Pochopenie meraní vzduchového kompresora: práca, výkon a prietok

Mechanická práca spojená so zmenami objemu plynovej zmesi je jedným z najdôležitejších procesov v inžinierskej termodynamike. 

Prietoky kompresora sa zvyčajne merajú pomocou hmotnostného prietokomeru. Intuitívne je ľahšie pochopiť prietok plynu z hľadiska objemu ako z hľadiska hmotnosti. Vnímanou nevýhodou môže byť, že potom bude potrebné špecifikovať vstupné podmienky plynu, pretože objem sa bude meniť so zmenou vstupných podmienok. V prípade kompresora však výstupný hmotnostný prietok závisí aj od vstupných podmienok, čo znamená, že je vždy potrebné špecifikovať vstupné podmienky, za ktorých sa dosiahol prietok.

Objemový prietok systému je meradlo objemu kvapaliny prúdiacej za jednotku času. Môže sa vypočítať ako súčin plochy prierezu prietoku a priemernej rýchlosti prietoku. Jednotka SI pre objemový prietok je m3/s.

Pri kúpe kompresora však zvyčajne nájdete kapacitu kompresora vyjadrenú v litroch/s (l/s). Toto je FAD alebo voľný prietok vzduchu kompresora.

Čo je to voľný prívod vzduchu? Voľný vzduch znamená vzduch pri vstupných podmienkach kompresora, teda pri teplote a tlaku okolia. Dodávka znamená, že sa berie do úvahy len vzduch vychádzajúci z výstupu kompresora. To sa líši od vzduchu vstupujúceho na vstupe, pretože medzi vstupom a výstupom môže z kompresora unikať vzduch. Prietok kompresora sa zvyčajne meria pomocou hmotnostného prietokomeru na výstupe. To znamená, že sa meria len privádzaný vzduch. Potom sa prevedie na „voľný vzduch“ pomocou vstupných podmienok.

FAD je určený na porovnávanie rôznych kompresorov alebo na prispôsobenie kapacity kompresora spotrebe nástrojov. Ak nie je uvedené inak, FAD kompresora alebo nástroja – ktoré nájdete na ich technických listoch – sa meralo pri zachovaní referenčných vstupných podmienok (t. j. 20 °C, 1 bar a 0 % relatívnej vlhkosti). Hmotnosť vzduchu, ktorá sa zmestí do zdvihového objemu prvku kompresora, sa bude meniť s hustotou vzduchu, a tým sa zmení množstvo prietoku účinne získaného na výstupnej strane kompresora. Hustota závisí od teploty a tlaku vzduchu. Preto sa nameraný výstupný hmotnostný prietok vydelí hustotou nasávaného vzduchu. Týmto spôsobom sa zruší efekt hustoty.

Existujú však vedľajšie účinky teploty a tlaku. Veľkosť medzery medzi dielmi sa okrem iného mení v závislosti od teploty, čo spôsobuje viac alebo menej únikov. Zmena tlaku na vstupe tiež spôsobí nadmernú alebo nedostatočnú kompresiu, ktorá zmení výsledný prietok na výstupe. Z tohto dôvodu je dôležité porovnávať kompresory za rovnakých podmienok, ktoré sú vo všeobecnosti (ale nie nevyhnutne) referenčnými podmienkami definovanými v norme ISO1217:2009. V iných odvetviach alebo regiónoch je možné použiť iné referenčné podmienky.

Ďalším často používaným prietokom je normálny prietok (Nl/s), kde referencia je pri 0 °C, 1 atm a 0 % RH.

Vzťah medzi dvoma objemovými prietokmi je q _FAD = q_N × T _FAD / T_N × P_{N /} P _FAD

(Upozorňujeme, že vyššie uvedený zjednodušený vzorec nezohľadňuje vlhkosť.)

• qFAD odráža skutočné prevádzkové podmienky, pričom zohľadňuje tlak a teplotu, pri ktorých vzduch vychádza z kompresora.
• qN poskytuje štandardizovanú referenciu, čo uľahčuje porovnávanie výkonu kompresorov v rôznych systémoch.

Inžinieri a priemyselní nákupcovia sa spoliehajú na qN pri porovnávaní, zatiaľ čo qFAD je rozhodujúci pre skutočný návrh a prevádzku systému.

Aj keď sa zdá, že ide o objemový prietok, FAD možno považovať za hmotnostný prietok vyjadrený v objeme. Je to preto, že za pevných podmienok je hustota prietoku vzduchu konštantná, a preto je hmotnostný prietok konštantný a známy.

Nasledujúci príklad znázorňuje voľný prívod vzduchu (FAD):

• Čo znamená FAD 39 l/s pre kompresor pracujúci pri tlaku 10 bar(e)?
• Ako dlho trvá naplnenie 39 l nádrže pri tlaku 10 bar(e)?

FAD vidíme ako hmotnostný prietok. Celková hmotnosť 39 l vzduchu pri tlaku 10 bar(e) alebo 11 bar(a) je jednoducho 11-násobkom hmotnosti 39 l vzduchu v okolitých podmienkach. Túto druhú jednotku hmotnosti môžeme nazývať jednotkou hmotnosti. Za predpokladu, že nádrž je už na začiatku naplnená okolitým vzduchom, je v nej už jedna „jednotka hmotnosti“ a potrebujeme len ďalších 10. Keďže vieme, že kompresor dodáva jednu jednotku hmotnosti za sekundu, potrebujeme 10 sekúnd na dodanie tejto hmotnosti do nádrže.

Tuje vysvetlený rozdiel medzi bar(a) a bar(e).

SER je miera účinnosti vyjadrená ako množstvo energie potrebné na dodanie 1 litra FAD pri určitom tlaku. To poskytuje hodnotu v džauloch/liter (J/l). Napríklad stroj spotrebovávajúci 35 kW na dodávku 100 l/s má SER 350 J/l.

Špecifikácia vášho systému stlačeného vzduchu podľa prietoku a tlaku – nie kW alebo koňských síl – je najlepší spôsob, ako prispôsobiť jeho výkon vašim potrebám. Dimenzovanie kompresora by malo presnejšie zodpovedať požiadavkám vášho podnikania, než len podľa menovitého výkonu v kW.

V tomto článku je popísaných veľa technických pojmov týkajúcich sa mechanickej práce, výkonu a prietoku. Pochopenie týchto informácií je dôležité na investovanie do správneho zariadenia pre vašu aplikáciu. Ak si kúpite zariadenie, ktoré je buď príliš veľké alebo príliš malé, hrozí riziko neefektívnosti.

Dôležité je zvážiť, akú silu budete potrebovať na presun predmetu, aby ste vykonali danú prácu v danom časovom rámci. Ako bolo uvedené vyššie, vyjadruje sa to v prietoku a tlaku. Okrem litrov za sekundu (l/s) je prietok vyjadrený v kubických stopách za minútu (cfm) alebo kubických metroch za hodinu (m3/h). Všetky tieto merania sa týkajú rýchlosti.

Tlak sa zobrazuje v baroch, ako je uvedené vyššie, alebo v librách na štvorcový palec (psi). Ak potrebujete presunúť ťažké predmety, budete potrebovať väčší tlak. Budete tiež chcieť zistiť, či potrebujete celodenný prívod vzduchu a či pre vaše aplikácie existujú rôzne požiadavky. Tento kontext je užitočný pri určovaní veľkosti a výbere medzi strojmi s pevnými otáčkami a strojmi s meničom rýchlosti (VSD). Pozrite si nášho sprievodcu výberom vzduchového kompresora.