انتخاب فلومتر اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده

اندازه گیری تحویل رایگان هوا (Free Air Delivery) (FAD) یک کمپرسور هوا می تواند چالش برانگیز باشد.
این چالش با یک فلومتر مناسب و مقداری ریاضی این کار قابل مدیریت است.
این مقاله نحوه انتخاب فلومتر را روشن کرده و پارامترهایی را که باید در کار اندازه گیری FAD در نظر گرفته شوند، خلاصه می کند.

می دانیم که وظیفه نهایی یک کمپرسور هوا تولید هوای فشرده با مکش هوای محیط، فشرده کردن آن و تخلیه آن به سیستم هوای فشرده است. قدرت کمپرسور هوا با درجه قدرت آن و مشخصات FAD که توسط سازنده در زمان تولید اعلام شده است، تعریف می شود.
با این حال، با گذشت زمان، اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده در محل می تواند بسیار مفید باشد.
چندین سوال ساده در این راستا وجود دارد که در نهایت عملکرد یک کمپرسور هوا را توضیح می دهند:

• کمپرسور هوای من چقدر برق مصرف می کند؟
• کمپرسور هوای من چقدر هوای فشرده را تحویل می دهد؟
• مشخصات فشار سیستم من چیست؟

برای پاسخ به این سوالات، ممکن است بخواهید کمپرسور هوای خود را به تنهایی اندازه گیری کنید.
اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده معمولاً به دو نوع تقسیم می شود:

• اندازه گیری عملکرد موقت که به عنوان بخشی از فعالیت های ارزیابی سیستم و یا قبل از سرمایه گذاری در یک کمپرسور هوای جدید انجام می شود.
• اندازه‌گیری عملکرد دائمی که برای نظارت بر عملکرد در همه زمان‌ها به منظور راه‌اندازی به موقع خدمات یا تعمیرات اساسی انجام می‌شود.

FAD  چگونه تعریف می شود؟

در اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده، فلو بر حسب حجم در واحد زمان اندازه گیری می شود،
اما هوا به راحتی فشرده می شود و حجم آن با دما تغییر می کند.
در همین حال، هوایی که وارد یک کمپرسور هوای فشرده می‌شود،
حاوی رطوبت (بخار آب) است و چگالی هوا (هوا در هر متر مکعب) با تغییر در ارتفاع، دما و الگوهای آب و هوا تغییر می‌کند.

برای اطمینان از اینکه در این خصوص، نظر همه یکسان باشد، استانداردهای صنعتی و بین المللی نوشته شده است.
به عنوان مثال، استاندارد ISO 1217 مربوط به اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده از نوع جابجایی است.
این استاندارد شامل حال کمپرسورهای هوای پکیج روتاری اسکرو نیز می شود.

در بند ۳٫۴٫۱ از استاندارد ISO1217 آمده است:

«نرخ فلو حجمی واقعی یک کمپرسور، حجم واقعی گاز فشرده شده و تحویل شده در نقطه تخلیه استاندارد است که به شرایط دمای کل، فشار کل و ترکیب حاکم در نقطه استاندارد ورودی اشاره دارد.»

این حجم واقعی هوای تحویل شده توسط کمپرسور هوا به شرایط هوای آزاد در ورودی کمپرسور بستگی دارد.
بنابراین FAD مقدار هوای آزاد کشیده شده به کمپرسور است که در واقع توسط کمپرسور هوای فشرده در خروجی هوا وارد می شود.

بررسی فلومتر و اجزای موثر در آن

FAD از واحدهای فلو حجمی مانند m3/min و l/s و غیره استفاده می‌کند.
انواع فلومتر های مجاز که مطابق با ISO 1217 تولید می شوند،
در ابتدا یک جریان جرمی هوا را محاسبه می‌کنند
که سپس بر اساس مقدار چگالی هوای ورودی به کمپرسور هوا، به دبی حجمی ورودی تبدیل می‌شود.

در حالت ایده‌آل این شرایط واقعی هستند، اما برای راحتی بیشتر، استاندارد ISO 1217 شرایط زیر را پیشنهاد می‌کند.
(مشروط بر اینکه شرایط واقعی در محدوده تلرانس قابل دستیابی باشند) :

• فشار = ۱ بار مطلق
• دما = ۲۰ درجه سانتی گراد
• رطوبت نسبی = ۰%

در ادامه اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده، اصلاحاتی برای رطوبت ورودی و مقدار آب متراکم شده در بالادست فلومتر و سرعت موتور در مقایسه با سرعت نامی آن انجام می شود.

از آنجایی که سازندگان کمپرسور هوا ممکن است FAD های خود را در شرایط ورودی مختلف اعلام کنند،
توصیه می شود به برگه اطلاعات کمپرسور هوا نگاهی بیندازید و فقط شماره های مدل را در نظر نگیرید!

برای فشرده کردن هوا تا فشار بالاتر، قدرت بیشتری لازم است.
همچنین، تلفات هوا و استفاده از هوای کنترلی با فشارهای داخل کمپرسور هوا افزایش می‌یابد؛
بنابراین موتور کمپرسور در فشارهای بالاتر، اورلود نمی‌شود.
به عنوان مثال، ماژول فشرده سازی در یک کمپرسور روتاری اسکرو ۸ باری، با سرعت متفاوتی نسبت به دستگاه ۱۰ بار کار می کند.

این عکس برگه اطلاعات کمپرسور هوا، وابستگی FAD به فشار را نشان می دهد.
توجه داشته باشید که مصرف برق در فشارهای مختلف یکسان است.

سوال مهم؛ چه چیزی بر راندمان کمپرسور هوا تأثیر می گذارد؟

در اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده، چند پارامتر وجود دارد که بر راندمان کمپرسورهای هوا تأثیر می گذارد.
جدول زیر این پارامترها و اثرات آنها را بر دو نوع کمپرسور هوای معمولی روتاری اسکرو و گریز از مرکز فهرست می کند.
تأثیر دمای ورودی برای کمپرسورهای هوای چرخشی و سانتریفیوژ متفاوت است، اما ما در این مقاله به این جزئیات نمی‌پردازیم.

سازندگان کمپرسور هوا، اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوا را بر اساس استانداردهای بین المللی (به عنوان مثال ISO 5389  برای کمپرسورهای هوای گریز از مرکز) اندازه گیری می کنند و نتایج را در برگه های داده خود شرح می دهند.
با این حال، این اندازه گیری ها در شرایط کارخانه انجام می شود،
نه در شرایط واقعی در محل!

علاوه بر این، عملکرد کمپرسور هوا ممکن است در مدت زمان استفاده از آن کاهش یابد و ممکن است به تعمیرات اساسی نیاز باشد.
برای اندازه گیری عملکرد یک کمپرسور هوا، اندازه گیری در محل توصیه می شود.
علاوه بر این، انجام یک اندازه گیری فعال مانند نظارت در زمان واقعی برای تخمین عملکرد زمان واقعی کمپرسورهای هوا بسیار مهم است.

روش های جالب اندازه گیری جریان تخلیه برای عملکرد کمپرسور

جریان تخلیه یک کمپرسور هوا شامل هوا، آب، روغن و پارتیکل ها است.
برخی از روش های اندازه گیری، در روند انجام خود شکست می خورند؛
زیرا نمی توانند آب و روغن را در دبی کنترل کنند. برخی دیگر هم اصلا مناسب نیستند؛
زیرا باعث افت فشار می شوند که به نوبه خود منجر به هدر رفتن انرژی و هزینه می شود.
بطور کلی، الزامات یک فلومتر مورد استفاده در تخلیه کمپرسور عبارتند از:

• در برابر پارتیکل ها مقاوم است.
• در برابر قطرات آب و روغن مقاوم است.
• توانایی تحمل سرعت و دمای بالا تا ۷۰ درجه سانتیگراد را دارد.
• افت فشار حداقل دارد که بهتر است بدون افت فشار باشد.
• فلومتر Insertion-type برای اندازه گیری موقت مناسب است.

جدول زیر مقایسه ای از رایج ترین اصول دبی سنج را با الزامات قبلی ارائه می دهد.

 

بر اساس مقایسه، سنسور جریان لوله پیتوت به عنوان بهترین انتخاب برای اندازه گیری دبی کمپرسور شناخته می شود.
این روش استحکام خود را در کاربردهای صنعتی ثابت کرده است.
همچنین این روش برای اندازه گیری سرعت هوا در صنعت هواپیماسازی نیز استاندارد است.

بررسی مهم اندازه گیری دبی در سمت ورودی

اخیراً برخی از تولید کنندگان، به ویژه چینی ها، فلومتر حرارتی را برای نصب در سمت ورودی کمپرسور هوا برای تعیین عملکرد کمپرسور معرفی کرده اند.
از بسیاری جهات، این فلومترها عملکرد به ظاهر خوبی دارند ولی اغراق می کنند؛
زیرا در نظر نمی گیرند که:

• تلفات داخل کمپرسور هوا که قابل اندازه گیری نیست.
• هوای مورد استفاده برای پمپاژ (فشرره سازی) حجم های داخلی کمپرسور هوا به عنوان هوای تحویلی اندازه گیری می شود،
  اما فقط در کمپرسور هوا ذخیره می شود.
  هنگامی که کمپرسور هوا تخلیه می شود (در حین دمیدن)، هوا را بهمراه ذرات به اتمسفر تخلیه می کند.
• برای بار کارکرد مناسب یا تخلیه کمپرسور هوا، این هوای دمنده می تواند به سرعت به یک خطای بزرگ تبدیل شود.
  این اتفاق به خصوص در بارهای متوسط رو به پایین اتفاق می افتد.
• نصب سیستم هوای فشرده گاهی اوقات نیاز به حذف فیلتر ورودی دارد؛
  بنابراین این عامل، نرخ جریان بسیار بالا را نشان می دهد.
  افت فشار در فیلتر هوا می تواند فشار هوای ورودی را ۱ تا ۳ درصد کاهش دهد.
• استانداردهای اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده، نیاز به اندازه گیری جریان در خروجی دارند و نه در ورودی!
• نصب و راه اندازی پیچیده اند و تجهیزات حجیم نیاز دارند.
• این فلومتر ها برای تست های کوتاه مدت قابل اجرا اند و برای نصب دائمی مناسب نیستند.

یک کاربر کمپرسور هوا برای تعیین عملکرد، باید بر اندازه گیری هوا در قسمت خروجی پافشاری کند.
مهم این است که چه چیزی بیرون می‌آید و نه چیزی که وارد می‌شود!

نحوه محاسبه FAD از جریان تخلیه ساده است!

دبی تخلیه اندازه‌گیری شده توسط یک سنسور فلومتر لوله پیتوت باید با اندازه‌گیری‌های اضافی روی دمای عملیاتی و فشار کاری در FAD محاسبه شود.
درک دبی عملیاتی در تخلیه کمپرسور هوا از دو نظر مهم است:

• جریان هوا، چیزی است که می خواهید اندازه گیری کنید.
• جریان آب که بعداً در بخش تصفیه هوا حذف می شود.

برای اندازه گیری دقیق محتویات آب، اندازه گیری رطوبت در لوله لازم است.
این اندازه گیری کار آسانی نیست و باید شرایط رطوبت تقریباً اشباع در دماهای بالا را در نظر بگیرید.
بسیاری از سنسورهای رطوبت نمی توانند در چنین شرایطی کار کنند.
جالب اینجا است که وقتی رطوبت روی مقداری بین ۸۰ تا ۹۹ درصد تنظیم می شود، خطای اندازه گیری بیشتر از ۰٫۳ ± نیست.

بر اساس این یافته، می توانید از تنظیماتی ثابت برای رطوبت نسبی استفاده کنید؛
بنابراین می توانید محتویات آب را از فلو کسر کرده و “دبی هوای خشک” را در شرایط استاندارد (یعنی ۲۰ درجه سانتیگراد، ۱۰۰۰ hPA) محاسبه کنید.

در اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده، رطوبت ورودی بر میزان هوای خشک تحویلی تأثیر می گذارد
و در عین حال، خطای آن کمتر از سایر عوامل است.
به عنوان مثال، در یک روز گرم با دمای ۳۲ درجه سانتیگراد و ۷۵٪ RH، حجم هوای خشک ۳٫۵٪ کمتر از حجم هوای ورودی است.

فشار هوا با تغییر آب و هوا می تواند دو برابر این مقدار تغییر کند.
فیلتر کثیف ورودی هوا نیز می تواند دبی هوای ورودی را بین ۲ تا ۳ درصد تغییر دهد.

FAD در نهایت با استفاده از قانون گاز و پیروی از شرایط ورودی مشخص شده توسط سازنده کمپرسور هوا، محاسبه می شود.
به اصطلاح، FAD همان چیزی است که کمپرسور هوا “واقعا” ارائه می دهد.
اگر می خواهید آن را با برگه اطلاعات کمپرسور هوا مقایسه کنید، مطمئن شوید که از همان شرایط ورودی استفاده می کنید.

نحوه اندازه گیری قدرت برای عملکرد کمپرسور

اغلب تصور می شود که وظیفه آمپر ها به تنهایی اندازه گیری دقیق کیلووات ها (kW) است.
سپس برای محاسبه توان ویژه بار کامل (m3/min/kW) یا برای تخمین دبی (m3/min) یک کمپرسور هوا استفاده می شوند.
اما این پروسه اشتباه است!

اگر فقط آمپر را اندازه گیری کنید، نمی توانید ضریب توان و عدم تعادل بین سه فاز را بدانید.
این منجر به خطاهای ۱۰ تا ۳۰ درصدی خواهد شد!

همچنین استفاده دقیق از این کیلووات تخمینی برای محاسبه درصد بار کامل در چرخه کنترل ظرفیت بسیار دشوار است.
این محاسبات پیچیده را فقط می توان با استفاده از داده های کوتاه مدت انجام داد؛
زیرا شرایط کمپرسور هوا و کنترل های آن با زمان متفاوت است.

در اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده، اندازه گیری صحیح توان به آمپر و ولتاژی نیاز دارد که در هر سه فاز کمپرسور هوا با استفاده از پاورمتر اندازه گیری شود که می تواند ضریب توان را محاسبه کند.
بصورت خلاصه، معادله توان به صورت زیر است:

kW = (A x V x 1.732 x PF) / 1000

حروف اختصاری فرمول:

• KW = کیلووات ورودی
• A = جریان موتور (آمپر)
• V = ولتاژ خط
• PF = ضریب توان

نتیجه اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده

در یک کلام، اندازه گیری عملکرد کمپرسور هوای فشرده مهم است!
با داشتن مانیتورینگ دائمی بر روی سیستم هوای فشرده، مزایای بیشتری را متوجه خواهید شد.

نکته کلیدی این است که تعمیر و نگهداری پیش بینی شده را باید انجام دهید تا قطعات قبل از خرابی سرویس شوند.
همچنین مصرف انرژی را دائما پیگیری کنید تا مطمئن شوید که سرمایه گذاری در مدت زمان بسیار کوتاهی به نتیجه خواهد رسید.
علاوه بر این، همراه کردن بررسی‌های منظم نشت سیستم، به شما امکان را می‌دهند تا از یک سیستم هوای فشرده سالم و کارآمد لذت ببرید.