แก๊สเป็นตัวกลางส่งผ่านหรือรับความร้อนที่ไม่ดีเหมือนของเหลว
ที่เห็นได้ชัดคือเครื่องยนต์รถ
ที่ต้องใช้น้ำรับความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ในกระบอกสูบ
(พื้นที่รับความร้อนมีจำกัด)
จากนั้นจึงให้น้ำร้อนนั้นระบายความร้อนให้กับอากาศที่รังผึ้งหม้อน้ำอีกที
(พื้นที่ระบายความร้อนสูง
มีครีบช่วยระบายความร้อนอีก)
ในกรณีที่คิดว่าจะไม่เกิดปัญหากับองค์ประกอบของแก๊ส
การลดอุณหภูมิของแก๊สก็อาจทำได้โดยการฉีดของเหลวที่เย็นผสมเข้าไปในแก๊สนั้น
(เช่นด้านขาเข้าคอมเพรสเซอร์)
เพื่อให้การระเหยของของเหลวนั้นดึงความร้อนออกจากแก๊ส
การเพิ่มอุณหภูมิแก๊สร้อนที่ออกจากกังหันแก๊สเพื่อเอาแก๊สร้อนไปใช้งานอื่นก็จะใช้การเผาเชื้อเพลิงในแก๊สร้อนนั้นโดยตรง
โดยใช้ออกซิเจนที่หลงเหลืออยู่ในแก๊สร้อนนั้นเป็นตัวออกซิไดซ์
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้อากาศเป็นตัวรับความร้อนที่เห็นกันทั่วไปเห็นจะได้แก่เครื่องปรับอากาศขนาดเล็กและตู้เย็นที่ใช้กันตามบ้านเรือนและอาคารทั่วไป
ในส่วนของโรงงานนั้นมักจะไม่ค่อยเห็นเมื่อเทียบกับการระบายความร้อนด้วยการใช้น้ำหล่อเย็น
ที่ปริมาณความร้อนที่ต้องระบายออกเท่ากัน
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้น้ำจะมีขนาดเล็กกว่า
(แบบเดียวกับเครื่องยนต์รถยนต์)
แต่ถ้าไม่แน่ใจว่าจะมีน้ำหล่อเย็นพอเพียงกับการใช้งาน
การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ระบายความร้อนด้วยการใช้อากาศเป็นตัวรับความร้อนก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง
เพราะไม่ต้องกังวลว่าจะไม่มีอากาศพอเพียง
รูปที่
๑
ที่นำมาแสดงเป็นตัวอย่างของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้อากาศเป็นตัวระบายความร้อน
สายที่ต้องการทำให้เย็นจะไหลอยู่ในท่อ
(ส่วนจะไหลในทิศทางเดียวหรือวนกลับไปมานั้นก็เป็นอีกเรื่องหนึ่ง)
โดยตัวท่อจะวาง
"นอน"
ผิวท่อด้านนอกจะมีครีบช่วยในการระบายความร้อน
และอากาศรับความร้อนจะไหลจากล่างขึ้นบน
การจัดวางรูปแบบนี้ก็เพื่อให้ไม่ขัดแย้งกับ
"natural
convection" คือการที่อากาศร้อนลอยตัวสูงขึ้น
(อันนี้ไม่เหมือนกันในรถยนต์นะ
ที่รังผึ้งหม้อน้ำมันวางตั้งเอาไว้หน้าสุดเลย
ไม่ได้วางนอน
ทั้งนี้เป็นเพราะลักษณะพื้นที่ที่มีจำกัดและการเข้าถึงชิ้นส่วนต่าง
ๆ เพื่อการซ่อมบำรุงที่เป็นตัวกำหนด)
แต่ความเร็วของอากาศที่ไหลผ่านผิวท่อด้านนอกด้วยปรากฏการณ์
natural
convection นั้นมักจะไม่มากพอ
ก็เลยมักจะต้องติดตั้งพัดลมช่วย
ถ้าเป็นช่วย "ดูด"
(คือดูดอากาศด้านที่ไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน)
ก็จะเรียกว่าเป็นแบบ
"induced
draft" แต่ถ้าเป็นแบบอัดอากาศให้ไหลผ่านก็จะเรียกว่าเป็นแบบ
"forced
draft"
การติดตั้งพัดลมนั้นตัวใบพัดต้องอยู่ในเส้นทางการไหลของอากาศอยู่แล้ว
(ก็มันเป็นหน้าที่ของมัน)
แต่ตัวมอเตอร์ที่ใช้หมุนพัดลมไม่จำเป็นต้องต่อตรง
(หรือผ่าน
gear
box) เข้ากับใบพัดนะ
โดยเฉพาะในกรณีของ "induced
draft" เพราะมันเป็นการติดตั้งในด้านที่อากาศ
"ร้อน"
ไหลผ่าน
แต่ถ้ามั่นใจว่ามอเตอร์มันทนอากาศร้อนด้านขาออกได้ก็แล้วไป
(ตัวมอเตอร์เองยังต้องมีครีบระบายความร้อนเลย)
การติดตั้งมอเตอร์เยื้องออกมาทางด้านข้างมันก็มีข้อดีตรงที่ช่วยลดความสูงของอุปกรณ์
แล้วค่อยใช้การส่งกำลังผ่านสายพานหรือเพลาเพื่อไปหมุนใบพัดอีกที
ท่อทั่วไปที่ผลิตกันนั้นจะเป็นผิวเรียบทั้งด้านในและด้านนอก
การเพิ่มความสามารถในการถ่ายเทความร้อนจากภายในท่อออกสู่อากาศก็จะใช้การติดตั้ง
"ครีบ"
เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวในการถ่ายเทความร้อน
ในขณะที่ชนิดโลหะที่ใช้ทำท่อถูกกำหนดด้วยอุณหภูมิ
ความดัน และการทนต่อสารที่ไหลอยู่ภายในท่อ
วัสดุที่ใช้ทำครีบมักจะถูกกำหนดด้วยค่าการนำความร้อนของโลหะ
โดยโลหะที่มีค่าการนำความร้อนสูงจะเป็นตัวที่เหมาะสม
ดังนั้นจึงไม่แปลกถ้าจะพบว่ามีการใช้อะลูมิเนียมและทองแดงมาทำเป็นตัวครีบ
ส่วนตัวท่อทำจากโลหะชนิดอื่น
(ในกรณีของการใช้โลหะต่างชนิดกันเช่นนี้ก็ควรต้องคำนึงถึงเรื่องการกัดกร่อนเนื่องจากการมีโลหะต่างชนิดกันสัมผัสกันเรียกว่า
galvanic
corrosion เอาไว้ด้วย)
ตัวอย่างหน้าตาของครีบระบายความร้อนแสดงไว้ในรูปที่
๒ แต่ตัวครีบเองก็ยังทำหน้าที่เก็บสะสมสิ่งสกปรกต่าง
ๆ (พวกฝุ่งผงหรือละอองของเหลวเล็ก
ๆ)
ที่ลอยมากับอากาศระบายความร้อนเอาไว้ด้วย
รูปที่
๑ ตัวอย่างโครงสร้างของ
Air
cooled heat exchanger (เอกสารเก่า
อายุกว่า ๓๐ ปีแล้ว)
รูปที่
๒ ตัวอย่างโครงสร้างครีบเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับอากาศ
(จากเอกสารเก่า
อายุกว่า ๓๐ ปีแล้ว)
รูปที่
๓ ในหน้าถัดไปเป็นตัวอย่าง
data
sheet สำหรับ
air
cooled heat exchager
ที่ใช้อากาศเป็นตัวรับความร้อนจากสารที่ไหลอยู่ในท่อ
โดยอากาศไหลผ่านครีบด้านนอก
(จะว่าไปก็ไม่เคยเห็นหรือเคยได้ยินเหมือนกันที่จะให้อากาศระบายความร้อนนั้นไหลอยู่ทางด้านในของท่อ
จะมีหรือเปล่าก็ไม่รู้)
รูปที่
๓ ตัวอย่าง data
sheet สำหรับ
air
cooled heat exchanger (จากเอกสารเก่า
อายุกว่า ๓๐ ปีแล้ว)
และอย่างเช่นเคย
เริ่มแรก (บรรทัดที่
1-3)
ก็เป็นข้อมูลเกี่ยวกับชื่อผู้ใช้งาน
การนำไปใช้งาน สถานที่ติดตั้ง
และผู้ผลิตอุปกรณ์
จากนั้นจึงตามด้วยขนาดและรูปแบบอุปกรณ์
(บรรทัดที่
4-7)
ที่เกี่ยวข้องกับพื้นที่ผิวถ่ายเทความร้อน
เมื่อมีครีบติดตั้ง (finned
tube) และไม่มีครีบติดตั้ง
(bare
tube) ปริมาณความร้อนที่ต้องการถ่ายเท
ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนในขณะใช้งานจริง
(service)
และเมื่อผิวท่อสะอาด
(clean)
ถัดลงมาในบรรทัดที่
9-20
ก็เป็นส่วนรายละเอียดของสารที่ไหลอยู่ในท่อ
ซึ่งอาจเป็นของเหลวหรือแก๊ส
(ที่อาจมีการควบแน่นหรือไม่เกิดการควบแน่น)
ก็ได้
ถ้าสารที่ไหลในท่อนั้นเป็นไอที่สามารถควบแน่นได้
ก็ต้องคำนึงถึงการระบายเอาของเหลวที่เกิดจากการควบแน่นนั้นออกจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วย
ถัดจากนั้นจะเป็นส่วนของอากาศที่ไหลผ่าน
(บรรทัดที่
21-25)
ตรงบรรทัดที่
22
มีหน่วยปริมาณอากาศ
SCFM
เข้าใจว่าย่อมาจาก
Standard
Cubic Feet per Minute
คือต้องมีการปรับค่าปริมาตรไปที่ค่าความดันและอุณหภูมิมาตรมาตรฐาน
(ส่วนค่านั้นจะอยู่ที่อุณหภูมิและความดันเท่าใดนั้นก็ไปตกลงกันเองก็แล้วกัน)
และตรงบรรทัดที่
23
ที่มีหน่วยวัดปริมาณอากาศ
ACFM
ก็น่าจะย่อมาจาก
Actual
Cubic Feet per Minute หรือลูกบาศก์ฟุตต่อนาที
ที่คิด ณ อุณหภูมิและความดันของการทำงาน
และยังมีคำถามเกี่ยวกับระดับความสูง
ALTITUDE
คือเป็นระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเล
(ไม่ใช่วัดจากพื้นโรงงาน)
เพราะในพื้นที่ที่สูงกว่าระดับน้ำทะเลมาก
ๆ ความหนาแน่นอากาศจะลดลง
ส่วนตรงบรรทัดที่ 25
นั้นเป็นเรื่องของความเร็วลมที่ไหลผ่าน
(ทั้งในหน่วยระยะทางต่อหน่วยเวลา
และน้ำหนักต่อหน่วยเวลา)
และอุณหภูมิต่ำสุดของอากาศ
(เพราะอากาศในสภาพแวดล้อมมันจะเย็นลงเท่าใดก็ได้
ไม่มีการแข็งตัวเหมือนน้ำ)
บรรทัดที่
26-39
เป็นรายละเอียดของวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง
ที่แยกเป็นส่วนมัดท่อหรือกลุ่มท่อ
(tube
bundle) ในคอลัมน์แรกก่อนว่าจะมีกี่ชุด
ต่ออนุกรมหรือต่อขนานกัน
คอลัมน์กลางเป็นรายละเอียดส่วนหัว
(header)
ที่ทำหน้าที่กระจายของไหลให้ไหลเข้าไปในท่อต่าง
ๆ และรวบรวมของไหลที่ไหลผ่านท่อเหล่านั้นออกมา
ว่าจะให้มีการไหลผ่านเพียงเที่ยวเดียวหรือมีการไหลวนย้อนกลับมา
และชนิดของปะเก็นที่ใช้
และคอลัมน์ขวาสุดที่เป็นรายละเอียดของตัวท่อ
(tube)
ที่เกี่ยวข้องกับ
ขนาด วัสดุ และรายละเอียดของครีบ
บรรทัดที่
40-59
จะเป็นส่วนของชิ้นส่วนทางกล
โดยเริ่มจากคอลัมน์ซ้ายที่เป็นคำถามเกี่ยวกับตัวพัดลม
เช่น ขนาด ความเร็วรอบการหมุน
จำนวนใบพัด การปรับมุมใบพัด
วัสดุที่ใช้ทำ
คอลัมน์กลางเป็นส่วนของอุปกรณ์ที่ใชัขับเคลื่อน
เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า
และความเร็วรอบการหมุนของอุปกรณ์ขับเคลื่อน
ส่วนคอลัมน์ขวาสุดเป็นส่วนของอุปกรณ์ทดรอบเพื่อลดความเร็ว
(คือความเร็วรอบการหมุนของใบพัดมักจะต่ำกว่าความเร็วรอบการหมุนของมอเตอร์เสมอ)
ว่าจะมีการทดรอบด้วยวิธีใด
(เช่นใช้เฟืองทดรอบ
สายพาน)
และจะลดความเร็วรอบลงเหลือเท่าใด
การเรียนการสอนวิศวกรรมเคมีในบ้านเรานั้นจะจำกัดอยู่ตรงเรื่องการหาขนาดหรือ
sizing
เป็นหลัก
แต่ในการนำไปใช้งานจริงนั้นจะมีเรื่องความแข็งแรงทางกลและหน่วยขับเคลื่อนเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย
ซึ่งเรื่องพวกนี้ถ้าจะถามว่าในหลักสูตรมีการเรียนการสอนไหม
คำตอบก็คือมี
แต่สิ่งที่ขาดไปคือการแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ของเนื้อหาต่างวิชาที่เรียนนั้นว่ามันเกี่ยวข้องกันอย่างไร
คือเรามีเรียนวิชาเครื่องกลและไฟฟ้ากำลัง
แต่ตัวอย่างที่เรียนกันนั้นก็มักจะเป็นตัวอย่างเฉพาะทางในสาขานั้นโดยไม่มีตัวอย่างที่เกี่ยวข้องกับงานทางวิศวกรรมเคมีแสดงให้เห็น
อีกสาเหตุหนึ่งอาจเป็นเพราะตัวอาจารย์ผู้สอนเอง
(โดยเฉพาะในปัจจุบัน)
ที่มีความรู้เน้นไปทางด้าน
"เฉพาะทาง"
ที่เกี่ยวข้องกับงานวิจัยเป็นหลัก
การเรียนการสอนวิชาในระดับปริญญาตรีจึงมักจะจำกัดอยู่เพียงแค่ที่ปรากฏอยู่ในตำราเป็นหลัก
บทความในชุดทำความรู้จัก
Data
Sheet
ที่นำมาเสนอนี้มีวัตถุประสงค์ข้อหนึ่งก็เพื่อให้ผู้เรียนทางด้านวิศวกรรมเคมีได้มีตัวอย่างภาพความสัมพันธ์ระหว่างเนื้อหาวิชาต่าง
ๆ จากต่างสาขาวิชาว่าเกี่ยวข้องกับการทำงานอย่างไรบ้าง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น