ทำความเข้าใจเกี่ยวกับนิยามพื้นฐานของ ppm และ mg/Nm³
ในระบบลมอัด ปริมาณน้ำมันตกค้างเป็นดัชนีสำคัญในการประเมินความบริสุทธิ์ของก๊าซ เพื่อให้สามารถแปลงหน่วยได้อย่างแม่นยำ อันดับแรกจำเป็นต้องทำความเข้าใจถึงความหมายทางกายภาพที่ชัดเจนของทั้งสองหน่วยเสียก่อน
- พีพีเอ็ม (หนึ่งส่วนในล้านส่วน)ในการวัดปริมาณน้ำมันตกค้าง โดยทั่วไป ppm หมายถึงอัตราส่วนโดยมวล (ppm w/w) ซึ่งเท่ากับมิลลิกรัมต่อกิโลกรัม (mg/kg) kg). ค่าดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าในอากาศอัดหนึ่งกิโลกรัมมีน้ำมันอยู่กี่มิลลิกรัม
- มก./ลบ.ม. (มิลลิกรัมต่อคิวบิกเมตรมาตรฐาน): นี่คือหน่วยวัดความเข้มข้นเชิงมวลต่อปริมาตร ซึ่งแสดงให้เห็นว่าในสภาวะมาตรฐาน (โดยทั่วไปคือที่อุณหภูมิ 0℃ และความดันสัมบูรณ์ 101.325 kPa) ในอากาศ 1 ลูกบาศก์เมตรมาตรฐาน มีน้ำมันอยู่กี่มิลลิกรัม
สูตรการแปลงหลักและการพิสูจน์
อัตราส่วนโดยมวล (มก./ kg) การแปลงเป็นความเข้มข้นเชิงมวลต่อปริมาตร (มก./Nm³) จำเป็นต้องใช้ค่าความหนาแน่นของอากาศในสภาวะมาตรฐานเป็นตัวเชื่อมโยง
ในสภาวะมาตรฐาน (0℃ ที่ความดันบรรยากาศมาตรฐาน 1 บรรยากาศ ความหนาแน่นของอากาศแห้งมีค่าประมาณ1.293 kg /ลูกบาศก์เมตรมาตรฐานซึ่งหมายความว่า มวลของอากาศในปริมาตร 1 ลูกบาศก์เมตรมาตรฐาน มีค่าเท่ากับ 1.293 กิโลกรัม
ตามนิยาม 1 ppm มีค่าเท่ากับ 1 mg/ kg ดังนั้น ในอากาศ 1 ลูกบาศก์เมตรมาตรฐาน หากมีปริมาณน้ำมันตกค้างเท่ากับ 1 ส่วนในล้านส่วน (ppm) แล้ว ปริมาณน้ำมันจะเท่ากับ:
1 มิลลิกรัม/ kg × 1.293 kg = 1.293 มก.
ดังนั้น จึงได้สูตรการแปลงพื้นฐานภายใต้สภาวะมาตรฐานดังต่อไปนี้:
1 ส่วนในล้านส่วน (มก./ kg) ≈ 1.293 มก./นม³
ในทางกลับกัน หากทราบค่าเป็นมิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (mg/Nm³) แล้ว ให้นำค่านั้นหารด้วย 1.293 ก็จะได้ค่าเป็นส่วนในล้านส่วน (ppm)
อิทธิพลของอุณหภูมิและความดันต่อผลลัพธ์ของการแปลงค่า
สูตรการแปลงข้างต้นอิงตามสภาวะมาตรฐาน (0℃）。อย่างไรก็ตาม ในงานอุตสาหกรรมจริง พารามิเตอร์สถานะของอากาศอัดมักเปลี่ยนแปลง ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อความหนาแน่นของอากาศ และทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การแปลงเปลี่ยนแปลงไปด้วย
- การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ: ก๊าซจะขยายตัวเมื่อได้รับความร้อน ทำให้ความหนาแน่นลดลง ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิอ้างอิงมาตรฐาน 20℃ ความหนาแน่นของอากาศแห้งมีค่าประมาณ 1.205 kg /นิวตันเมตริกลูกบาศก์ ณ สภาวะมาตรฐาน ในกรณีนี้ 1 พีพีเอ็ม มีค่าประมาณ 1.205 มิลลิกรัม/นิวตันเมตริกลูกบาศก์
- การเปลี่ยนแปลงของความดันสำหรับค่าความเข้มข้นเชิงมวล (ppm) แล้ว การเปลี่ยนแปลงของความดันจะไม่ส่งผลต่อค่าดังกล่าว เนื่องจากทั้งน้ำมันและอากาศจะถูกบีบอัดในอัตราส่วนที่เท่ากัน แต่สำหรับหน่วย mg/Nm³ ซึ่ง Nm³ เป็นปริมาตรที่ได้จากการลดสภาพให้เป็นสภาวะมาตรฐาน ความเข้มข้นเชิงปริมาตรในสภาวะการทำงานจริงจะแปรผันตามความดัน ในขณะที่ค่า mg/Nm³ ได้รับการมาตรฐานไว้แล้ว จึงไม่ได้รับผลกระทบจากความดันจริง
ดังนั้น เมื่อทำการแปลงหน่วยอย่างแม่นยำ จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุณหภูมิมาตรฐานที่ใช้นั้นเป็น 0℃ หรือ 20℃ พร้อมทั้งเลือกใช้ค่าความหนาแน่นของอากาศที่สอดคล้องกัน
ข้อควรระวังในการนำไปใช้งานจริง
ในการตรวจสอบมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับอากาศอัดหรือพารามิเตอร์ทางเทคนิคของอุปกรณ์ ควรให้ความสำคัญกับประเด็นต่อไปนี้:
- ยืนยันประเภทของ ppm: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่า ppm ที่กล่าวถึงนั้นเป็นอัตราส่วนโดยมวล (มก./ kg）。หากเป็นสัดส่วนโดยปริมาตร (ppmv) จำเป็นต้องทราบค่ามวลโมเลกุลหรือความหนาแน่นของละอองน้ำมัน ซึ่งกระบวนการแปลงหน่วยจะแตกต่างไปอย่างสิ้นเชิง และในทางวิศวกรรมมักไม่นิยมใช้สัดส่วนโดยปริมาตรในการประเมินปริมาณน้ำมันตกค้าง
- มาตรฐานสภาวะมาตรฐานมาตรฐานสากลหรือมาตรฐานของแต่ละประเทศอาจกำหนด “สภาวะมาตรฐาน” ไว้ไม่เหมือนกัน เช่น ที่ 0℃ หรือ 20℃ ก่อนทำการเปรียบเทียบข้อมูล จำเป็นต้องปรับให้ใช้อุณหภูมิอ้างอิงเดียวกัน เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการคำนวณ
- ผลกระทบของน้ำในสถานะของเหลวกับน้ำมันการแปลงค่าข้างต้นอิงจากอากาศแห้ง หากในอากาศอัดมีน้ำในสถานะของเหลวหรือละอองน้ำมันอยู่เป็นจำนวนมาก ความหนาแน่นของก๊าซจริงจะเปลี่ยนแปลงไป เมื่อนั้นการนำสูตรคำนวณความหนาแน่นของอากาศแห้งมาใช้โดยตรงจะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อน