صيغة حساب القدرة الكهربائية لضاغط الهواء اللازمة لتوليد الضغط وكمية الهواء المنتجة

العلاقة الأساسية بين قدرة ضاغط الهواء والضغط وكمية تدفق الهواء

في تشغيل وتحديد مواصفات ضواغط الهواء، تُعدّ القدرة الكهربائية، وضغط العادم، وكمية تدفق الهواء العادم ثلاثة متغيرات أساسية. تربط بينها علاقة فيزيائية وثيقة؛ ولذلك فإن الفهم الدقيق للصيغ الحسابية الخاصة بها وإتقان استخدامها يكتسي أهمية بالغة في اختيار المعدات، وتقييم كفاءة الطاقة، وكذلك في عمليات التحسين الموفرة للطاقة.

صيغة حساب القدرة المضغوطة نظريًا

خلال عملية ضغط الهواء، وبحسب اختلاف الحالة الديناميكية الحرارية، تُقسَّم عمليات الضغط أساسًا إلى ضغط متساوٍ في درجة الحرارة، وضغط أديباتي، وضغط متعدد المتغيرات. وتتضمن صيغة حساب قدرة الضغط النظرية النماذج الثلاثة التالية:

• القدرة النظرية للضغط عند درجة حرارة ثابتة:لنفترض أن درجة الحرارة تبقى ثابتة خلال عملية الضغط. يشتمل قانون الحساب على ضغط الهواء الداخل، وضغط الهواء الخارج، وكمية الهواء المتدفقة، وكذلك اللوغاريتم الطبيعي. وتُعد هذه العملية ذات أقل استهلاك للطاقة، وهي تمثل الحالة المثالية.
• القدرة النظرية للضغط الأديباتي:لنفترض أنه لا يحدث أي تبادل للحرارة مع الوسط الخارجي أثناء عملية الضغط. تتضمن المعادلة الحسابية معامل الأدياباتيك، وضغط الهواء الداخل، وضغط الهواء الخارج، وكذلك كمية الهواء المتدفقة. وتُعد هذه العملية الأكثر استهلاكًا للطاقة.
• القدرة النظرية للضغط المتغير:تتم عملية الضغط الفعلية بين العمليتين المتساوية الحرارة والكَدْرِيّة. وتُدخل المعادلة الحسابية معامل التغير المتعدد، مما يجعلها أقرب إلى ظروف التشغيل الفعلية لضاغط الهواء.

حساب قدرة عمود المحرك وكمية الاستهلاك الفعلي للكهرباء

تمثل القدرة النظرية فقط الشغل الفيزيائي البحت اللازم لضغط الغاز، أما القدرة الفعلية لعمود المحرك التي تُستخدم لتشغيل ضاغط الهواء فتتطلب أخذ الخسائر الميكانيكية وكفاءة النقل في الاعتبار. وعادةً ما يُحسب مقدار القدرة الفعلية لعمود المحرك على أساس القدرة النظرية، وذلك بقسمتها على كفاءة الضاغط الأديباتية أو الكفاءة المتساوية الحرارة، مع مراعاة كفاءة التحويل الميكانيكي.

تتأثر القدرة الكهربائية الداخلة إلى المحرك بدورها بمدى كفاءة المحرك نفسه. وتُحسب وفقًا للعلاقة التالية: القدرة الكهربائية الداخلة تساوي القدرة على عمود المحرك مقسومة على كفاءة المحرك. لذلك، عند معرفة ضغط العادم المستهدف ومعدل تدفق الهواء المطلوب، يمكن من خلال هذه المعادلة استنتاج القدرة الاسمية المطلوبة للمحرك.

العوامل المؤثرة في استهلاك الطاقة الفعلي وكفاءة إنتاج الغاز

في التطبيقات العملية، غالباً ما تختلف كمية الغاز المنتجة وكمية الطاقة الكهربائية المستهلكة لضاغط الهواء عن الحسابات النظرية، وذلك يعود أساساً إلى العوامل التالية:

• كفاءة السعة:بسبب حجم الفراغ المتبقي، والتسرب، ومقاومة السحب، فإن حجم الغاز المُمتص فعليًا يقل عن السعة النظرية للضخ، مما يؤثر بشكل مباشر على كمية الهواء النهائية.
• انخفاض الضغط في النظام:تؤدي خسائر الضغط في نظام شبكة الأنابيب إلى أن يصبح ضغط مخرج الهواء لمكبس الضاغط أعلى من الطلب الفعلي عند الطرف النهائي، مما يؤدي إلى زيادة غير ضرورية في عمل الضغط.
• شيخوخة المعدات وصيانتها:يؤدي انسداد خرطوشة الفلتر، أو تآكل الدوار، أو انخفاض كفاءة نظام التبريد، إلى تراجع الكفاءة المتساوية الحرارية، مما يزيد من استهلاك الطاقة عند نفس الضغط.

اقتراحات اختيار النموذج وتحسين كفاءة الطاقة

استنادًا إلى المبادئ الحسابية المذكورة أعلاه، ينبغي عند تصميم نظام ضاغط الهواء وتحديد مواصفاته إجراء حساب دقيق للاحتياجات الفعلية من الهواء، تجنّبًا لوجود فائض في سعة المعدات أو تحديد ضغط مرتفع جدًا. وفي الوقت نفسه، يُفضَّل اختيار المعدات ذات كفاءة عالية في استهلاك الطاقة، مع القيام بانتظام بتحسين تخطيط شبكة الأنابيب وتنفيذ الصيانة الدورية، وذلك للحدّ من استهلاك الطاقة الكهربائية أثناء التشغيل إلى أدنى حد ممكن، بما يسهم في تحقيق تشغيلٍ فعّال ومستقر للنظام.