Ilma ja ilmanpaine
Ilma on väritön, hajuton ja mauton kaasu joka muodostuu 78% typestä, 21% hapesta ja 1% muista kaasuista. Ilma aiheuttaa maan pintaa vasten voiman, joka on merenpinnan tasolla =1.02 kg/cm² = 1,013 bar. Tätä kutsutaan ilmanpaineeksi tai barometriseksi paineeksi. Korkeammalle noustessa ilmanpaine laskee. Esimerkiksi 500 m korkeudessa ilmanpaine on 0,95 bar ja 5000 m korkeudessa 0,54 bar. Merenpinnan alapuolelle laskeuduttaessa ilmanpaine on vastaavasti korkeampi.
Ilma on väritön, hajuton ja mauton kaasu.
Paineilma
Paineilma on varastoituneen energian muoto. Se on turvallista, luotettavaa, syttymätöntä ja monipuolista. Sitä on helppo varastoida, siirtää ja puhdistaa. Paineilmaa käytetään maailman laajuisesti lukuisissa erilaisissa sovelluksissa kuten paineilmatyökalut, ilmastus, puhdistus, puhallus, siirto, tiivistys jne.
Kun järjestelmässä on korkeampi ilmanpaine kuin sitä ympäröivässä tilassa, puhumme paineilmasta. Jos paine on matalampi kuin sitä ympäröivässä tilassa, on kyseessä alipaine, eli vakuumi. Paineilma ja ilmanpaine erotellaan alla kuvassa esitetyllä tapaa. Ilmakehän paine esitetään bar (a) ( = athmospheric), paineilma esitetään mittaripaineena bar (g) (=gauge). Ilmanpaine ja mittaripaine muodostavat yhdessä absoluuttisen paineen (abs). Esimerkiksi siis, jos paineilmalinjassa on 7,0 bar(g) paine tarkoittaa se 8 bar absoluuttista painetta.
Paineilmasta keskusteltaessa nousevat esiin termit tilavuus, paine ja lämpötila, jotka ovat kaikki yhteydessä toisiinsa. Jos lämpötila pysyy vakiona, paine ja tilavuus ovat kääntäen verrannollisia eli toisen laskiessa toinen lisääntyy. Toisaalta, paineen pysyessä vakiona, ovat lämpötila ja tilavuus yhteydessä toisiinsa. Mikäli lämpötilaa nostetaan lisääntyy myös tilavuus.
Miten paineilmaa tuotetaan
Paineilman puristustekniikat jaetaan kahteen luokkaan, kineettinen puristus (dynaaminen) ja syrjäytystoiminen (muuntuvatilavuuksinen). Alla kuvassa on eri kompressorityypit jaoteltuna puristustekniikan mukaan. Yleisimmin käytetyt tekniikat ovat radiaali, mäntä ja ruuvi.
Paineilman eri puristustekniikat.
Kineettinen puristus
Kineettinen puristus perustuu ilmamolekyylien nopeuden kiihdyttämiseen ja kineettisen energian muuttamiseen paineeksi. Keskipakois- eli turbokompressorit toimivat näin. Ilma kiihdytetään ensin pyörivällä juoksupyörällä, jonka jälkeen se törmäytetään diffuusoriin. Törmäyskohdassa syntyy painetta. Yksinkertainen esimerkki tästä: Ajatellaan tennispalloa ilmamolekyylinä. Heitetään tennispallo kohti seinää. Palloa heitettäessä sen kiihdyttämiseen käytetty energia varastoituu siihen liike-energiaksi (kineettinen energia). Pallon osuessa seinään tämä energia muuttuu paineeksi osumakohtaan vapauttaen samalla lämpöä.
Juoksupyörä pyörii ja ilman nopeus kasvaa.
Juoksupyörä pyörii ja ilman nopeus kasvaa. Nopeutta hidastetaan törmäyksellä jolloin paine kasvaa. Mitä painavampaa ilma on, sitä korkeampi paine syntyy. Ilman massalla on suuri merkitys loppupaineeseen kineettisessä puristuksessa.
Syrjäytystoiminen puristus
Syrjäytystoiminen puristus perustuu tilavuuden muuttamiseen: paine nousee suljetussa tilassa kun tilavuus pienenee. Tästä kaikille tuttuna esimerkkinä polkupyörän pumppu, jossa mäntää liikutetaan sylinterin sisällä. Männän puristuessa paine sylinterin sisällä nousee ja mäntää vapauttaessa pumppu imee korvausilmaa sisään. Myös ruuvikompressorin toiminta perustuu tilavuuden pienentämiseen.
Ruuvielementti koostuu uros-ja naarasroottorista. Urosroottorin harjat liikkuvat naarasroottorin urissa pienentäen tilaa ja puristaen ilmaa. Toisin kuin mäntäkompressorin edestakaisessa liikkeessä, paineilman tuotto on jatkuva prosessi, mikä mahdollistaa tasaisemman verkkopaineen.
Kuvassa: 1. Ruuvi imee, 2.Imu sulkeutuu, 3.Paine nousee, 4.Ilma purkautuu