פעולת מפוחים השפעת טמפרטורה, גובה מעל פני הים וסוג הגז

מבוא

פעולת מפוחים מוגדרת על פי התאמה או אי התאמה לתנאי עבודה מוגדרים. כדי שיצרני המפוחים, מהנדסים, מתכננים ולקוחות אצלם מותקנים המפוחים, "ידברו באותה שפה", סוכם שנתוני המפוחים יוגדרו בהתאם לתנאים מוסכמים על פי תקנים אירופאים ו/או תקנים אמריקאים.

המסכות לבדיקה ואישור העמידה או אי העמידה בתנאים הללו מוקנית למעבדות בדיקה מוסמכות. אלו, מקטלגות את המפוחים לקטגוריות בהתאם לנתוני הבדיקות. בארץ מקובל מאד התקן אמריקאי 216 AMCA STANDARD, שבו נדון להלן.

התקן האמריקאי קובע את אפיון פעולת המפוחים על פי פרמטרים של רמת האוויר בכניסה סטנדרטית, במשקל סגולי של אוויר 0.075 ליברות / לרגל מעוקב (1.201 ק"ג/ מ³) וטמפרטורה של 70° פרנהייט (20°C). זאת בגובה פני הים לחץ ברומטרי 29.42" (760 מ"מ כספית).

כאן המקום לציין שקיימים גם תקנים המבוססים על טמפ' אוויר כניסה C 0° בגובה פני הים. יצרני המפוחים של פי התקן האמריקאי 216, מתאימים עצמם לסטנדרטים הנ"ל.

אנו רוצים לסייג, שהשפעת השינויים אלו על מבנה מכאני של המפוח אינם כלולים כאן.

במפגשים שלנו עם מהנדסים, אנו עדים לעיתים, לאי הבנות בנושא השפעת המשקל הסגולי של הגז לאפיון פעולת המפוחים. השפעה זאת נובעת מכך שמשקל הגז מושפע מהטמפרטורה, מהגובה מעל פני הים וסוג הגז.

1. ספיקת המפוחים

מבוטאת בנפח ליחידת זמן ב-רגל מעוקב לדקה, (Cubin Feet per minute-cfm)

או במטר מעוקב לשעה (m ³/hour), נפח הגז העובר דרך המפוח אינו מושפע ממשקלו הסגולי, כגון שינוי הרכב הגז, הטמפרטורה ו/או הגובה מעל פני הים, וחשוב מאוד להבין שהשינויים בנ"ל אינם משפיעים על הספיקה של המפוחים.

Fan Air Volume is not effected by Air Density-

Fan is Constant Volume Machine.

2. לחץ והספק מפוחים

שינויים במשקל סגולי של הגז כנובע משינוי גבוה מעל פני הים, טמפ', ומבנה הגז משפיעים ביחס ישר על הלחץ הסטטי, והספק והמפוחים.

המפוח הינו מכונה להעברת נפח גז ביחידת זמן הנפח ליחידת זמן משתנה עם שינויים במבנה והסיבובים של המפוח ואינו מושפע מהשינוי במשקל הסגולי.

3 דוגמאות

השפעת שינוי טמפ' על מופע המפוחים – דוגמא 1

בעזרת קטלוג ו/או תוכנה נבחר מפוח לספיקה של 15,000 רמל"ד (25500 מ3/שעה) בלחץ סטטי "3.

המפוח יחובר למערכת הפועלת בטמפרטורה F °350. (° C 176.6)

בחירת המפוח נעשתה בהתאם לתנאים הסטנדרטיים F 70° גובה פני הים.

כדי לקיים את ספיקה והלחץ הרשומים נבחר מהקטלוג מפוח במבנה מסוים.

המסתובב ב- 1621 סל"ד , הספק על הציר נדרש (BHP) 12.25 כ"ס.

כאמור, הגדרת הדרישה לספיקה ולחץ הייתה למפוח הפועל בתנאים סטנדרטיים, ובהתאם נבחר המפוח אבל מאחר והמפוח יופעל בטמפ' שונה, הספיקה לא משתנה ומשתנה רק הלחץ וההספק וזאת בהתאם למקדם שנלקח מטבלה מס' 1 (שערכו 1.53).

לחץ העבודה יהיה: ="1.96 עומד מים

הספק על הציר יהיה: =8.01 כ.ס.

הערה:

במידה ויורכב מנוע להספק מותאם לעבודה בחם, יש לשים לב למצב של הפעלה באוויר קר במקרה זה צריכת הזרם והלחץ יהיה גבוהים בהפעלת המפוח באוויר קר יש להתקין מנוע חזק יותר או מגוף לוויסות כמות האוויר בעת ההפעלה, או וויסות מספרי סיבובים בהפעלה.

השפעת שינוי טמפ' על מופע מפוחים בדוגמא 2.

אנו נדרשים למפוח בספיקה זהה למפוח בדוגמא (1) הווה אומר ספיקה 15000 רמל"ד שיפעל בטמפ' °350 פרנהייט כאשר הלחץ הסטטי בטמפ' הנ"ל הינו "3 עומד מים.

נבחר מפוח בקטלוג היצרנים כאשר הלחץ מותאם לתנאים סטנדרטיים, הווה אומר ספיקה 15000 רמל"ד ולחץ מתוקן 1.53* "3= "4.65 עומד מים- התיקון מתבצע בעזרת מכפלה במקדם (1.53) מטבלה מס' 1.

משקל בגז משתנה עם הטמפרטורה לפי הנוסחה הבאה ולנוחות לפי הטבלה 1.

התוצאה הינה מפוח מדגם מסוים המסתובב לדוגמה ב-1740 סבל"ד, וההספק על הציר 16.18 כ"ס. כאשר המפוח הנ"ל יופעל בתנאים הנדרשים, הווה אומר טמפ' 350° פרנהייט בספיקה 15000 רמל"ד, הוא ידרוש הספק קטן יותר מאחר והאוויר קל יותר וזאת על פי החישוב של 16.18 כ"ס מחולק במקדם 1.53, הווה אומר 10.58 כ"ס.

בתנאים אלו במדידת הספיקה תתקבל הספיקה הרצויה והלחץ שימדד יהיה "3 עומד מים, צריכה הזרם תהיה בהתאם להספק המתוקן כנובע מהספק על הציר 10.58 כ"ס (כמובן יש לקחת בחשבון הפסדי נצילות מכנית כאשר בוחרים מנוע למפוח הנ"ל).

4. השפעת שינוי הגובה מעל פני הים על מופע מפוחים.

גובה מעל פני הים משנה הצפיפות של האוויר (הגז) ובהתאם משתנים הפרמטרים של פעולת המפוח. אפקט הגובה מצטרף לאפקט הטמפ' המתנהגים בהתאם לגרף בטבלה מס' 2.

משקל הגז משתנה עם גובה מעל פני הים בהתאם לטבלה 2.

אנא ציינו לפניכם, שבשינוי טמפרטורה וגובה מעל פני הים השילוב הפרמטרים בהתאם לגרף בטבלה מס' 3.

צפיפות האוויר כפונקציה של הטמפ' וגובה מעל פני הים בהתאם לטבלה מס' 3:

דוגמה 1 להשפעת שינוי הגובה על מופע מפוחים.

נדרש מפוח הפועל בתנאים סטנדרטיים בספיקה ולחץ לדוגמה 8500 רמל"ד ב- "2 2/1 עומד מים בגובה פני הים וטמפ' °70 פרנהייט.

נרים את מפוח הנ"ל להר בגובה 5500 רגל ונבדוק את ההתנהגות.

ההתנהגות תהיה לפי התרשים כאשר נקבל מטבלה מס' 2 מקדם לגובה הנ"ל שערכו יהיה 1.22. הלחץ (לחץ עבודה בגובה) יהיה 1.22/"2.5 = 2.05 עומד מים

ההספק על הציר יהיה ההספק בתנאים סטנדרטיים (במקרה זה 5.28 כ.ס) מחולק במקדם כפי שרשום 1.22/5.28 כ.ס = 4.32 כ.ס.

לדוגמא 2

נדרש מפוח שפועל על הר גבוה בגובה 5500 רגל כנגד התנגדות בגובה הינה 1/2 2 עומד מים, וזאת כאמור בתנאי גובה של 5500 רגל, עלינו לבחור מפוח לתנאים הנ"ל.

מאחר והקטלוגים מוגדרים בגובה פני הים ואנו נתאים את הלחץ לתנאים גובה פני הים הווה אומר 1.22* "1.2 2= "3.05 עומד מים.

בקטלוג נבחר מפוח הפועל בספיקה של 8500 רמל"ד בלחץ "3.05 עומד מים.

המפוח שנבחר יהיה עם ההספק על הציר לדוגמה 10 כ.ס.

כאשר נפעיל את המפוח נלמד שלחץ עבודה של "2.5 עומד מים ובספיקה שתתקבל 8500 רמל"ד ההספק על הציר יהיה 10 מחולק במקדם 1.22 הווה אומר 8.2 כ.ס.

לסיכום

הנ"ל אינו בסתירה לעבודה הפיזיקאלי שאוויר גז מתפשטים עם עליית הטמפ' ולהפך עם ירידת הטמפ'. אבל, כאשר האוויר חם או קר "נכנסים" למפוח, המפוח משנע נפח ומשקל של הנפח. האנרגיה המושקעת הינה פונקציה של הצפיפות.