หน่วยที่ 10 วัฎจักรเครื่องอัดอากาศ

เอกสารประกอบการสอน วิชาเทอร์โมไดนามิกส์ รหัส 30101-2002 หน่วยที่ 10 วัฏจักรเครื่องอัดอากาศ ครูสุเนตร พรหมขุนทอง (วศ.ม. วิศวกรรมเครื่องกล) วท.ชุมพร

แผนการจดั การเรยี นรทู้ ่ี ๑o สอนครงั้ ที่ ๑๖-๑๗ เรื่อง วัฏจักรเคร่อื งอัดอากาศ

แผนการจดั การเรียนรู้ที่ ๑o ชื่อวชิ า. ช่างยนต์ เวลาเรียนรวม ๕๔ ช่ัวโมง ช่ือหน่วย วฏั จกั รเครื่องอดั อากาศ สอนคร้ังท่ี ๑๖-๑๗ ชื่อเร่ือง วฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศ จานวน ๖ ชั่วโมง หวั ข้อเรอื่ ง 1. เครื่องอดั อากาศแบบลูกสูบ 2. เคร่ืองอดั อากาศแบบโรตาร่ี สาระสำคัญ วฏั จกั รเครื่องอดั อากาศเป็นวฏั จกั รที่เก่ียวขอ้ งกบั การทางานของเคร่ืองจกั รโดยเฉพาะเครื่องอดั อากาศซ่ึงใชล้ มหรืออากาศเป็นสารทางาน ที่นาไปใชใ้ นโรงงานอตุ สาหกรรมทว่ั ไป และในปัจจุบนั มีเครื่อง อดั อากาศหลายแบบดว้ ยกนั แตท่ ี่นิยมใชจ้ ะมีอยู่ 2 แบบคือ เคร่ืองอดั อากาศแบบลูกสูบ และแบบโรตารี่ สมรรถนะหลกั (สมรรถนะประจำหน่วย) แสดงความรูเ้ ก่ยี วกับวัฏจักรเครอ่ื งอัดอากาศ สมรรถนะย่อย (สมรรถนะการเรียนร)ู้ สมรรถนะทั่วไป (ทฤษฏี) ๑. แสดงความรู้เกยี่ วกับวัฎจกั รเคร่ืองอัดอากาศแบบลูกสูบ ๒. แสดงความรเู้ กยี่ วกับวฏั จกั รเคร่ืองอัดอากาศแบบโรตารี สมรรถนะทพ่ี ึงประสงค์ (ทฤษฏี) เมือ่ ผเู้ รยี นได้ศึกษาเนื้อหาในบทนแี้ ลว้ ผูเ้ รยี นสามารถ ๑. อธบิ ายความรเู้ ก่ียวกบั วัฎจักรเคร่ืองอดั อากาศแบบลกู สูบ ๒. อธบิ ายความรเู้ ก่ยี วกบั วัฏจกั รเคร่ืองอดั อากาศแบบโรตารี

แผนการจัดการเรียนรู้ที่ ๑o ช่ือวิชา. ช่างยนต์ เวลาเรียนรวม ๕๔ ชั่วโมง ชื่อหน่วย วฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศ สอนคร้ังที่ ๑๖-๑๗ ช่ือเร่ือง วฏั จกั รเครื่องอดั อากาศ จานวน ๖ ช่ัวโมง กจิ กรรมการเรยี นการสอน ในการจดั การเรยี นการสอนรายวชิ าเทอรโ์ มไดนามิกส์ ได้กำหนดกจิ กรรมการเรยี นการสอนให้ ผเู้ รียนเกิดการเรียนรโู้ ดยใชว้ ิธีการจัดการเรียนรูฐ้ านสมรรถนะเชงิ รกุ (Active Learning Competency Based) ด้านเทคนิคการจัดการเรียนการสอนแบบ MAIP โดยมขี ัน้ ตอนในการดำเนินกิจกรรมการเรยี นการ สอน ดังน้ี กิจกรรมการเรียนการสอน (สอนคร้งั ท่ี ๑๖ ) เวลา ๓ ชวั่ โมง/สปั ดาห์ ๑.ผสู้ อนแจง้ จดุ ประสงค์การเรียนประจำสปั ดาห์ และนำเข้าสบู่ ทเรยี น ๒.ผ้สู อนถา่ ยทอดความรใู้ นหนว่ ยท่ี ๑o เร่อื ง วัฏจกั รเคร่ืองอดั อากาศ ๓.ผ้สู อนแสดงตวั อยา่ งเกีย่ วกับวัฏจักรเคร่อื งอดั อากาศ ๔.ผู้สอนให้ผ้เู รียนเขียนสรุปสาระสำคญั ของเรื่องทเี่ รียนประจำสัปดาห์ กิจกรรมการเรยี นการสอน (สอนครง้ั ท่ี ๑๗ ) เวลา ๓ ชวั่ โมง/สัปดาห์ ๑.ผู้สอนแจง้ จุดประสงค์การเรียนประจำสปั ดาห์ และนำเข้าสบู้ ทเรียน ๒.ผู้สอนถ่ายทอดความรู้ในหน่วยท่ี ๑o วฏั จักรเครอ่ื งอดั อากาศ ๓.ผสู้ อนแสดงตวั อย่างเก่ยี วกับวัฏจกั รเครือ่ งอัดอากาศ ๔.ผูส้ อนมอบหมายงานใหผ้ ู้เรยี นนำความรคู้ วามเข้าใจทเี่ กิดขนึ้ ไปใชใ้ นการทำแบบฝึกหัดประจำหนว่ ยการ เรียนรู้ท่ี ๑o ๕.ผูส้ อนใหผ้ เู้ รยี นเขียนสรปุ สาระสำคญั ของเรื่องทีเ่ รียนประจำสปั ดาห์ ๖.ผสู้ อนวดั ประเมนิ ผลการเรียนร้ขู องผเู้ รยี น

แผนการจดั การเรียนรู้ท่ี ๑o ช่ือวชิ า. ช่างยนต์ เวลาเรียนรวม ๕๔ ช่ัวโมง ช่ือหน่วย วฏั จกั รเครื่องอดั อากาศ สอนคร้ังที่ ๑๖-๑๗ ชื่อเร่ือง วฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศ จานวน ๖ ช่ัวโมง สื่อการสอน ๑.เอกสารประกอบการสอน ๒.เอกสารประกอบการเรียน ๓.ส่ือนาเสนอ PowerPoint ๔ สื่อออนไลน์ งานท่ีมอบหมาย/กิจกรรม ใหน้ กั เรียนทาแบบฝึกเสริมทกั ษะทา้ ยหน่วยการเรียนท่ี ๑ การวดั และประเมินผล วิธีการ เครื่องมือ เกณฑ์ วดั ผล/ประเมินผล - ผา่ นเกณฑร์ ้อยละ ๖๐ - ทาแบบฝึกเสริมทกั ษะ - แบบฝึกเสริมทกั ษะทา้ ย ๑.สมรรถนะท่ีพงึ ประสงค์ - ผา่ นเกณฑร์ ้อยละ ๘๐ ทา้ ยหน่วย หน่วย ๒.คณุ ลกั ษณะอนั พึง ประสงค์ (Attitude) - ประเมินคุณลกั ษณะอนั พึง - แบบประเมนิ คณุ ลกั ษณะ ประสงค์ อนั พึงประสงค์

รหสั วิชา ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรู้หน่วยท่ี ๑๐ หนว่ ยที่ ๑๐ ชื่อวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ หนว่ ยที่ ๑๐ วฏั จักรเครอื่ งอัดอากาศ ช่ือหน่วย วฏั จักรเครื่องอัดอากาศ จำนวน ๖ ชั่วโมง หน่วยท่ี ๑๐ วัฎจักรเครือ่ งอัดอากาศ วฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศ(Air Compressor Cycle) เป็นวฏั จกั รที่เกี่ยวขอ้ งกบั การทางานของเครื่องจกั รโดยเฉพาะเคร่ืองอดั อากาศซ่ึงใชล้ มหรืออากาศเป็น สารทางาน ที่นาไปใชใ้ นโรงงานอตุ สาหกรรมทวั่ ไป และในปัจจุบนั มีเครื่องอดั อากาศหลายแบบดว้ ยกนั แตท่ ่ี นิยมใชจ้ ะมีอยู่ 2 แบบคอื เครื่องอดั อากาศแบบลกู สูบ และแบบโรตาร่ี ซ่ึงมีรายละเอียดและการทางานแตล่ ะ แบบดงั น้ี 1. เครื่องอดั อากาศแบบลกู สูบ (RECIPROCATING AIR COMPRESSOR) เคร่ืองอดั อากาศแบบลูกสูบประกอบดว้ ยลูกสูบที่เคลื่อนในกระบอกสูบโดยรับกาลงั ผา่ น กา้ นสูบ และขอ้ เหวย่ี งท่ีประกอบอยใู่ นหอ้ งเพลาขอ้ เหวี่ยง มีลิ้นดูดและลิน้ ส่งติดอยตู่ อนบนของหอ้ งสูบ จากภาพ (ก) ลูกสูบเคลื่อนท่ีลงในกระบอกสูบอากาศท่ีถกู อดั ใน จงั หวะก่อนหนา้ ที่ยงั หลงเหลืออยู่ จะขยายตวั จนมีความ ดนั ต่ากวา่ ความดนั ดูดเขา้ เลก็ นอ้ ย ซ่ึงหมายความวา่ อากาศดา้ นนอกของลิ้นดูดจะสูงกวา่ ดา้ นใน ดงั น้นั ลิ้นจะ เปิ ดใหอ้ ากาศเขา้ ในระหวา่ งจงั หวะน้ี ลิน้ ส่งจะปิ ดเพราะขณะน้ีความดนั ดา้ นนอกของลิ้นจะสูงกวา่ ความดนั ภายในกระบอกสูบ ส่วนในรูป (ข) ขณะน้ี รูป ก รูป ข รูปท่ี 10-1 แสดงการทางานของเครื่องอดั อากาศแบบลกู สูบ ลูกสูบเคลื่อนท่ีข้นึ ในช่วงแรกของจงั หวะเคลื่อนข้นึ ความดนั ในกระบอกสูบสูงข้ึนเลก็ นอ้ ยพอเพียงที่จะทาให้ ลิน้ ดูดปิ ด ความดนั ของอากาศภายในกระบอกสูบจะเพ่มิ ข้ึนอยา่ งรวดเร็ว เม่ือถกู ปิ ดอยใู่ นกระบอกสูบอยา่ ง สนิทจนมีความดนั สูงกวา่ ความดนั ดา้ นนอกของลิ้นส่ง ซ่ึงจะทาใหล้ ิ้นส่งเปิ ดทาให้

รหสั วชิ า ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรู้หนว่ ยท่ี ๑๐ หน่วยที่ ๑๐ ชื่อวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ ชอ่ื หน่วย วฏั จกั รเครื่องอัดอากาศ หนว่ ยท่ี ๑๐ วฏั จกั รเคร่ืองอัดอากาศ จำนวน ๖ ชว่ั โมง อากาศความดนั สูงออกจากกระบอกสูบ และลิน้ ส่งจะปิ ดในที่สุดเมื่อสุดจงั หวะอดั ลกู สูบจะเริ่มเล่ือนลง ในกระบอกสูบ ลิ้นดูดจะเปิ ดอีกคร้ังหน่ึง และวฏั จกั รจะกระทาซ้า ๆ ต่อไป อากาศที่ถกู ปิ ดอยใู่ นกระบอกสูบ ของเคร่ืองอดั อากาศ แบบน้ีจะสามารถอดั อากาศใหม้ ีความดนั ไดส้ ูงมาก ท้งั น้ีข้นึ อยกู่ บั ความแขง็ แรงของ วสั ดุท่ีทาชิ้นส่วนของเครื่องอดั และกาลงั การขบั ของมอเตอร์ เป็นที่น่าสงั เกตวา่ ในเคร่ืองอดั อากาศแบบลูกสูบ การไหลของอากาศจะมีการหยดุ เป็นจงั หวะ ๆ สาหรับเคร่ืองอดั แบบลกู สูบทกุ ชนิด ในทางปฏิบตั ิจะตอ้ งมี ปริมาตรหวั สูบเสมอ ซ่ึงหมายถึงปริมาตรของช่องวา่ งในกระบอกสูบหลงั จากท่ีลูกสูบเคลื่อนที่ข้ึนสุดใน จงั หวะอดั และปริมาตรตา่ งๆ ดงั ภาพ รูปที่ 10-2 แสดงค่าปริมาตรต่างๆในกระบอกสูบ โดยท่ี V1 คือ ปริมาตรของอากาศท่ีดูดเขา้ กระบอกสูบ V2 คอื ปริมาตรก่อนลิ้นระบายเปิ ด V3 คอื ปริมตรหัวลกู สูบ V4 คือ ปริมาตรก่อนลิน้ ดูดเปิ ด โดยเม่ือพิจารณาจาก P-V Diagram จะเห็นลกั ษณะการทางานของวฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศแบบลกู สูบจะ ประกอบดว้ ยกระบวนการโพลีโทรปิ ค และกระบวนการความดนั คงท่ีดงั ภาพ รูปท่ี 10-3 แสดงความสัมพนั ธ์ของวฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศ

รหสั วชิ า ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรหู้ น่วยท่ี ๑๐ หนว่ ยท่ี ๑๐ ชื่อวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ หน่วยท่ี ๑๐ วฏั จกั รเครอ่ื งอัดอากาศ ช่อื หน่วย วัฏจักรเครื่องอดั อากาศ จำนวน ๖ ชว่ั โมง เมื่อพจิ ารณาที่จุด 1 ของรูป กระบอกสูบจะดูดอากาศเขา้ เตม็ ที่มีปริมาตร V1 อณุ หภมู ิ T1 และอยทู่ ี่ จุดเริ่มตน้ ของจงั หวะอดั อากาศจะถูกอดั แบบกระบวนการโพลีโทรปิ คตามกฎ PVn = C จนความดนั สูงข้ึน เป็น P2 และปริมาตรเป็ น V2 อุณหภูมิ T2 ท่ีจุด 2 ตามทฤษฎีลิ้นส่งจะเปิ ด และในจงั หวะจาก 2 ไป 3 อากาศท่ี ถูกอดั จะถกู ส่งออกจากกระบอกสูบโดยความดนั คงท่ี ท่ีจุด 3 ลูกสูบถึงจุดสุดทา้ ยของการเคลื่อนท่ีข้นึ การจ่าย ลมจะหยุดลงท่ีน่ี V3 คือปริมาตรหัวสูบ ซ่ึงยงั คงมีอากาศที่ถูกอดั เหลืออยู่ ขณะลูกสูบเริ่มจงั หวะดูด อากาศ จานวนน้ีจะขยายตวั แบบกระบวนการโพลีโทรปิ ค PVn = C และลิ้นดูดจะยงั ไมเ่ ปิ ดให้อากาศเขา้ จนกวา่ ความ ดนั จะลดลงจนถึงความดนั ดูดที่จุด 4 อากาศใหม่จึงจะเขา้ ไปในกระบอกสูบ ปริมาตรท่ีเขา้ ใหม่เท่ากบั (V1 – V4) ซ่ึงเรียกว่า ปริมาตรแทนที่ใช้งาน (effective swept volume)และในการหาค่าปริมาตรสามารถใช้สูตร ความสมั พนั ธ์ของกระบวนการโพลีโทรปิ คดงั น้ี P1V1n = P1V1n หรือ P3V3n = P4 V4n 1 1 V1 = V2  P2 n V3 = V4  P4 n  P1   P3      1 1 V2 = V1  P1 n V4 = V3  P3 n  P2   P4      การหาประสิทธิภาพเชิงปริมาตรของวฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศ V1 − V4 v = V1 − V3 100% การหางานที่เกิดข้นึ ของวฏั จกั รเครื่องอดั อากาศ n W = n −1 mR(T1 −T2 )

รหสั วิชา ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความร้หู น่วยที่ ๑๐ หนว่ ยท่ี ๑๐ ชื่อวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ ช่ือหน่วย วัฏจกั รเครื่องอัดอากาศ หน่วยท่ี ๑๐ วฏั จกั รเคร่อื งอัดอากาศ จำนวน ๖ ชวั่ โมง ตัวอย่างท่ี 10-1 เครื่องอดั อากาศแบบลกู สูบ มีเส้นผา่ ศูนยก์ ลางกระบอกสูบเท่ากบั 200 mm และระยะชกั เทา่ กบั 300 mm ดูดอากาศจานวน 2 kg โดยปริมาตรหวั ลกู สูบเทา่ กบั 0.0005 m3 ดชั นีของโพลีโทรปิ กเทา่ กบั 1.3 ตลอดกระบวนการ ความดนั อากาศที่เขา้ กระบอกสูบเท่ากบั 97 KN/m2 อุณหภมู ิ 15 °C ความดนั ท่ีอดั อากาศเท่ากบั 550 KN/m2 อุณหภมู ิ 120 ° C คา่ คงที่ของอากาศ เท่ากบั 0.287 KJ/kg/K จงคานวณหา ก. ปริมาตรอากาศที่ดูดเขา้ กระบอกสูบ (V1) ข. ปริมาตรก่อนลิน้ ระบายเปิ ด (V2) ค. ปริมาตรก่อนลิน้ ดูดเปิ ด (V4) ง. งานที่เกิดข้ึน จ. ประสิทธิภาพเชิงปริมาตร วิธที า ก. หาปริมาตรอากาศที่ดูดเขา้ กระบอกสูบ V1 = d 2 L + V3 4 0.22 = 4 0.3 = 0.00924 m3 = 0.00924m3 + 0.0005m3 = 0.00974 m3 ข. หาปริมาตรก่อนลิ้นระบายเปิ ด V2 = V1  97 1 550 1.3 = 0.00256 m3 ค. หาปริมาตรก่อนลิน้ ดูดเปิ ด V4 = V3 ( 550 ) 1 97 1.3 = 0.00189 m3

รหสั วิชา ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรู้หนว่ ยท่ี ๑๐ หนว่ ยที่ ๑๐ ชื่อวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ ชือ่ หน่วย วฏั จกั รเคร่ืองอัดอากาศ หนว่ ยท่ี ๑๐ วัฏจักรเคร่ืองอัดอากาศ จำนวน ๖ ช่วั โมง ง. หางานท่ีเกิดข้ึน n W = n − 1 mR (T1 − T2 ) = 1.3  2 kg  0.287 kJkg −1 k −1 (288 − 393)K 1.3 − 1 = − 261.17 kJ จ. หาประสิทธิภาพเชิงปริมาตร V1 − V4 v = V1 − V3 100% = 0.00974 − 0.00189 100% 0.00974 − 0.0005 = 84.95% 2. เคร่ืองอดั อากาศแบบโรตารี (Rotary Air Compressor) เคร่ืองอดั อากาศแบบโรตารี มีแบบพ้นื ฐานอยู่ 3 แบบดว้ ยกนั คอื แบบเหว่ยี งออกตามแนวรัศมีหรือแบบ ใชแ้ รงเหวี่ยง (radial or centifugal compressor) แบบไหลตามแนวแกน และแบบขบั ออกทางบวกหรือพดั ลม เบ้ืองตน้ ในการศึกษาจะศึกษาวฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศแบบโรตาร่ีแบบเหวี่ยงออกตามแนวรัศมี ซ่ึงการทางาน เป็ นไปตามภาพ รูปท่ี 10-4 เคร่ืองอดั อากาศแบบเหวีย่ งออกตามแนวรัศมี

รหัสวชิ า ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความร้หู นว่ ยที่ ๑๐ หน่วยที่ ๑๐ ชื่อวิชา. เทอร์โมไดนามิกส์ ชอ่ื หน่วย วฏั จกั รเครื่องอัดอากาศ หนว่ ยที่ ๑๐ วฏั จักรเครอ่ื งอัดอากาศ จำนวน ๖ ช่ัวโมง ลกั ษณะโดยทว่ั ๆ ไปของเครื่องอดั แบบเหวี่ยงออกตามแนวรัศมีดงั ภาพ ซ่ึงประกอบดว้ ยใบพดั ท่ีหมุน ไดร้ อบตวั โดยปกติจะมีความเร็วรอบสูง (บางคร้ังถึง 20,000 ถึง 30,000 รอบต่อนาที) อยู่ภายในเรือน ใบพดั ประกอบดว้ ยจานติดใบ เม่ือใบหมุน อากาศซ่ึงอยูใ่ นร่องใบก็หมุนไปดว้ ย แรงเหว่ียงจะผลกั ให้อากาศออกทาง ปลายใบและจะมีอากาศไหลเขา้ ไปแทนท่ีตรงศูนยก์ ลางของใบศูนยก์ ลางใบน้ีเรียกวา่ ตาของใบพดั อากาศจะไหล จากปลายดา้ นนอกของใบผา่ นแหวนจ่ายลมซ่ึงช่วยทาใหอ้ ากาศเขา้ ไปในกน้ หอยไดด้ ียงิ่ ข้ึน ที่แหวนจ่ายลมอากาศจะลดอตั ราเร็วลง ซ่ึงมีผลใหค้ วามดนั ของอากาศก่อตวั สูงข้นึ ในทางทฤษฏีถือวา่ ไมม่ ีพลงั งานสูญเสีย กน้ หอยเป็นส่วนที่ทาหนา้ ที่รวมอากาศของเคร่ืองอดั ซ่ึงพ้ืนที่หนา้ ตดั จะโตข้นึ เร่ือย ๆ โดยรอบ เครื่องอดั เหตุผลสาหรับอนั น้ีก็คืออากาศที่รวมตวั กนั อยู่รอบ ๆ กน้ หอยจะมากข้ึนเร่ือย ๆ จึงตอ้ งใชพ้ ้ืนท่ีตดั โต ข้ึน ต่อไปก็จะมีท่อต่อลมอดั ออกไปใชง้ าน เคร่ืองอดั อากาศแบบน้ี เป็นแบบการไหลต่อเน่ือง ซ่ึงใชใ้ นการอดั อากาศเป็นจานวนมาก ๆ ผา่ นช่วงความดนั ปานกลาง โดยทว่ั ๆ ไปอตั ราส่วนของการอดั จะมีปริมาณ 4 ถึง 6:1 เน่ืองจากขบวนการอดั ของเคร่ืองอดั แบบน้ีรวดเร็วมากแทบไม่มีเวลาระบายความร้อนให้แก่อากาศ ซ่ึง ใกลจ้ ะเป็นแบบกระบวนการไอเซนโทรปิ คมาก แต่อย่างไรก็ดี ย่อมจะมีความเสียดทานท้งั ระหว่างโมเลกุล ของก๊าซเองและกับผนังของเคร่ืองอัด นอกจากน้ียงั มีการหมุนตัวของอากาศและการช๊อคเนื่องจากการ เปล่ียนแปลงทิศทางอีกดว้ ย ซ่ึงเป็ นเหตุให้อุณหภูมิของอากาศสูงกว่าสภาวะท่ีเป็นไปตามการอดั ตามอุดมคติ ทางทฤษฏีของเครื่องอดั แบบ Rotary จะเป็นอะเดียบาติกแบบไม่มีความเสียดทาน ซ่ึงในกรณีน้ีจะมีงานในการ อดั นอ้ ย งานอดั จริง ๆ น้นั จะตอ้ งเป็นตามไอโซเทอร์มอล การคานวณประสิทธิภาพของวฏั จกั รเครื่องอดั อากาศ แบบโรตาร่ีสามารถหาไดจ้ าก ประสิทธิภาพวฏั จกั ร= งานจากกระบวนการไอเซนแบบไมม่ ีความเสียดทาน งานกระบวนการไอเซนโทรปิ คจริง η = m Cp (T2' - T1 ) ื100 m Cp (T2 - T1 ) โดยสามารถหาอุณหภมู ิสมบูรณ์เมื่อไมม่ ีความเสียดทานจากสูตร T2' = T1 ( P2 ) k -1 P1 k T1 = อุณหภูมิเร่ิมตน้ T2 = อุณหภูมิสุดทา้ ย T2' = อณุ หภูมิสมบรู ณ์เม่ือไมม่ ีความเสียดทาน

รหัสวิชา ๓๐๑๐๑-๒oo๒ ใบความรหู้ น่วยที่ ๑๐ หนว่ ยท่ี ๑๐ ช่ือวิชา. เทอรโ์ มไดนามิกส์ ชือ่ หน่วย วฏั จกั รเครื่องอัดอากาศ หนว่ ยท่ี ๑๐ วัฏจกั รเคร่อื งอัดอากาศ จำนวน ๖ ชว่ั โมง ตวั อย่าง 10-2 เคร่ืองอดั อากาศแบบโรตาร่ี อดั อากาศมวล 1 kg ที่ความดนั เริ่มตน้ 100 KN/ m2 และอณุ หภมู ิ 20°C จนกระทง่ั มีความดนั 200 KN/m2 อุณหภมู ิ 130°C กาหนดให้ k = 1.4 และ Cp= 1.005 KJ/kg/K จงคานวณหาประสิทธิภาพของวฏั จกั รเครื่องอดั อากาศแบบโรตาร่ี วธิ ีทา η = m Cp (T2' - T1 )  100 และ m Cp (T2 - T1 ) แทนค่า T2' = T1 ( P2 ) k -1 P1 k 200 1.4 −1 100 = 293  1.4   1kg1.005KJ/kg− K (357.167− 293)K η = 1kg1.005KJ/kg− K (403− 293) 100 = 58.33% ตอบ ประสิทธิภาพของวฏั จกั รเครื่องอดั อากาศแบบโรตาร่ี = 58.33%

แบบฝกึ เสรมิ ทักษะหน่วยที่ ๑๐ รหสั วิชา ๓๐๑๐๑-๒๐๐๒ ชอื่ วิชา เทอรโ์ มไดนามกิ ส์ หน่วยที่ ๑๐ ช่ือหน่วย วฏั จกั รเคร่ืองอัดอากาศ หน่วยที่ ๑๐ วัฏจักรเครื่องอัดอากาศ จำนวน ๖ ชวั่ โมง หนว่ ยที่ ๑๐ วัฏจักรเครื่องอดั อากาศ คาสั่ง ใหน้ กั ศึกษาศึกษาจากเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 10 วฏั จกั รเครื่องอดั อากาศ สรุปประเด็นสาคญั และนาเสนอ สรุป ประเด็นสาคัญ เครื่องอดั อากาศแบบลูกสูบ ประเดน็ สาคญั เครื่องอดั อากาศแบบโรตาร่ี เปรียบเทยี บความแตกต่าง ชื่อ.........................................................................รหสั ประจาตวั .............................ห้อง....................

แบบฝึกเสริมทักษะหน่วยที่ ๑๐ รหสั วิชา ๓๐๑๐๑-๒๐๐๒ ชื่อวชิ า เทอร์โมไดนามิกส์ หนว่ ยที่ ๑๐ ชื่อหนว่ ย วฏั จักรเคร่อื งอดั อากาศ หน่วยท่ี ๑๐ วัฏจกั รเคร่ืองอัดอากาศ จำนวน ๖ ชั่วโมง หน่วยที่ ๑๐ วฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศ คาสั่ง จงแสดงวิธีทาเพ่ือใหไ้ ดค้ าตอบที่ถกู ตอ้ งดา้ นล่างโจทยท์ ี่กาหนดให้ 1. เครื่องอดั อากาศแบบลูกสูบ สามารถดูดอากาศไดจ้ านวน 4 kg มีเสน้ ผา่ นศูนยก์ ลางกระบอกสูบเท่ากบั 560 mm. และระยะชกั เท่ากบั 300 mm. โดยปริมาตรหวั ลูกสูบเทา่ กบั 0.0105 m3 ดชั นี ของโพลีโทรปิ กเท่ากบั 1.3 และปริมาตรก่อนลิน้ ดูดเปิ ดเทา่ กบั 0.0247 m3 ตลอดกระบวนการความดนั อากาศที่แทก้ ระบอกสูบเท่ากบั 109 KN/m2 อณุ หภมู ิ 35 °C ความดนั ท่ีอดั อากาศเทา่ กบั 678 KN/m2 อุณหภูมิ 175 °C ค่าคงที่ของอากาศ เท่ากบั 0.357 KJ/kg/K จงคานวณหา ก. ปริมาตรอากาศที่ดูดเขา้ กระบอกสูบ V1 ข. ปริมาตรก่อนลิ้นระบายเปิ ด V2 ค. งานที่เกิดข้นึ ง. ประสิทธิภาพเชิงปริมาตร วิธที า............................................................................................................................................. ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 2 . เคร่ืองอดั อากาศแบบโรตารี่ อดั อากาศมวล 2 kg ที่ความดนั เร่ิมตน้ 98 KN/m2 อุณหภูมิ 18°Cจนกระทงั่ มี ความดนั 210 KN/m2 อุณหภูมิ 150 °C กาหนดให้ k = 1.3 Cp = 1.233 KJ/kg/K จงคานวณหาประสิทธิภาพของวฏั จกั ร วธิ ที า ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................

ภาคผนวก ส่ือการสอน (ถ้าม)ี ส่ือคอมพวิ เตอร์ประกอบเสียงบรรยาย หน่วยที่ ๑o วัฏจกั รเคร่ืองอัดอากาศ วฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศ วฏั จกั รเครื่องอดั อากาศ(Air Compressor Cycle) 1 เป็ นวฏั จักรที่เกี่ยวข้องกบั การทางานของเคร่ืองจักร โดยเฉพาะเคร่ืองอดั อากาศซ่ึงใช้ลมหรืออากาศเป็ นสารทางาน ที่ เคร่ืองอดั อากาศแบบลกู สูบ (RECIPROCATING AIR นาไปใช้ในโรงงานอตุ สาหกรรมทวั่ ไป และในปัจจุบันมเี ครื่องอดั COMPRESSOR) อากาศหลายแบบด้วยกนั แต่ทีน่ ิยมใช้จะมอี ยู่ 2 แบบคือ เครื่อง อดั อากาศแบบลกู สูบ และแบบโรตาร่ี ซ่ึงมรี ายละเอยี ดและการ ทางานแต่ละแบบดังนี้ 2 โดยที่ V1 คือ ปริมาตรของอากาศทด่ี ูดเข้ากระบอกสูบ V2 คือ ปริมาตรก่อนลนิ้ ระบายเปิ ด V3 คือ ปริมาตรหวั ลกู สูบ V4 คือ ปริมาตรก่อนลิน้ ดูดเปิ ด 3 4 P1V1n = P1V1n หรือ P3V3n = P4V4n การหาประสิทธภิ าพเชิงปริมาตรของวฏั จกั รเคร่ืองอดั อากาศ 1 1 v = V1 − V4 100% V1 − V3  P2 n  P4 n V1 = V2  P1  V3 = V4  P3      การหางานทเี่ กดิ ขนึ้ ของวฏั จักรเครื่องอดั อากาศ 1 1 W n mR (T1 −T2 ) −1 V2 = V1  P1 n V4 = V3  P3 n = n  P2   P4      5 6 2. เครื่องอดั อากาศแบบโรตารี (Rotary Air โดยสามารถหาอณุ หภมู สิ มบูรณ์เม่ือไม่มคี วามเสียดทานจากสูตร Compressor) ประสิทธภิ าพวฏั จกั ร=งานจากกระบวนการไอเซนแบบไม่มคี วามเสียดทาน T2 = =T1อ(PณุP12ห)ภkมู −kเิ ร1่ิมต้น 7 T1 งานกระบวนการไอเซนโทรปิ คจริง mCp(T2 − T1) η = mCp(T2 − T1) 100 T2 = อณุ หภมู สิ ุดท้าย T2 = อณุ หภมู สิ มบูรณ์เมื่อไม่มคี วามเสียดทาน 89