Nadat u hier hebt gelezen over de grondbeginselen van de natuurkunde, wilt u wellicht meer weten over het meten van de materie voor luchtcompressoren.
Deze informatie is zeer nuttig bij het bepalen van de juiste grootte en het juiste vermogen voor een bepaalde toepassing. In dit artikel leggen we de basisbeginselen voor het meten van arbeid, vermogen en volumedebiet uit.
Mechanisch werk kan worden gedefinieerd als het product van een kracht en een afstand waarover de kracht op een voorwerp inwerkt. Net als warmte gaat het bij werk om energie die van het ene lichaam naar het andere wordt overgebracht. Het verschil is dat het gaat om kracht in plaats van temperatuur. Een voorbeeld hiervan is wanneer gas wordt gecomprimeerd in een cilinder met een bewegende zuiger.
Compressie vindt plaats als gevolg van de kracht die de zuiger beweegt. Energie wordt daarom van de zuiger naar het gas overgedragen. Deze energieoverdracht is werk in thermodynamische zin. Het resultaat van het werk kan vele vormen aannemen, zoals veranderingen in potentiaal, kinetische of thermische energie.
Mechanisch werk in verband met veranderingen in het volume van een gasmengsel is een van de belangrijkste processen in de technische thermodynamica.
Vermogen is werk dat per tijdseenheid wordt uitgevoerd. Het is een maatstaf voor hoe snel het werk wordt voltooid.
De stroom van vermogen of energie naar de aandrijfas van een compressor is bijvoorbeeld numeriek vergelijkbaar met de warmteafgifte van het systeem, plus de warmte die wordt toegepast op gecomprimeerd gas.
Compressordebieten worden gewoonlijk gemeten met een massadebietmeter. Intuïtief gezien is het gemakkelijker om een debiet voor een gas te begrijpen in termen van volume dan massa. Een waargenomen nadeel hiervan kan zijn dat het dan nodig is om de inlaatcondities van het gas te specificeren, omdat het volume verandert bij veranderende inlaatcondities. Voor een compressor hangt het massadebiet bij de uitlaat echter ook af van de inlaatomstandigheden, wat betekent dat het altijd nodig is om de inlaatomstandigheden te specificeren waarin een debiet werd bereikt.
Het volumetrische debiet van een systeem is een maat voor de hoeveelheid fluïdum die per eenheid van tijd stroomt. Het kan worden berekend als het product van de oppervlakte van de dwarsdoorsnede van de stroming en de gemiddelde stroomsnelheid. De SI-eenheid voor volumedebiet is m3/s.
Bij de aankoop van een compressor vindt u echter meestal de capaciteit van de compressor, uitgedrukt in liter/seconde (l/s). Dit is de FAD of vrije luchttoevoer van de compressor.
Wat is de vrije luchttoevoer? Vrije lucht betekent lucht onder inlaatomstandigheden van de compressor, dus bij omgevingstemperatuur en -druk. Bij levering wordt alleen rekening gehouden met de lucht die uit de uitlaat van de compressor komt. Dit verschilt van de lucht die bij de inlaat binnenkomt, omdat er wat lucht uit de compressor kan lekken tussen de inlaat en de uitlaat. Het debiet van een compressor wordt gewoonlijk gemeten met een massadebietmeter bij de uitlaat. Dit betekent dat alleen de toegevoerde lucht wordt gemeten. Deze wordt vervolgens omgezet in 'vrije lucht' aan de hand van de inlaatomstandigheden.
FAD is bedoeld om verschillende compressoren te vergelijken of om de capaciteit van een compressor af te stemmen op het verbruik van gereedschappen. Tenzij anders vermeld, is de FAD van een compressor of gereedschap – die u kunt vinden op hun specificatiebladen – gemeten met handhaving van de referentie-inlaatomstandigheden (zijnde 20 °C, 1 bar en 0% RV). De luchtmassa die in het slagvolume van een compressorelement past, varieert met de luchtdichtheid en verandert dus de hoeveelheid debiet die effectief wordt verkregen aan de uitlaatzijde van een compressor. De dichtheid is afhankelijk van de temperatuur en druk van de lucht. Daarom wordt de gemeten uitlaatmassastroom gedeeld door de dichtheid van de inlaatlucht. Op deze manier wordt het effect van dichtheid opgeheven.
Er zijn echter neveneffecten van temperatuur en druk. Onder andere zal de grootte van de openingen tussen onderdelen veranderen afhankelijk van de temperatuur, wat meer of minder lekkage veroorzaakt. Een verandering in de druk bij de inlaat veroorzaakt ook over- of ondercompressie, wat de resulterende uitlaatstroomsnelheid verandert. Daarom is het belangrijk om compressoren te vergelijken onder dezelfde omstandigheden, die over het algemeen (maar niet noodzakelijkerwijs) de referentieomstandigheden zijn zoals gedefinieerd in de norm ISO1217:2009. In andere sectoren of regio's kunnen andere referentievoorwaarden worden gebruikt.
Een ander vaak gebruikt debiet is het normale debiet (Nl/s), waarbij de referentie 0 °C, 1 atm en 0% RV is.
De relatie tussen de twee debieten is q FAD = qN × T FAD / TN × PN / P FAD
(let op: de vereenvoudigde formule hierboven houdt geen rekening met vochtigheid).
Waar:
q FAD = Vrije luchttoevoer (FAD) in l/s (werkelijk debiet bij uitlaatomstandigheden)
qN = Normaal debiet in Nl/s (debiet bij standaardomstandigheden)
T FAD = Standaard inlaattemperatuur (20 °C / 68 °F)
TN = Normale referentietemperatuur (0 °C / 32 °F)
PN = Normale referentiedruk (1,013 bar(a) / 101,3 kPa)
P FAD = Standaard inlaatdruk (1,00 bar(a) / 1,00 kPa)
Ingenieurs en industriële inkopers vertrouwen op qN voor benchmarking, terwijl qFAD cruciaal is voor het werkelijke systeemontwerp en de werking.
Hoewel het een volumedebiet lijkt, kan FAD worden beschouwd als een massadebiet uitgedrukt in volume. Dit komt omdat bij vaste omstandigheden de dichtheid van de luchtstroom constant is en de massastroom dus constant en bekend is.
Het volgende voorbeeld illustreert de vrije luchttoevoer (FAD):
We kunnen de FAD zien als een massadebiet. De totale massa van 39 l lucht bij 10 bar(e) of 11 bar(a) is gewoon 11 keer de massa van 39 l lucht bij omgevingsomstandigheden. De laatstgenoemde kunnen we één massa-eenheid noemen. Als we ervan uitgaan dat de tank aanvankelijk al met omgevingslucht is gevuld, zit er al één « massa-eenheid » in en hebben we nog maar 10 nodig. Omdat we weten dat de compressor één massa-eenheid per seconde levert, hebben we 10 seconden nodig om deze massa aan de tank te leveren.
Het verschil tussen bar(a) en bar(e) wordt hier uitgelegd.
De SER is een maatstaf voor efficiëntie, uitgedrukt als de hoeveelheid energie die nodig is om 1 liter FAD bij een bepaalde druk te leveren. Dit geeft een waarde in joules/liter (J/l). Een machine die bijvoorbeeld 35 kW verbruikt om 100 l/s te leveren, heeft een SER van 350 J/l.
Het specificeren van uw persluchtsysteem op basis van debiet en druk – niet kW of pk – is de beste manier om de prestaties af te stemmen op uw behoeften. De dimensionering van de compressor moet nauwkeuriger aansluiten op uw bedrijfsvereisten dan alleen op basis van het kW-vermogen.
In dit artikel worden veel technische termen behandeld met betrekking tot mechanische arbeid, vermogen en debiet. Het is belangrijk dat u deze informatie begrijpt om te investeren in de juiste apparatuur voor uw toepassing. Als u apparatuur aanschaft die te groot of te klein is, bestaat het risico van inefficiëntie.
Het is belangrijk om rekening te houden met hoeveel kracht u nodig hebt om een object te verplaatsen om een bepaalde taak binnen een bepaald tijdsbestek te voltooien. Zoals hierboven vermeld, wordt dit uitgedrukt in debiet en druk. Naast liters per seconde (l/s) wordt het debiet weergegeven in kubieke voet per minuut (cfm) of kubieke meter per uur (m3/h). Deze metingen hebben allemaal betrekking op de snelheid.
De druk wordt weergegeven in bar, zoals hierboven vermeld, of pond per vierkante inch (psi). Als u zware voorwerpen moet verplaatsen, heeft u meer druk nodig. U wilt ook bepalen of u de hele dag luchttoevoer nodig heeft en of er verschillende vereisten zijn voor uw toepassingen. Deze context is nuttig bij het bepalen van de grootte en het kiezen tussen machines met vaste snelheid en machines met variabele snelheid (VSD). Bekijk onze gids voor het kiezen van een luchtcompressor.
4 augustus, 2022
Om inzicht te krijgen in de werking van perslucht, kom je met een basisintroductie in natuurkunde een heel eind. We definiëren de fysische eenheden voor het meten van druk, temperatuur en thermische capaciteit. Lees meer.
20 februari, 2025
Om inzicht te krijgen in de werking van perslucht, is een basisinleiding tot fysica nuttig, inclusief de 4 fasen van materie.
21 april, 2022
Om de fysica van de thermodynamica van luchtcompressoren en warmteontwikkeling beter te begrijpen, worden in dit artikel de belangrijkste principes en twee gaswetten besproken.