningún gas contaminante y es silencioso.
Podemos citar las locomotoras utilizadas en minas y túneles (aburrido del túnel de tren de Saint-Gothard ), tranvías , tales como los de la Mékarski sistema de puesta en servicio en Nantes en 1879 y utilizado hasta 1917 y las locomotoras de la Arpajonnais. En la parisina parte del viaje.
En determinadas industrias se va a prohibir el uso de la electricidad, en particular por el riesgo de explosiones, así se encontraron las locomotoras de aire comprimido en las minas de carbón y que existen dispositivos de iluminación equipados con una microturbina que acciona un alternador .
Un submarino propulsado por aire comprimido fue desarrollado alrededor de 1860 en Rochefort por el ingeniero Charles Brun: el Plongeur . El aire comprimido también se utiliza actualmente para vaciar los submarinos de lastre .
En el XIX ° siglo, el primer torpedo fue accionado por aire comprimido.
Aeronáutica: El ingeniero y pionero aeronáutico Victor Tatin construyó en 1879 un modelo operativo a escala de avión propulsado por un motor de aire comprimido.
La Ciudad de París, un caso único en el mundo, habrá tenido, hasta 1994, una red urbana de más de cien años de distribución de aire comprimido en 6 bares extendida a todos los distritos y suburbios interiores (Compagnie Parisienne d'Air Comprimé que se convertirá en la Société Urbaine d'Air Comprimé - SUDAC ). El objetivo perseguido por Victor Popp, el impulsor de esta red, era la distribución de la fuerza motriz cuando aún no existían las redes eléctricas . Los pequeños motores neumáticos en muchos talleres. También se utilizó para enfriar (por relajamiento) en las cafeteras-limonada de la capital y para el funcionamiento de innumerables ascensores hidroneumáticos en los bellos edificios. Una red independiente controlada por un reloj central controlaba el mecanismo de los relojes públicos y privados unificando así la hora en la ciudad.
También han aparecido recientemente nuevos desarrollos en el campo de los vehículos no contaminantes.
Interés potencial del aire comprimido para motoresEn el campo del almacenamiento de energía y los motores, una ventaja del aire comprimido es que los tanques utilizados para almacenar esta energía pueden ser de aluminio o acero y, por lo tanto, son reciclables. Una alternativa consiste en almacenar el aire en tanques de fibra de carbono que permiten una mayor ligereza ventajosa para usos móviles (buceo, motores).
Otra ventaja del motor de aire comprimido en comparación con el motor eléctrico es el costo razonable de los tanques; costo que debería permanecer estable incluso con una demanda muy fuerte, mientras que en el caso de los vehículos eléctricos , el costo de los metales raros (por ejemplo: litio ) utilizados en las baterías tenderá a aumentar con el crecimiento de la demanda porque las reservas globales son limitadas.
La energía contenida en un tanque de aire comprimido no es muy alta: alrededor de diez kWh para un tanque grande de 300 litros de aire comprimido a 250 bar, pero podemos aumentar esta energía potencial calentando el aire con etanol por ejemplo. La ventaja sobre el motor de combustión es que el calentamiento se realiza sin combustión y por lo tanto no hay formación de óxido nítrico.
Desventajas: baja densidad de energía y eficiencia bastante baja. Las leyes de la termodinámica y la dificultad para lograr una buena eficiencia energética inducen una eficiencia menor (20 a 40%) que la de los sistemas y motores eléctricos y una pérdida de energía por producción de calor durante la compresión del aire.
La energía neumática es la energía almacenada en un gas comprimido. Se opera en un sistema neumático.
En el artículo de referencia se proporciona una estimación de la energía disponible en un volumen dado de aire.
Además de los detalles de este artículo, los cálculos relacionados con un sistema neumático utilizan la densidad del aire, que es 1.293 kg / Nm 3 (1 Nm 3 = 1 normómetro cúbico, indica una medida establecida a presión atmosférica normal. 1.013 × 10 5 Pa = 1 atm y a 0 ° C de temperatura).
El almacenamiento de energía por aire comprimido es una forma de almacenar el exceso de energía en las horas pico (por ejemplo, mediante turbinas eólicas o paneles solares) y luego utilizarlo durante las horas pico o cuando no hay producción (ejemplo: paneles solares en la noche). El aire comprimido producido se puede almacenar en botes o en cavernas subterráneas.
La técnica de los acumuladores oleoneumáticos también se puede utilizar como alternativa a las baterías de sistemas de alimentación ininterrumpida y permite superar los fallos de red para el suministro eléctrico de redes críticas (hospitales, servidores informáticos, etc.).
Se están estudiando aerogeneradores equipados con compresores de aire para almacenar energía.
Diferentes procesos utilizan aire comprimido como fuente de energía: