การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติตอนที่ ๗ เมื่อแก๊สไหลไม่นิ่ง MO Memoir : Saturday 30 October 2553

เมื่อหลายปีก่อน ผมได้มีโอกาสไปนั่งฟังการนำเสนอสรุปผลงานวิจัยของนักวิจัยรุ่นเยาว์ในการปิดโครงการวิจัย ที่ได้รับทุนจากหน่วยงานสนับสนุนแห่งหนึ่ง ในการนำเสนอนั้นทางหน่วยงานได้จัดให้นักวิจัยอาวุโสมานั่งฟังและให้ข้อเสนอแนะ

ในการนำเสนอนั้น นักวิจัยรุ่นเยาว์บรรยายถึงการทดลองของเขาที่ใช้อากาศไหลผ่านถังบรรจุน้ำ (Bubble column) ด้วยระบบที่แสดงในรูปที่ ๑ (ซ้าย) ข้างล่าง โดยทำการศึกษาที่อัตราการไหลของอากาศต่าง ๆ กัน ปัญหาที่เขาเล่าคือตัวลูกลอยของ rotameter นั้นไม่ลอยนิ่ง ๆ แต่จะเต้นขึ้นลงไปมา แม้ว่าจะวัดอัตราการไหลของอากาศที่ขาออกได้คงที่ก็ตาม

รูปที่ ๑ ระบบ (ซ้าย) Bubble column และ (ขวา) Fixed-bed ที่มีอากาศไหลผ่าน วาล์วปรับอัตราการไหล - Rotameter - Bubble column/Fixed-bed - ออกสู่บรรยากาศ

นักวิจัยอาวุโสที่มาร่วมฟังก็ถามกลับไปว่านักวิจัยรุ่นเยาว์ผู้นั้นได้ทำตามที่เขาเคยแนะนำเอาไว้หรือเปล่า ตอนที่เขานำเสนอหัวข้อเพื่อขอทุนสนับสนุน (ซึ่งก็แสดงว่าปัญหานี้เคยมีการกล่าวถึงครั้งหนึ่งแล้วตอนขอทุน และนักวิจัยอาวุโสผู้นั้นก็ได้แนะนำวิธีการแก้ปัญหาไปแล้ว) ไม่ว่าจะเป็นการจัดให้มีท่อทางตรงเป็นระยะที่เหมาะสม (ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ และมักจะกำหนดเป็นจำนวนเท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ) ก่อนที่จะไหลเข้าวาล์ว ก่อนที่จะไหลเข้า rotameter และหลังจากที่ออกจาก rotameter ไปแล้ว (ซึ่งเป็นการบอกให้ทำตามตำรา)

นักวิจัยรุ่นเยาว์ผู้นั้นก็ตอบว่าได้กระทำตามทุกอย่าง แต่ปัญหาก็ยังคงเกิดอยู่ดี

หลังเสร็จสิ้นงานนำเสนอ ผมก็ได้พูดคุยกับนักวิจัยรุ่นเยาว์ผู้นั้นว่า ทำตามที่นักวิจัยอาวุโสคนนั้นบอกไม่มีทางแก้ปัญหาได้สำเร็จหรอก ต้องทำอีกแบบหนึ่งรับรองแก้ปัญหาได้ ซึ่งก็คือ ....

แต่เนื่องจากงานดังกล่าวเสร็จสิ้นแล้ว ผมก็เลยไม่ทราบว่าได้มีการนำเอาคำแนะนำของผมไปใช้หรือไม่

หลายครั้งที่ผมพบว่าการได้มาซึ่งชื่อเสียงและรางวัลนั้น ไม่จำเป็นต้องได้มาจากงานที่ลงไปสัมผัสด้วยตนเอง เพียงแค่เอางานที่คนอื่นทำเอาไว้ (โดยไม่ต้องไปสนด้วยว่าเขาได้ผลงานมาอย่างไร) มารวบรวมและนำเสนอ (เช่นตีพิมพ์เป็นบทความ) แล้วค่อยมาอ้างว่าระดับเขาแล้วควรทำงานแค่สั่งการหรือมอบหมายให้คนอื่นไปทำ แต่ถ้าจะซักไซร้ลงรายละเอียดพื้นฐานแล้วล่ะก็ คงตอบไม่ได้ หรือไม่ก็แก้ปัญหาไม่ได้ ต้องใช้วิธีนั่งเป็นหัวหน้างาน และหาคนอื่นมาทำงานแทนให้ พอได้วิธีแก้ปัญหาแล้วก็ค่อยรับบทเป็นผู้นำเสนอ

บ่อยครั้งที่นิสิตทั้งปริญญาโทและปริญญาเอกมาปรึกษาปัญหาเรื่องการทำวิจัยกับผม ไม่ว่าจะเป็นวิธีการทดลอง การอ่านผลการทดลอง การเลือกเทคนิคการคำนวณ หรือแม้กระทั่งขอให้ช่วยแก้ไข/หาที่ผิดในโปรแกรมคำนวณของเขา เนื่องจากอาจารย์ที่ปรึกษาของเขาบอกแต่เพียงว่า ไม่รู้ ไม่ถนัด ให้ไปหาวิธีคิดเอาเอง ถ้าผลการทดลอง/การคำนวณมีปัญหาก็ไม่ต้องมาคุย ฯลฯ ซึ่งความจริงก็คืออาจารย์ไม่รู้วิธีแก้ปัญหา และไม่คิดจะค้นหาวิธีแก้ปัญหา ไม่ว่าจะเป็นการค้นหาด้วยตนเอง หรือค้นหาร่วมกับนิสิตผู้ทำการทดลอง ใช้วิธีโยนปัญหาทั้งหมดให้นิสิตไปหาวิธีแก้ แล้วค่อยมารายงานให้ทราบ

ผมเคยถามนิสิตเหล่านี้กลับไปว่า จริงหรือเปล่าที่อาจารย์เขาไม่สนใจว่าคุณจะได้ผลการทดลองมาได้อย่างไร ขอเพียงให้ได้ผลการทดลองที่นำไปเขียนบทความได้ก็พอ ถ้าเป็นเช่นนั้นจริงคุณก็เปลี่ยนวิกฤตเป็นโอกาสเลยสิ ทำตัวเหมือนกับทำการทดลองอยู่ แล้วก็เขียนผลแลปให้อาจารย์เขาตามที่อาจารย์เขาต้องการเลย ผมเห็นหลายคนเขาก็ทำกันอย่างนี้จนจบการศึกษา หรือไม่ก็มีผลงานส่งให้กับบริษัทที่ให้ทุนทำวิจัย

ออกนอกเรื่องมานานแล้ว ทีนี้ลองกลับมาพิจารณาดูรูปที่ ๑ ระบบด้านซ้ายเป็นระบบที่อากาศไหลผ่าน Bubble column ส่วนระบบด้านขวาเป็นระบบที่อากาศไหลผ่าน Fixed-bed โดยอากาศไหลจากล่างขึ้นบน (กำหนดให้ค่าความดันลดคร่อมตัวคอลัมน์หรือเบดมีค่าเท่ากัน) ซึ่งถ้าทำการทดลองจะพบว่าลูกลอยของ ratameter ที่วัดอัตราการไหลของอากาศของ Bubble column จะเต้นขึ้นลง ส่วนตัวที่วัดอัตราการไหลของอากาศผ่าน Fixed-bed จะอยู่นิ่ง

นั่นแสดงว่าพฤติกรรมการไหลของอากาศในระบบทั้งสองนั้นมีความแตกต่างกันอยู่ แล้วความแตกต่างนั้นอยู่ตรงไหน

การไหลของอากาศผ่าน Bubble column ในรูปของฟองแก๊สนั้น ไม่ได้ไหลในรูปแบบที่เป็นเฟสต่อเนื่อง แต่การไหลของอากาศผ่าน Fixed-bed นั้น อากาศไหลในรูปแบบที่เป็นเฟสต่อเนื่อง ในกรณีของ Bubble column นั้นความเร็วเชิงเส้น (m/s) ของอากาศ ณ ตำแหน่งใด ๆ ตั้งแต่ตำแหน่งที่อออกจากวาล์วปรับอัตราการไหลจะไม่คงที่ แต่จะลดลง-เพิ่มขึ้นสลับกันไปมา ในขณะที่ในกรณีของ Fixed-bed นั้นความเร็วเชิงเส้นของอากาศ ณ ตำแหน่งใด ๆ ตั้งแต่ตำแหน่งที่ออกจากวาล์วปรับอัตราการไหลจะคงที่

ถึงตอนนี้คงมีคำถามกันแล้วว่าทำไมในกรณีของ Bubble column ความเร็วเชิงเส้นของอากาศ ณ ตำแหน่งใด ๆ ตั้งแต่ตำแหน่งที่อออกจากวาล์วปรับอัตราการไหลจึงไม่คงที่

อากาศนั้นเป็นของไหลที่ถูกอัดให้มีปริมาตรเล็กลงได้ เราลองพิจารณาโดยเริ่มตั้งแต่เริ่มเปิดให้แก๊สไหลเข้า rotameter เมื่อแก๊สไหลผ่านวาล์วปรับอัตราการไหล แรงต้านการไหลของแก๊สคือแรงดันของน้ำ ดังนั้นที่ตำแหน่งปลายท่อที่ต่อเข้ากับถังน้ำนั้นอากาศที่ไหลผ่านวาล์วจะรวมตัวกันเป็นฟองอากาศที่ค่อย ๆ โตขึ้น ความเร็วของอากาศ ณ ตำแหน่งนี้จะมีค่าเป็นศูนย์ (หรือประมาณได้ว่าเป็นศูนย์)

เมื่ออากาศไหลเข้ามาเรื่อย ๆ ความดันในส่วนของท่อตั้งแต่ด้านขาออกของวาล์วปรับความดัน-rotamter-ท่อต่อเข้าก้นถังน้ำ จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ (แต่ความเร็วของแก๊สที่ไหลผ่าน rotameter ลดลงเพราะความดันต้านทานด้านขาออกของวาล์วปรับอัตราการไหลสูงขึ้น) จนในที่สุดก็สามารถเอาชนะความดันของน้ำได้ ฟองอากาศก็จะหลุดลอยขึ้นไป ความด้านต้านทานด้านขาออกของวาล์วปรับอัตราการไหลก็จะลดลงกระทันหัน อากาศก็จะเคลื่อนผ่านวาล์วอัตราการไหลอย่างรวดเร็ว ทำให้ลูกลอยของ rotameter พุ่งขึ้น และเมื่อแรงต้านสูงขึ้น ความเร็วการไหลก็จะลดลงอีก ทำให้ลูกลอยลอยต่ำลงอีก พอฟองอากาศที่เกิดขึ้นใหม่หลุดลอยไปอีก อากาศส่วนใหม่ก็จะเคลื่อนที่เข้ามาอย่างรวดเร็วอีก และเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ซ้ำไปเป็นจังหวะ ทำให้เห็นลูกลอยของ rotameter เคลื่อนขึ้นลงตลอดเวลา

วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวคือ ย้ายตำแหน่งที่ติดวาล์วปรับอัตราการไหล จากตำแหน่งด้านขาเข้า rotameter ไปเป็นตำแหน่งด้านขาออกของ rotameter (กล่าวคืออยู่ระหว่าง rotameter กับก้นถังน้ำ)

สัปดาห์ที่ผ่านมาผมบอกกับสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนติเมตรในระหว่างที่เรากำลังแก้ปัญหาเครื่อง GC-2014 ว่า สิ่งที่เรากำลังกระทำอยู่นั้น ไม่ได้ทำให้พวกคุณจบเร็วขึ้น แต่อาจทำให้พวกคุณจบช้าลง และมันก็ไม่ได้ทำให้ผมได้บทความด้วย เราจะไม่สนปัญหาดังกล่าวก็ได้โดยหลับหูหลับตาและทำการทดลองโดยใช้ผลการวิเคราะห์ผิด ๆ แต่นั่นเป็นเรื่องที่หลอกลวงตนเองที่ผมยอมรับไม่ได้

และที่สำคัญคือสิ่งที่จะได้จากการเรียนกับผมนั้น ไม่ใช่ผลการทดลองที่ออกมาดูดี แต่เป็นการทำอย่างไรเพื่อให้ได้ผลการทดลองที่ออกมาถูกต้อง สิ่งที่ควรเรียนรู้จากเหตุการ์ที่ผ่านมาคือจากปัญหาที่เราประสบนั้น เราตั้งสมมุติฐานที่มาของปัญหาเอาไว้อย่างไร และเราทำการทดสอบสมมุติฐานต่าง ๆ อย่างไร เพราะสิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่ทุกคนเมื่อจบไปแล้วสามารถนำไปใช้ในการแก้ปัญหาต่าง ๆ ที่ต้องประสบในการทำงานของตัวเอง

วิธีการเรียนรู้การแก้ปัญหาที่ดีที่สุดคือ การได้อยู่ในเหตุการณ์ขณะที่ปัญหานั้นเกิดและได้ร่วมกระบวนการหาหนทางแก้ไขปัญหานั้น ซึ่งปัญหาต่าง ๆ จะเกิดขึ้นเมื่อใดนั้นเราก็บอกไม่ได้ ผมถึงบอกให้พวกคุณ (โดยเฉพาะปี ๑) ให้พยายามมาที่แลปเป็นประจำ เพราะถ้ามีใครมาขอให้ช่วยแก้ปัญหาเมื่อใด ผมก็ต้องลงมือโดยเร็ว ไม่เคยคิดจะโทรไปตามใครต่อใครให้มาเรียน

ปรกติแล้ว ถ้าไม่ใช่งานในหน้าที่แล้วผมเป็นคนที่ไม่ค่อยจะสอนอะไรให้ใครซะด้วย เว้นแต่ว่าเขาผู้นั้นได้แสดงให้เห็นว่ามีความต้องการจริงที่จะเรียนรู้สิ่งต่าง ๆ จากผม

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๑๓) MO Memoir : Thursday 28 October 2553

บันทึกฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติตอนที่ ๖ ความดันกับ 6-port sampling valve MO Memoir : Saturday 23 October 2553

วันนี้วันออกพรรษา (ขึ้น ๑๕ ค่ำเดือน ๑๑) และเป็นวันปิยมหาราชด้วย ไม่รู้เหมือนกันว่าพวกคุณจะไปตักบาตรเทโวในตอนเช้าวันพรุ่งนี้หรือเปล่า (รู้จักหรือเปล่าว่าตักบาตรโทโวคืออะไร)

เรื่องที่จะกล่าวใน memoir ฉบับนี้ก็เป็นตอนต่อจากฉบับที่แล้ว ซึ่งระบบที่กล่าวถึงในตอนที่แล้วเป็นระบบที่สาวน้อยหน้าใสใส่แว่นยิ้มได้ทั้งวัน (ตอนนี้ได้ข่าวว่าได้งานทำที่บริษัทเกี่ยวกับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่โคราชใกล้บ้านตัวเอง ซึ่งผมถือว่าการได้งานทำใกล้บ้านเดิมนับว่าเป็นโชคดี) ต้องมาแก้ปัญหาเรื่องการควบคุมอัตราการไหลที่ไม่นิ่งของ mass flow controller

แต่พอมาถึงขณะนี้ปรากฏว่าระบบดังกล่าวมีการติดตั้ง GC ต่อออนไลน์เข้ากับระบบ โดยทำการฉีดสารตัวอย่างผ่านทาง 6-port sampling valve ซึ่งเมื่อนำเอา GC มาต่อเข้ากับท่อทางแก๊สออกก็พบว่า mass flow controller แสดงพฤติกรรมควบคุมการไหลไม่ได้อีก ซึ่งเรื่องนี้ก็ได้อธิบายให้พวกคุณฟังไปแล้วเมื่อวันพฤหัสบดีที่ผ่านมา ซึ่งผมก็ไม่รู้เหมือนกันว่าแต่ละคนจะจดจำไปได้เท่าใด ก็เลยขอบันทึกแจกให้ทุกคนจะได้เข้าใจตรงกัน

เราจะใช้รูปที่ ๑ ข้างล่างในการอธิบาย

รูปที่ ๑ เปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงความดันในระบบท่อที่ไม่มี (เส้นสีเขียว) และมี (เส้นสีแดง) การติดตั้ง 6-port sampling valve ไว้ด้านขาออก

ระบบเครื่องปฏิกรณ์ fixed-bed ตามปรกติของเรานั้นจะระบายแก๊สที่ออกจากเครื่องปฏิกรณ์ออกสู่บรรยากาศ การเก็บแก๊สตัวอย่างจะกระทำโดยใช้ syringe การเปลี่ยนแปลงความดันในระบบจะเป็นไปตามเส้นสีเขียวในรูปที่ ๑

แต่ระบบที่กำลังทำการปรับปรุงอยู่นั้นจะทำการต่อท่อด้านขาออกจากเครื่องปฏิกรณ์เข้าสู่ระบบฉีดแก๊สเข้าเครื่อง GC โดยตรง โดยอาศัย 6-port sampling valve

แต่เนื่องจากรูด้านสำหรับให้แก๊สไหลเข้าของ 6-port sampling valve นั้นมีขนาดเล็กมาก (น่าจะสักประมาณ 1/16") ทั้งนี้เพื่อที่จะลด dead volume ภายในตัววาล์ว จึงทำให้ความต้านทานการไหลผ่านตัววาล์วมีค่าค่อนข้างมาก จึงทำให้ความดันในระบบส่วนต้นทางของตัววาล์วมีค่าเพิ่มสูงขึ้นดังแสดงด้วยเส้นสีแดงในรูปที่ ๑

ทีนี้ถ้าเราคงความดันด้านขาออกจาก pressure regulator (ก่อนเข้า mass flow controller) ไว้ที่ P0(a) แต่พอติดตั้ง6-port sampling valve เข้าไปจะทำให้ความดันต้านด้านขาออกของ mass flow controller เพิ่มมาเป็น P1(b) ซึ่งจะเห็นได้ว่าผลต่างความดันระหว่างด้านขาเข้าและด้านขาออกของ mass flow controller (ค่า P0(a) - P1(b)) มีค่าไม่มาก จึงทำให้ mass flow controller ไม่สามารถควบคุมการไหลได้ดี

การแก้ปัญหาทำได้โดยการเพิ่มความดันด้านขาออกจาก pressure regulator (ก่อนเข้า mass flow controller) เป็น P0(b) ซึ่งก็จะพบว่า mass flow controller สามารถทำงานควบคุมการไหลได้ดีเหมือนเดิม

นี่เป็นคำอธิบายว่าทำไมตอนที่สาวน้อยหน้าใสใส่แว่นยิ้มได้ทั้งวันทำแลปนั้น ตั้งความดันด้านขาออกจาก pressure regulator ไว้ที่ 1.5 barg ก็เพียงพอแล้ว แต่พอสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนติเมตรมาทำแลป กลับต้องเพิ่มความดันด้านขาออกนี้เป็น 2.0 barg

ปรับเปลี่ยนความดันใหม่แล้วก็อย่าลืมทำการสอบเทียบ mass flow controller ใหม่ด้วย

ความดันของแก๊สที่อยู่ใน sampling loop ของ 6-port sampling valve นั้นประมาณได้ว่าใกล้เคียงกับความดันด้านขาเข้าตัววาล์ว (หรือความดัน P2(b) เพราะท่อทางไหลออกจากตัว loop นั้นก็มีขนาดเล็กด้วย) ซึ่งความดันนี้จะสูงกว่าความดันบรรยากาศ และค่าความดันนี้อาจเปลี่ยนแปลงไปได้ตามภาวะที่เราทำการทดลอง

ดังนั้นจึงต้องมีการวัดค่าความดัน P2(b) นี้ เพื่อทำให้สามารถเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ของ GC ได้

นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมผมถึงบอกให้สาวน้อยหนึ่งร้อยห้าสิบเซนติเมตรติดตั้งมาโนมิเตอร์ (หรือเกจย์วัดความดันที่สามารถอ่านค่าได้ละเอียด) เอาไว้วัดความดันแก๊สก่อนเข้า sampling valve ของ GC

พึงระลึกว่าพื้นที่ใต้พีคที่ GC รายงานนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณสารที่ฉีดเข้าไป ในกรณีของระบบที่เรากำลังปรับปรุงนี้เราฉีดแก๊สตัวอย่างด้วยปริมาตรคงที่ (คือปริมาตรของ sampling loop) แต่ความดันอาจเปลี่ยนแปลงไปตามภาวะที่ทำการทดลอง ดังนั้นแม้ว่าแก๊สที่เราฉีดเข้าไปนั้นจะมีองค์ประกอบเดียวกัน แต่ถ้าฉีดด้วยความดันที่สูงกว่าก็จะเห็นปริมาณสารมากกว่า

เช่นถ้าคุณทำการวิเคราะห์ความเข้มข้นของออกซิเจนในอากาศโดยการฉีดอากาศครั้งแรกที่ความดันบรรยากาศ และฉีดครั้งที่สองที่ความดัน 2 บรรยากาศ โดยการฉีดทั้งสองครั้งฉีดด้วยปริมาตรที่เท่ากัน คุณจะเห็นพื้นที่ใต้พีคออกซิเจนที่ได้จากการฉีดครั้งที่สองมากกว่าพื้นที่ใต้พีคที่ได้จากการฉีดครั้งแรกอยู่ 2 เท่า แต่ถ้าคุณนำพื้นที่ใต้พีคที่ได้นั้นมาหารด้วยความดันที่ทำการฉีดเข้าไป คุณจะได้พื้นที่ใต้พีคเดียวกัน

การเปรียบเทียบผลการทดลองจึงต้องนำผลการวิเคราะห์ที่ได้มาปรับให้อยู่ที่ภาวะความดันเดียวกันก่อน

ตัวอย่างเช่นการฉีดครั้งที่หนึ่งฉีดที่ความดัน 0.1 barg (หรือ 1.1 bar สัมบูรณ์) ได้พื้นที่ใต้พีคมา A หน่วย

การฉีดครั้งที่สองฉีดที่ความดัน 0.3 barg (หรือ 1.3 bar สัมบูรณ์) ได้พื้นที่ใต้พีคมา B หน่วย

การฉีดครั้งที่สามฉีดที่ความดัน 0.0 barg (หรือ 1.0 bar สัมบูรณ์) ได้พื้นที่ใต้พีคมา C หน่วย

เพื่อที่จะเปรียบเทียบผล เราก็ต้องทำการปรับค่าพื้นที่ใต้พีคที่ได้ให้มาอยู่ที่ความดันเดียวกันก่อน ซึ่งโดยปรกติก็มักจะใช้ที่ความดันบรรยากาศ(0.0 barg หรือ 1.0 bar สัมบูรณ์)

ดังนั้นเราต้องนำพื้นที่ใต้พีคของการฉีดครั้งที่หนึ่งมาหารด้วย 1.1 ได้ค่า A/1.1

นำค่าพื้นที่ใต้พีคที่ได้จากการฉีดครั้งที่สองมาหารด้วยค่า 1.3 ได้ค่า B/1.3 และ

นำค่าพื้นที่ใต้พีคที่ได้จากการฉีดครั้งที่สามมาหารด้วยค่า 1.0 ได้ค่า C/1.0

จากนั้นจึงนำค่าที่คำนวณได้มาเปรียบเทียบกัน

การทำ calibration curve ก็ควรต้องทำการปรับค่าความดันมาอยู่ที่ความดันบรรยากาศด้วย

memoir ฉบับที่แล้วผมแจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำลง blog แต่ถ้าเพื่อนฝูงคุณคนในแลปเขาสนใจ หรือคุณเห็นว่าจะมีประโยชน์แก่เขาและตัวคุณในการทำงานร่วมกับคุณ คุณก็สามารถแจกจ่ายเขาได้

หรือใครก็ตามที่อ่าน blog นี้แล้วอยากรู้ว่า memoir ฉบับ ๒๑๔ พูดเรื่องอะไรเอาไว้ ก็ลองติดต่อกับสมาชิกของกลุ่มก็แล้วกัน ส่วนสมาชิกของกลุ่มที่จบไปแล้วก็ขอมาได้โดยตรงที่ผมก็ได้

(หน่วย barg คือ bar gauge ซึ่งเท่ากับ ความดันสัมบูรณ์ (bar absolute) ลบด้วยความดันบรรยากาศ ดังนั้นที่ความดันบรรยากาศคือ 0 barg)

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติตอนที่ ๕ ความดันกับการควบคุมอัตราการไหล MO Memoir : Friday 22 October 2553

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเผยแพร่ลง blog

การเรียนปริญญาเอก MO Memoir : Sunday 17 October 2553

บ่ายวันนี้ได้อ่านบทความของ อาจารย์ชัยอนันต์ สมุทวณิช (ซึ่งปัจจุบันดูเหมือนว่าจะดำรงตำแหน่งเป็นผู้อำนวยการโรงเรียนวชิราวุธ) ทาง www.manager.co.th ในหัวข้อเรื่อง "การเรียนปริญญาเอก" เนื้อหาเป็นอย่างไรก็ขอให้อ่านเอาเองข้างล่างก่อน ซึ่งผมคัดลอกหน้าเวปมาให้อ่านโดยตรง

ผมเห็นด้วยกับบทความนี้ตรงนี้หลายจุด แต่ที่อยากเน้นคือตรงที่เรามักถูกสอนโดยเน้นไปที่ให้สนใจเฉพาะวิชาการที่จะทำให้เรียนจบเท่านั้น มักไม่ถูกสอนเรื่องการใช้ชีวิต

สมัยที่ผมเรียน อาจารย์ที่ปรึกษาของผม (เขาเป็นชาวอเมริกันเชื้อสายยิว แต่ชอบที่จะอาศัยอยู่ในอังกฤษ) ก็สอนผมแบบที่อาจารยชัยอนันต์ได้เล่ามา คือไม่เพียงแต่สอนด้านวิชาการเท่านั้น แต่ยังสอนให้เรียนรู้การใช้ชีวิตด้วย

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติตอนที่ ๔ การใช้ประแจและการขันนอต MO Memoir : Saturday 9 October 2553

เรื่องมันเกิดขึ้นเมื่อวันอังคารที่ ๕ ที่ผ่านมา เมื่อมีโทรศัพท์โทรมาหาและบอกว่าไม่สามารถอัดความดันให้กับ autoclave ได้ ผมก็ตอบกลับไปว่ามันต้องมีจุดรั่วไหลที่ใดที่หนึ่งสักแห่ง แต่ก็ได้รับคำตอบกลับมาว่าหาไม่เจอ ผมก็เลยต้องลงไปดูเองและก็พบว่าจุดรั่วไหลก็คือฝาปิด autoclave นั่นเอง ที่มาของปัญหาดังกล่าวก็คือตอนปิดฝานั้นเขาขันนอตไม่ถูกลำดับ และขันตึงแน่นเกินไปในทีเดียว ดังนั้นแม้ว่าจะพบว่านอตทุกตัวที่ยึดฝา autoclave เอาไว้จะขันแน่น แต่มันก็รั่วอยู่ดี

คำว่า "Bolt" นั้นคนไทยมักเรียกว่า "นอตตัวผู้" ส่วนศัพท์บัญญัติคือ "สลักเกลียว"

ส่วนคำว่า "Nut" นั้นคนไทยมักเรียกว่า "นอตตัวเมีย" ส่วนศัพท์บัญญัติคือ "แป้นเกลียว"

แต่ในที่นี้ขอเรียกรวม ๆ กันว่า "นอต" ก็แล้วกัน

อุปกรณ์ที่ใช้ขันนอต (ไม่ว่าจะขันให้แน่นหรือถอดออก) ก็คือ "ประแจ" นั่นเอง

ในที่นี้จะกล่าวถึงประแจที่ใช้กันทั่วไป ๓ แบบคือ ประแจปากตาย ประแจแหวน และประแจเลื่อน

ประแจปากตายและประแจแหวนนั้นมีขนาดที่ตายตัว หัวประแจด้านหนึ่งจะขันนอตได้เพียงขนาดเดียว ทำให้ต้องมีประแจปากตายและประแจแหวนไว้เป็นชุด เพื่อที่จะขันนอตได้หลายขนาด ส่วนประแจเลื่อนนั้นเราสามารถปรับขนาดหัวของมันได้ ดังนั้นประแจเลื่อนตัวเดียวจึงสามารถขันนอตได้หลายขนาด

แต่ประแจเลื่อนก็มีข้อเสียคือจับหัวนอตได้ไม่แน่น และถ้าขันแรงมากเกินไปก็อาจทำให้มุมหัวนอตเยินได้

แม้ว่าประแจปากตายและประแจเลื่อนนั้นจะจับหัวนอตได้แน่นก็จริง แต่ก็ต้องเลือกขนาดที่ถูกต้อง เพราะระบบกำหนดขนาดของประแจปากตายและประแจเลื่อนนั้นมีอยู่ ๓ ระบบด้วยกัน คือ ระบบนิ้วที่ระบุขนาดเป็นนิ้ว ระบบเมตริกที่ระบุขนาดเป็นมิลลิเมตร และระบบที่ระบุขนาดเป็นเบอร์

ตัวอย่างเช่นประแจในรูปที่ ๑ ข้างล่างที่ปลายด้านหนึ่งเป็นประแจปากตายและปลายอีกด้านหนึ่งเป็นประแจแหวน ขนาดที่ระบุไว้คือเบอร์ 10

รูปที่ ๑ ประแจเบอร์ 10 ที่มีข้างซ้ายเป็นประแจปากตายและข้างขวาเป็นประแจแหวน

ประแจปากตายนั้นสามารถสอดเข้าทางด้านข้างของนอตที่จะขันได้ ส่วนประแจแหวนนั้นต้องสวมลงไปบนนอตที่จะขัน ดังนั้นถ้านอตอยู่ในตำแหน่งที่ไม่สามารถสวมประแจแหวนได้ ก็ต้องใช้ประแจปากตายในการขัน แต่ถ้านอตอยู่ในตำแหน่งที่สามารถใช้ได้ทั้งประแจปากตายและประแจแหวนล่ะ ควรใช้อันไหน

ถ้าหากไม่ต้องการขันนอตนั้นให้แน่น หรือเป็นการถอดนอตที่ไม่ได้ขันแน่น จะใช้ประแจปากตายหรือประแจแหวนก็ให้ผลที่เหมือนกัน แต่ถ้าต้องการขันนอตให้แน่น หรือเป็นการถอดนอตที่ติดแน่นอยู่ การใช้ประแจแหวนจะดีกว่าเพราะว่าประแจแหวนนั้นจับที่มุมของหัวนอตทุกมุม แรงกดที่มุมจึงกระจายไปตามมุมต่าง ๆ ในขณะที่ประแจปากตายจะจับที่มุมเพียงสองมุมเท่านั้น สมมุติว่าเราทำการขันนอตหกเหลี่ยม ดังนั้นที่แรงบิดเดียวกันถ้าเราใช้ประแจแหวน แรงนั้นจะกระจายไปตามมุมต่าง ๆ ๖ มุมของหัวนอต แต่ถ้าใช้ประแจปากตายแรงนั้นจะอยู่ที่มุมเพียง ๒ มุมเท่านั้นเอง ในขณะที่อีก ๔ มุมที่เหลือไม่ได้รับแรงใด ๆ เลย ทำให้หัวนอตมีโอกาสเยินสูงกว่าการใช้ประแจแหวน

รูปที่ ๒ การจับเข้ากับหัวนอตของ (ซ้าย) ประแจปากตาย และ (ขวา) ประแจแหวน ในกรณีที่เราหมุนในทิศทางตามเข็มนาฬิกา (ลูกศรสีน้ำเงิน) แรงกระทำจะกระทำตรงมุมที่ลูกศรสีแดงชี้

การขันนอตที่เรียงกันเป็นวงเพื่อยึดสิ่งใดก็ตาม (เช่นล้อรถยนต์ การขันหน้าแปลนเชื่อมต่อท่อหรือฝา autoclave) ไม่ใช่ว่านึกจะขันอย่างไรก็ได้ สิ่งสำคัญคือต้องให้นอตทุกตัวมีความตึงเท่ากันหรือขันแน่นเท่ากัน เพราะถ้าความตึงแตกต่างกันมากก็ก่อให้เกิดปัญหาได้ เช่นยึดล้อรถได้ไม่ตรงแนว เกิดการรั่วที่หน้าแปลนหรือฝา autoclave ได้ วิธีการขันที่ถูกต้องคือค่อย ๆ ขันให้แน่นทีละน้อย และขันนอตสลับไปมาระหว่างสองฝั่งที่อยู่ตรงข้ามกัน

รูปที่ ๓ ในการขันนอตที่เรียงกันเป็นวง เช่น (รูปซ้าย) นอตล้อรถ หรือ (รูปขวา) นอตที่ปิดฝา autoclave นั้น การขันจะเป็นการขันนอตคู่ที่อยู่ตรงข้ามกัน (ตามลำดับหมายเลขที่แสดงในรูป) โดยค่อย ๆ ขันให้ตึงทีละน้อย ๆ สลับกันไปเรื่อย ๆ จนครบทุกตัว แล้วก็วนขันรอบใหม่

ตัวอย่างเช่นในการขันนอตยึดฝา autoclave ของเราที่มีนอตยึดอยู่ ๖ ตัว เริ่มด้วยการปิดฝา autoclave โดยให้ประเก็นอยู่ในร่องอย่างถูกต้อง จากนั้นจึงขันนอตให้ตึงด้วยมือตามลำดับ 1-2-3-4-5-6 ดังแสดงในรูปที่ ๓ (ขันให้ตึงด้วยมือในที่นี้หมายถึงใช้นิ้วหมุนจนไม่สามารถหมุนได้อีก

เมื่อเราขันตึงด้วยนิ้วเรียบร้อยแล้ว ก็เริ่มทำการขันรอบใหม่ โดยค่อย ๆ ใช้ประแจขันตึงให้แน่นทีละน้อย ๆ โดยยังคงหลักการขันนอตตัวที่อยู่เป็นคู่ตรงข้ามกัน พอครบทุกตัวแล้วก็วนรอบใหม่ ซึ่งในแต่ละรอบนั้นจะพบว่าต้องเพิ่มแรงการหมุนขึ้นเรื่อย ๆ

ในกรณีของประเก็นหรือ o-ring ที่ใช้กันการรั่วซึมนั้น (เช่นกรณีการปิดฝา autoclave ของเรา) ถ้าเราขันแน่นมากเกินไปจะทำให้ประเก็นหรือ o-ring สูญเสียรูปร่าง ทำให้เกิดการรั่วซึมได้ แต่ถ้าเราขันไม่แน่นพอ แรงกดที่ผิวประเก็นหรือ o-ring ก็ไม่ไม่มากพอ ก็จะเกิดการรั่วซึมเช่นเดียวกัน ในงานที่สำคัญนั้นจะใช้ประแจทอร์ค ซึ่งเป็นประแจที่มีสเกลบอกแรงบิดที่ใช้ขัน หรือสามารถตั้งแรงบิดที่ใช้ขันได้ ใครที่เอารถเข้าศูนย์เพื่อเปลี่ยนยางหรือสลับยางจะเห็นช่างเขาเอาประแจแบบนี้มาขันนอตทุกตัวปิดท้ายทุกครั้ง เพื่อให้มั่นใจว่านอตทุกตัวขันตึงเท่ากันหมด

แต่สำหรับงานของเรานั้น คงต้องใช้ประสบการณ์และความรู้สึก ซึ่งจะได้ด้วยการลงมือปฏิบัติด้วยตนเองเท่านั้น ไม่สามารถเรียนรู้ได้จากการดู การอ่าน หรือการฟังผู้อื่นเล่าให้ฟัง แต่โดยหลักคืออย่าขันแน่นทีเดียว ให้ค่อย ๆ ขันให้แน่นทีละน้อย ๆ แล้วทดสอบการรั่วซึม ถ้าพบว่ายังมีอยู่ก็ขันแน่นเข้าไปอีก และทำการทดสอบการรั่วซึมซ้ำ

ในกรณีของหน้าแปลนบางชนิดเช่นหน้าแปลนเชื่อมต่อท่อไอน้ำที่ร้อน เมื่อเราขันแน่นในขณะที่ท่อเย็นและทดสอบว่าไม่มีการรั่วซึมแล้วนั้น แต่เมื่อท่อนั้นร้อนขึ้นก็อาจพบการรั่วซึมได้ ทั้งนี้เป็นเพราะเมื่อนอตร้อนขึ้น นอตก็จะขยายตัว (ยืดตัวยาวออก) ทำให้แรงกดที่หน้าแปลนลงลงไป ทำให้ต้องมีการกลับมาตรวจสอบการรั่วซึมเมื่อท่อร้อนขึ้นและขันยึดหน้าแปลนที่รั่วนั้นให้แน่นขึ้น แต่สำหรับระบบที่ไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมาก ก็ไม่ต้องกังวลกับปัญหาดังกล่าว

รูปล้อรถในรูปที่ ๓ เป็นรถของผมเอง Memoir ฉบับนี้เลยขอเปิดโอกาสให้ร่วมสนุก ให้ทายว่าล้อดังกล่าวเป็นล้อข้างไหน (หน้าซ้าย หน้าขวา หลังซ้าย หรือหลังขวา) ส่งคำตอบมาได้ที่ mo.memoir@gmail.com (ดูให้ดีนะว่าผมให้ส่งคำตอบไปที่อีเมล์ไหน ส่งผิดอีเมล์จะไม่รับพิจารณา) หนึ่งคนส่งได้แค่คำตอบเดียวเท่านั้น (ห้ามเปลี่ยนคำตอบ) และห้ามฝากเพื่อนหรือใช้อีเมล์เพื่อนตอบคำถามด้วย หมดเขตรับคำตอบเวลา ๒๓.๕๙ น ของคืนวันพุธที่ ๑๓ ตุลาคม ๒๕๕๓ (ใช้เวลาที่แสดงในอีเมล์เป็นสำคัญ) ใครทายถูกจะมีรางวัลให้ (คิดว่าน่าจะเป็นของฝากจากการไปเที่ยว)

สมาชิกคนใดในกลุ่มไม่ตอบคำถามมาในเวลาที่กำหนด จะถือว่าไม่ได้อ่านบันทึกที่ส่งไปให้จนจบ

เฉลย : ล้อหลังขวา (ศุกร์ ๑๕ ตค ๕๓ ๒๒.๐๐ น)

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๑๒) MO Memoir : Friday 8 October 2553

เอกสารนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเผยแพร่ทาง blog

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๑๑) MO Memoir : Friday 8 October 2553

บันทึกนี้แจกจ่ายเป็นการภายในเฉพาะผู้ที่กำลังศึกษาอยู่เท่านั้น ไม่นำลง Blog

MO Workshop ครั้งที่ ๑ MO Memoir : Sunday 3 October 2553

หลังจากที่คิดมาหลายวันว่าจะสอนเรื่องอะไรดีในการจัด Workshop ครั้งแรกของกลุ่มเรา (ครั้งต่อไปก็คงจะเป็นเรื่องเดิม ๆ นี้แหละ) ตอนนี้ก็ได้ข้อสรุปออกมาคร่าว ๆ ถึงเรื่องที่จะสอนดังเขียนไว้ข้างล่าว บางเรื่องดูเหมือนว่ามันเป็นเรื่องธรรมดา แต่เหตุการณ์เหล่านี้ต่างก็มีตัวอย่างที่เกือบทำให้หรือทำให้เกิดอุบัติเหตุในแลปมาแล้ว

๑. การใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า

- ปลั๊กไฟฟ้า การเสียบปลั๊กไฟ ชนิดของปลั๊กไฟและเต้ารับ (เทคนิคการเผาแลปแบบหน่วงเวลา)

- สายไฟฟ้า การต่อสายไฟ การต่อสายดิน การป้องกันสายไฟฟ้าและอุปกรณ์ (เทคนิคการวางแผนฆาตกรรมให้ไฟดูดเพื่อนร่วมงาน)

- กระแสไฟฟ้าและตัวประกอบกำลัง อุปกรณ์ที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้า (ตั้งแต่ 1/2 hP ขึ้นไป) (เทคนิคการทำให้อุปกรณ์เสียหาย ซึ่งแม้แต่ UPS และ Voltage stabilizer ก็ไหม้ไปด้วย)

- การใช้เตาความร้อน (heater) (ของมันไม่ดี หรือคุณใช้มันไม่เป็น)

- อุปกรณ์ไฟฟ้าชนิด explosive proof (เรื่องที่เคยมีบางคนเที่ยวเอาไปคุยอวดคนอื่น แต่ผมน่ะพูดไม่ออก อยากจะบอกเข้าว่าถ้าเข้าใจไม่ถูกก็เข้าใจใหม่ได้)

๒. น้ำ

- น้ำบริสุทธิ์สำหรับห้องปฏิบัติการและการผลิต (ใครที่ยังไม่รู้ว่าน้ำกลั่นกับน้ำดีมินมันมีที่มาที่ไปอย่างไร หรือมันใช้แทนกันได้หรือไม่ได้ ก็จะเฉลยกันในงานนี้)

๓. เครื่องแก้วในห้องปฏิบัติการ

- ความถูกต้องแม่นยำของเครื่องแก้วแต่ละชนิด (คุณควรใช้อะไรตวงของเหลว)

- การใช้ volumetric flask (เมื่อปริมาตรของเหลวที่เปียกผิวภาชนะก็มีนัยสำคัญ ผมเคยให้ผลสอบนิสิตป.เอกคนหนึ่งเป็น "ตก" ก็ด้วยเหตุผลนี้แหละ แต่เขาก็สอบผ่านด้วยคะแนนเสียงข้างมาก)

- ว่าด้วยเรื่องบิวเรตและปิเปต (เมื่อนิสิตป.ตรีปี ๑ เรียนวิชาเดียวกันในเทอมเดียวกัน แต่กับอาจารย์คนละคน อาจารย์คนที่หนึ่งบอกว่าไม่ต้องไล่ของเหลวที่ตกค้างที่ปลายปิเปต ส่วนอาจารย์คนที่สองบอกว่าต้องไล่ของเหลวที่ตกค้างที่ปลายปิเปตออกให้หมด คำถามคืออาจารย์สองคนนี้คนไหนอายุมากกว่ากัน)

- การทำความสะอาด การทำให้แห้ง และการเก็บ (เทคนิคการวางระเบิดในตู้อบเครื่องแก้ว)

๔. เชื้อเพลิงและการเผาไหม้

- กลไกการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส

- Flash point, Fire point, Explosive limit etc.

๕. การดับเพลิง

- ชนิดและความเหมาะสมของถังดับเพลิงชนิดต่าง ๆ (ถังดับเพลิงนะ ไม่ใช่ที่วางกั้นไม่ให้ประตูปิด)

- การดับเพลิงที่ลุกไหม้อยู่ในภาชนะ (เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ ที่ทำให้ใครคนหนึ่งได้ผ้าห่มมาสองผืน)

- สาร pyrophoric (ตัวก่อเรื่องให้เกิดไฟไหม้มาสองครั้งแล้ว ก็พี่เล่นเอาเมทานอลไปดับไฟ แล้วมันจะเหลืออะไร)

๖. สารเคมี

- การจัดเก็บ (ทำอย่างไรดีเมื่อชั้นวางสารเคมีถล่มลงมา เหตุเกิดเมื่อหลายปีที่แล้ว)

- การกำจัด

- สารที่ห้ามผสมเข้าด้วยกัน (เทคนิคการวางระเบิดแบบหน่วงเวลาที่ถล่ม Hood มาแล้ว และยังมีรายการประเภท นิสิตบอกว่า "ก็เห็นรุ่นที่เขาทำได้โดยไม่เห็นเกิดอะไร" ส่วนอาจารย์ที่ปรึกษาบอกว่า "ผมไม่รู้มาก่อนว่ามันเจอกันไม่ได้" และผมก็บอกไปว่า "ควรจะอ่าน MSDS บ้าง ไม่ใช่อ่านแต่ paper")

๗. เรื่องอื่น ๆ

- Water bath แบบทำเอง (นิสิต senior project เกือบโดนไฟจากอีเธอร์ครอกเอาก็งานนี้แหละ แผลกายหายสนิทแต่แผลใจไม่รู้ว่าป่านนี้จะหายหรือยัง)

- ทำอย่างไรเมื่อขวดแก้วบรรจุสารเคมี (ที่มีสารเคมีอยู่เต็ม) ตกแตก

- ที่เหลือแล้วแต่เหตุการณ์พาไป

เท่าที่ทราบ ผู้ที่จะเข้าร่วมงานจะมี

ผม (ซึ่งรับหน้าที่เป็นผู้บรรยายและแฉเหตุการณ์ต่าง ๆ) ๑ คน

นิสิตป.โท ที่เป็นสมาชิกของกลุ่มทุกคน ๗ คน (ผู้หญิงทั้งนั้น)

นิสิต senior project ๒ คน

นิสิตป.โท (จากแลปแถว ๆ ห้องที่เราจะจัด workshop) กัน ๓ คน

ดังนั้นบ่ายวันอังคาร สอบเสร็จแล้วให้มาหาผมด้วย จะได้ให้ตังค์ไปจัดซื้อของว่างสำหรับกิจกรรมของเรา (หรืออยากทอดไข่เจียวอีกก็ได้)