การเลือกถังเก็บลมและท่อลมอัด
เลือกถังเก็บลมและท่อลมอัดอย่างไรให้ประหยัดพลังงาน?
ความสำคัญในการเลือกถังเก็บลม (Air Receiver) และขนาดของท่อลมอัด (Air Piping System)
การสูญเสียพลังงานในช่วงของการอัดในส่วนของสกรูนั้นถือเป็นปัจจัยหลักที่คนส่วนใหญ่ให้ความสำคัญ แต่เราสามารถลดการสูญเสียในส่วนอื่นๆ ได้เพิ่มเติม ที่จะทำให้คุณประหยัดพลังงานและลดยอดบิลค่าไฟได้เพิ่มขึ้น นั่นคือการเลือกขนาดของถังเก็บลม (Air Receiver) และขนาดของท่อลมอัด(Air Piping System) เพื่อการลงทุนอย่างคุ้มค่า
สำหรับภาคอุตสาหกรรมนั้นกำลังการผลิตส่วนสำคัญต่างๆ เช่น พลังงานไฟฟ้า พลังานไอน้ำ ระบบไฮดรอลิก โดยต้นกำเนิดที่สำคัญนั้นมากจากระบบอากาศอัดหรือลมอัด (Compressed Air) ในกระบวนการผลิตมีการนำลมอัดมาใช้กันอย่างหลากหลายในแต่ละส่วนของโรงงาน ซึ่งลมอัดนั้นสามารถปรับใช้ได้ตามต้องการไม่ว่าจะเป็นใช้โดยตรงกับเครื่องจักรหรือการส่งถ่าย ดังนั้นการออกแบบระบบท่อลมอัด (Air piping system) และถังเก็บลม (Air Receiver) เป็นสิ่งจำเป็นในการส่งลมอัดจาก
ปั๊มลมหรือเครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) ไปยังอุปกรณ์หรือเครื่องจักร เพื่อความคุ้มค่าในการลงทุนการเลือกขนาดท่อและถังเก็บจึงเป็นสิ่งที่มองข้ามไม่ได้
ลมอัด (Compressed Air) คือต้นกำลังที่สำคัญ
ปัจจัยพื้นฐานสำหรับทุกโรงงานที่ขาดไม่ได้นั้นคือ “ลมอัด (Compressed Air)” แต่การจะใช้มากใช้น้อยนั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิต ซึ่งในบางโรงงานลมอัดอาจเป็นพลังงานหลักที่ใช้ในการขับเคลื่อนการผลิต โดยเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม (Air Compressor) ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าโดยหมุนแกนมอเตอร์ให้ขับเพลาในการทำลมอัด (Compressed Air) เพื่อให้ได้แรงดันตามที่ต้องการไปเก็บไว้ในรูปแบบของพลังงานศักย์ (Potential Energy) จากนั้นแรงดันของลมอัดจะถูกส่งไปยังอุปกรณ์ควบคุมลม (Actuator) เช่น กระบอกลมหรือมอเตอร์ลมเพื่อเปลี่ยนแรงไปใช้งานตามต้องการตามรูปด้านล่าง
การไหลของระบบลมในท่อก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงานและแรงดัน
การสูญเสียที่เกิดขึ้นในท่อลมอัด (Loss in Pipe) หรือแรงดันตก (Pressure drop) ที่อาจเกิดขึ้นใน 3 ส่วนหลัก
• ระหว่างเครื่องปั๊มลมและจุดจ่ายลมอัด
• การรั่วในระบบท่อลมอัด
• การแยกตัวที่เกิดจากการควบแน่น
รายละเอียดของตัวแปรแต่ละตัวเวลาทำการเลือกท่อมีดังนี้
1. ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อ (Pipe Diameter)
พื้นที่หน้าตัดของท่อนั้นเป็นตัวแปรที่สำคัญ เพราะถ้าหากว่าท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากทำให้มีพื้นที่หน้าตัดกว้าง เช่นเดียวกันกับท่อที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางน้อยจะได้ผลตรงข้ามกัน
หากเราเปรียบเทียบระหว่างท่อขนาดเล็กและท่อขนาดใหญ่แล้ว จะเห็นว่าท่อที่มีขนาดใหญ่จะส่งผลให้อัตราการไหลในท่อมากกว่า (More flow) ทำให้เกิดการสูญเสียที่น้อยกว่าถ้าหากแรงดันลมที่ออกมาจากถังที่เท่ากันและแรงดันลมเท่ากัน
2. แรงดันภายในระบบลมอัด (Pressure in compressed air system)
ความสัมพันธ์ของแรงดันที่เกิดขึ้นภายในท่อเป็นแบบแปรผันตาม หากมีแรงดันในระบบมากจะทำให้เกิดการสูญเสียมากตามไปด้วย และถ้าเกิดแรงดันในระบบน้อยก็มีการสูญเสียแรงดันในท่อน้อยตาม แต่การสูญเสียแรงดันนั้นสร้างความแตกต่างของแรงดันที่น้อยมาก
3. ความยาวของท่อ
ความยาวของท่อส่งผลต่ออัตราการไหลโดยตรง อย่างแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเนื่องจากลมอัดไปกระทบกับผนังท่อ ดังนั้นท่อที่ยาวเกินความจำเป็นทำให้เกิดแรงเสียดทางโดยรวมมากว่า และยังส่งผลต่ออัตราการไหลโดยรวมอีกด้วย
4. ความโค้งงอ การลดขนาด การไหลผ่านวาล์ว
เมื่อการไหลของลมและน้ำที่รวมตัวกันไหลผ่านท่อด้วยความเร็วต่อเนื่อง มาผ่านข้องอ หรือวาล์ว ทำให้การไหล (air flow) ของแรงลมนั้นลดลม เนื่องจากการเปลี่ยนทิศทางของการไหล (air flow) ทำให้แรงดันในการไหลนั้นลดลงหามีข้อที่โค้งงอมากเกินไปในระบบลมอัด (compressed air)
5. ชนิดและวัสดุที่ใช้ในการทำท่อลม
ชนิดของวัสดุมีผลอย่างมากต่อการไหลของลมอัดภายในท่อ เพราะวัสดุแต่ละชนิดจะมีความหยาบและละเอียดบนพื้นผิวที่แตกต่างกัน ซึ่งความจริงข้อนี้ส่งผลโดยตรงต่อแรงเสียดทางที่เกิดขึ้นภายในท่อลมที่ทำให้เกิดความตรึงเครียดของเครื่องจักรด้วย ดังนั้นการเลือกวัสดุที่มีพื้นผิวราบเรียบจะช่วยลดแรงเสียดทานต่อการไหลได้มากกว่าวัสดุที่มีพื้นผิดที่ความขุรขระ ซึ่งการใช้ท่ออะลูมิเนียม (AIRnet) ที่สร้างและพัฒนาขึ้น เพื่อเสริมความทนทานและป้องกันการกัดกร่อนอย่างดีเยี่ยม
การวางรูปแบบของท่อลม (Piping system design)
3 รูปแบบหลักๆ ในการวางรูปแบบของระบบลมอัดคือ ขนาดของโรงงาน, จำนวนเครื่องจักร, และอัตราการใช้ลม โรงงานสามารถเลือกอย่างใดอย่างหนึ่งหรือผสมกันก็ได้
1. การวางรูปแบบก้างปลาหรือแบบกริด (Grid System)
เหมาะสำหรับเครื่องจักรเล็กๆ มีการใช้ลมในปริมาณน้อยและระยะไม่ห่างระหว่างจุดเครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) ไปจุดที่ใช้จุดใช้งาน โดยท่อลมหลัก (Main pipe) ต่อจากท่อลมที่มีขนาดใหญ่ไปหาส่วนที่มีขนาดเล็กลงในตอนท้ายก่อนทำไปใช้งาน โดยท่อจ่ายแบบ (Branch Pipe) จะต่อออกจากท่อหลักเข้าสู่เครื่องจักในงานผลิต
2. การวางท่อแบบวงแหวนหรือแบบลูป ( Loop Piping System)
การออกแบบระบบท่อลม (Air Piping System) แบบวงแหวนหรือลูป (Loop) เหมาะสำหรับโรงงานใหญ่ๆ ที่มีการใช้ปริมาณลมอัดมากในแต่ละวันและท่อลมอัดมีระยะยาวจากจุดของเครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) โดยในระบบจะทำการวางท่อลม (Air piping) เชื่อมกันทั้งหมด และจ่ายลมอัดจากเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม (Air Compressor) ผ่านมายังถังเก็บลม เพื่อสามารถปรับปรุงคุณภาพลมก่อนเข้าสู่วง (Loop) ของท่อลม โดยระบบไม่ได้ออกแบบให้มีหัวท่อและท้ายท่อ จึงทำให้เกิดความเสถียรและความสมดุลย์ของแรงดัน เพื่อลดปัญหาแรงดันลมตก (pressure drop) ได้มากกว่าระบบอื่น ทั้งยังป้องกันการเกิดลมที่ส่วนท้ายของวงเป็นปริมาณมาก ทำให้ลมสามารถวิ่งไปยังจุดที่ต้องการใช้ลมได้
ด้วยรูปแบบทั้ง 2 อย่างของการวางแบบแผนของท่อลม (Air piping) เราสามารถนำรูปแบบมารวมกันได้ หากในโรงงานไม่การใช้งานลมอัดในกระบวนการผลิตที่ไม่พร้อมกัน เราสามารถแบ่งรูปแบบของระบบอัดอากาศ (Compressed air system) ตามแต่ของจุดในการใช้ลมเพื่อความเหมาะสมโดยมีการพิจารณาจากปริมาณการใช้ลม
สิ่งที่ควรระวังเมื่อมีการต่อท่อลมหลักออกจากถังเก็บลมนั้น ควรมีความลาดเอียงลงประมาณ 1-2% (1:100) ของความยาวในแนวท่อ เพื่อช่วยให้น้ำที่เกิดจากการกลั่นตัว (condensate) ไหลออกไปอย่างรวดเร็วที่ตัวระบายน้ำ (Water Drain)
ถังเก็บลม (Air Receiver Tank)
ถังเก็บลม (Air Receiver Tank) ทำหน้าที่เก็บลมอัดเพื่อเตรียมจ่ายลมอัดไปยังอุปกรณ์หรือเครื่องจักรในกระบวนการผลิต อีกหน้าที่หนึ่งที่สำคัญของถังเก็บลมคือการช่วยให้แรงดันลมในระบบคงที่ และป้องกันปัญหาแรงดันตก (Pressure Drop) เวลาที่เครื่องจักรต้องใช้ลมในจำนวนมาก ทั้งยังช่วยให้เครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) ไม่หยุดทำงานหรือทำงานอัตโนมัติ (Start – Stop)บ่อยเกินไปหากมีแรงดันที่ไม่คงที่ ประโยชน์อีกทางคือการช่วยลดความชื้นในลมอัด เมื่อความชื้นนั้นมีการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำจะตกลงสู่ก้นถังและถ่ายออกจากระบบลมอัด (Compressed air system)
การเลือกขนาดถังเก็บลมให้เหมาะสม
การเลือกขนาดของถังเก็บลมที่เหมาะสมนั้นจะทำให้เครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) หรือเครื่องจักรต่างๆ ตลอดจนแรงดันลมในระบบถูกนำมาใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพ
1. ถังลมที่มีขนาดเล็กเกินไป
แรงดันในระบบจะเกิดความไม่เสถียรคงที่ตามสภาวะการใช้งาน รวมไปถึงเครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) มีการทำงานหรือหยุดทำงานบ่อยทำให้เกิดสภาวะแรงดันตกส่งผลให้เกิดการเร่งอัตราการสึกหรอของเครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) และการสิ้นเปลืองพลังงาน (Energy waste)
2. ถังเก็บลมที่ใหญ่เกินไป
เครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) มีการทำงานหนักเกิดความจำเป็นต่อการใช้ลมในระบบเมื่อเทียบกับปริมาตรโดยรวมของการใช้งาน และการสั่งทำถังเก็บลมที่ใหญ่นั้นทำให้เกิดต้นทุนสูง
การเลือกถังลมขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลายส่วน ไม่ว่าจะเป็นขนาดกำลังการผลิตลมอัด อัตราการใช้ลม ขนาดของท่อลม และจุดที่ใช้งานสำหรับจ่ายลม ตัวเลือกหลักที่ใช้ในการตัวสินใจสำหรับขนาดถังลม คืออัตราการไหลของลมอัด และขนาดกำลังของเครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) สามารถปรึกษาผู้เชี่ยวชาญของแอตลาส คอปโก้ได้ที่ Official Line@: atlascopcothailand
การเลือกถังเก็บลมและท่อลมอัด
