Hiệu suất khí nén là gì? Cách nâng cao hiệu suất khí nén

Trong các nhà xưởng và nhà máy công nghiệp hiện đại, khí nén được ví như “nguồn năng lượng thứ tư” sau điện, nước và gas. Nó có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp. Hiểu rõ hiệu suất khí nén là gì là cách doanh nghiệp tối ưu hóa hiệu quả làm việc, ngoài ra tiết kiệm năng lượng vượt trội.

1. Hiệu suất khí nén là gì?

Hiệu suất khí nén là tỷ lệ giữa lượng khí được nén và lượng năng lượng thực tế tiêu hao để thực hiện quá trình nén đó.

Mỗi thiết bị đầu cuối trong nhà xưởng đều có một định mức lưu lượng khí tiêu thụ riêng biệt, ví dụ dưới đây là bảng tham khảo nhu cầu khí nén tiêu chuẩn của một số dụng cụ phổ biến:

Khi các bộ phận bên trong máy nén khí bị lão hóa hoặc không được bảo dưỡng tốt, lưu lượng khí thực tế cấp ra sẽ sụt giảm đáng kể so với thông số định mức của nhà sản xuất. Ví dụ như một chiếc van máy nén bị mòn, năng suất cấp khí thực tế của máy có thể bị kéo giảm tới 20%. Để bù đắp lượng khí hao hụt này, máy nén buộc phải chạy lâu hơn, tiêu tốn nhiều điện hơn và nhanh hỏng hơn. Ngược lại, hệ thống có hiệu suất khí nén càng cao thì lượng năng lượng tổn hao càng thấp, giúp giảm tối đa chi phí vận hành và tăng độ bền cho thiết bị.

Tóm lại, hiệu suất khí nén là một thước đo quan trọng phản ánh mức độ tiết kiệm năng lượng và hiệu quả của hệ thống trong việc chuyển hóa điện năng (hoặc nhiên liệu đầu vào) thành lượng khí nén hữu ích phục vụ sản xuất.

2. Tầm quan trọng của hiệu suất khí nén là gì?

Nhiệm vụ của mỗi công xưởng, nhà máy là làm sao duy trì được hiệu suất khí nén ở mức tối ưu. Những lợi ích có thể nhận được khi làm được điều này:

• Tối ưu chi phí điện năng cực kỳ lớn cho hệ thống khí nén vốn được vận hành nhờ điện.
• Giảm chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ thiết bị, tiết kiệm chi phí sửa chữa, bảo trì và thay mới
• Đảm bảo sản xuất ổn định, nâng cao năng suất tránh gián đoạn dây chuyền sản xuất và ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm.
• Bảo vệ môi trường: Giảm lượng tiêu thụ vô ích đồng thời giảm lượng khí thải nhà kính ra môi trường giúp doanh nghiệp thực hiện tốt các tiêu chuẩn sản xuất xanh.

3. Cách đo lường hiệu suất khí nén chuẩn xác

Để cải thiện hiệu suất, trước hết doanh nghiệp cần đo lường các chỉ số thực tế. Có hai phương pháp tiếp cận chính là phương pháp đo trực tiếp trên máy nén khí với các thông số đo ban đầu là lưu lượng khí, áp suất nén, nhiệt độ khí vào/ra và công suất tiêu thụ của máy. 

Phương pháp thứ hai đo lường trong quá trình sử dụng thực tế tại nhà máy bằng cách sử dụng đồng hồ đo điện ở nguồn cấp và đồng hồ đo lưu lượng ở đầu ra của máy nén khí.

Cách định lượng rò rỉ tại chỗ đơn giản:

Rò rỉ khí nén là nguyên nhân hàng đầu gây sụt giảm hiệu suất. Đối với máy nén có cơ chế điều khiển đóng/ngắt tải (On/Off), bạn có thể tự ước lượng mức rò rỉ tại chỗ qua các bước sau:

1. Ngắt hoặc tắt toàn bộ các thiết bị tiêu thụ khí nén trong nhà xưởng.
2. Khởi động máy nén khí để nâng áp suất hệ thống lên mức vận hành bình thường.
3. Tiến hành bấm giờ và ghi lại thời gian máy nén chạy ở trạng thái BẬT (đóng tải - T) và trạng thái TẮT (ngắt tải - t) liên tục trong khoảng 8 - 10 chu kỳ để lấy giá trị trung bình.
4. Áp dụng công thức tính lượng rò rỉ của hệ thống:

Mức rò rỉ của hệ thống:

Mức rò rỉ thực tế (m3/phút) = (QxT)/(T+t)

Trong đó: 

• Q: Lưu lượng khí ngoài được cấp vào trong thời gian kiểm tra, được tính bằng m3/phút.

Nếu lượng rò rỉ vượt quá 10%, hệ thống của bạn đang cần được bảo trì khẩn cấp để ngăn chặn lãng phí dòng tiền.

Các công thức tính hiệu suất khí nén là gì? 

Trong kỹ thuật, hiệu suất máy nén khí được phân tích qua ba chỉ số chính:

• Hiệu suất đoạn nhiệt (%): Chỉ số này thể hiện mức độ chuyển hóa điện năng thành thế năng khí nén một cách tối ưu. Hiệu suất này càng cao thì máy nén chuyển đổi điện năng càng tốt.

Hiệu suất đoạn nhiệt (%) = Năng lượng yêu cầu cho quá trình nén lý tưởng / Năng lượng tiêu thụ thực tế * 100%

• Hiệu suất đẳng nhiệt (%) Đây là chỉ số hiệu suất thường được nhà sản xuất ghi nhận trong hồ sơ máy.

Hiệu suất đẳng nhiệt = Công suất đầu vào thực tế đo được / Công suất đẳng nhiệt

Trong đó công thức tính công suất đẳng nhiệt là:

Công suất đẳng nhiệt = (P1 x Q1 x ln(r))/36.7

Với P1 là áp suất khí vào tuyệt đối tính bằng kg/cm2

Q1  là lưu lượng cấp khí tự do FAD tính bằng m3/giờ

r là tỷ số nén P2/P1

• Hiệu suất thể tích (%)

Hiệu suất thể tích = Lưu lượng khí thực tế cấp ra (m3/phút) / thể tích lý thuyết của xi lanh máy nén 

Trong đó, thể tích lý thuyết của xi lanh được tính như sau:

Thể tích lý thuyết = (số pi x D^2)/4 x L x S x X x n

Với:

D: Đường kính xi lanh

L: Hành trình xi lanh

S: Tốc độ quay vòng/phút

X: Hệ số tác động bằng 1 đối với xi lanh đơn và bằng 2 đối với xi lanh kép

n : số lượng xi lanh

 4. Những yếu tố bào mòn hiệu suất khí nén

Hiệu suất khí nén không phải là một thông số cố định mà chịu tác động mạnh bởi các yếu tố vận hành thực tế, như:

• Rò rỉ khí nén qua các mối nối, van, khớp nối mềm, bẫy nước,..
• Công nghệ và phân loại máy nén tùy theo công nghệ như piston, trục vít, ly tâm, tua bin
• Điều kiện nhiệt độ và độ ẩm môi trường đầu vào (nhiệt độ và độ ẩm tăng, không khí loãng máy tốn nhiều công sức và điện năng hơn)
• Hao hụt áp suất do thiết kế đường ống kém (đường ống quá dài, đường kính ống quá nhỏ, bố trí quá nhiều góc ngoặt, khớp nối không cần thiết)
• Chất lượng không khí đầu vào kém và bộ lọc bẩn
• Điện áp cung cấp không ổn định
• Thiếu dầu bôi trơn và bảo dưỡng kém

5. Cách tối ưu hóa hiệu suất khí nén cho doanh nghiệp

Các biện pháp sau nếu được thực hiện đồng bộ sẽ đồng thời “vá” các lỗ rò rỉ năng lượng và đưa hiệu suất hệ thống lên mức tối đa.

• Chủ động tìm kiếm và khắc phục rò rỉ triệt để
• Thực hiện nghiêm túc lịch bảo trì định kỳ theo năm hoặc số giờ
• Quản lý áp suất và lưu lượng thông minh
• Hạn chế tối đa thời gian máy chạy không tải
• Cải thiện hệ thống thoát nước ngưng tụ luôn sạch sẽ
• Ứng dụng hệ thống điều khiển thông minh

6. So sánh hiệu suất giữa các công nghệ máy nén khí 

Bảng hiệu suất năng lượng trung bình giữa các công nghệ máy nén khí phổ biến trên thị trường hiện nay:

Mỗi loại công nghệ máy nén đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, và việc lựa chọn đúng kích thước cũng như loại máy nén phù hợp trực tiếp gánh vác tới 90% hiệu quả tổng thể của hệ thống khí nén nhà máy.

Có thể thấy, dành thời gian và nguồn lực để đo lường, kiểm soát rò rỉ và tối ưu hóa hiệu suất khí nén chính là chiến lược thông minh mang lại lợi nhuận, nâng cao hiệu suất khí nén. Nếu bạn còn băn khoăn hiệu suất khí nén là gì hay cách tính toán hoặc muốn kiểm tra hệ thống khí nén của mình, hãy liên hệ đến các đơn vị kỹ thuật chuyên nghiệp để thực hiện dịch vụ.

Xem thêm: 6 giải pháp tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén hoạt động hiệu quả hơn