สื่อการสอนแผนกไฟฟ้า

Pneumatic แผลงมาจาก Pneuma ในภาษากรีกโบราณซึ่งแปลว่า ลม หรือ ลมหายใจ ในทางปรัชญาจะหมายถึงวิญญาณ ปัจจุบันมีการให้ความหมายของนิวเมติกส์ไว้หลายอย่าง เช่น 1. การศกึ ษาเกย่ี วกับการเคลื่อนทข่ี องอากาศ 2. ระบบส่งกาลังจากต้นทางไปยังปลายทาง โดยอาศัยลมเป็ นตวั กลาง 3. การนาเอาอากาศมาเป็ นวัสดุใช้งานทางด้านการขับเคลื่อนควบคุมเคร่ืองจักรใน งานอุตสาหกรรม

การใช้ประโยชน์จากลม

ในสมยั โบราณก่อนท่ีมนษุ ยจ์ ะรูจ้ กั นาลมมาใชใ้ นงานอตุ สาหกรรม คนท่วั ไปไดใ้ ช้ประโยชนจ์ าก ลมท่ีมีอย่ใู นธรรมชาติ ตามวถิ ีชีวิตของแต่ละทอ้ งถ่ินอย่แู ลว้ เช่น ชาวเรอื ใชล้ มล่องเรอื ใบ นายพรานใช้ ลมเป่าอดั ขบั ใหล้ กู ดอกพงุ่ ออกจากไมซ้ างเป็นอาวธุ ล่าสตั ว์ ชาวนาใชล้ มขบั กงั หนั วดิ นา้ เขา้ นา เป็นตน้ อาวุธของเทซิเบยี ส เครือ่ งเจาะอุโมงคด์ ้วยลม

ข้อดี ข้อเสีย 1. ระบบนิวเมตกิ สท์ ่ีใชง้ านท่วั ไปไม่มีการระเบิด 1. ในโรงงานอุตสาหกรรมบางครง้ั มีการเพ่ิม หรือลุกไหม้เป็ นเป ลวไฟ จึงป ระ หยัด อุปกรณ์นิวเมติกส์เข้ามาในวงจรโดยไม่ คา่ ใชจ้ ่ายเก่ียวกบั การปอ้ งกนั ความปลอดภยั คานงึ ถึงความสามารถของเคร่ืองอดั ลม ซ่งึ 2. ความเร็วของเคร่ืองมือท่ีใชร้ ะบบนิวเมติกส์ อาจจะทาใหเ้ คร่อื งจกั รทางานคลาดเคล่ือน ใหค้ วามเรว็ ในการทางานสูง 1–2 m/s แต่ถา้ ได้ และในบางคร้ังถ้าลูกสูบอยู่ห่างจาก หากต้องการความเร็วสูงขึ้นมากกว่านี้ อุปกรณ์ควบคุมเกินกว่า 5 เมตร จะทาให้ จะตอ้ งใชล้ ูกสูบชนิดพิเศษ ซ่ึงมีความเร็วถึง เกิดปัญหาในการทางานของลกู สบู 10 m/s 2. ลมท่ีไดม้ าจากการอดั ตวั ในระบบนิวเมติกส์ 3. ระบบนิวเมติกส์เม่ือใช้งานแล้วสามารถ จะมีความชื้นปนอยู่ และเม่ือความดัน ระบายลม ออกสู่บรรยากาศไดท้ ันทีโดยไม่ ลดลงจะทาใหเ้ กิดหยดนา้ ขนึ้ ได้ 3. การทางานของระบบนิวเมติกสม์ กั จะมีเสียง ต้อ ง เ ดิ น ท่ อ ท า ง น า ก ลั บ ม า ใ ช้อี ก ทาให้ ดัง เพราะจะตอ้ งมีการระบายลมทิง้ ออกสู่ ประหยดั คา่ ใชจ้ ่าย บรรยากาศ จงึ จาเป็นจะตอ้ งมีตวั เก็บเสียง

ข้อดี ข้อเสีย 4. ระบบนิวเมติกส์สามารถนาลมท่ีอัดตัวแล้ว 4. ความดันของลมอัดในระบบนิวเมติกส์จะ เปล่ียนแปลงไปตามอุณหภูมิ ถ้าอุณหภูมิ เก็บไวใ้ นถงั และนาไปใชง้ านไดท้ นั ที 5. ถ้าใช้งานอุปกรณ์นิวเมติกส์จนเกินกาลัง สูง ความดันก็จะสูง และถ้าอุณหภูมิต่า ความดนั ก็จะต่าลงดว้ ย อปุ กรณก์ ็ยงั มีความปลอดภยั 6. ระบบนิวเมติกสส์ ามารถปรบั ความเรว็ ในการ 5. ในกรณีท่ีตอ้ งการแรงในการใชง้ านมากเส้น ผ่านศูนยก์ ลางของลกู สูบจะตอ้ งมีขนาดโต ทางานได้โดยใช้อุปกรณ์ควบคุมความเร็ว ขนึ้ เพ่ือท่ีจะใหไ้ ดแ้ รงตามตอ้ งการ ซง่ึ ลูกสูบ และสามารถทาใหร้ อบในการทางานสูงถึง ในระบบนวิ เมติกสจ์ ะมีขนาดจากดั 8,000 รอบต่อวนิ าที 7. สามารถปรบั ความดนั ลมอดั ใหม้ ีค่ามากน้อย ไดต้ ามตอ้ งการ โดยใชอ้ ปุ กรณค์ วบคมุ ความ ดนั 8. ความสะอาดของระบบนิวเมติกสด์ ีมากเพราะ มีชดุ ปรบั คณุ ภาพลมก่อนนาไปใชง้ าน 9. ระยะชกั ของกา้ นสบู สามารถปรบั แต่งระยะชัก ใหส้ นั้ หรอื ยาวไดต้ ามตอ้ งการ 10. สามารถทางานไดท้ ่ีระดบั ความแตกต่างของ อณุ หภมู ิ

ในระบบนิวเมติกสท์ ่ีจะกล่าวถึงต่อไปนีจ้ ะมีความสมั พนั ธก์ นั ระหว่างความดัน แรง อณุ หภูมิ ปรมิ าตร และความชืน้ ซง่ึ เป็นพืน้ ฐานในการเรยี นรูร้ ะบบนิวเมตกิ ส์ 1.4.1 ความดันอากาศ ความดันอากาศ คือ แรงดันของอากาศท่ีกระทาต่อวัตถุในแนวตัง้ ฉาก หน่วยวัดแรงดัน อากาศสากล นิยมใชก้ นั มีอยดู่ งั นี้ Pa = ปาสคาล N/m2 = นิวตนั /ตารางเมตร kg/cm2 = กิโลกรมั /ตารางเซนติเมตร PSI = ปอนด/์ ตารางนิว้ bar = บาร์

1.4.2 ความดันบรรยากาศ (Atmospheric Pressure) ความดนั บรรยากาศ หมายถึง แรงดนั ของอากาศท่ีกดลงมายงั พืน้ โลก เน่ืองจากพืน้ โลกสงู ต่า ไม่เทา่ กนั 1.4.3ความดนั สมบรู ณ์ (Absolute Pressure) ความดนั สมบูรณ์ หมายถึง ความดนั แทจ้ ริงท่ีวดั เปรียบเทียบกับความดนั สญุ ญากาศ ดงั นนั้ ความดนั บรรยากาศจงึ เป็นความดนั สมั บรู ณด์ ว้ ย 1.4.4ความดนั เกจ (Gauge Pressure) ความดนั เกจ หมายถึง ความดนั ท่ีวดั เปรยี บเทียบกบั ความดนั บรรยากาศ จะมีค่าเป็นบวกเม่ือ มีความดนั สงู กวา่ ความดนั บรรยากาศ และความดนั เกจท่ีต่ากวา่ ความดนั บรรยากาศ จะมีค่าเป็นลบ

1.4.5 ความสัมพนั ธข์ องความดัน ความดันบรรยากาศ ความดันสมั บูรณ์ และความดันเกจ มีความสัมพันธ์กัน ดังแสดงด้วย สมการ ความดนั สมั บรู ณ์ (Pa) = ความดนั บรรยากาศ + ความดนั เกจ (Pg) Pa = 14.7 + Pg PSI Pa = 1.033 + Pg kg/cm2 Pa = 1.014 + Pg bar

ตัวอย่าง ถา้ ความดนั ท่ีวดั ไดจ้ ากเกจท่ีมีคา่ เท่ากบั 200 PSI ความดนั สมั บรู ณม์ ีค่าเทา่ ไร วิธีทา Pa = 14.7 + Pg PSI = 14.7 + 200 PSI = 214.7 PSI  ความดนั สมั บรู ณม์ ีค่าเทา่ กบั 214.5 PSI ตอบ ตวั อย่าง แรงดนั อากาศในถงั เก็บลม วดั คา่ เกจความดนั ได้ 8 bar จงหาคา่ ความดนั สมั บรู ณใ์ นถงั เก็บลม วธิ ีทา Pa = 1.014 + Pg bar = 1.014 + 8 bar = 9.014 bar  ความดนั สมั บรู ณม์ ีค่าเท่ากบั 9.014 bar ตอบ

1.4.6 อุณหภมู ิ อณุ หภมู ิ หมายถึง ระดบั ความรอ้ นของสารตวั กลางท่ีสภาวะต่าง ๆ หน่วยวดั อณุ หภมู ิท่ีนิยมใช้ คอื องศาเคลวิน (K) กบั องศาเซลเซียส (oC) ท่ีระดบั อณุ หภมู ิ 0oC = 273 K –273oC = 0K 1.4.7 ความชนื้ ความชืน้ หมายถงึ ปรมิ าณของไอนา้ ท่ีปะปนอย่ใู นอากาศ ความชืน้ สามารถรวมตวั กันและกล่นั ตวั เป็นหยดนา้ ได้ 1.4.8 ความชืน้ อมิ่ ตัว ความชืน้ อ่ิมตวั หมายถึง ระดบั ความชืน้ สงู สดุ ท่ีอากาศสามารถดดู ซบั ไวไ้ ด้ ณ ระดบั อณุ หภมู ิหน่ึง เช่น ท่ีระดบั อณุ หภมู ิ 51oC อากาศสามารถดดู ซบั ความชืน้ ไดส้ งู สดุ 86.9 g/m3 เป็นตน้

1.4.9 ความชืน้ สัมบรู ณ์ ความชืน้ สมั บรู ณ์ หมายถึง ความชืน้ ท่ีมีอยจู่ รงิ ในอากาศ 1.4.10 ความชืน้ สัมพทั ธ์ ความชืน้ สมั พทั ธ์ หมายถึง สดั ส่วนของความชืน้ สมั บรู ณต์ ่อความชืน้ อ่ิมตัว สามารถเขียนเป็น สมการไดด้ งั นี้ ความชืน้ สมั พทั ธ์ = ความชืน้ สมั บรู ณ์  100 ความชืน้ อ่ิมตวั ความชืน้ สัมพัทธ์มหี น่วยเป็ น เปอร์เซน็ ต์

1.5.1 กฎของบอยล์ (Boyle’s Law) โรเบิร์ตบอยล์ กล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างความดันกับปริมาตรในภาชนะปิ ดว่า ณ อณุ หภมู ิคงท่ี ปรมิ าตรก๊าซจะเปล่ยี นแปลงเป็นอตั ราส่วนผกผนั กบั ความดนั ก๊าซ ความสัมพันธ์ระหว่างความดันกับปริมาตรตามกฎของบอยล์ (Boyle’s Law)

1.5.2 กฎของชารล์ (Charl’s Law) ชารล์ กลา่ วถึงความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งปรมิ าตรกบั อณุ หภมู ิของก๊าซในภาชนะปิดว่า ถา้ ควบคมุ ความดนั ใหค้ งท่ี ปรมิ าตรของก๊าซจะแปรผนั ตรงกบั อณุ หภมู ิ หมายความวา่ อณุ หภมู ิสงู ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรกับอุณหภมู ขิ องก๊าซตามกฎของชาร์ล (Charl’s Law)

1.5.3 กฎของเกยล์ ูสแซก (Gay–Lussac’s Law) ลสู แซกกลา่ วถึงความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งความดนั กบั อณุ หภมู ิของก๊าซว่า ถา้ ปรมิ าตรคงท่ี ความดนั ของก๊าซจะแปรผนั ตรงกบั อุณหภมู ิ หมายความว่า อณุ หภมู ิสงู ความดนั ก๊าซจะสงู อณุ หภูมิต่าความดนั ก๊าซจะต่า ความสัมพันธ์ระหว่างความดันกับอุณหภมู ขิ องก๊าซตามกฎของเกยล์ ูสแซก

1.5.4 กฎท่วั ไปเกยี่ วกบั ก๊าซ เป็นการรวมเอากฎของบอยลแ์ ละชารล์ เขา้ ดว้ ยกนั ภายใตส้ ภาวะใด ๆ ท่ีก๊าซเปล่ียนแปลงทงั้ ความดนั อณุ หภมู ิ และปรมิ าตร จะไดส้ มการดงั นี้ P1  V1 = P2  V2 T1 T2 P1 = ความดนั เรม่ิ ตน้ (bar) V1 = ปรมิ าตรเรม่ิ ตน้ (m3) P2 = ความดนั สดุ ทา้ ย (bar) V2 = ปรมิ าตรสดุ ทา้ ย (m3) T1 = อณุ หภมู ิเรม่ิ ตน้ (K) T2 = อณุ หภมู ิสดุ ทา้ ย (K)