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真空ソリューション

仕事、仕事率、フローの体積流量の測定

Compressed Air Wiki Physics of Air Compressors Basic Theory

こちらで物理学の基本が分かったので、次は物質の様々な側面の測定に使う物理単位について学ぶとよいでしょう。これが圧縮空気を扱うときに非常に役立ちます。この記事では、仕事、仕事率、およびフローの体積流量の測定の基本について説明します。

機械的仕事およびその測定方法とは

測定計器

機械的仕事とは、力とその力が働く物体までの距離の積と定義することができます。熱の場合とまったく同様に、仕事はある物体から別の物体に移動するエネルギーです。違いは、今度は温度ではなく力の問題だということです。この図では、シリンダ内の気体が運動するピストンにより圧縮されています。圧縮は、ピストンを運動させる力の結果として行なわれます。したがって、エネルギーの移動はピストンから封入された気体に向かって起こります。

このエネルギーの移動は熱力学的な仕事です。仕事の結果は、位置エネルギー、運動エネルギー、熱エネルギーの変化など様々な形を取ります。混合した気体の体積の変化に関わる機械的仕事は、工業熱力学で最も重要なプロセスの1つです。仕事のSI単位はジュール(1 J = 1 Nm = 1 Ws)です。

仕事率の測定方法

仕事率とは単位時間に実行される仕事です。仕事をどれだけ速く実行できるかの尺度です。
仕事率のSI単位はワット(1 W = 1 J/s)です。たとえば、コンプレッサのドライブシャフトの仕事率またはエネルギーフローは、コンプレッサシステムが発する熱と圧縮ガスに加わった熱の和に数値的に近いものになります。

フローの体積流量の測定方法

自由空気吐出量(FAD)の測定、式

システムの体積流量は、単位時間に流れる液体の体積の尺度です。フローの断面積と平均流速の積として計算することができます。フローの体積流量のSI単位はm3/sです。ただし、コンプレッサのフローの体積流量(容量とも呼ばれます)を言う場合には、リットル/秒(l/s)もよく用いられます。公称リットル/秒(Nl/s)または自由空気吐出量(l/s)と表記されています。Nl/sの場合は、「公称条件」すなわち通常は1.013 bar(a)と0℃を選択して、エアフローを換算してください。公称単位のNl/sは、主として質量流を指定する場合に用いられています。

自由空気吐出量(FAD)の場合は、コンプレッサの出力流量を、標準入口条件(入口圧力1 bar(a)と入口温度20℃)における自由空気体積流量に換算します。フローの2つの体積流量間の関係は(簡略化された上記の式では、湿度が考慮されていませんのでご注意ください)。

自由空気吐出量とは

FADつまり自由空気吐出量です。例を用いてこの用語を説明します。13 barで運転しているコンプレッサの場合、FAD = 39 l/sは何を意味するでしょうか? 13 barの圧力で390 lのタンクを満たすためには、どれくらいの時間が必要ですか? これを計算するには入口の条件に戻ります。それは1 barです。

空の容器から始めた場合、1秒後には、1 barで39リットルが容器の中にあります。10秒後、容器内の圧力は1 barとなります。20秒後の圧力は2 barです。したがって、130秒後には、13 barで満杯となります。次に、使用条件と公称条件の違いです。使用条件は、1bar、20℃、相対湿度0%(RH)を言います。公称条件は、1atm = 1,01325bar、0℃、0% RHを言います。次の定義は、SERすなわちエネルギー源単位(SER)です。これは、1リットルのFADをある圧力で吐出するために必要なエネルギー量を意味します。

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