المعرفة النظرية الأساسية للهواء عن ضاغط الهواء الذي - التي ينبغي أن نفهم .

١. ما هو الهواء؟ ما هو الهواء الطبيعي؟

يُطلق على الغلاف الجوي المحيط بالأرض عادةً اسم الهواء.

الهواء تحت الضغط المحدد 0.1 ميجا باسكال ودرجة الحرارة 20 درجة مئوية هواء عادي ذو رطوبة نسبية ٣٦٪. يختلف الهواء العادي عن الهواء القياسي في درجة الحرارة ونسبة الرطوبة. عند وجود رطوبة في الهواء، ينخفض حجم الغاز بعد فصلها.

2. ما هو تعريف الحالة القياسية للهواء؟

يتم تعريف الحالة القياسية على أنها حالة الهواء عندما يكون ضغط شفط الهواء 0.1 ميجا باسكال ودرجة الحرارة 15.6 درجة مئوية (0 درجة مئوية (كما هو محدد من قبل الصناعة المحلية).

في الحالة القياسية، تكون كثافة الهواء 1.185 كجم/م3 (يتم الإشارة إلى قدرة معالجة معدات ما بعد المعالجة مثل عادم ضاغط الهواء، والمجفف، والمرشح، وما إلى ذلك من خلال معدل التدفق في الحالة القياسية للهواء، والوحدة هي Nm3/min).

3. ما هو الهواء المشبع والهواء غير المشبع؟

عند درجة حرارة وضغط معينين، يكون لمحتوى بخار الماء (أي كثافة بخار الماء) في الهواء الرطب حد معين؛ وعندما تصل كمية بخار الماء عند درجة حرارة معينة إلى أقصى محتوى ممكن، يُطلق على الهواء الرطب في ذلك الوقت اسم الهواء المشبع. أما الهواء الرطب الذي لا يصل فيه بخار الماء إلى أقصى محتوى ممكن، فيُطلق عليه اسم الهواء غير المشبع.

٤. في أي ظروف يصبح الهواء غير المشبع مشبعًا؟ ما المقصود بـ"التندى"؟

عندما يصبح الهواء غير المشبع مشبعًا، تتكثف قطرات الماء السائل من الهواء الرطب، وهو ما يُسمى "التكاثف". تكثف الندى أمر شائع. على سبيل المثال، في الصيف، تكون رطوبة الهواء عالية جدًا، ويسهل تكوّن قطرات الماء على سطح أنابيب المياه. أما في الشتاء، فتظهر قطرات الماء صباحًا على نوافذ المنازل. هذه هي نتائج تكثف الندى عندما يُبرّد الهواء الرطب إلى درجة حرارة نقطة الندى تحت ضغط ثابت.

٥. ما هو الضغط الجوي، والضغط المطلق، والضغط القياسي؟ ما هي وحدات الضغط الشائعة؟

الضغط على سطح الأرض أو الأجسام السطحية الناتج عن الغلاف الجوي السميك جدًا المحيط بسطح الأرض يسمى "الضغط الجوي"، والرمز له هو Ρ ب ؛ يُسمى الضغط المؤثر مباشرةً على سطح الحاوية أو الجسم "الضغط المطلق". وتبدأ قيمة الضغط المطلق من الفراغ المطلق، ويرمز لها بـ Ρ أ ؛ يُسمى الضغط المُقاس بمقياس الضغط، ومقياس الفراغ، وأنبوب U، وغيرها من الأجهزة "ضغط المقياس". يبدأ "ضغط المقياس" من الضغط الجوي، ويرمز له بـ Ρ ج . العلاقة بين الثلاثة هي Ρ أ= Ρ ب+ Ρ ج

٦. ما هي درجة الحرارة؟ ما هي وحدات قياس درجة الحرارة الشائعة؟

درجة الحرارة هي القيمة الإحصائية المتوسطة للحركة الحرارية لجزيئات المادة.

درجة الحرارة المطلقة: درجة الحرارة التي تبدأ من أدنى درجة حرارة حدية عندما تتوقف جزيئات الغاز عن الحركة، وتسجل بـ T. والوحدة هي "كلفن"، ورمز الوحدة هو K.

درجة الحرارة المئوية: درجة الحرارة التي تبدأ من نقطة انصهار الجليد. وحدتها هي "مئوية" ورمزها هو درجة مئوية .

بالإضافة إلى ذلك، تستخدم الدول البريطانية والأمريكية غالبًا "درجة الحرارة فهرنهايت"، ورمز الوحدة هو F.

7. ما هو الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء الرطب؟

الهواء الرطب مزيج من بخار الماء والهواء الجاف. في حجم معين من الهواء الرطب، تكون كتلة بخار الماء أقل بكثير من كتلة الهواء الجاف، ولكنه يشغل نفس حجم الهواء الجاف وله نفس درجة الحرارة. ضغط الهواء الرطب هو مجموع الضغوط الجزئية للغازات المكونة له (أي الهواء الجاف وبخار الماء). يُسمى ضغط بخار الماء في الهواء الرطب الضغط الجزئي لبخار الماء، ويُسجل على النحو التالي: Ρ . تعكس هذه القيمة كمية بخار الماء في الهواء الرطب. كلما زادت نسبة بخار الماء، ارتفع ضغط بخار الماء. يُسمى الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء المشبع بالضغط الجزئي المشبع لبخار الماء، ويُسجل على النحو التالي: Ρ أ ب.

8. ما هي رطوبة الهواء؟ كم نوعاً من الرطوبة؟

الرطوبة هي الكمية الفيزيائية التي تُمثل درجة جفاف الهواء ورطوبته. ومن بين تعبيرات الرطوبة الشائعة: الرطوبة المطلقة والرطوبة النسبية.

في الحالة القياسية، تُسمى كتلة بخار الماء الموجودة في متر مكعب واحد من الهواء الرطب "الرطوبة المطلقة" للهواء الرطب، ووحدتها هي غ/م3. تشير الرطوبة المطلقة فقط إلى كمية بخار الماء الموجودة في وحدة حجم الهواء الرطب، ولكنها لا تشير إلى قدرة الهواء الرطب على امتصاص بخار الماء، أي أنها لا تشير إلى درجة رطوبته. الرطوبة المطلقة هي كثافة بخار الماء في الهواء الرطب.

النسبة بين الكمية الفعلية لبخار الماء الموجودة في الهواء الرطب والحد الأقصى لكمية بخار الماء التي من المحتمل احتواؤها في نفس درجة الحرارة تسمى "الرطوبة النسبية" φ للتعبير عن الرطوبة النسبية φ بين 0 و 100%. φ كلما كانت القيمة أصغر، كان الهواء أكثر جفافًا، وكانت قدرة امتصاص الماء أقوى؛ φ كلما ارتفعت القيمة، ازدادت رطوبة الهواء وضعف امتصاصه للماء. ترتبط قدرة الهواء الرطب على امتصاص الرطوبة أيضًا بدرجة حرارته. فعندما ترتفع درجة حرارة الهواء الرطب، يزداد ضغط التشبع تبعًا لذلك. في هذه الحالة، يبقى محتوى بخار الماء ثابتًا، فتصبح الرطوبة النسبية للهواء الرطب. φ ستنخفض، أي ستزداد قدرة الهواء الرطب على امتصاص الرطوبة. لذلك، أثناء تركيب غرفة ضاغط الهواء، يجب الاهتمام بالتهوية الجيدة، وخفض درجة الحرارة، ومنع تصريف المياه أو تجمعها في الغرفة لتقليل رطوبة الهواء.

٩. ما هي نسبة الرطوبة؟ كيف تُحسب نسبة الرطوبة؟

في الهواء الرطب، تُسمى كتلة بخار الماء الموجودة في كيلوغرام واحد من الهواء الجاف "محتوى الرطوبة" للهواء الرطب، وهو مصطلح شائع الاستخدام. وللتعبير عن محتوى الرطوبة، أوم وهو يتناسب تقريبا مع الضغط الجزئي لبخار الماء Pso ويتناسب عكسيا مع الضغط الكلي للهواء p. أوم يعكس بدقة كمية بخار الماء الموجودة في الهواء. إذا ظل الضغط الجوي ثابتًا بشكل عام، وظلت درجة حرارة الهواء الرطب ثابتة، فإن ضغط الهواء يبقى ثابتًا أيضًا. في هذه الحالة، تزداد الرطوبة النسبية، ويزداد محتواها من الرطوبة، وتنخفض قدرتها على امتصاص الرطوبة.

10. على ماذا تعتمد كثافة بخار الماء في الهواء المشبع؟

هناك حد لكمية (كثافة) بخار الماء في الهواء. ضمن نطاق الضغط الهوائي (2 ميجا باسكال)، يمكن اعتبار أن كثافة بخار الماء في الهواء المشبع تعتمد فقط على درجة الحرارة ولا علاقة لها بضغط الهواء. كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت كثافة بخار الماء المشبع. على سبيل المثال، كثافة بخار الماء المشبع لمتر مكعب واحد من الهواء عند درجة حرارة 40 درجة مئوية (100 درجة فهرنهايت). درجة مئوية هو نفسه بغض النظر عن ضغطه 0.1 ميجا باسكال أو 1.0 ميجا باسكال.

11. ما هو الهواء الرطب؟

يُطلق على الهواء الذي يحتوي على كمية معينة من بخار الماء اسم الهواء الرطب، بينما يُطلق على الهواء الخالي من بخار الماء اسم الهواء الجاف. الهواء المحيط بنا رطب. عند ارتفاع معين، يكون تركيب ونسبة الهواء الجاف مستقرين بشكل أساسي، مما لا يؤثر بشكل كبير على الأداء الحراري للهواء الرطب. على الرغم من صغر محتوى بخار الماء في الهواء الرطب، إلا أن تغيره يؤثر بشكل كبير على خصائصه الفيزيائية. تُحدد كمية بخار الماء جفاف الهواء ورطوبته. الهدف الرئيسي لضاغط الهواء هو الهواء الرطب.

12. ما هي الحرارة؟

الحرارة شكل من أشكال الطاقة. الوحدات الشائعة: كيلوجول/(كجم) ·درجة مئوية ), سعر حراري/(كجم ·درجة مئوية ), كيلو كالوري/(كجم ·درجة مئوية ), إلخ. 1 كيلو كالوري = 4.186 كيلو جول ، 1 كيلوجول = 0.24 كيلو كالوري .

وفقًا لقوانين الديناميكا الحرارية، تنتقل الحرارة تلقائيًا من الطرف ذي درجة الحرارة المرتفعة إلى الطرف ذي درجة الحرارة المنخفضة عبر الحمل الحراري والتوصيل والإشعاع وأشكال أخرى. وبدون استهلاك طاقة خارجي، لا يمكن نقل الحرارة في الاتجاه المعاكس.

١٣. ما هي الحرارة المحسوسة؟ ما هي الحرارة الكامنة؟

الحرارة المحسوسة هي الحرارة التي يحتاجها الجسم لامتصاصها أو إطلاقها عند ارتفاع درجة حرارته أو انخفاضها دون تغيير حالته الأصلية أثناء التسخين أو التبريد. ويمكن أن تُشعر الشخص بتغيرات واضحة في درجات الحرارة، والتي يمكن قياسها عادةً باستخدام مقياس حرارة. على سبيل المثال، الحرارة الممتصة عند رفع درجة حرارة الماء من 20 درجة مئوية إلى 180 درجة فهرنهايت. درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية يُطلق عليها اسم الحرارة الحسية.

عندما يمتص جسمٌ ما الحرارة أو ينبعث منها، تتغير حالته الطورية (مثلاً، يتحول الغاز إلى سائل...)، لكن درجة حرارته لا تتغير. تُسمى الحرارة الممتصة أو المنبعثة بالحرارة الكامنة. لا يمكن قياس الحرارة الكامنة بمقياس حرارة، ولا يشعر بها الجسم البشري، ولكن يمكن حسابها بالتجارب.

بعد أن يُطلق الهواء المشبع حرارة، يتحول جزء من بخار الماء إلى ماء سائل. في هذه الحالة، لا تنخفض درجة حرارة الهواء المشبع، ويُسمى هذا الجزء من الحرارة حرارة كامنة.

14. ما هي إنثالبي الهواء؟

تشير إنثالبية الهواء إلى إجمالي الحرارة الموجودة فيه، وعادةً ما تُقاس بوحدة كتلة الهواء الجاف. رمز الإنثالبية ي يعبر.

١٥. ما هي نقطة الندى؟ وما هي خصائصها؟

تنخفض درجة حرارة الهواء غير المشبع بشرط ثبات الضغط الجزئي لبخار الماء (أي ثبات المحتوى المائي المطلق)، وتُسمى درجة الحرارة عند وصولها إلى حالة التشبع بنقطة الندى. عند انخفاضها إلى نقطة الندى، تنفصل قطرات التكثيف عن الهواء الرطب.

نقطة الندى للهواء الرطب لا ترتبط بدرجة الحرارة فحسب، بل ترتبط أيضًا بكمية الرطوبة فيه. تكون نقطة الندى عالية لمحتوى الماء العالي، ومنخفضة لمحتوى الماء المنخفض. عند درجة حرارة معينة للهواء الرطب، كلما ارتفعت درجة حرارة نقطة الندى، زاد الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء الرطب، وزاد محتوى بخار الماء فيه. تلعب درجة حرارة نقطة الندى دورًا مهمًا في هندسة الضاغط. على سبيل المثال، عندما تكون درجة حرارة مخرج ضاغط الهواء منخفضة جدًا، سيتبلل خليط الزيت والغاز في برميل الزيت والغاز بسبب درجة الحرارة المنخفضة، مما سيجعل زيت التشحيم المحتوي على الماء يؤثر على تأثير التشحيم. لذلك، يجب تصميم درجة حرارة مخرج ضاغط الهواء بحيث لا تكون أقل من درجة حرارة نقطة الندى تحت الضغط الجزئي المقابل.

16. ما هي نقطة الندى للضغط؟

بعد ضغط الهواء الرطب، تزداد كثافة بخار الماء، وترتفع درجة حرارته. عند تبريد الهواء المضغوط، تزداد رطوبته النسبية. وعندما تنخفض درجة الحرارة باستمرار إلى ١٠٠٪ من الرطوبة النسبية، تنفصل قطرات الماء عن الهواء المضغوط. تُعرف درجة الحرارة في هذه الحالة بـ"نقطة الندى الضغطية" للهواء المضغوط.

17. ما هي العلاقة بين نقطة الندى للضغط ونقطة الندى للضغط الطبيعي؟

ترتبط العلاقة المقابلة بين نقطة الندى عند الضغط ونقطة الندى الجوية بنسبة الانضغاط. عند نفس نقطة الندى عند الضغط، كلما زادت نسبة الانضغاط، انخفضت نقطة الندى الجوية المقابلة. على سبيل المثال، عندما تكون نقطة الندى 0.7 ميجا باسكال، يكون ضغط الهواء المضغوط 2 درجة مئوية ، وهو ما يعادل نقطة الندى للضغط الطبيعي وهي - 23 درجة مئوية . عندما يتم زيادة الضغط إلى 1.0 ميجا باسكال ونقطة الندى لنفس الضغط هي 2 درجة مئوية ، تنخفض نقطة الندى للضغط الطبيعي المقابلة إلى -28 درجة مئوية .

18. ما هي الأداة المستخدمة لقياس نقطة الندى للهواء المضغوط؟

على الرغم من أن وحدة قياس نقطة الندى للضغط هي سيليزيوس ( درجة مئوية )، ودلالتها هي محتوى الماء في الهواء المضغوط. لذا، فإن قياس نقطة الندى هو في الواقع قياس محتوى الرطوبة في الهواء. هناك العديد من الأجهزة لقياس نقطة الندى للهواء المضغوط، مثل "مقياس نقطة الندى المرآة" الذي يستخدم النيتروجين والأثير، وما إلى ذلك كمصدر بارد، و"مقياس الرطوبة الكهربائي" الذي يستخدم خامس أكسيد الفوسفور وكلوريد الليثيوم، وما إلى ذلك كمحلول كهربائي. حاليًا، يُستخدم مقياس نقطة الندى الغازي الخاص على نطاق واسع في الصناعة لقياس نقطة الندى للهواء المضغوط، مثل مقياس نقطة الندى SHAW في بريطانيا، والذي يصل مدى قياسه إلى -80. درجة مئوية .

19. ما الذي يجب الانتباه إليه عند قياس نقطة الندى للهواء المضغوط باستخدام جهاز قياس نقطة الندى؟

استخدم جهاز قياس نقطة الندى لقياس نقطة ندى الهواء، خاصةً عندما تكون نسبة الرطوبة في الهواء المُقاس منخفضة للغاية. يجب أن تكون العملية دقيقة ودقيقة. يجب أن تكون معدات أخذ عينات الغاز وأنبوب التوصيل جافين (أكثر جفافًا من الغاز المُقاس على الأقل)، وأن يكون وصلة الأنبوب محكمة الغلق، وأن يتم اختيار معدل تدفق الغاز وفقًا للوائح، وأن تكون مدة المعالجة المسبقة طويلة بما يكفي. قد يؤدي أي إهمال بسيط إلى أخطاء كبيرة. أثبتت التجربة أن "جهاز اختبار الرطوبة الدقيقة" الذي يستخدم خامس أكسيد الفوسفور كإلكتروليت يُسبب خطأً كبيرًا عند قياس نقطة ندى ضغط الهواء المضغوط المُعالج بالمجفف البارد. يعود ذلك إلى أن الهواء المضغوط سيُنتج تحليلًا كهربائيًا ثانويًا أثناء الاختبار، مما يجعل القراءة أعلى من القيمة الفعلية. لذلك، لا ينبغي استخدام هذا النوع من الأجهزة عند قياس نقطة ندى الهواء المضغوط المُعالج بالمجفف البارد.

20. أين يجب قياس نقطة الندى لضغط الهواء المضغوط في المجفف؟

استخدم جهاز قياس نقطة الندى لقياس نقطة الندى لضغط الهواء المضغوط. يجب وضع نقطة أخذ العينات في أنبوب عادم المجفف، ويجب ألا تحتوي عينة الغاز على قطرات ماء سائلة. قد تحتوي نقاط الندى المقاسة في نقاط أخذ عينات أخرى على أخطاء.

21. هل يمكن استخدام درجة حرارة التبخر بدلاً من نقطة الندى الضغطية؟

في المجفف البارد، لا يُمكن استخدام قراءة درجة حرارة التبخر (ضغط التبخر) لاستبدال نقطة الندى لضغط الهواء المضغوط. وذلك لأنه في المبخر ذي مساحة التبادل الحراري المحدودة، لا يُمكن تجاهل درجة حرارة تبخر الهواء المضغوط والمُبرِّد أثناء عملية التبادل الحراري (تصل أحيانًا إلى 4-6 درجات مئوية). درجة مئوية درجة الحرارة التي يمكن تبريد الهواء المضغوط إليها تكون دائمًا أعلى من درجة حرارة تبخر مادة التبريد. لا يمكن أن تصل كفاءة فصل "فاصل الماء والغاز" بين المبخر والمبرد الأولي إلى 100%. هناك دائمًا جزء من قطرات الماء الصغيرة التي لا يمكن فصلها تمامًا، والتي ستدخل المبرد الأولي مع تدفق الهواء، حيث يتحول "التبخر الثانوي" إلى بخار ماء، مما يزيد من محتوى الماء في الهواء المضغوط ونقطة الندى. لذلك، في هذه الحالة، تكون درجة حرارة تبخر مادة التبريد المقاسة دائمًا أقل من نقطة الندى الفعلية للهواء المضغوط.

22. في أي الحالات يمكن استخدام قياس درجة الحرارة لاستبدال نقطة الندى للضغط؟

إن إجراء أخذ العينات المتقطع باستخدام مقياس نقطة الندى SHAW لقياس نقطة الندى لضغط الهواء في المجال الصناعي معقدٌ بعض الشيء، وغالبًا ما تتأثر نتائج الاختبار بسبب عدم اكتمال شروط الاختبار. لذلك، تُستخدم موازين الحرارة غالبًا لقياس نقطة الندى لضغط الهواء المضغوط بشكل تقريبي عندما لا تكون المتطلبات صارمة للغاية.

الأساس النظري لقياس نقطة ندى ضغط الهواء المضغوط باستخدام مقياس حرارة هو: إذا انفصل الهواء المضغوط الداخل إلى المبرد المسبق عبر فاصل الهواء عن الماء، بعد التبريد القسري بواسطة المبخر، تمامًا عن المكثف في فاصل الهواء عن الماء، فإن درجة حرارة الهواء المضغوط المقاسة هي نقطة ندى ضغطه. على الرغم من أن كفاءة فصل فاصل الغاز عن الماء من غير المرجح أن تصل إلى 100%، إلا أن المكثف الداخل إلى فاصل الغاز عن الماء والمُصرَّف عبره لا يُمثل سوى جزء صغير من إجمالي المكثف عند تفريغ المكثف من المبرد المسبق والمبخر جيدًا. لذلك، فإن خطأ قياس نقطة ندى الضغط بهذه الطريقة ليس كبيرًا جدًا.

عند استخدام هذه الطريقة لقياس نقطة الندى لضغط الهواء المضغوط، يجب اختيار نقطة قياس درجة الحرارة في نهاية مبخر المجفف أو في فاصل الهواء والماء، لأن درجة حرارة الهواء المضغوط هي الأدنى عند هذه النقطة.

23. ما هي طرق تجفيف الهواء المضغوط؟

يمكن للهواء المضغوط إزالة بخار الماء عن طريق الضغط والتبريد والامتصاص وغيرها من الطرق، وإزالة الماء السائل عن طريق التسخين والترشيح والفصل الميكانيكي وغيرها من الطرق.

مجفف التبريد هو جهاز يُبرّد الهواء المضغوط لإزالة بخار الماء والحصول على هواء مضغوط جاف نسبيًا. كما يستخدم المبرد الخلفي لضاغط الهواء التبريد لإزالة البخار الموجود فيه. أما مجفف الامتصاص، فيستخدم مبدأ الامتصاص لإزالة بخار الماء الموجود في الهواء المضغوط.

٢٤. ما هو الهواء المضغوط؟ ما هي خصائصه؟

الهواء قابل للانضغاط. الهواء الذي يقل حجمه ويزداد ضغطه بفعل العمل الميكانيكي لضاغط الهواء يُسمى هواءً مضغوطًا.

يُعد الهواء المضغوط مصدرًا مهمًا للطاقة. بالمقارنة مع مصادر الطاقة الأخرى، يتميز بخصائص واضحة: شفافية عالية، وسهولة في النقل، وأداء منخفض، وعدم وجود أي تلوث، وانخفاض درجة الحرارة، وعدم وجود خطر الحريق، وعدم الخوف من التحميل الزائد. كما أنه قادر على العمل في بيئات صعبة، وسهل الحصول عليه.

25. ما هي الشوائب الموجودة في الهواء المضغوط؟

يحتوي الهواء المضغوط الخارج من ضاغط الهواء على العديد من الشوائب: 1 الماء، بما في ذلك رذاذ الماء والبخار والمكثفات؛ ② الزيت، بما في ذلك بقع الزيت وبخار الزيت؛ ③ المواد الصلبة المتنوعة مثل طين الصدأ، ومسحوق المعدن، والحبيبات المطاطية الدقيقة، وجزيئات القطران، ومواد الترشيح، والحبيبات الدقيقة من مواد الختم، وغيرها من المواد الكيميائية الضارة ذات الرائحة الكريهة.