ירון הנדסה

"מה תפקידו של מיכל האויר? היכן להתקינו? האם כל מערכת צריכה מיכל אויר? מהו הנפח האופטימלי? "

שאלות אלו ואחרות נוספות עולות בנושא מיכל האויר ולאמיתו של דבר חלק גדול מהתשובות שנויות במחלוקת.

לפני שנתחיל לענות על השאלות שהצבנו, כדאי להדגיש שכל מיכל כזה חייב להיות מיוצר לפי תקן ישראלי למיכלי לחץ מספר 4295. כמו כן חייב לעבור בדיקה של מכון התקנים או גוף מוסמך אחר ובדיקה של בודק מוסמך מטעם משרד העבודה. בנוסף לבדיקה והאישור הראשוניים, חייב המיכל לעבור בדיקה תקופתית ע"י בודק מוסמך .

1. תפקיד מיכל האויר

התפקידים העיקריים של מיכל האויר הנם:

א. ייצוב לחץ האויר ע"י אגירת/אספקת עודף/חוסר ספיקה בזמנים קצרים.

ב. הערכת אינטרוול מחזורי דחיסה/סרק וע"י כך חסכון באנרגיה ובבלאי.

ג. עידוד בהפרדת נוזלים ומזהמים מהאויר הדחוס וניקוזם.

ד. קירור נוסף של האויר הדחוס לפני כניסתו למייבשים (בקיץ).

ה. הנחתת פולסים של לחץ הנובעים מעבודת מדחסי  Positive Displacement.

2.  היכן להתקין את מיכל האויר ?

קיימות מספר אפשרויות ולכל אחת יתרונות וחסרונות.

א. התקנת המיכל אחרי מצנן האויר הסופי של המדחס ולפני המייבש. זהו המיקום המקובל ביותר והמומלץ ע"י רב המהנדסים והיצרנים. היתרון העיקרי הוא הורדת עומס מסוים מהמייבשים שמותקנים אחריו. יתרון נוסף הוא שמיכל זה יכול לשרת מספר מדחסים ומספר מייבשים בו זמנית. החסרון העיקרי הוא שבעת צריכה גבוהה רגעית המייבש עלול 'לראות' ספיקות גבוהות מספיקת המדחס, ספיקות שאולי המייבש לא מתוכנן להן. חסרון נוסף הוא ש'בנק' האויר הנו אויר רטוב.

ב. התקנת המיכל אחרי מייבש האויר. היתרון העיקרי הוא שגם בעת צריכת אויר רגעית גדולה, לא יוכל מייבש האויר 'לראות' ספיקה גדולה יותר ממה שהמדחס מסוגל לספק. יתרון נוסף הוא ש'בנק' האויר הנו אויר יבש. החסרון בהתקנה זו הנו היתרון של ההתקנה הקודמת.

ג. התקנת המיכל בסוף קו האויר לפני הצרכן. מיקום זה בד"כ לא מהווה תחליף למיקומים שהוזכרו בסעיפים הקודמים. נהוג להוסיף מיכל אגירה בסוף קו האויר ליד הצרכן הסופי כאשר יש צרכן שמשתמש באופן פתאומי בספיקה גבוהה של אויר שעלולה לגרום לנפילת לחץ הן בצרכן זה והן בצרכנים סמוכים.

ד. התקנת שני מיכלי אויר, אחד אחרי המצנן הסופי לפני המייבש ('מיכל רטוב') ואחד אחרי המייבש ('מיכל יבש'). פתרון טוב אך עלול להיות יקר יותר.

3. האם כל מערכת צריכה מיכל אויר?"

בשנות ה-70, עם גידול הפופולאריות של מדחסים בורגיים, מדחסי להבים ואפילו מדחסים צנטריפוגליים, הבטיחו חלק מהיצרנים שבעזרת שיטת הבקרה ה'פרופורציונלית' שלהם, אין צורך במיכל אויר כל זמן שנפח הצנרת גדול דיו כ- 4 ליטר לכל [cfm] 1. השיטה אולי עבדה עד אמצע שנות ה-80, אך עם הניסיון לשפר את מערכות הבקרה ולחסוך באנרגיה, התגלה שהמערכות בהן לא הותקן מיכל אויר לא הצליחו לחסוך באנרגיה כפי שציפו.

היום למעט מספר מערכות בקרה מתוחכמות, הדעה הרווחת והמוסכמת על רב האוטוריטות הנה שיש להתקין מיכל אויר בנפח של כ-10 ליטר לכל [L/sec] 1  ספיקה.

4. מהו הנפח האופטימלי של מיכל האויר?

ראשית נקדים ונאמר שישנן לפחות שתי נקודות מבט לחישוב נפח מיכל האויר. האחת מצד ציוד הדחיסה והשניה מצד התהליך.

א. בכל מקרה שבוחרים מצד ציוד האויר הדחוס, מומלץ להתייעץ עם יצרן הציוד הספציפי כיוון שליצרנים שונים תשובות שונות לשאלה זו. אנו בחרנו כאן את שיטת החישוב המומלצת ע"י חברת "אטלס קופקו" למדחסים בורגיים.

V [Litre] = 0.25*Q*P₁*T₀ / (f_max*(P_u-P_L)*T₁)

V   = נפח המיכל. [Litre].

Q   = ספיקת המדחס [L/sec].

P₁ = לחץ אבסולוטי כניסת אויר למדחס [bara].

T₁ = טמפרטורת כניסת אויר למדחס [⁰K].

T₀ = טמפרטורת האויר  במיכל [⁰K].

P_u = לחץ יציאת המדחס לסרק [bara].

P_L = לחץ כניסת  המדחס לדחיסה [bara].

f_max= תדירות מחזורי דחיסה. 1_Cycle/30_Sec

אם נפשט את הנוסחה ונניח  = 0.5 [bar] P_u-P_{L ,} נוכל להגיע ל'כלל אצבע ולומר שמומלץ נפח של 15 ליטר לכל 1 ליטר בשניה של ספיקה.

ב. במקרה שבוחרים את המיכל מצד התהליך, יש לקחת בחשבון מקרה בו אחד המדחסים מפסיק לדחוס, כמה זמן ייקח למדחס הגיבוי מרגע קבלת ההתראה ועד לאספקת אויר (t). מהו לחץ העבודה המינימלי שהציוד עדיין מתפקד (P_m)? מהו לחץ העבודה המינימלי הרגיל (P_M) ? במקרה זה אי אפשר לעבוד עם לחץ מינימלי כל הזמן כיון שאז בעצם אין משמעות לנפח האויר שבמיכל. להלן נוסחה מקורבת:

V [Litre] = t*Q_f / (P_M-P_m)

V   = נפח המיכל. [Litre].

Q   = ספיקת המפעל [L/sec].

P_M = לחץ העבודה בעת תקלת מדחס [bara].

P_m = לחץ העבודה המינימלי המותר  [bara].

ג.  במקרה שיש דרישה מצד התהליך, בד"כ מיכל זה יהי גדול יותר מאשר דרישת יצרני הציוד, אך בכל מקרה יש לחשב גם לפי יצרני הציוד ולבחור את המיכל הגדול מבין השניים.