Obliczanie wydajności kompresora

Przeglądając wpisy na portalach tematycznych zajmujących się pneumatyką, można zobaczyć pytania o dobór kompresora do konkretnej aplikacji (jaki kompresor do malowania?, jaki kompresor do piaskowania?), albo jaki jest polecany kompresor z butlą 100 litrów. Jest też pytanie o obliczanie wydajności kompresora, gdy okazało się, że ten kupiony nie spełnia oczekiwań. Czasami też pada pytanie o wzór na wydajność kompresora.

Porady nt. wydajności kompresora

Istnieją już dwie porady nt. wydajności kompresora, (wydajność efektywna kompresora oraz wydajność kompresora o mocy 22 kW), w których omówiłem różnicę pomiędzy wydajnością rzeczywistą, czyli wydajnością efektywną, a wydajnością teoretyczną. Różnica może dochodzić nawet do prawie 10% w zależności od sposobu mierzenia wydajności sprężarki oraz warunków, w których wydajność jest mierzona. I to w przypadku zachowania wszystkich wymogów ws. wykonywania pomiarów wydajności.

Dla Ciebie jako użytkownika najważniejsza jest rzeczywista wydajność efektywna kompresora, bo z taką wydajnością będziesz pracować swoimi narzędziami. Od tego czy sprężarka osiąga oczekiwaną wydajność, zależeć będzie Twoja efektywność, jakość, skuteczność i prędkość wykonywanej pracy.

Metody pomiaru wydajności kompresora

Do pomiaru wydajności kompresora masz dwa sposoby.

Pomiar wydajności przepływomierzem masowym

Metoda dokładniejsza, która pozwala uniezależnić się od zmiennego ciśnienia i temperatury zasysanego powietrza.

Przepływomierz wykorzystuje kalorymetryczną zasadę pomiaru i z tego względu nie jest wymagany dodatkowy pomiar ciśnienia i temperatury.

Objętość jest zmniejszana przy wzroście ciśnienia. Masa jednak pozostaje niezmieniona. Dlatego też w zmiennych warunkach ciśnienia skuteczny jest tylko masowy pomiar przepływu.

Wpływu temperatury unika się poprzez kompensację temperaturową. W ten sposób wartości pomiarowe są optymalne w całym zakresie temperatur procesu przepływu masy.

Przykład pomiaru takim przepływomierzem możesz zobaczyć na filmie.

Wprawdzie jest to pomiar przepływu sprężonego powietrza po stronie zapotrzebowania tj. zużycia przez pistolet do zaprawek malarskich, ale przy pomiarze wydajności sprężarki zasada jest taka sama.

W ten sposób pomogłem Panu Grzegorzowi podjąć decyzję co do wielkości sprężarki śrubowej.

Później kupił sprężarkę Champion FM07 w najlepszej cenie.

Pomiar wydajności kompresora z wykorzystaniem zbiornika sprężonego powietrza

Ten pomiar wydajności można podzielić na dwa etapy:

I etap
Zmierzenie czasu napompowania przez sprężarkę zbiornika sprężonego powietrza od ciśnienia atmosferycznego, czyli manometrycznego równego 0 bar, do ciśnienia wyłączenia sprężarki. Ciśnienie wyłączenia sprężarki zależy od jej nastaw i konstrukcji, ale do przyszłych obliczeń przyjmiemy parametry mojej prywatnej sprężarki.

Wzór na wydajność kompresora (w litrach na minutę) jest następujący:
(pojemność zbiornika x ciśnienie/ liczba sekund) x 60

Posiadam w garażu kompresor tłokowy Airpress HL150/24.

Zgodnie z danymi producenta:

• Pojemność zbiornika wynosi 24 litry.
• Wydajność na wlocie 150 l/min
• Wydajność na wyjściu 120 l/min
• Ciśnienie włączenia 6 bar
• Ciśnienie maksymalne 8 bar

Pomiar wydajności kompresora

Kompresor potrzebuje 91 sekund do nabicia zbiornika buforowego od 0 do 8 bar.
Podstawiając te dane do wzoru na wydajność kompresora, mamy następujący wynik:
(pojemność zbiornika x ciśnienie / liczba sekund) x 60
(24 × 8 / 91) x 60 = 126,6 litrów/minutę

Niby świetnie, ale naprawdę interesuje mnie wydajność kompresora rzeczywista w zakresie ciśnienia roboczego moich urządzeń potrzebujących do szybkiej i efektywnej pracy ciśnienia 7 bar.

II etap
Czas nabicia zbiornika sprężonego powietrza od ciśnienia 6 bar do ciśnienia 8 bar wyniósł 33 sekundy.
Podstawiając te dane do zmodyfikowanego wzoru na wydajność kompresora, mamy następujący wynik:
[pojemność zbiornika x (ciśnienie wyłączenia – ciśnienie załączenia) / liczba sekund] x 60
[24 x (8-6) / 33] x 60 = 87,3 litrów/minutę

Wydajność rzeczywista sprężarki tłokowej jest mniejsza o 30%, niż reklamuje ją producent, ale dla pistoletu do zaprawek malarskich, przedmuchiwania, pompowania kół, malowania aerografem i innych prac hobbystycznych jest w dalszym ciągu wystarczająca.

Gdybym jednak potrzebował takiego kompresora do profesjonalnego zastosowania i byłbym 30% wolniejszy niż konkurencja to pewno splajtowałbym bardzo szybko 🙂

Od czego zależy wydajność kompresora?

Mierząc wydajność kompresora, możemy spotkać się z kilkoma czynnikami wpływającymi na wydajność kompresora:

• Warunki otoczenia tj. temperatura zasysanego powietrza, wilgotność powietrza, ciśnienie atmosferyczne. Wystarczy zmiana warunków otoczenia z normy pomiaru wydajności sprężarki ISO 1217 na warunki z normy DIN 1343 i różnica już wynosi 9%.
• Czystość filtra powietrza (od roku go nie wymieniałem, więc i opory na ssaniu są większe)
• Zużycie sprężarki i występujące przedmuchy wewnętrzne (moja sprężarka tłokowa jest z roku 2013 i już trochę przepracowała)
• Warunki termiczne sprężarki (zimna czy wygrzana), bo opory będą zmieniać się wraz ze zmianą temperatury i ciśnienia
• Błąd pomiarowy związany z odczytem czasu, ciśnienia na manometrze (moje oczy) oraz dokładność manometru (niewzorcowany od początku) i nastaw na presostacie zarządzającym ciśnieniami pracy kompresora
• Błąd pojemności zbiornika sprężonego powietrza. Przyjęte są 24 litry zgodnie z dokumentacją producenta. Ale pojemności wodnej zbiornika sprężonego powietrza nie sprawdzałem.
• Napięcie w sieci. Dla 230 V silnik będzie obracał się z prędkością znamionową 2800 obr/min. Dla 220 V silnik napędzający pompę będzie obracał się wolniej i w konsekwencji wydajność kompresora będzie mniejsza.

Przebieg próby zbiornikowej

Na poniższym wykresie widać jak wygląda przebieg próby zbiornikowej.

Tutaj z kolei jest pokazana wydajność kompresora w poszczególnych przedziałach ciśnień tj. od 0 do 1 bar, od 1 do 2 bar, …., od 7 do 8 bar.

Widać, że przy sprężaniu powietrza od 6 bar do 7 bar następuje wyraźny spadek wydajności kompresora, a to jest ten zakres, który najbardziej mnie jako użytkownika interesuje.

Poszedłem dalej i podłączyłem przepływomierz oraz pistolet do zaprawek malarskich. Spust w pistolecie ustawiłem tak, że utrzymywałem przez ponad minutę stałe ciśnienie 7 bar podczas procesu sprężania. Był to punkt, w którym wydajność sprężarki była równa zapotrzebowaniu na sprężone powietrze i wynosiła zgodnie ze wskazaniem przepływomierza masowego jedynie 75,5 l/min — zobacz to na filmie.

Pomiar wydajności kompresora śrubowego

Omówiona metoda zbiornikowa pomiaru rzeczywistej wydajności kompresora została wykonana dla sprężarki tłokowej.

Tak samo można obliczyć wydajność sprężarki śrubowej lub kompresora łopatkowego w zakresie ciśnienia od 0 bar do ciśnienia wyłączenia sprężarki. Należy jednak do objętości samego zbiornika dodać objętość przewodu rurowego pomiędzy kompresorem i zbiornikiem.

W przypadku pomiaru wydajności kompresora II etap, pojemność instalacji pomijamy. Jedynie mierzymy czas od maksymalnego ciśnienia tj. ciśnienia górnego, wyłączającego sprężarkę do czasu osiągnięcia dolnego ciśnienia włączenia sprężarki. Rejestrujemy też oba te ciśnienia na zbiorniku sprężonego powietrza i podstawiamy do wzoru na obliczanie wydajności kompresora:
[pojemność zbiornika x (ciśnienie wyłączenia – ciśnienie załączenia) / liczba sekund] x 60

Pomiary wydajności i przepływów

Gdybyś jednak chciał pomierzyć wydajność swojego przemysłowego kompresora śrubowego lub łopatkowego, albo zapotrzebowanie na sprężone powietrze w Twoim zakładzie to na początek zapraszam do zapoznania się z poradą pt. „Pomiar przepływu powietrza” lub filmu.

Potem skontaktuj się ze mną w sprawie omówienia pomiarów przepływomierzami, które dadzą Ci bardziej miarodajne wyniki.

A teraz bonus za doczytanie do końca 🙂 Na blogu jest kilka wpisów nt. wydajności kompresora. Połączyłem treści i stworzyłem e-book, który jest dostępny pod linkiem https://www.sprezarkownia.info.pl/2024/09/17/e-book-wydajnosc-kompresora/

Miłego czytania !