สูตรคำนวณประสิทธิภาพของชุดเครื่องอัดอากาศ

แนวคิดการคำนวณประสิทธิภาพของชุดเครื่องอัดอากาศ

ประสิทธิภาพของชุดเครื่องอัดอากาศมักไม่ใช่ค่าคงที่เพียงค่าเดียว แต่ขึ้นอยู่กับปัจจัยร่วม ได้แก่ กำลังไฟฟ้าเข้า ปริมาตรลมอัดจริง ความดันลมออก สภาวะอากาศดูด และกระบวนการบีบอัด ในทางวิศวกรรมนิยมใช้กำลังเฉพาะ、ประสิทธิภาพรวมของชุดเครื่องยนต์、ประสิทธิภาพเทียบเท่าความเป็นอิสระและประสิทธิภาพเชิงปริมาตรทำการประเมินผล

1. สูตรคำนวณกำลังเฉพาะต่อหน่วยมวล

ค่ากำลังต่อหน่วยมักใช้ในการเปรียบเทียบการใช้พลังงานของเครื่องจักรประเภทเดียวกันภายใต้สภาวะการทำงานที่ใกล้เคียงกัน โดยค่าที่ต่ำกว่ามักบ่งชี้ว่าการใช้พลังงานต่อปริมาตรไอเสียต่อหน่วยนั้นต่ำกว่า

สูตร: SP = P_in / Q

• SP: กำลังเฉพาะ
• P_in: กำลังไฟฟ้าเข้าของเครื่องจักร
• คำถาม: ปริมาตรการระบายอากาศจริง

ในการคำนวณ ควรใช้เกณฑ์การวัดเดียวกัน และบันทึกค่าความดัน อุณหภูมิ ระดับความสูง และสถานะโหลด เพื่อหลีกเลี่ยงการเปรียบเทียบระหว่างสภาวะการทำงานที่แตกต่างกันโดยตรง

2. สูตรคำนวณประสิทธิภาพรวมของชุดเครื่องยนต์

ประสิทธิภาพรวมของชุดเครื่องจักรสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นอัตราส่วนระหว่างกำลังงานที่ใช้ได้ซึ่งก๊าซได้รับ กับกำลังไฟฟ้าที่ป้อนเข้าสู่ชุดเครื่องจักร

สูตร: η_unit = P_gas / P_in × 100%

• η_unit: ประสิทธิภาพรวมของหน่วยผลิตไฟฟ้า
• P_gas: กำลังบีบอัดที่มีประสิทธิภาพของก๊าซ
• P_in: กำลังไฟฟ้าเข้าของเครื่องจักร

เมื่อขาดข้อมูลพารามิเตอร์ทางความร้อนที่ละเอียดถี่ถ้วน ณ สถานที่ปฏิบัติงาน มักใช้ค่ากำลังเฉพาะเป็นตัวชี้วัดทดแทนเพื่อการเปรียบเทียบในแนวนอน

3. สูตรประสิทธิภาพเทียบเท่ากับความเป็นอิสระ

เมื่อสามารถทราบค่าพารามิเตอร์ของสถานะแก๊สได้ สามารถใช้หลักการคำนวณกำลังตามทฤษฎีการบีบอัดแบบไอโซเอนโทรปิกเพื่อประเมินระดับความใกล้เคียงของกระบวนการบีบอัดได้

สูตร: η_s = P_s / P_shaft × 100%

หากขอบเขตการประเมินครอบคลุมมอเตอร์ ระบบส่งกำลัง และระบบควบคุม สามารถเขียนได้ดังนี้:

สูตร: η_unit_s = P_s / P_in × 100%

• P_s: กำลังตามทฤษฎีของการบีบอัดแบบไอโซเอนโทรปิก
• P_shaft: กำลังของเพลาคอมเพรสเซอร์
• P_in: กำลังไฟฟ้าเข้าของเครื่องจักร

4. กำลังตามทฤษฎีของการบีบอัดแบบไอซาโอนิก

สำหรับก๊าซสมบูรณ์แบบ กำลังตามทฤษฎีของการอัดแบบไอเอ็นโทรปิกสามารถประมาณได้ในรูปแบบดังต่อไปนี้:

P_s = q_m × c_p × T1 × [(p2 / p1)^((k-1)/k) – 1]

• q_m: อัตราการไหลของมวลก๊าซ
• c_p: ความจุความร้อนจำเพาะที่ความดันคงที่ของก๊าซ
• T1: อุณหภูมิการดูดอากาศ
• p1: ความดันสัมบูรณ์ขณะหายใจเข้า
• p2: ความดันสัมบูรณ์ของไอเสีย
• k: ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนจำเพาะของก๊าซในกระบวนการอะดีอาบาติก

สูตรนี้ใช้ได้กับการประมาณค่าในลักษณะอุดมคติ ในการคำนวณจริงจำเป็นต้องปรับแก้โดยพิจารณาคุณสมบัติของก๊าซ ความชื้น รูปแบบการระบายความร้อน แรงดันตกคร่อม และความไม่แน่นอนของการวัดร่วมด้วย

5. สูตรประสิทธิภาพเชิงปริมาตร

ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรสะท้อนถึงความแตกต่างระหว่างปริมาตรการระบายอากาศจริงกับปริมาตรการระบายอากาศตามทฤษฎี มักใช้ในการวิเคราะห์ปัญหาต่าง ๆ เช่น การรั่วไหล ช่องว่างคงเหลือ และแรงต้านการดูดอากาศ

สูตร: η_v = Q_จริง / Q_ตามทฤษฎี × 100%

• Q_จริง: ปริมาตรการระบายอากาศที่แท้จริง
• Q_เชิงทฤษฎี: ปริมาตรการอัดอากาศเชิงทฤษฎี

6. ข้อควรระวังในการใช้สูตร

• การคำนวณแรงดันควรใช้แรงดันสัมบูรณ์ ไม่ใช่เพียงแรงดันแบบเกจเท่านั้น
• ปริมาตรการระบายอากาศควรระบุสภาพ เช่น สภาพดูดเข้า สภาพมาตรฐาน หรือสภาวะการทำงานตามค่ากำหนด
• กำลังไฟฟ้าเข้าควรแยกแยะระหว่างกำลังไฟฟ้าเข้าของมอเตอร์ กำลังเพลา และกำลังไฟฟ้าเข้ารวมของชุดเครื่องจักรทั้งหมด
• ระดับความสูง อุณหภูมิแวดล้อม และความชื้นที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อความหนาแน่นของอากาศและงานการบีบอัด
• ในการประเมินประสิทธิภาพการประหยัดพลังงาน ควรวิเคราะห์โดยรวมร่วมกับอัตราโหลด เวลาการทำงาน และความดันลดของระบบ