Suzuki-Kompressori

[Yleisajattelija]

Niin onkin. Volumetrinen hyötysuhde on ero teoreettisen ja todellisen tuoton välillä. Alhainen volumetrinen hyötysuhde pienentää tuottoa, mutta myös tehontarvetta. Isoterminen hyötysuhde taas kertoo paljonko työtä puristukseen tarvitaan verrattuna ideaaliin isotermiseen prosessiin.

Projektissani on tarkoitus saada mahdollisimman paljon paineilmaa. Sähköä on saatavilla tarpeeksi ja iso moottori, joten ylimääräinen tehontarve ei sinänsä haittaa, kun kone tulee satunnaiseen käyttöön.
Siksi olen kiinnitänyt huomioni täysin volumetriseen hyötysuhteeseen. Sitä laskevat puristussuhde, sylinterin täytös ja vuodot. Puristussuhteen vaikutuksen voi laskea, ja vuodoille löysin jostain kirjasta tavanomaisen arvon. Siksi uskallan melko varmasti jyvittää lopun "puuttuvan" tuoton johtuvan sylinterin täytöksestä.

Tuo "Carnot Compressor" firma väittää näin:

"Carnot’s technology fundamentally transforms compression by removing heat during the compression process, rather than after it has been compressed. By capturing the waste heat of compression throughout the compression process, the energy required to compress air can be significantly reduced compared to common compressor technology."

Tuosta nyt jos lukee, niin olisi edullista jäähdyttää ilmaa puristuksen aikana, jolloin päästään lähemmäs isotermistä prosessia. Juju on nyt ilmeisesti siinä, että jos mitataan vain kellon ja paineen avulla loppupainetta eikä lämpötilaa mitata olenkaan niin säiliössä on eri määrä ilmaa (=energiaa) riippuen lämpötilasta.

Muoks: volumetrinen hyötysuhde on merkityksellinen ainakin hydrauliikassa koska puristukseen en mene tehoa https://wiki.metropolia.fi/pages/viewpage.action?pageId=12158126. Ilman kohdalla tilanne ei ole sama.
Muoks2: Ilman kohdalla häviöt tulevat siis lisäksi ja ne ovat merkittäviä.

 

[JKAVS]

Tuo "Carnot Compressor" firma väittää näin:

"Carnot’s technology fundamentally transforms compression by removing heat during the compression process, rather than after it has been compressed. By capturing the waste heat of compression throughout the compression process, the energy required to compress air can be significantly reduced compared to common compressor technology."

Tuo kompressori puristaa ilman kuplina veden joukossa, joten jäähdytys on tehokasta. Nimi on otettu ilmeisesti siitä, että Carnot'n prosessin yksi osa on isoterminen puristus, ja tuo kompressori toimii hyvin lähelle sen tavoin.
Kompressorin toimintaperiaate on sama kuin trompessa, jolla on muinoin tehty paineilmaa virtaavan veden avulla. Se on vain Carnot-kompressorissa muutettu painovoiman sijaan keskipakoisvoimalla toimivaksi.

Tuosta nyt jos lukee, niin olisi edullista jäähdyttää ilmaa puristuksen aikana, jolloin päästään lähemmäs isotermistä prosessia. Juju on nyt ilmeisesti siinä, että jos mitataan vain kellon ja paineen avulla loppupainetta eikä lämpötilaa mitata olenkaan niin säiliössä on eri määrä ilmaa (=energiaa) riippuen lämpötilasta.

Tästä oli puhetta toisessa ketjussa. Jos säiliön sisällön lämpötila on tiedossa, niin ideaalikaasun tilanyhtälön avulla voidaan laskea tarkalleen säiliössä oleva ainemäärä. Jos lämpötilatietoa ei ole, niin laskelmat on aina epätarkkoja.

Ja jäähdytys tosiaan on edullista, minkä vuoksi käytetään monivaiheisia kompressoreja. Kuumemman kaasun puristaminen vaatii enemmän työtä, joten kun kaasun lämpötila pidetään vakiona puristuksen aikana, vie puristus pienimmän mahdollisen energiamäärän. Ideaalissa isotermisessä puristuksessa kaasun lämpötila ei nouse, vaan kaikki puristukseen käytetty työ siirtyy lämpönä pois kaasusta.

Termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan systeemin sisäenergian muutos on systeemiin siirretty lämpömäärä + systeemiin tehty työ. Isotermisessä puristuksessa kaasusta siirtyy ulos yhtä suuri lämpömäärä kuin sen puristukseen tehdään työtä, joten kaasun sisäenergia ei muutu. Tästä seuraa siis se, että paineilma ei sisällä energiaa verrattuna samaan määrään (massa/ainemäärä) normaalipaineista ilmaa samassa lämpötilassa. Kaikki kompressorin tekemä työ siirtyy lämpönä ympäristöön eikä paineilmaan jää yhtään siinä vaiheessa kun se on jäähtynyt alkulämpötilaan.

Paineilman käyttäminen vastaavasti jäähdyttää ympäristöä yhtä paljon kuin kompressori lämmitti. Energian sijasta paineilma siis sisältää kyvyn paisua ja imeä energiaa ympäristöstään.
Tietenkään ei voi sanoa että paineilma ei sisältäisi lainkaan energiaa. Kaikki kaasut sisältävät energiaa, jos lämpötila on absoluuttisen nollapisteen yläpuolella. Paineilma vain ei sisällä enempää energiaa kuin mikään muukaan ilma samassa lämpötilassa.

Noin siis teoriassa. Käytännössä mikään tilanmuutos ei ole palautuva ja energiaa kuluu aina hiukan enemmän.

Muoks: volumetrinen hyötysuhde on merkityksellinen ainakin hydrauliikassa koska puristukseen en mene tehoa https://wiki.metropolia.fi/pages/viewpage.action?pageId=12158126. Ilman kohdalla tilanne ei ole sama.
Muoks2: Ilman kohdalla häviöt tulevat siis lisäksi ja ne ovat merkittäviä.

Hydrauliikassa volumetrinen hyötysuhde on käytännössä sama kuin vuoto. Se vaikuttaa suoraan hyötykäyttöön saatavaan tehoon, kun öljy ensin paineistetaan, mutta päätyykin sitten takaisin alkupaineeseen tekemättä mitään.
Kompressorissa asia ei ole niin yksinkertainen. Vuotoja koskee tietysti sama kuin hydrauliikkaakin. Kun paineistettu ilma menee hukkaan, menee myös energiaa hukkaan. Toisaalta kompressorissa myös huono sylinterin täytös laskee volumetristä hyötysuhdetta, mutta ei merkittävästi lisää energiankulutusta. Jos ilma ei alun perinkään ole sylinterissä, ei sen puristaminenkaan kuluta energiaa. Huono täytös tosin aiheuttaa ilman suuremman kuumenemisen puristuksen aikana, mikä varmaan lisää energianhukkaa.

 

[Tunkki]

On myös hienoa joskaan ei niin tarpeellista, että kompressori käynnistyttyään tuottaa paineistettua ilmaa, joka paineisen muotonsa luovuttaessaan liikuttaa jotain liikuteltavaa elementtiä. Hyvänä esimerkkinä voidaan esittää hiekanhyvästä, joka paineisen ilman kohdatessaan saa siitä liike-energiapurskeen vaihtaen sijaintia jokseenkin oletetulla ja ennustetulla tavalla.

En pilkkaa, minusta asioiden esittäminen fiksummin kuin ne ovat on pelkästään hyvä asia. Arkiseen banaaliuteen saamme niin usein tyytyä, tieten tahtoenkin