เทคนิคการประหยัดพลังงานในระบบอัดอากาศ

ระบบอัดอากาศ นับเป็นขุมพลังสำาคัญอย่างหนึ่งในอุตสาหกรรมการผลิต โดยเฉพาะการควบคุมเครื่องจักร เนื่องจากพลังงานลมนั้นปลอดภัยและประหยัดกว่า แต่ปัญหาของลมอัดคือ สิ่งปนเปื้อนที่อยู่ในอากาศอัด ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อ ประสิทธิภาพของลมอัดรวมถึงคุณภาพของสินค้า นอกจากนั้นในการเลือกใช้ระบบอัดอากาศที่ไม่ได้คุณภาพหรือไม่เหมาะสม อาจทำาให้เกิดค่าใช้จ่ายในส่วนของพลังงานที่สูงขึ้น ซึ่งในส่วนค่าใช้จ่ายแฝงที่เพิ่มขึ้นมานั้นก็คือ ค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นจากการที่ Air Compressor ทำางานหนักขึ้นหรือใช้เวลาในการอัดลมนานขึ้น โดยค่าใช้จ่ายแฝงนี้เมื่อมองในภาพรวมอาจเห็นไม่ชัดเจนมากนัก แต่หากจำแนกตาม ความเป็นจริงแล้ว จะพบว่ามากกว่า 75% จะเป็น ค่าไฟฟ้าที่ใช้ในการผลิต, 12% คือ Capital Cost หรือค่าใช้จ่ายในการจัดซื้อเครื่องจักร, 10% คือMaintenance Cost หรือค่าบำรุงรักษา ส่วนอีก 3% คือ Installation Cost หรือค่าติดตั้งเครื่องจักรเท่านั้น

จากตัวเลขที่กล่าวมา หากเราสามารถลดปริมาณการใช้พลังงานที่เป็นไฟฟ้าลงได้ก็จะเท่ากับช่วยลดต้นทุนในการผลิตได้ หากบริษัทเคยมีค่าใช้จ่ายหลักแสนบาทต่อปี ก็อาจได้เงินในส่วนที่มีการปรับ ลดค่าไฟฟ้าให้กลับมาเป็นกำาไรขององค์กรได้ เพราะ ฉะนั้น HUNT ฉบับนี้เราจะมาดูกันว่ามีเทคนิคอย่างไร บ้างในการลดการใช้พลังงานในระบบอัดอากาศ

ก่อนที่เราจะไปดูเทคนิคการลดพลังงาน สิ่งแรกที่เราควรรู้ คือ ระบบอัดอากาศนั้นทำงานอย่างไร การทำงานจะเริ่มจากเครื่องอัดอากาศจะ ดูดอากาศเข้ามาทางช่องนำาอากาศเข้า (Air intake) ซึ่งก่อนที่อากาศจะถูกส่งเข้าไปยังเครื่องอัด (Compressor) นั้น จะต้องผ่านการกรองสิ่งเจือปนต่างๆเช่น ฝุ่นละออง เศษวัสดุที่อาจลอยมากับอากาศ ด้วยเครื่องกรอง (Silencer/ Filter) ที่ติดตั้งตรงบริเวณทางเข้าเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายกับเครื่องอัดอากาศ อากาศที่ผ่านเครื่องอัดอากาศแล้วจะมีความดันสูงและมีอุณหภูมิสูง แต่จะถูกทำาให้มีอุณหภูมิต่ำลงด้วยอุปกรณ์ระบายความร้อนหลังการอัด (After cooler) ก่อนนำาไปเก็บไว้ในถังเก็บอากาศ (Air receiver) เพื่อกักเก็บให้มีปริมาณเพียงพอต่อการใช้งาน

ในการใช้งานนั้น อากาศอัดที่มีความดันสูงจะถูกส่งผ่านจากท่อจ่ายอากาศอัดหลัก (Supply line) และแยกไปใช้งานตามจุดต่างๆ ด้วยท่อแยก (Branch)แต่ก่อนที่อากาศอัดจะถูกส่งเข้าไปใช้ยังเครื่องมือหรืออุปกรณ์ต่างๆ เช่น กระบอกสูบ พู่กันอากาศ เป็นต้น ต้องมีการดักและกรองสิ่งที่ปนมากับ อากาศอัด ซึ่งได้แก่ น้ำา สิ่งสกปรกภายในท่อ และน้ำมันหล่อลื่นเสียก่อน โดยใช้อุปกรณ์กรองละอองน้ำและฝุ่น (Filter) และตัวดักน้ำมันหล่อลื่น (Lubricator)

ระบบอัดอากาศแบ่งลักษณะของการอัดอย่างไร

โดยทั่วไปแล้วเครื่องอัดอากาศมีลักษณะการอัดแบ่งได้เป็น 2 ประเภท

(1) เครื่องอัดอากาศที่ใช้ลักษณะการแทนที่ของอากาศ (Dynamic) หลักการทำางาน คือให้พลังงานกลแก่อากาศทำให้อากาศมีความเร็วเพิ่มขึ้น โดยผ่านโรเตอร์แล้วอาศัยรูปร่างของโครงสร้าง (Casing) ภายในเครื่องอัดลดความเร็วของอากาศลง ทำาให้พลังงานของอากาศในรูปพลังงานจลน์เปลี่ยน เป็นความดันอากาศแล้วไหลออกทางด้านจ่าย

(2) เครื่องอัดอากาศที่อัดอากาศเชิงปริมาตร(Displacement) หลักการทำงาน คือ ดูดอากาศเข้าไปในปริมาตรของห้องอัดแล้ว ลดปริมาตรอากาศโดยใช้พลังงานจากภายนอก เช่น เครื่องยนต์, มอเตอร์ไฟฟ้าแรงงานกลต่างๆ เมื่ออากาศถูกลดปริมาตรลงทำให้มีความดันสูงขึ้น แล้วปล่อยออกทางด้านจ่ายเป็นอากาศอัดที่มีความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศ ซึ่งมีทั้งแบบที่เป็นลูกสูบ (Reciprocating หรือ Piston Compressor)และแบบโรตารี (Rotary) นิยมใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

1 เครื่องอัดอากาศประเภท (Dynamic Compressor) มีใช้บ้างแต่ยังไม่มากเท่ากับชนิดอื่นที่พบในอุตสาหกรรม ส่วนใหญ่จะเป็นแบบ Centrifugal Compressors (1 HP สามารถ ผลิตอากาศได้ 4.4 CFM) และ มีขนาดใหญ่ 400 HP – 1500 HP

2 เครื่องอัดอากาศประเภท (Displacement Compressors) ชนิดลูกสูบ 1 HP ผลิตได้ประมาณ 3.4 CFM แต่ได้แรงดันสูง

ชนิดโรตารี สำหรับเครื่องอัดอากาศชนิดโรตารีที่นิยมใช้ อย่างแพร่หลายมี 2 แบบ คือ โรตารีแวน (Rotary Van) กับโรตารีสกรู(Rotary Screw)

ข้อแตกต่างระหว่างระบบ

โรตารีแวน กับ โรตารีสกรู

โรตารี แวน

1. รอบในการขับเคลื่อน คือ 1450 รอบ/นาทีโดยต่อตรงกับตัวมอเตอร์

2. การเพิ่มปริมาณลมจะต้องเพิ่มขนาดของปั๊มลมและมอเตอร์

3. การขับเคลื่อนหัวอัดลม ( Rotor ) โดยการต่อตรงกับมอเตอร์โดยอาศัย Coupling เป็นตัวขับเคลื่อน ซึ่งจะมีความเร็วของปั๊มลมและมอเตอร์เท่านั่น

4. กำลังสูญเสียในการส่งถ่ายพลังงานน้อยกว่า

5. ไม่มีลูกปืนหัวท้ายเครื่องปั๊มลม แต่จะใช้ Bearing Bush ซึ่งคล้ายกับ Shaft ของรถยนต์ซึ่งจะช่วยลดการเสียดสีระหว่าง Bearing Bush กับตัวทุ่นของRotor ได้

6. ใช้ปริมาณน้ำมันหล่อลื่นน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบที่แรงม้าที่เท่ากัน

7. สามารถใช้น้ำมันทั่วไปที่มีขายในท้องตลาดเบอร์ SAE40 ได้

8. ดูแลรักษาเครื่องง่ายกว่า ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ช่างที่มี ความชำนาญมาก

9. ช่วงไร้โหลดจะกินพลังงานไฟฟ้า 70% ของพิกัดกำลัง

โรตารี สกรู

1. จะมีรอบในการขับเคลื่อน จะต้องมีความเร็วรอบไม่ต่ำ กว่า 3000 รอบ/นาที

2. การเพิ่มปริมาณลมอาจใช้ชุดหัวอัดเดิม แต่เพิ่มรอบในการขับและเพิ่มแรงม้ามอเตอร์ให้ใหญ่กว่าเดิม

3. การขับเคลื่อนทำได้ 2 วิธี - ขับเคลื่อนโดยสายพาน โดยอาศัยการทดรอบของพู่เล่ - ขับเคลื่อนโดยการต่อตรง แต่ต้องอาศัยเฟืองเกียร์เพื่อ เพิ่มรอบหัวอัดลมให้สูงขึ้น

4. กำลังสูญเสียในการส่งถ่ายพลังงานมากกว่า เนื่องจาก ต้องขับผ่านตัวกลาง

5. ใช้ลูกปืน (Bearing ) อย่างน้อย 6 ตัว คือ Ball Bearing 4 ตัว Thrust Bearing 2 ตัว ลูกปืนจะมีอายุการใช้งาน และเวลา เปลี่ยนเฉพาะตัวที่เสียได้เนื่องจากการเปลี่ยนลูกปืนต้องใช้เครื่องมือพิเศษ และต้องการช่างที่มีความชำนาญสูงเพราะว่าทุ่นตัวผู้และตัวเมีย มีความห่างระหว่างกันเพียง 0.008” – 0.2032 mm

6. ใช้ปริมาณน้ำมันหล่อลื่นมาก เมื่อเปรียบเทียบที่แรงม้าเท่ากัน

7. ต้องใช้น้ำมันพิเศษเฉพาะของเครื่องระบบ Screw หรือใช้น้ำมันที่ผู้ผลิตเครื่องกำหนด

8. ดูแลรักษาเครื่องยาก จะต้องใช้ช่างที่มีความชำนาญสูงเท่านั้น

9. ช่วงไร้โหลดจะกินพลังงานไฟฟ้าประมาณ 25% 30% ของพิกัด