ما المقصود بالهواء المضغوط و كيف يعمل كمبروسر الهواء؟

سواء أكنت على دراية بالهواء المضغوط أم لا، فإنه يشترك في كل جانب من حياتنا، بدءًا من البالونات التي تستخدمها في حفلة عيد ميلادك وحتى الهواء الموجود في إطارات السيارات والدراجات. كما أنه قد استُخدم على الأرجح عند تصنيع الهواتف أو الكمبيوتر اللوحي أو الكمبيوتر الذي تطّلع منه على هذا المقال.

المكوّن الرئيسي للهواء المضغوط هو الهواء، كما توقعت أنت على الأرجح. فالهواء عبارة عن خليط من الغازات، ما يعني أنه يتكون من العديد من الغازات. والغازان الرئيسان من بينها هما النيتروجين (‎78%) والأكسجين (‎21%). كما يتكون من جزيئات هواء مختلفة يتضمن كل منها قدرًا معينًا من الطاقة الحركية.

تتناسب درجة حرارة الهواء طرديًّا مع متوسط الطاقة الحركية لهذه الجزيئات. أي أن درجة حرارة الهواء ستكون مرتفعة إذا كان متوسط طاقة الحركية كبيرًا (وتتحرك جزيئات الهواء أسرع). بينما تكون درجة الحرارة منخفضة عندما تكون الطاقة الحركية صغيرة.

ينتج عن انضغاط الهواء زيادة سرعة تحرك الجزيئات، مما يزيد درجة حرارتها. تسمى هذه الظاهرة "حرارة الانضغاط". ويعني ضغط الهواء دفعه إلى مساحة أصغر ما يسفر عن تقارب الجزيئات من بعضها. وتساوي الطاقة التي تتحرر عند القيام بذلك الطاقة اللازمة لدفع الهواء إلى المساحة الأصغر. أي يتم تخزين الطاقة لاستخدامها في المستقبل.

لنأخذ البالون كمثال. عند نفخ البالون، يُدفع الهواء إلى حجم أصغر. وتساوي الطاقة الكامنة في الهواء المضغوط داخل البالون الطاقة اللازمة لنفخه. عندما نفتح البالون ويتحرر الهواء، يبدد البالون هذه الطاقة وتسفر عن تحليقه بعيدًا. وهذا هو أيضًا المبدأ الرئيسي لضاغط الإزاحة الموجبة.

يمثل الهواء المضغوط وسطًا ممتازًا لتخزين الطاقة ونقلها. كما يتميز بالمرونة وتعدد الاستخدامات والأمان النسبي مقارنة بالطرق الأخرى لتخزين الطاقة، مثل البطاريات والبخار. فالبطاريات كبيرة الحجم وذات عمر شحن محدود. أما البخار، فليس فعالاً من حيث التكلفة ولا سهل الاستخدام (حيث ترتفع درجة حرارته للغاية). ولكن عند مقارنة الهواء المضغوط بالكهرباء، تكون الكهرباء أكثر كفاءةً من حيث التكلفة. ولكن إذا كان هذا صحيحًا، فلماذا نستخدم الهواء المضغوط؟