اصطلاحات مهم در صنعت هوای فشرده

اصطلاحات مهم در صنعت هوای فشرده

CFM

یکی از اصطلاحات مهم در هوای فشرده CFM (Cubic feet per minute) مخفف فوت مکعب در دقیقه است. یعنی سرعت جریان یا میزان هوای تولید شده توسط آن در یک فشار معین. مقدار جریان هوا یا حجم هوایی که یک کمپرسور می‌تواند تامین کند، با CFM سنجیده می‌شود. لذا این اصطلاح برای اندازه‌ گیری حجم هوای استفاده شده (حجم هوای خارج شده از کمپرسور) بر حسب فوت مکعب در دقیقه است. بسیاری از ابزارهای پنوماتیک به حدود ۵ CFM نیاز دارند. اما به طور کلی این مقدار در کلیه‌ی ابزارها و دستگاه‌های بادی متفاوت است. به عنوان مثال، یک ابزار بادی ممکن است تنها به ۰.۳ CFM نیاز داشته باشد، در حالی که نمونه‌ای دیگر به ۲.۲ CFM نیاز دارد. غالبا ابزارهایی که به صورت مداوم مورد استفاده قرار گرفته و به حجم بیشتری هوا نیاز دارند، CFM بالاتری دارند؛ یک ابزار بادی که مدام در حال چرخش است، به ۸ CFM نیاز دارد در حالی که میزان CFM دستگاه‌های کوچک بادی مخصوص ناخن تنها ۲.۸ CFM  است.

CFM به دو شکل در نظر گرفته می‌شود:

اندازه گیری‌های CFM (جابه‌جایی/ نظری) صرفاً به توانایی اسمی موتور کمپرسور هوا اشاره دارد. به عبارت دیگر، حجم واقعی هوایی که موتور کمپرسور می‌تواند در هر دقیقه جابه‌جا کند (مقدار هوایی که وارد کمپرسور ‌می‌شود). این رقم به اندازه‌ی سیلندرهای پمپ باد و سرعتی که پمپ در آن کار می‌کند بستگی دارد. CFM (جابه‌جایی) نباید به عنوان یک معیار برای میزان توانایی کمپرسور هوا برای عملکرد یک ابزار هوای خاص یا مناسب بودن آن برای انجام یک کار ویژه مورد استفاده قرار گیرد.

CFM (درجه‌ی تحویل کمپرسور / FAD) اندازه گیری جریان هوا به صورت مفیدتر در هنگام تعیین قدرت کمپرسور هوا است، یعنی مناسب بودن آن برای استفاده با ابزارهای پنوماتیک و غیره که مجددا این مقدار با سرعت متر مکعب در دقیقه اندازه گیری می‌شود. FAD که مخفف تحویل هوای آزاد می‌باشد، مقدار هوای فشرده شده‌ای است که یک کمپرسور هوا در نتیجه فرایند فشرده سازی تخلیه می‌کند.

CFM از نوع FAD به طور معمول ۱/۳ کمتر از CSM جابه‌جایی است. به عبارت دیگر، حجم هوای فشرده شده‌ی واقعی تقریبا ۱/۳ کمتر از حجم هوای جوی است که یک کمپرسور هوا قادر به جابه‌جایی آن است. به عنوان مثال اگر کمپرسور شما ۱۰ CFM جابه‌جایی داشته باشد، CFM از نوع FAD در واقعیت حدود ۶.۵ خواهد بود. لذا CFM جابه‌جایی، جریان هوایی است که توسط یک کمپرسور در یک محیط عالی و با راندمان 100٪ کار می‌کند. در حالی که هیچ کمپرسوری وجود ندارد که 100٪ کارآمد باشد. بنابراین، یک کمپرسور را با درجه‌ی تحویل CFM FAD خریداری کنید.

CFM اندازه‌ گیری در PSI معین است و با افزایش میزان اسب بخار (HP) افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، کمپرسورهای باد کوچک در مصارف خانگی ممکن است حدود ۲ CFM هوای فشرده تولید کنند، در حالی که کمپرسورهای صنعتی با ۲۰ اسب بخار می‌توانند در 180  PSI به جریان هوا در حدود ۱۰۰۰ CFM برسند.

اهمیت محاسبه‌ی CFM کمپرسور تا حدی است که از این واحد برای تعیین اندازه‌ی کمپرسورها برای ابزارها استفاده می‌شود. لذا اگر قصد خرید کمپرسور برای دستگاه‌ها و ابزارهای خود را دارید، ابتدا CFM را محاسبه کرده، سپس آن را تهیه کنید. اگرچه محاسبه‌ی CFM برای انتخاب همه‌ی تجهیزات پنوماتیک لازم نیست، اما در دستگاه‌ها و ابزارهایی با ظرفیت‌های بزرگ مانند آچارهای ضربه‌ای از اهمیت زیادی برخوردار است. به عنوان مثال، یک آچار ۱/۲ اینچی، ۳ CFM مصرف می‌کند، در حالی که آچارهای ‌۱ اینچی به ۱۰ CFM نیاز دارند.

SCFM

SCFM (Standard cubic feet per minute) از دیگر اصطلاحات مهم در هوای فشرده است که برای اندازه ‌گیری علمی‌تر و دقیق‌تر میزان حجم تولید شده توسط کمپرسور استفاده می‌شود. این اصطلاح با حذف اختلاف دما و رطوبت، به صورت دقیق حجم هوا را به صورت استاندارد اندازه ‌گیری می‌کند. محاسبه SCFM عبارت است از: ۱۴.۷ پوند در هر اینچ مربع (PSI)، ۶۸ درجه فارنهایت با ۳۶ درصد رطوبت نسبی.

PSI

از جمله اصطلاحات مهم در هوای فشرده که معمولا در کنار CFM استفاده می‌شود، PSI (Pounds per square inch و یا Pound force per square inch) به معنی پوند در هر اینچ مربع و یا نیروی پوند در هر اینچ مربع است. این اصطلاح برای اندازه ‌گیری میزان فشار چند پوند در یک اینچ مربع فضاست، یعنی مقدار نیرویی که یک کمپرسور هوا می‌تواند تحویل دهد. در نتیجه ۱۰۰ PSI برابر است با ۱۰۰ پوند نیرو در هر اینچ مربع.  اغلب ابزارهای بادی (هوایی) به ۷۰ تا ۹۰ PSI نیاز دارند. هر نوع کمپرسور هوا با وزن متوسط می‌تواند به راحتی ۹۰ PSI را تحمل کند.

PSIA (Pounds per square inch absolute) به معنی پوند در هر اینچ مربع مطلق جهت اندازه گیری فشار هوا با توجه به ارتفاع و آب و هوا است.

PSIG (Pounds per square inch gauge) به معنی پوند در هر متر اینچ مربع اندازه گیری فشار نسبت به فشار محیط و جو می‌باشد.

ارتباط بین فشار و جریان هوا

با توجه به توضیحاتی که درباره‌ی اصطلاحات مهم در هوای فشرده‌ی کمپرسورها ارائه شد، برای عملکرد مناسب کمپرسور، باید از میزان جریان هوای کافی (CFM) و فشار صحیح (PSI) اطمینان حاصل کرد. بدین منظور، اپراتور باید رابطه‌ی CFM و PSI را به خوبی درک کند. زیرا در یک سیستم هوای فشرده، میزان فشار بر میزان جریان هوا تاثیر مستقیم دارد. بر اساس قانون بویل (Boyle):

P1 × V1 = P2 × V2

(P1 فشار اولیه و V1 حجم اولیه است، P2 و V2 به ترتیب فشار نهایی و حجم نهایی هستند.)

از آنجا که اندازه‌ گیری فشار مناسب مورد نیاز برای کمپرسور هوا دشوار است، بسیاری از اپراتورها در تعیین فشار این دستگاه‌ها اشتباه می‌کنند، PSI را افزایش می‌دهند تا فشار کافی کمپرسور حاصل شود. با این حال، فشار بیش از حد، که به عنوان تقاضای مصنوعی دستگاه نیز شناخته می‌شود، می‌تواند هزینه و اتلاف انرژی غیر قابل برگشتی را به دنبال داشته باشد (با توجه به اینکه به طور کلی برای هر 2 PSI فشار تخلیه، میزان انرژی مورد نیاز 1٪ افزایش می‌یابد).

شناسایی فشار مورد نیاز کمپرسور به دانش تجربی و همچنین درک نحوه‌ی خواندن تنظیم کننده‌ی فشار، که بر روی تجهیزات و ابزارهای پنوماتیک نصب شده است، نیاز دارد. بسیاری از تجهیزات صنعتی فقط به 75 PSI احتیاج دارند، با این حال اپراتورها تمایل دارند سیستم‌های کمپرسور را بین 100 تا 125 PSI تنظیم کنند که بیش از نیاز و توان دستگاه خواهد بود. با توجه به افت فشارهای غیر قابل پیش‌بینی که ممکن است در بین خشک کن‌ها و سیستم‌های تصفیه‌ی کمپرسور رخ دهد، اکثر اپراتورها می‌توانند فشار خود را تا 25 PSI کاهش دهند.

صرف نظر از کاربردهای هوای فشرده شده با توجه به نوع تجهیزات، دستگاه‌ها و ابزارها، اطمینان از حفظ پالس دقیق در فشار و سرعت جریان برای عملکرد صحیح سیستم‌های پنوماتیک بسیار مهم است. علاوه بر این، کاهش تقاضای مصنوعی با نگه داشتن فشار و سرعت جریان در محدوده‌ی نزدیک از سطح بحرانی می‌تواند هزینه‌ها و مصرف انرژی را پایین نگه داشته و همچنین عمر سرویس سیستم هوای فشرده‌ی شما را به حداکثر برساند.

HP

HP (Horsepower) یا اسب بخار نیز از اصطلاحات مهم در هوای فشرده بوده و واحد اندازه گیری مقدار کارایی است که یک موتور کمپرسور می‌تواند انجام دهد. HP در تعیین اینکه آیا کمپرسور قدرت کافی برای انجام کار شمارا دارد یا نه، نقش مهمی داشته و لزوما به اندازه‌ی فشار و جریان ارتباطی ندارد، زیرا کمپرسورهای جدیدتر و کارآمدتر می‌توانند با HP کمتری کار کنند! کارکرد بیشتر با HP کمتر باعث صرفه جویی در انرژی شده و همچنین بازدهی بیشتری را در طول عمر کمپرسور به دنبال خواهد داشت. BHP (Brake horsepower) یا به اصطلاح ترمز اسب بخار نیز ،به معنای اندازه گیری قدرت موتور بدون هیچ گونه تلفات از اجزای موتور کمکی می‌باشد(محاسبه حداکثر توان موتور اصلی بدون محاسبه قدرت موتور کمکی). اسب بخار تخلیه نشده (Unloaded Horsepower) نیز قدرتی است که برای غلبه بر اصطکاک هنگام کار در شرایط بارگذاری نشده مصرف می‌شود.

در هنگام خریدکمپرسور هوا، بسیاری از مشتریان به دنبال رتبه بندی اسب بخار آن هستند تا بدانند که این دستگاه چه میزان قدرتی را می‌تواند در اختیار قرار دهد. لذا رتبه بندی تجهیزات پنوماتیک بر اساس اسب بخار زمانی اهمیت دارد که بخواهیم بدانیم یک کمپرسور چه کاری می‌تواند انجام دهد و یا نمی‌تواند. اما اطلاع از این رتبه بندی تمام چیزی نیست که شما برای خرید دستگاه به آن نیاز دارید. مقدار اسب بخار کمپرسور فقط یک امتیاز است که هنگام خرید یک دستگاه جدید باید در نظر گرفته شود، حتی ممکن است یکی از کم اهمیت‌ترین فاکتورها باشد!

کلیه کمپرسورها دارای یک جزء حرکتی هستند که در اسب بخار محاسبه می‌شوند. کار یک موتور کمپرسور راه‌اندازی سیلندرها یا پیچ‌های دوار کمپرسور است که هوا را فشرده می‌کند. با توجه به این که نحوه‌‌ی عملکرد موتورهای کمپرسور کمی پیچیده است، لذا رابطه‌ی بین مقدار اسب بخار یک موتور با میزان کاری که کمپرسور می‌تواند انجام دهد، همیشه ساده نیست.

هنگامی که همه عوامل دیگر (CFM و PSI) برابر هستند، اسب بخار اندازه گیری راندمان موتور کمپرسور در تولید سطح معینی از CFM و PSIG خواهد بود. به عنوان مثال، اگر مقدار اسب بخار یک کمپرسور هوا ۵ HP و یک کمپرسور هوا 10 HP باشد و  هر دو بتوانند 100 PSIG فشار هوا را با سرعت 1۵ CFM تولید کنند، مدل ۵ HP با کارآیی بیشتری کار می‌کند و هزینه‌های شما را بدون از دست دادن کارایی کاهش می‌دهد.

ارزیابی اسب بخار هنگام خرید یک کمپرسور جدید چقدر مهم است؟

امتیاز اسب بخار کمپرسور، اطلاعات مهمی از آنچه که این دستگاه می‌تواند انجام دهد و همچنین چگونگی

عملکرد آن را در اختیار شما قرار خواهد داد. اسب بخار تعیین می‌کند که آیا کمپرسور هوا می‌تواند هوای کافی را برای نیازهای شما تولید کند یا خیر. تحت هیچ شرایطی یک کمپرسور هوای ۵ HP قادر به انجام کار مشابه کمپرسور هوای 20 HP نخواهد بود. با این حال، به یاد داشته باشید که بررسی میزان اسب بخار کمپرسور نباید تنها عامل شما برای خرید کمپرسور باشد. در صورت عدم ارائه CFM یا PSIG مورد نیاز، حتی بهترین کمپرسور هوا با ۱۰۰ HP نیز ممکن است عملکرد مناسبی نداشته باشد.

سایر واحد‌های اندازه ‌گیری و اصطلاحات مهم در هوای فشرده عبارت‌اند از:

بار (Bar): ۱ بار برابر با حدود ۱۴.۵ psi فشار تقریباً استاندارد جوی در سطح دریا می‌باشد.

ACFM (Actual cubic feet per minute) به معنای فوت واقعی مکعب در دقیقه، واحدی است که کمپرسور در محل تحویل دمای محیط غالب اندازه گیری می‌شود.

کیلو وات (kilowatt): اندازه گیری توان برابر با 1000 وات.

کیلو وات در ساعت (kilowatt hour): اندازه گیری انرژی برابر با توان مصرفی 1000 وات بیش از 1 ساعت.

فشار مطلق (absolute pressure): جهت اندازه گیری فشار موجود و همچنین فشار اتمسفر از صفر مطلق.

فشار اتمسفر (Atmospheric pressure) یا فشار در ارتفاع خاص. در سطح دریا، فشار اتمسفر ۱۴.۷ PSI است.

پاسکال (Ps): ۱ بار فشار برابر 100000 پاسکال است. SI فشار را بر حسب واحد پاسکال اندازه‌ گیری می‌کنند. پاسکال برابر با یک نیوتن نیرو است که بر یک متر مربع وارد می‌شود.

میلیمتر جیوه: میلیمتر جیوه (mmHg) از یکاهای اندازه ‌‌گیری فشار است که بر اساس اختلاف دو ستون جیوه در فشار سنج سنجیده می‌شود.

اتمسفر: هر اتمسفر برابر نیروی 1,013,250 دین (dyne) است که بر یک سانتی متر مربع وارد می‌شود. اتمسفر را با خطای 1% می‌توان برابر بار (bar) در نظر گرفت. همچنین هر اتمسفر برابر 101,325 پاسکال محاسبه می‌شود.

در ادامه مقاله به معرفی حجمی (CFM) مورد نیاز برخی از ابزارهای متداول میپردازیم:

• آچارهای ضربه‌ای : آچارهای ضربه‌ای جزو یکی از پرکاربردترین ابزارهای پنوماتیک می‌باشند. آچارهای ضربه‌ای بطور معمول به 6.5_8 CFM هوا فشرده با فشار 90 PSI نیاز دارند.
• میخکوب‌های بادی : یکی از ابزارهایی که در صنعت نجاری از آن استفاده زیادی می‌شود، میخکوب بادی است. میخکوب‌های بادی بسته به مدل و اندازه‌شان به CFM‌های مختلفی نیاز دارند. میخکوب‌های کوچک به 1 CFM هوا فشرده نیاز دارند در حالیکه مدل‌های بزرگتر بیش از 15 CFM هوا فشرده نیاز دارند. اکثر میخکوب‌ها با فشار 100 PSI کار می‌کنند.
• اسپری رنگ : اسپری‌های رنگ بطور معمول به 6_12 CFM هوا فشرده با فشار 35_50 PSI نیاز دارند.
• سندبلاست : سندبلاست‌ها جزو ابزارهایی هستند که بسته به قدرت خود به CFM‌های متفاوتی نیاز دارند. به طور معمول سندلاست‌ها به 10_24 CFM هوا فشرده با فشار 80_125 PSI نیازمند هستند.
• سمباده‌ : سمباده‌ها به 4_5 CFM هوا فشرده نیاز دارند و تقریبا همه آنها با فشار 90 PSI کار می‌کنند.

1. درل و پیچ‌گوشتی بادی : درل‌ها و پیچ‌گوشتی‌های بادی برای کار کردن به 5_6 CFM هوا فشرده با فشار 90 PSI نیاز دارند.

• اره پروفیل بر و مینی فرز : اره‌های پروفیل بر و مینی فرزها به 4.5_6 CFM هوا فشرده نیاز دارند. همچنین این ابزارها با فشار 90 PSI کار می‎‌کنند.