Materiały - Jednostki miar i fundamenty fizyczne sprężonego powietrza

W inżynierii instalacji pneumatycznych zgodnych z ISO 8573 właściwe zrozumienie oraz stosowanie podstawowych wielkości fizycznych i ich jednostek jest kluczowe do optymalnego wymiarowania stacji kompresorów, projektowania rurociągów oraz dobierania metod zapewnienia wysokiej czystości medium. Wielkości te opisują stan termodynamiczny gazów i podlegają prawom fizyki, takim jak prawo Boyle’a-Mariotte’a, z którego wynika, że przy stałej temperaturze objętość gazu jest odwrotnie proporcjonalna do jego ciśnienia. Zmiana jakiegokolwiek z trzech głównych parametrów termodynamicznych (temperatury, ciśnienia lub objętości) w sposób izochoryczny, izotermiczny lub izobaryczny bezpośrednio rzutuje na pozostałe.
Wszystkie obliczenia bazują na Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar (SI), zatwierdzonym w 1971 roku. W praktyce inżynierów i działów utrzymania ruchu najczęściej wykorzystywane są następujące jednostki i parametry:

Ciśnienie ( $p$ ): Choć formalną jednostką SI jest paskal (Pa), w przemyśle powszechnie stosuje się bar, gdzie 1 bar odpowiada 100 000 Pa. Bezwzględnie należy rozróżniać ciśnienie atmosferyczne ( $p_{amb}$ ), nadciśnienie ( $p_{o p}$ ) stosowane na manometrach oraz ciśnienie absolutne ( $p_{ab s}$ ), będące sumą ciśnienia atmosferycznego i nadciśnienia Z użytku technicznego wycofano natomiast dawną jednostkę atmosfery (1 atm = 0,981 bar). Wartość 1 bara odpowiada również słupowi wody o wysokości 10 195 mm.
Objętość ( $V$ ): Wyrażana zazwyczaj w litrach (l) lub metrach sześciennych ( $m^{3}$ ), gdzie $1 m^{3} = 1000$ litrów. W obliczeniach konieczne jest rozróżnienie tak zwanej objętości normalnej ( $V_{N or m}$ wg DIN 1343, określonej dla temperatury 0°C i ciśnienia 1,01325 bar absolutnego) od objętości roboczej ( $V_{o p er a t}$ ), która zawsze musi być powiązana z rzeczywistym ciśnieniem, temperaturą i wilgotnością w układzie.
Przepływ objętościowy ( $V ˙$ ): Określa objętość medium przepływającą w jednostce czasu (l/min, $m^{3}$ /min, $m^{3}$ /h). Kluczowe jest techniczne odróżnienie wydajności ssawnej sprężarki (working volume flow – wartość teoretyczna wynikająca z pojemności cylindrów i prędkości obrotowej) od rzeczywistej wydajności tłocznej (volume flow), mierzonej na króćcu wylotowym według restrykcyjnych norm, takich jak VDMA 4362, DIN 1945 czy ISO 1217. Tylko rzeczywisty przepływ użyteczny zredukowany do parametrów na ssaniu pozwala na właściwe zaprojektowanie wydajności stacji i ocenę strat energii.
Temperatura ( $T$ ): W zależności od skali wykorzystywany jest Kelwin (K) jako jednostka podstawowa SI lub stopień Celsjusza (°C), przy czym $T [K] = t [^{\circ} C] + 273, 15.$

Symbole schematyczne w projektowaniu i dokumentacji inżynieryjnej

Sprawna komunikacja w fazie projektowania, montażu i eksploatacji instalacji sprężonego powietrza wymaga użycia zunifikowanych symboli graficznych na schematach procesowych, pneumatycznych i orurowania (P&ID). Fundamentem są tutaj dwie kluczowe normy:

Symbole sprzętowe procesów technologicznych według DIN 28004 (część 3): Norma ta ustandaryzowała symbole obrazkowe reprezentujące maszyny przepływowe i elementy uzdatniania.Precyzyjnie definiują one m.in. różne typy urządzeń generujących sprężone powietrze (kompresory tłokowe, śrubowe, membranowe, wirnikowe, turbosprężarki). Ponadto norma narzuca ujednolicone oznaczenia dla systemów podnoszenia klas czystości powietrza, wymieniając filtry węglowe, filtry sterylne, separatory odśrodkowe, osadniki grawitacyjne, osuszacze, a także automatyczne spusty kondensatu oraz zbiorniki ciśnieniowe.
Symbole obwodów pneumatycznych i układów sterowania według ISO 1219: Na schematach logicznych sterowania pneumatyką, norma ISO 1219 wprowadza graficzną reprezentację elementów przenoszenia energii i sterowania. Definiuje w sposób czytelny typy siłowników (jednostronnego i dwustronnego działania, z tłumieniem mechanicznym), silników pneumatycznych oraz zaworów sterujących. Uwzględnia szczegółowe kategoryzowanie zaworów: dławiących, zwrotnych, ograniczających ciśnienie, a także rozdzielaczy dróg (np. 2/2, 3/2, 4/3, 5/2) określając pozycje normalnie zamknięte lub otwarte. Norma reguluje też oznaczenia precyzyjnych przyrządów pomiarowych utrzymania ruchu (czujniki przepływu, termometry, manometry, mierniki spadku ciśnienia $Δ p$ ). Zastosowano tu litery kodujące porty: P (zasilanie ciśnieniowe), A/B/C (linie robocze), R/S/T (linie wylotowe/odpowietrzenia) oraz X/Y/Z (linie sterujące).

W szerszym kontekście wiedzy podstawowej (Fundamentals), precyzyjne łączenie pojęć, jednostek SI oraz ustandaryzowanych diagramów pozwala działom jakości i inżynierom eliminować błędy konstrukcyjne powodujące generowanie nadmiernych spadków ciśnienia lub turbulencji w przepływie. Ma to elementarne znaczenie w prawidłowym wymiarowaniu np. stacji uzdatniania i doboru rurociągów pod restrykcyjne wymogi określonych klas czystości ISO 8573.

KOMENTARZE (0)