Compresie (fizică)

În chimie , termenul de compresie indică procesul fizic prin care se obține o creștere a presiunii unui corp ( gazos , lichid sau solid ).

Fiind o transformare care implică o schimbare a nivelului de energie al corpului la care se aplică compresia, necesită furnizarea de energie . Din punct de vedere teoretic, această energie nu este necesară în schimb în cazul așa-numitei „ compresii spontane ” (care ar fi procesul invers de expansiune liberă ), care totuși nu se întâmplă în practică. ^[1]

Compresia aeriformelor

Aeriformele (gaz, abur, abur supraîncălzit etc.) pot fi ușor comprimate prin scăderea volumului la o temperatură constantă sau prin scăderea temperaturii lor la volum constant sau prin scăderea simultană a volumului și a temperaturii acestora.

Prin comprimarea formelor gazoase dincolo de o anumită limită, starea se schimbă din starea gazoasă în starea lichidă.

Compresia lichidelor

Schema de funcționare a unui cilindru cu acțiune dublă pentru manipularea lichidelor.

Deși lichidele din punct de vedere teoretic sunt adesea aproximate la fluidele incompresibile, astfel încât acestea nu pot fi supuse comprimării, în realitate pot fi comprimate, deși energia necesară pentru comprimarea unui lichid este în general mult mai mare decât energia necesară comprimării unui aeriformă cu aceeași variație de presiune și variația volumului consecventă este mult mai mică.

O dovadă a compresibilității lichidelor este, de exemplu, fenomenul ciocanului cu apă, care constă în fluctuații de presiune într-o conductă asociate cu modificări ale volumului lichidului.

Prin comprimarea lichidelor peste o anumită limită, starea se schimbă de la starea lichidă la starea solidă.

Comprimarea solidelor

Același subiect în detaliu: Compresie (mecanică) .

Deformarea unui solid ca urmare a comprimării („ înveliș ”).

În mecanică, compresia este una dintre solicitările mecanice elementare, împreună cu tracțiunea și îndoirea. Pentru simplificare, se poate spune că compresia este stresul la care este supus un corp unui sistem de forțe convergente.

În comparație cu gazele și lichidele, solidele sunt mult mai puțin afectate de efectele modificării volumului asociate compresiei. De multe ori această variație de volum este aproape absentă. În schimb, există o creștere a eforturilor interne și o deformare a corpului. În cazul compresiei uniaxiale, există în special o scurtare a corpului în direcția de-a lungul căreia este impresionat stresul, în timp ce în direcțiile transversale există o umflare adesea neuniformă (mai accentuată spre centru și mai puțin accentuată în apropierea puncte de aplicare a stresului), ducând adesea la așa-numitul fenomen de barilare (din engleza „ barrell ”, baril), așa numit datorită formei pe care o ia corpul.

Istorie

Compresia este un proces folosit din cele mai vechi timpuri. Primul compresor folosit este probabil burduful , care în prima configurație consta dintr-o sticlă de piele care a fost umflată și apoi stoarsă pentru a obține un jet de aer relativ puternic. Burduful alternativ provine probabil din metalurgia cuprului , când a devenit esențial să se garanteze un flux corect de oxigen către combustibilul utilizat pentru topirea cuprului nativ.

În vremuri mai recente, descoperirea pistonului și a mecanismului rotativ al manivelei a făcut posibilă construirea compresoarelor cu eficiență mult mai mare și în secolul al XVII-lea aplicarea aburului ca fluid al motorului a făcut posibilă aplicarea unor puteri mai mari la compresie, obținându-se presiuni și debite mai mari; stimulul pentru aceasta a venit din nevoia de a ventila profund minele de cărbune britanice din ce în ce mai adânci.

Aparat folosit de Robert Boyle pentru a comprima aerul (secolul al XVII-lea).
Compresor portabil din 1905

Aplicații

În ingineria proceselor

Același subiect în detaliu: Compresor .

În domeniul ingineriei proceselor , compresia este o operație unitară utilizată pe scară largă pentru a crește presiunea unui fluid, efectuată prin intermediul unor mașini numite „ compresoare ”. În acest context, „compresie” se referă la procesul aplicat unui aeriform , care implică o reducere a volumului specific al gazului și, în majoritatea cazurilor, o creștere a temperaturii; dacă se aplică compresie unui lichid , se folosește în schimb termenul „ pompare ”.

Compresoarele sunt în general mecanice, acționate de motoare electrice sau turbine cu abur , deși alte surse de energie sunt uneori folosite pentru a efectua lucrările de compresie.

Compresoarele pot fi de diferite tipuri:

Compresor alternativ
Compresor axial utilizat într-un motor cu reacție
Compresor centrifugal (stânga) acționat de un motor electric (dreapta)

În motoare

Același subiect în detaliu: Compresie (motor) .

Compresia se realizează și în cadrul motoarelor vehiculului. De exemplu, constituie o fază a motoarelor în patru timpi, numită „ compresie ”.

Faza de compresie este prezentă și în motoarele cu reacție: în acest caz, compresia este realizată de un compresor cuplat la o turbină ( turbocompresor ).

Ciclul de funcționare al unui motor în patru timpi
Schema de funcționare a unui motor cu reacție

În ciclurile de refrigerare

Compresor aplicat pe frigider.

Compresia este una dintre cele patru faze ale ciclului de refrigerare , utilizată pentru a produce temperaturi scăzute. Această tehnică este utilizată de exemplu în echipamente de refrigerare casnice (cum ar fi frigidere și congelatoare) sau în aparatele de aer condiționat.

Umplerea tuburilor interioare

Compresia este necesară pentru umplerea camerelor de aer, precum anvelope, baloane, plute sau alte structuri gonflabile. În acest caz, aerul este comprimat și împins în camera de aer care, fiind flexibilă, răspunde la presiunea internă prin deformare și „umflare”. Odată ce camera de aer este închisă printr-o supapă, presiunea din interiorul acesteia este mai mare decât presiunea atmosferică. Acest lucru este posibil datorită faptului că aerul este comprimat înainte de a fi împins în camera de aer printr-un compresor. Aceste compresoare sunt adesea numite „pompe”, folosind astfel o terminologie diferită de cea din domeniul ingineriei proceselor , unde termenul „pompă” indică în schimb un dispozitiv pentru a crește presiunea unui lichid.

Inflația unei anvelope printr-un compresor de aer
Umflarea tubului interior al unei biciclete

Solidele elastice

Primăvara într-o locomotivă cu aburi.

Compresia solidelor este, de asemenea, aplicată pentru a crea soluții tehnologice. De exemplu, forma arcurilor este special concepută într-un mod de a spori deformarea asociată fenomenului de compresie.

Un alt exemplu de aplicare sunt etanșările din cauciuc sau alt material mai mult sau mai puțin elastic, care, odată poziționate, sunt zdrobite și apoi comprimate. Această compresie este necesară pentru a asigura, de exemplu, etanșarea etanșă a containerelor.