در این متن از جریان حجمی و فشار کاری صحبت خواهد شد. این دو با نامهای دیگری چون ظرفیت هوادهی، دبی هوای فشرده و فشار عملیاتی شناخته و به ترتیب با واحدهای آمریکایی CFM و PSI یا واحدهای استاندارد مترمکعب بر دقیقه و بار اندازهگیری میشوند. دو معیار اصلی عملکرد سیستمهای هوای فشرده هوادهی و فشار بوده و درک تفاوت این دو برای انتخاب سایز مناسب کمپرسور هوا ضروری است.
CFM چیست؟
CFM مخفف Cubic Feet per Minute است و حجم جریان هوا را اندازهگیری میکند. دانشجویان مهندسی به خوبی آگاهند که قریب به اتفاق پارامترهای مهندسی شیمی و مکانیک با واحدهای آمریکایی چون CFM و همچنین واحدهای استاندارد چون مترمکعب بر دقیقه ارزشگذاری میشود. CFM به زبان ساده نشاندهندهی مقدار هوای تولیدی کمپرسور در دقیقه است.
PSI چیست؟
PSI مخفف Pounds per Square Inch است و فشار هوا را اندازهگیری میکند. این واحد نیز مشابه با سایر واحدهای آمریکایی اعصابخردکن، ولی جاافتاده است. معادل استاندارد آن بار است که معاد ۱۴/۵ psi یا یک اتمسفر است. فشار هوا متناظر با نیرویی است که هوا تحویل میدهد.
اگر CFM حجم باشد، PSI نیروی پشت آن حجم است. در مثال شیلنگ آب، PSI همان فشار آب در لولهکشی محسوب میشود. ابزارآلات مختلف برای کار در بازهی مشخصی از PSI یا فشار کاری طراحی شده اند و خارج شدن از این محدوده عملکرد را تضعیف کرده یا به سیستم آسیب میرساند.
جریان با CFM بالا یا PSI بالا
از این پس از عبارات هوادهی به جای CFM و فشار به جای PSI استفاده میکنیم تا مطالعهی متن فارسی آسانتری داشته باشیم. لولهای پهن حجم زیادی از هوا را با سرعتی کمتر جابجا میکند، در حالیکه لولهای باریکتر حجمی کمتر با سرعت و فشاری بیشتر انتقال خواهد داد. مثال:
- تلمبههای کوچک تایر خودرو یک CFM در ۱۰۰ PSI تولید میکند.
- کمپرسور بزرگ صنعتی میتواند ۱۰۰ CFM در ۱۰۰ PSI تولید کند.
هر دو مثال بالا فشار یکسانی دارد، ولی کمپرسور صنعتی ۱۰۰ برابر حجم هوای بیشتری تولید میکند. درک این مفاهیم پایه برای تخمین نیاز هوای مصرفی کاربردی و حائز اهمیت است.
کمپرسور بیش از حد بزرگ است؟
چه مشکلاتی در صورت انتخاب کمپرسور بزرگ پدیدار خواهد شد؟
۱. هزینهی اولیه طبیعتا بالاتر خواهد رفت. ۲. مصرف انرژی با ابعاد کمپرسور رابطهی مستقیم داشته و افزایش می یابد. ۳. هزینهی نگهداری ماشینآلات بزرگتر بیشتر است و در اینجا با هزینهی غیرضرور روبرو هستیم و ۴. ظرفیت کمپرسور بزرگتری بلااستفاده خواهد ماند.
مثال: اگر در تعمیرگاه خودرو همزمان با آچار بادی با مختصات ۵ CFM در ۹۰ PSI و پیستوله رنگ ۱۲ CFM در 40 PSI کار میکنید، به کمپرسوری نیاز دارید که حداقل ۱۷ CFM در ۹۰ PSI هوای فشرده تولید میکند. از این مثال دریافت میشود که فشار بالاتر معیار تعیین کننده است.
اگر نجار در کارگاه خود از سنباده اوربیتال ۸ CFM در ۹۰ PSI و میخکوب بادی ۰/۵ CFM در ۹۰ PSI استفاده میکند، کمپرسور بایستی حداقل ۸/۵ CFM در ۹۰ PSI هوای تولید داشته باشد. با شناخت نیاز هوادهی و فشار کاری خود میتوانید کمپرسوری مناسب بدون هدررفت هزینه انتخاب کنید.
درحالیکه هوادهی به حجم هوای فشردهی تولیدی نظر میکند، فشار کاری نیرویی که در اختیار ابزارآلات قرار میگیرد میسنجد. PSI یا بار نشاندهندهی نیرویی است که هوا با آن به ابزار میرسد. ابزارها برای بازهی مشخصی از فشار طراحی شده اند و کمپرسور باید ابزاری را که بالاترین نیاز فشاری را دارد تامین کند. این بدین معناست که در تخمین هوادهی مورد نیاز، نیاز تمامی دستگاههایی که همزمان کار میکنند جمع زده میشود. اما در تعیین فشار کاری مورد نیاز، فقط بالاترین عدد مهم است. هر ابزاری که بیشترین فشار کاری را طلب میکند، انتخاب کمپرسور را به ما دیکته خواهد کرد. برای فشار کمپرسورها نیز حدود ۱۰ PSI به فشار تعیین شده اضافه میکنیم تا عملکردی پایدار داشته باشد.
جدول: محدودهی نیاز فشار ابزارها
نوع ابزار | محدوده PSI |
میخکوب سبک | 70–100 PSI |
میخکوب فریمینگ | 80–120 PSI |
آچار بادی | 90–100 PSI |
پیستوله رنگ | 40–60 PSI |
سندبلاست | 90–100 PSI |
سنگ انگشتی بادی | 90–100 PSI |
بادکن تایر | 90–120 PSI |
دریل بادی | 80–100 PSI |
دستهبندی کاربرد بر اساس فشار
هنگام انتخاب کمپرسور حداکثر فشار دستگاه بایستی حدود ۲۰ تا ۳۰ PSI بیشتر از بالاترین نیاز شما باشد تا عملکردی پایدار حفظ شود. برای کاربردهای سبک و خانگی ۰ تا ۹۰ PSI، برای کاربردهای متوسط و کارگاهی ۹۰ تا ۱۵۰ PSI و برای کاربردهای سنگین و صنعتی به ۱۵۰ تا ۲۵۰ PSI فشار کاری نیاز دارید. اما مسئله فقط محدود به PSI نیست.
فقط فشار نیست که اهمیت دارد
فشار تنها نیمی از معادله است، گاهی حتی کمتر از نیمی از معادلهی انتخاب سایز کمپرسور به فشار مربوط است. کمپرسور باید هوادهی موردنیاز را در فشار مذکور تامین کند. بعضی از کمپرسورها مدعی فشار کاری بالا هستند اما تحت بار واقعی توان حفظ آن را ندارند. همیشه مقدار هوادهی در فشار کاری بررسی میشود. یعنی همواره CFM متناظر در PSI را بپرسید، نه اینکه فقط کمپرسور چند بار یا چند PSI است.
ملاحظات کاربری خاص
مصارف مختلف نیازهای مختلفی داشته و برخی نیازهایی مخصوص دارند. برای مثال رنگپاشی معمولا فشار پایینتر در محدودهی ۴۰ تا ۶۰ PSI ولی فشار پایدار نیاز دارد. سندبلاست حجم هوای بالا در فشار متوسط میخواد و ابزارآلات خودرویی با فشار ۹۰ تا ۱۰۰ PSI همراه با هوادهی کافی اوکی میشوند.
محاسبهی هوای فشردهی مورد نیاز
محاسبهی هوای فشرده موردنیاز و به ویژه میزان هوادهی گامی حساس در انتخاب کمپرسور هوای مناسب است. گام به گام پیش روید و نیاز هوادهی خود را به دست آورید:
گام نخست: تمام ابزارآلات خود را لیست کنید
لیستی جامع از تمام ابزارآلات بادی که به طور همزمان کار میکند بنویسید. تمام ابزارآلات از آچارهای بادی تا اسپریهای رنگ، سندبلاست و میخکوبها را بگنجانید.
گام ۲: نیازمندی هوادهی یا CFM آنها را بیابید.
برای هر ابزار نیاز CFM آن را در فشار کاری که معمولا ۹۰ PSI است بیابید. این اطلاعات در راهنمای ابزار یا سایت سازنده نوشته شده است.
گام ۳: CFM را حساب کنید.
تمام نیازمندیهای هوادهی خود بر مبنای CFM یا مترمکعب بر دقیقه را جمع بزنید. تمامی ابزاری که همزمان کار خواهد کرد را بگنجانید و با این طریق کف نیازهای هوای فشردهی خود را به دست خواهید آورد.
گام ۴: حاشیهی امنیت را اضافه کنید.
به جمع هوادهی موردنیاز خود ۲۵ تا ۵۰ درصد اضافه کنید تا حساب توسعهی خط تولید در آینده، نشتیهای هوا از سیستم، نوسانات عملکرد کمپرسورها و نیاز اوج مصرف را کرده باشید. شرایط محیطی کارگاه از جمله ارتفاع و دما نیز ممکن است بر عملکرد کمپرسور موثر باشد.
مثالهای واقعی از محاسبه سایز کمپرسور
کمپرسور برای تعمیرگاه خودرو:
- ۲ آچار بادی هرکدام 5 CFM در ۹۰ PSI
- ۱ پیستوله رنگ ۱۲ CFM در ۴۰ PSI
- مجموع نیاز: ۲۲ CFM در ۹۰ PSI با افت فشار ۵ PSI و حاشیهی امنیت ۳۰ درصدی: ۲۸/۶ CFM در ۹۵ PSI
حداقل اندازه کمپرسور: ۳۰ CFM در ۱۰۰ PSI
کمپرسور برای کارگاه نجاری:
- میخکوب سبک ۰/۵ CFM در ۹۰ PSI
- میخکوب فریمینگ ۲/۵ CFM در ۹۰ PSI
- منگنه بادی ۱/۵ CFM در ۹۰ PSI
- سنبادی اوربیتال ۸ CFM در ۹۰ PSI
- مجموع: ۱۴/۵ CFM با حاشیه ایمنی ۵۰ درصدی ۲۱/۷۵ CFM در ۹۰ PSI
کمپرسور برای تولید صنعتی:
- سه سندبلاستر هرکدام ۲۰ CFM در ۹۰ PSI
- پمپ بادی ۱۵ CFM در ۱۰۰ PSI
- شیرهای کنترل ۵ CFM در ۱۰۰ PSI
- انتقال پنوماتیک ۲۵ CFM در ۸۰ PSI
- مجموع نیاز ۱۰۵ با حاشیه امنیت ۱۵۰ CFM در ۱۰۰ PSI. کمپرسور روتاری اسکرو ۱۵۰ CFM مناسب است.
جدول مقایسه چند کاربرد
نوع کاربرد | محدوده CFM | محدوده PSI | حجم مخزن پیشنهادی | توان پیشنهادی |
DIY سبک | 2–8 | 90 | 6–30 گالن | 1–2 HP |
نجاری | 10–20 | 90 | 60–80 گالن | 3–5 HP |
خودرویی | 30–60 | 90–150 | 80–120 گالن | 5–10 HP |
صنعتی | 50–200+ | 100–250 | 120+ گالن | 10–50+ HP |
رابطه میان CFM و PSIG
یکی از سوء تفاهمات این است که میتوان هوادهی و فشار را به یکدیگر تبدیل کرد. هوادهی و فشار دو ویژگی متفاوت فیزیکی را اندازه میگیرند و تبدیل مستقیم آنها، بدون اطلاعات اضافی میسر نیست. رابطهی فشار و هوادهی به عوامل متعددی مانند طراحی کمپرسور، شرایط سیستم از جمله دما، رطوبت و ارتفاع، محدودیتهای سیستم از جمله شیلنگ، فیلتر و اتصالات و سیکل کاری بستگی دارد. اما میتوان رابطهی میان آنها را با کمک منحنی عملکرد کمپرسور بررسی کرد و نشان داد در چه فشاری چه هوادهی تولیدی خواهیم داشت. ماشین حسابهای آنلاین که از جملهی آنها چند مورد بر روی سایت طراحی و قرار داده شده، فقط تخمینی تقریبی از نتایج را خواهد داد و برای سایزینگ دقیق کافی نیستند.
اکثر کمپرسورها پس از سنجش در کارخانه با خروجی مشخصی، مثلا ۱۰۰ CFM در ۱۰۰ PSIG عرضه میشود. میان فشار و هوادهی رابطه معکوسی وجود دارد که مطابق با آن با افزایش فشار جریان کاهش می یابد یا بالعکس. بسیاری از اپراتورها به هنگام افت فشار، فشار کمپرسور را بالا میبرند اما اغلب مشکل از کمبود جریان است و از فشار نیست. افزایش فشار جریان را کمتر کرده و وضعیت رو به وخامت خواهد رفت. با افزایش تقاضای هوادهی در فشاری مشخص کمپرسور بایستی سختتر کار کند تا فشار را حفظ کند. در صورتی که تقاضا از ظرفیت کمپرسور فراتر رود فشار افت کرده و ابزار عملکرد مورد انتظار را نخواهد داشت.
در صورتی که کمپرسور حجم کافی از هوای فشرده را تامین کند ولی فشار آن کم باشد، ابزارآلات هوای کافی دریافت میکنند، اما بدون نیروی مناسب عملکرد خوبی نخواهند داشت. برعکس آن، کمپرسوری که فشار بالا ولی حجم پایینی از هوای فشرده تولید میکند ابتدا نیروی خوب و کافی تامین میکند اما سریعا هوا کم میاورد و باعث توقف یا تضعیف عملکرد ابزار میشود.
