Dimensionamento Nozioni teoriche di base Compressed Air Wiki Installazione di un compressore di aria Fisica Come fare
Dopo aver appreso le nozioni di base della fisica, potresti voler conoscere meglio le misurazioni dei compressori d'aria relative alla materia.
Queste informazioni sono molto utili per determinare le dimensioni e la potenza appropriate necessarie per una particolare applicazione. In questo articolo verranno illustrate le nozioni di base relative alla misurazione di lavoro, potenza e portata volumetrica.
Il lavoro meccanico può essere definito come il prodotto di una forza e di una distanza su cui la forza agisce su un oggetto. Come il calore, il lavoro comporta il trasferimento di energia da un corpo all'altro. La differenza è che si tratta di forza piuttosto che di temperatura. Un esempio è quando il gas viene compresso in una bombola con un pistone in movimento.
La compressione si genera a causa dello spostamento forzato del pistone. L'energia viene quindi trasferita dal pistone al gas. Questo trasferimento di energia è un lavoro nel senso termodinamico della parola. Il risultato del lavoro può assumere molte forme, come variazioni nell'energia potenziale, cinetica o nell'energia termica.
Il lavoro meccanico associato alle variazioni di volume di una miscela di gas è uno dei processi più importanti nella termodinamica ingegneristica.
La potenza è il lavoro eseguito per unità di tempo. È una misura della velocità con cui il lavoro viene completato.
Ad esempio, il flusso di potenza o di energia all'albero motore di un compressore è numericamente simile alle emissioni di calore del sistema, più il calore applicato al gas compresso.
Le portate del compressore vengono generalmente misurate utilizzando un flussometro di massa. Intuitivamente, è più facile comprendere una portata per un gas in termini di volume che di massa. Uno svantaggio percepito potrebbe essere la necessità di specificare le condizioni di ingresso del gas, poiché il volume cambierà con le condizioni di ingresso variabili. Tuttavia, per un compressore, la portata in massa in uscita dipenderà anche dalle condizioni di ingresso, il che significa che è sempre necessario specificare le condizioni di ingresso in cui è stata raggiunta una portata.
La portata volumetrica di un sistema è una misura del volume di fluido che scorre per unità di tempo. Può essere calcolata come il prodotto dell'area trasversale del flusso e della velocità media del flusso. L'unità SI per la portata volumetrica è m3/s.
Tuttavia, quando si acquista un compressore, in genere si trova la portata del compressore, espressa in litri/secondo (l/s). Si tratta del FAD o portata d'aria libera del compressore.
Cos'è l'erogazione di aria libera? Per aria libera si intende l'aria in condizioni di ingresso del compressore, quindi a temperatura e pressione ambiente. La portata implica che viene considerata solo l'aria in uscita dal compressore. Ciò è diverso dall'aria in ingresso, poiché dal compressore può fuoriuscire dell'aria tra l'ingresso e l'uscita. La portata di un compressore viene normalmente misurata con un flussometro di massa all'uscita. Ciò significa che viene misurata solo l'aria erogata. Viene quindi convertita in "aria libera" utilizzando le condizioni di ingresso.
Il FAD è destinato a essere utilizzato per il confronto tra diversi compressori o per abbinare la capacità di un compressore al consumo degli utensili. Se non diversamente specificato, il FAD di un compressore o di un utensile - che è possibile trovare nelle relative schede tecniche - è stato misurato mantenendo le condizioni di ingresso di riferimento (che sono 20 °C, 1 bar e 0% UR). La massa d'aria che entra nel volume spostato di un elemento compressore varia con la densità dell'aria e quindi cambia la quantità di flusso effettivamente ottenuta sul lato di uscita di un compressore. La densità dipende dalla temperatura e dalla pressione dell'aria. Ecco perché il flusso di massa in uscita misurato viene diviso per la densità dell'aria in ingresso. In questo modo si annulla l'effetto della densità.
Tuttavia, esistono effetti secondari derivanti dalla temperatura e dalla pressione. Tra le altre cose, le dimensioni degli spazi tra i componenti cambieranno a seconda della temperatura, causando più o meno perdite. Una variazione di pressione all'ingresso causerà anche una sovracompressione o sottocompressione che modificherà la portata di uscita risultante. Per questo motivo è importante confrontare i compressori alle stesse condizioni, generalmente (ma non necessariamente) le condizioni di riferimento definite nella norma ISO1217:2009. In altri settori o regioni è possibile utilizzare condizioni di riferimento diverse.
Un'altra portata spesso utilizzata è la portata normale (Nl/s), dove il riferimento è a 0 °C, 1 atm e 0% UR.
La relazione tra le due portate in volume è q FAD = qN × T FAD / TN × PN / P FAD
(si noti che la formula semplificata di cui sopra non tiene conto dell'umidità).
Dove:
q FAD = Portata d'aria libera (FAD) in L/s (portata effettiva alle condizioni di uscita)
qN = portata normale in Nl/s (portata in condizioni standard)
T FAD = Temperatura di ingresso standard (20 °C / 68 °F)
TN = Temperatura di riferimento normale (0 °C / 32 °F)
PN = Pressione di riferimento normale (1,013 bar(a) / 101,3 kPa)
P FAD = Pressione di ingresso standard (1,00 bar(a) / 1,00 kPa)
Gli ingegneri e gli acquisitori industriali si affidano a qN per il benchmarking, mentre qFAD è fondamentale per la progettazione e il funzionamento effettivi del sistema.
Sebbene sembri una portata volumetrica, il FAD può essere considerato come una portata in massa espressa in termini di volume. Questo perché, in condizioni fisse, la densità del flusso d'aria è costante e quindi il flusso di massa è costante e noto.
Il seguente esempio illustra l'erogazione di aria libera (FAD):
Possiamo vedere il FAD come una portata in massa. La massa totale di 39 l di aria a 10 bar(e) o 11 bar(a) è semplicemente 11 volte la massa di 39 l di aria in condizioni ambientali. Possiamo chiamare quest'ultima un'unità di massa. Supponendo che il serbatoio sia già pieno di aria ambiente all'inizio, c'è già un'"unità di massa" all'interno e ne occorrono solo altri 10. Poiché sappiamo che il compressore eroga un'unità di massa al secondo, abbiamo bisogno di 10 secondi per erogare questa massa al serbatoio.
La differenza tra bar(a) e bar(e) è spiegata qui.
Il SER è una misura dell'efficienza, espressa come la quantità di energia necessaria per erogare 1 litro di FAD a una certa pressione. Questo dà un valore in joule/litro (J/l). Ad esempio, una macchina che consuma 35 kW per erogare 100 l/s ha un SER di 350 J/l.
Specificare il sistema dell'aria compressa in base a portata e pressione, non in kW o CV, è il modo migliore per adattarne le prestazioni alle vostre esigenze. Il dimensionamento del compressore deve corrispondere alle esigenze della vostra azienda in modo più preciso che semplicemente in base alla potenza nominale in kW.
In questo articolo vengono trattati molti termini tecnici relativi al lavoro meccanico, alla potenza e al flusso. La comprensione di queste informazioni è importante per investire nelle attrezzature giuste per l'applicazione. Acquistando attrezzature troppo grandi o troppo piccole, tutto l'impianto potrebbe diventare inefficiente.
Ciò che è importante considerare è la forza necessaria per spostare un oggetto per completare un determinato lavoro in un determinato intervallo di tempo. Come menzionato in precedenza, questo valore è espresso in portata e pressione. Oltre ai litri al secondo (l/s), la portata è rappresentata in piedi cubi al minuto (cfm) o in metri cubi all'ora (m3/h). Queste misurazioni si riferiscono tutte alla velocità.
La pressione è indicata sia in bar, come menzionato sopra, sia in libbre per pollice quadrato (psi). Se devi spostare oggetti pesanti, avrai bisogno di più pressione. Dovrete anche determinare se avete bisogno di un flusso d'aria tutto il giorno e se ci sono requisiti diversi per le vostre applicazioni. Questo contesto è utile quando si tratta di determinare le dimensioni e scegliere tra macchine a velocità fissa e a velocità variabile (VSD). Consultate la nostra guida alla scelta di un compressore d'aria.
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