ระบบอากาศอัด

(COMPRESSED AIR SYSTEM)

      โดยทั่วไปแล้วโรงงานอุตสาหกรรมนิยมใช้ระบบอากาศอัดในกระบวนการผลิต การทำงานของเครื่องอัดอากาศเริ่มจากดูดอากาศเข้าทางท่อลมเข้า (Air Intake) เพื่อส่งเข้าไปยังเครื่องอัดอากาศ (Air Compressor) บริเวณทางเข้าเครื่องอัดอากาศจะติดตั้งเครื่องกรองอากาศ กรองสิ่งเจือปนต่างๆ เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายกับเครื่องอัดอากาศ อากาศที่ผ่านเครื่องอัดอากาศแล้วจะเก็บไว้ในถังเก็บอากาศ ซึ่งมีความดันสูงและมีอุณหภูมิสูง แต่อุณหภูมิจะลดต่ำลงด้วยอุปกรณ์ระบายความร้อนหลังจากอัด (After cooler) ก่อนนำไปใช้งานต่อไป

      อากาศที่มีความดันสูงจะถูกส่งผ่านจากท่อจ่ายอากาศหลัก และแยกไปใช้งานตามจุดต่างๆ ผ่านท่อแยก แต่ก่อนที่อากาศจะเข้าไปยังเครื่องมือหรืออุปกรณ์ต้องมีการดักและกรองสิ่งที่ปนมากับอากาศ ซึ่งได้แก่ ฝุ่นละออง สิ่งสกปรกจากภายในท่อ และน้ำมันหล่อลื่น โดยใช้อุปกรณ์กรองละอองน้ำและฝุ่น

ประเภทและหลักการทำงานของเครื่องอัดอากาศ

เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบ (Reciprocating compressors)

            เครื่องอัดอากาศประเภทนี้ใช้ต้นกำลังจากมอเตอร์ไฟฟ้าหรือเครื่องยนต์ขนาดเล็ก โดยมีสายพานเป็นอุปกรณ์ถ่ายทอดกำลังงานไปสู่เครื่องอัดเพื่อให้ลูกสูบเคลื่อนที่อัดอากาศให้มีปริมาตรเล็กลง และความดันของอากาศสูงขึ้น อากาศอัดจะถูกส่งไปเก็บไว้ในถังลมก่อนที่จะนำไปใช้งานต่อไป เครื่องอัดอากาศประเภทนี้ส่วนใหญ่ จะระบายความร้อนด้วยอากาศ ดังนั้นบริเวณรอบๆเสื้อสูบของเครื่องอัดจึงทำเป็นแผ่นครีบ (vane) เพื่อเพิ่มพื้นที่ในการระบายความร้อนให้มากยิ่งขึ้น การเคลื่อนที่ของลูกสูบในจังหวะอัดแต่ละครั้งจะทำให้อากาศหรือแก๊สเกิดการอัดตัวขึ้น และการไหลของอากาศอัดจะมีลักษณะเป็นแบบห้วงๆ (pulsation) ไม่ต่อเนื่องกัน ซึ่งเป็นผลเสียต่อระบบท่อส่ง เพราะอาจทำให้เกิดความดันย้อนกลับ ณ จุดที่มีการหักเลี้ยวในระบบท่อส่งได้ ทำให้ท่อส่งได้รับความเสียหายในภายหลัง

     เนื่องจากในอากาศมีความชื้น หรือไอน้ำปะปนอยู่ เมื่ออากาศที่เข้าสู่เครื่องอัดอากาศจึงมีไอน้ำและฝุ่นละอองปะปนเข้าไปด้วย เมื่ออากาศถูกอัดตัว โมเลกุลของอากาศจะเกิดการเสียดสีกันทำให้อากาศที่ถูกอัดมีความร้อนสูงขึ้น อากาศที่ถูกอัดก่อนที่จะถูกนำไปยังถังอัดอากาศจึงต้องมีการระบายความร้อนออก เพื่อป้องกันอันตรายจากความร้อนซึ่งจะทำให้ชิ้นส่วนภายในเครื่องอัดอากาศได้รับความเสียหายได้ เมื่ออากาศอัดภายในถังอากาศเย็นตัวลงจะทำให้ไอน้ำกลั่นตัวเป็นหยดน้ำอยู่ในถังอัดอากาศ ซึ่งจะก่อให้เกิดความเสียหายได้ในขณะที่นำอากาศไปใช้งาน ดังนั้นจึงต้องมีการระบายน้ำส่วนนี้ออกไปจากถังอัดอากาศ ก่อนที่จะมีการใช้งานอยู่เสมอ

เครื่องอัดอากาศแบบโรตารี่ (Rotary compressors)

• Sliding vane compressors
• Liquid piston compressors
• Two –impeller straight – lobe
• Helical or spiral lobe

เครื่องอัดอากาศแบบหมุนเหวี่ยง (Centrifugal compressors)

          เป็นเครื่องอัดอากาศที่ใช้หลักการทางด้านพลศาสตร์ ทำงานด้วยการเปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นความดัน ทิศทางการเคลื่อนที่ของอากาศอัดจะถูกเหวี่ยงตัวออกไปในแนวรัศมี ลมดูดจะเข้าสู่พื้นที่ตรงกลางเพลาใบพัดและถูกเหวี่ยงตัวออกไปในแนวรัศมีของใบพัดสู่ผนังเครื่องอัด และถูกส่งไปตามระบบท่อ อากาศอัดจะมีความดันสูงขึ้นแต่ความเร็วยังคงที่ เมื่อเราต้องการอากาศอัดที่มีค่าความดันสูงมากขึ้น เราสามารถกระทำได้โดยการใช้เครื่องอัดอากาศหลายสเตจ โดยที่อากาศอัดซึ่งได้จากสเตจแรกจะถูกส่งต่อไปยังสเตจต่อไปและอัดอากาศให้ได้ความดันที่ต้องการ อากาศที่อัดได้ในแต่ละสเตจจะมีความร้อนสูงขึ้น ดังนั้นจึงต้องมีการระบายความร้อนออกจากอากาศอัดก่อนที่จะส่งอากาศอัดไปยังสเตจต่อไป       

การควบคุมการทำงานของระบบอากาศอัด (OPERATION CONTROL OF AIR-COMPRESSOR)

• การควบคุมเครื่องอัดอากาศแยกแต่ละเครื่อง
• การควบคุมเครื่องอัดอากาศแบบหลายเครื่อง
• การควบคุมระบบเครื่องอัดอากาศโดยรวม

แนวทางการอนุรักษ์พลังงานในระบบอากาศอัด (Guideline for energy conservation in compressed air system)

ประเด็นสำคัญในการอนุรักษ์พลังงานของระบบอากาศอัด

• คำนวณต้นทุนของอากาศอัด [บาท/Cu.m.] แล้วใช้ต้นทุนนี้ในการคำนวณค่าใช้จ่ายตามปริมาณความสิ้นเปลืองอากาศอัดที่แต่ละอุปกรณ์ ในจำนวนต้นทุนนี้จะมีค่าไฟฟ้าของเครื่องอัดอากาศเป็นองค์ประกอบหลัก
• ปริมาณอากาศขาออกของเครื่องอัดอากาศต่อกำลังขับจำเพาะ โดยทั่วไปจะมีค่าประมาณ 7.5-5.5 [kW/CMM] (ANR) กล่าวคือเท่ากับ 0.13-0.18 [CMM/kW] (ANR) ต่อ 7.5 [kW]
• เครื่องอัดอากาศขนาดเล็กจะใช้แบบลูกสูบ ขนาดกลางจะใช้แบบสกรู และขนาดใหญ่จะใช้แบบเทอร์โบ เป็นหลัก ประเด็นสำคัญในการเลือกใช้เครื่องปรับอากาศคือ จะใช้แบบใช้น้ำมันหรือไม่ใช้น้ำมัน จำนวนชั้นของการอัดอากาศ การสั่นสะเทือน เสียงดัง และวิธีควบคุม capacity เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงภาระ
• หากมีเครื่องอัดอากาศหลายตัว แล้วใช้วิธีควบคุมจำนวนการเดินเครื่องให้สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงภาระ จะทำให้การอนุรักษ์พลังงานใกล้เคียงกับเส้นกราฟกำลังขับในอุดมคติ และในกรณีที่จัดกลุ่มเครื่องอัดอากาศ ไม่ควรให้มีกลุ่มเครื่องอัดอากาศประเภทปริมาตรทดแทนเชิงบวก (Positive Displacement) รวมกับกลุ่มเครื่องอัดอากาศประเภทไดนามิคส์ (Dynamics) เนื่องจากในสภาวะ Unload เครื่องอัดอากาศประเภทปริมาตรทดแทนเชิงบวก จะสร้างความดันอากาศอย่างต่อเนื่อง ทำให้สูญเสียพลังงานไฟฟ้า
• สิ่งที่สำคัญคือการอนุรักษ์พลังงานทางด้านผู้ใช้อากาศอัด (การปรับความดันให้เหมาะสม การลดการปล่อยอากาศทิ้งและอากาศรั่ว)

แนวทางการเลือกเครื่องอัดอากาศ

1. เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบ เป็นเครื่องอัดอากาศที่มีประสิทธิภาพสูง ยิ่งมีจำนวนขั้น (Stage) เพิ่มขึ้นยิ่งมีประสิทธิภาพสูง ส่วนใหญ่ใช้เพียง 2 ขั้น เครื่องอัดอากาศแบบระบายความร้อนด้วยน้ำจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าการระบายความร้อนด้วยอากาศ เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบเหมาะสมกับการรับโหลดที่ไม่สม่ำเสมอได้ดี เนื่องจากมีอุปกรณ์ Un-load ที่ดี การใช้อุปกรณ์ Un-load น้อยมากเมื่อเทียบกับเครื่องแบบอื่นๆ การควบคุมยังสามารถทำเป็นแบบ multi step ในช่วงการเดิน Part load จะให้ประสิทธิภาพดี
2. เครื่องอัดอากาศแบบโรตารี่สกรู เป็นเครื่องที่มีความสึกหรอน้อยเนื่องจากตัวสกรูไม่ได้สัมผัสกัน การอัดอากาศมีประสิทธิภาพพอสมควรแต่โครงสร้างเป็นตัวสกรูกำหนดให้มีอัตราส่วนความดันคงที่ เครื่องอัดอากาศแบบโรตารี่สกรูเหมาะกับการรับโหลดเต็มพิกัดและสม่ำเสมอ จึงจะให้ประสิทธิภาพที่ดีได้
3. เครื่องอัดอากาศแบบหอยโข่ง เป็นเครื่องอัดอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงพอควรเหมาะกับระบบที่ความต้องการอากาศมาก