Page 1
ชดสาธตอตราการไหลของของไหล
SIMULATION OF FLUID FLOW
กญชร ศรพนจ
ญาณศา เกยวพนธ
รตตกาล มหาเจรญ
ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรเทคโนโลยบณฑต
กลมวชาเทคโนโลยการจดการอตสาหกรรม
คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา
ปการศกษา 2554
Page 2
SIMULATION OF FLUID FLOW
GUNCHON SEEPINID
YANISA KEOWPAN
RATTIKARN MAHACHAROEN
A PROJECT SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF REQUIREMENTS
FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF TECHNOLOGY
MAJOR OF INDUSTRIAL MANAGEMENT TECHNOLOGY
BURAPHA UNIVERSITY 2011
Page 3
ปรญญานพนธ ชดสาธตอตราการไหลของของไหล โดย นายกญชร ศรพนจ นางสาวญาณศา เกยวพนธ นายรตตกาล มหาเจรญ อาจารยทปรกษา อาจารย พรชย ปนสวรรณ อาจารย ปาณสรา จางจตร จ านวนหนา 86 ปการศกษา 2554 คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา อนมตปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรเทคโนโลยบณฑต กลมวชาเทคโนโลยการจดการอตสาหกรรม ...................................................ประธานกรรมการสอบปรญญานพนธ (อาจารย พรชย ปนสวรรณ) ...................................................กรรมการสอบปรญญานพนธ (อาจารย สภาพ ธาราศกด) ...................................................กรรมการสอบและอาจารยทปรกษาปรญญานพนธ (อาจารย พรชย ปนสวรรณ) ...................................................ประธานกลมวชาเทคโนโลยการจดการอตสาหกรรม (อาจารย ยศพนธ อนทรจนทร) ...................................................ผอ านวยการวทยาลยเทคนคบานคาย (อาจารย กมล ชมเจรญ) ...................................................ประธานสาขาหลกสตรเทคโนโลยบณฑต (ดร. ภาณวฒน ดานกลาง)
Page 4
ii
บทคดยอ การจดท าโครงการนมวตถประสงคเพอจ าลองการไหลของของไหลภายในทอจากประสบการณของสมาชกในกลมทไดปฏบตงานในโรงงานปโตรเคม โดยไดท าการรวบรวมขอมลทเกยวของกบการไหลของของไหลในรปแบบตางๆตามหลกเกณฑทางดานทฤษฎ ในการด าเนนงานนนผจดท าไดท าการศกษาการไหลของของไหล ทงไหลแบบราบเรยบ ไหลแบบราบเรยบกงปนปวน และไหลแบบปนปวน ซงผวจยไดท าการออกแบบจ าลองชดสาธตอตราการไหลของของไหลจากค าแนะน าของอาจารยทปรกษาและจากโรงงานของสมาชกในกลมทไดปฏบตงานในโรงงานปโตรเคม ซงมน าหนกเบา เคลอนยายไดงาย สะดวกตอการทดลอง มความเหมาะสมในการออกแบบเครอง สามารถทดลองไดตามวตถประสงค ซงผวจยไดสรางชดสาธตอตราการไหลของของไหลจ านวน1 เครองและใหผเชยวชาญในดานเครองกล ดานฝายผลต ดานเครองมอวดและดานควบคมทมประสบการณในการท างานไดประเมนคณภาพการจากการทดลอง โดยใชแบบสอบถามความคดเหน หลงจากทผวจยไดสาธต โดยใชผลจากการประเมนความเหนของผเชยวชาญในดานคณภาพของชดสาธตอตราการไหลของของไหลผเชยวชาญมความเหนสอดคลองกนวาชดสาธตอตราการไหลของของไหลมคณภาพทคา IOC เทากบ 0.85 ซงอยในเกณฑทก าหนดไว จงกลาวไดวาชดสาธตอตราการไหลของของไหลสามารถใชเปนสอจ าลองการไหลของของไหลภายในทอเพอใหเขาใจถงรปแบบการไหลทใชภายในโรงงานอตสาหกรรม ผเชยวชาญมความเหนสอดคลองกนวามคณภาพ และเปนไปตามสมมตฐานการวจยสามารถน าชดสาธตอตราการไหลของของไหลนไปใชงานไดตรงตามวตถประสงค และเกดประสทธภาพสงสด
ค าส าคญ: ไหลแบบราบเรยบ / ไหลแบบราบเรยบกงปนปวน /ไหลแบบปนปวน/ปโตรเคม / ชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 5
iii
Abstract
This project design for Simulation of fluid flow within the pipe from experience of members who work in Petrochemical plants and compile information about flowing fluid in various forms according to the rules and theories. In operating, We study this project including the Laminar flow, the Transitional flow and the Turbulent flow that designed by the suggestions of advisors and members. The Simulation flow that lightweight, easy to move, comfortable to test and appropriate to designed. We built this machine then, evaluated test by questionnaires from Mechanic experts, Operation experts and Instrument and control experts. After that, we have the same opinion that this test has value IOC as 0.85 in criterion. Therefor, this test is Simulation of Fluid flow within pipe that use in industrial factory. And we consider that this machine has quality and be in accordance with hypothesis. So, this project can use this machine in functional objective and useful purpose. Important words : the Laminar flow, the Transitional flow, the Turbulent flow, Petrochemical, Simulation of fluid flow
Page 6
1
กตตกรรมประกาศ
ปรญญานพนธฉบบนส าเรจลลวงไปไดดวยความชวยเหลออยางดยงจากอาจารยพรชย ปนสวรรณ อาจารยทปรกษาหลกและอาจารยปาณสรา จางจตรทกรณาใหค าปรกษาและแนะน าแนวทางทถกตองรวมถงขอคดเหนตางๆ ในการวจยมาโดยตลอดผวจยรสกซาบซงเปนอยางยง จงขอกราบขอบพระคณเปนอยางสงไว ณ โอกาสน ขอขอบพระคณผทรงคณวฒทกทานทใหความอนเคราะหในการตรวจสอบ รวมทงใหค าแนะน าแกไขเครองมอทใชในการวจยใหมคณภาพ นอกจากนยงไดรบความอนเคราะหจากทานผอ านวยการวทยาลยเทคนคบานคายตลอดจนอาจารยทกทานทใหความรวมมอเปนอยางดในการเกบรวบรวมขอมลทใชในการวจย ท าใหปรญญานพนธฉบบนส าเรจลลวงไปไดดวยด คณคาและประโยชนของปรญญานพนธฉบบน ผวจยขอมอบเปนกตญญกตเวทตาแดบพการ บรพาจารย และผมพระคณทกทานทงในอดตและปจจบนทท าใหขาพเจาเปนผมการศกษา และประสพความส าเรจมาจนตราบเทาทกวนน
กญชร ศรพนจ
ญาณศา เกยวพนธ รตตกาล มหาเจรญ
iv
Page 7
v
สารบญ
หนา บทคดยอ .......................................................................................................................................... ii
Abstract .......................................................................................................................................... iii
กตตกรรมประกาศ ........................................................................................................................... vi
สารบญ ............................................................................................................................................ v
สารบญรป ..................................................................................................................................... viii
สารบญตาราง .................................................................................................................................. xi
สารบญแผนภม............................................................................................................................. ......x
บทท 1 บทน า ................................................................................................................................. 1
1.1 ความเปนมาและความส าคญของปญหา .......................................................................... 1
1.2 วตถประสงคของการศกษา ............................................................................................. 2
1.3 ขอบเขตการศกษา ......................................................................................................... 2
1.4 แผนการด าเนนการวจย ................................................................................................. 2
1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ ............................................................................................. 2
บทท 2 ทฤษฎ / และงานวจยทเกยวของ ........................................................................................... 4
2.1 ทฤษฎการไหลของของไหล............................................................................................ 4
2.1.1แรงกระท าเนองจากของไหลสถต ............................................................................ 5
2.2 ทฤษฎการหาเลขเรยโนลด ............................................................................................. 6
2.3 ความหมายของเลขไรหนวย (Renolde Number) ............................................................ 8
2.4 ทฤษฎการสญเสยของของไหลภายในทอ ...................................................................... 11
2.4.1 การสญเสยจากแรงเสยดทานของการไหลราบเรยบ .............................................. 11
2.4.2 การสญเสยจากแรงเสยดทานของการไหลปนปวน ................................................ 12
2.5 อปกรณวดปรมาณการไหล (Rota meter) .................................................................... 15
2.6 ระบบการควบคมเบองตน (Control Basic) ................................................................... 17
2.7 ตวควบคมและแบบการควบคม (Controller and control action) .................................... 18
2.8 แบบของการควบคม (Control action) ......................................................................... 19
2.9 การควบคมแบบ Feed Back เบองตน (Lntroduction to Feed Back Control ................. 21
2.9.1 หลกการของการควบคมแบบ Feed Back ............................................................ 21
Page 8
vi
สารบญ (ตอ)
หนา
บทท 3 วธการด าเนนการวจย ........................................................................................................ 25
3.1 การสรางชดสาธการไหลของของไหล ............................................................................. 25
3.1.1 วสดและอปกรณในการสรางชดสาธตการไหลของของไหล .................................... 26
3.1.2 การเดนระบบและการใชงานชดสาธตอตราการไหลของของไหล ............................ 27
3.1.3 วธการเดนระบบและการใชงานชดสาธตอตราการไหลของของไหล ........................ 28
3.2 การหาประสทธภาพและความพงพอใจของชดสาธตการไหลของของไหล ......................... 29
3.2.1 ประชากรและกลมตวอยาง .................................................................................. 29
3.2.2 การออกแบบและสรางชดสาธตการไหลของของไหล ............................................. 29
3.2.3 การสรางเครองมอทใชในการวจย ........................................................................ 31
3.2.4 การทดลองใชและรวบรวมขอมล .......................................................................... 32
3.2.5 การวเคราะหขอมลและสรปผล............................................................................. 33
บทท 4 ผลการวจย ........................................................................................................................ 35
4.1 การทดลองจากชดสาธตอตราการไหลของของไหล ......................................................... 35
4.2 ผลการวเคราะหขอมลทวไปของผเชยวชาญ ................................................................... 48
4.3 ผลการวเคราะหความเหนของผเชยวชาญโดยแยกออกเปนดานตางๆ .............................. 50
4.4 ผลการวเคราะหความเหนของผเชยวชาญโดยรวมตอชดสาธตการไหลของของไหล .......... 51
บทท 5 สรปผล อภปราย และขอเสนอแนะ ...................................................................................... 53
5.1 สรปผลการด าเนนงาน .................................................................................................. 53
5.2 อภปรายผล .................................................................................................................. 53
5.3 ขอเสนอแนะ ................................................................................................................. 54
เอกสารอางอง ................................................................................................................................. 55
Page 9
vii
สารบญ (ตอ)
หนา
ภาคผนวก ...................................................................................................................................... 56
ภาคผนวก ก ภาพประกอบการสรางชดสาธตอตราการไหลของของไหล ............................................ 57
ภาคผนวก ข รายชอผเชยวชาญ ...................................................................................................... 64
ภาคผนวก ค แบบสอบถามความคดเหนของผเชยวชาญทใชในการประเมนประสทธภาพ …………… 68
ภาคผนวก ง แบบชดสาธตอตราการไหลของของไหล ....................................................................... 72
ภาคผนวก จ คมอการใชงานชดสาธตอตราการไหลของของไหล ........................................................ 78
ประวตผเขยน ................................................................................................................................. 83
Page 10
viii
สารบญรป หนา
รปท 2.1 รปตวอยางการวดหาแรงทมากระท าในของไหลสถต ............................................................. 5
รปท 2.2 ลกษณะการไหลภายในทอ .................................................................................................. 8
รปท 2.3 รปแบบการไหล .................................................................................................................. 9
รปท 2.4 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความขรขระกบเลขเรยโนลด ............................................. 13
รปท 2.5 ความสมพนธระหวางความหนดกบอณหภมของของเหลวตางๆ .......................................... 14
รปท 2.6 มาตรวดแบบโรตา............................................................................................................. 15
รปท 2.7 ลกษณะการท างานของอปกรณวดอตราการไหล ................................................................. 16
รปท 2.8 ตวควบคมนวเเมตกส ........................................................................................................ 18
รปท 2.9 ตวควบคมแบบอเลกทรอนกส ............................................................................................ 19
รปท 2.10 แสดงโครงสรางงายๆ ของตวควบคม ............................................................................... 19
รปท 2.11 Block Diagram ของตวควบคม ON-OFF ........................................................................ 20
รปท 2.12 ระบบการควบคมระดบของเหลว .................................................................................... 20
รปท 2.13 แสดง Dead band ของการควบคมระดบของเหลวแบบ ON-OFF ..................................... 21
รปท 2.14 การควบคม Process วงรอบแบบ Feed Back ของระบบ ................................................. 22
รปท 2.15 แสดงระบบควบคม Feed Back ...................................................................................... 30
รปท 3.1 วสดและอปกรณในการสรางชดสาธตการไหลของของไหล ................................................. 26
รปท 3.2 แสดงอปกรณตางๆของชดสาธตการไหลของของไหล ........................................................ 28
รปท 4.1 กราฟแสดงผลเปรยบเทยบ ................................................................................................ 47
รปท 4.2 แสดงคา IOC ระดบความเหนของผเชยวชาญดานวตถประสงคเพอสรางชดสาธตการไหล .... 50
รปท 4.3 แสดงคา IOC ระดบความเหนของผเชยวชาญในดานวตถประสงคน าไปสาธตการไหล .......... 51
Page 11
ix
สารบญตาราง หนา
ตารางท 1.1 แสดงแผนการด าเนนการวจย…………………………………………………………………2
ตารางท 4.1 การค านวณจากสตรและผลการทดลองจากชดสาธตการไหลของของไหล…….………….47
ตารางท 4.2 ผลการประเมนชดสาธตการไหลของของไหลโดยผเชยวชาญ 15 ทาน ทง12 จดประเมน.51
ตารางท 4.3 ผลการประเมนของผเชยวชาญโดยรวมตอชดสาธตการไหลของของไหล………………...52
Page 12
x
สารบญแผนภม หนา
แผนภมท 3.1 การเดนระบบและการใชงานชดสาธตอตราการไหลของของไหล………………………..27
แผนภมท 3.2 การหาประสทธภาพและความพงพอใจของชดสาธตการไหลของของไหล……………...29
แผนภมท 3.3 การออกแบบและสรางชดสาธตการไหลของของไหล…………………………………….30
แผนภมท 3.4 การสรางเครองมอทใชในการวจย.…………………………………………………………31
แผนภมท 4.1 ระดบการศกษาของผเชยวชาญ……………………………………………………………48
แผนภมท 4.2 ประสบการณท างานของผเชยวชาญ………………………………………………………49
แผนภมท 4.3 ระดบอายของผเชยวชาญ…………….…………………………………………………….49
Page 13
1
บทท1
บทน ำ
1.1 ควำมเปนมำและควำมส ำคญของปญหำ จากการทสมาชกในกลมโครงงานไดท างานในโรงงานอตสาหกรรมปโตรเคม ทางคณะผจดท าจงไดคดทท าโครงงานเรอง ชดสาธตอตราการไหลของของไหลภายในทอ ซงจากการท างานระบบเครองมอวดและระบบควบคมภายในโรงงานทผานมา ท าใหเลงเหนวาของไหลภายในทอมหลายรปแบบ ซงการไหลของของไหลภายในทอจะสงผลถงสารทวงภายในทอ รวมถงการสญเสยทเกดขนกบการไหลในแบบตาง ๆ ทงนจากการสงเกตของไหลไมวาจะเปนแกส หรอวาของแขง เชนเมดพลาสตกกตาม ซงถาเราไมไดค านงถงรปแบบการไหล กจะท าใหเกดการสญเสยภายในระบบขน ถาเปนเมดพลาสตกทเปนของแขงกจะท าใหเกดการอดตนขนภายในทอได ทงนเกดจากรปแบบการไหลของของไหลเอง จากเหตผลทกลาวมาขางตน คณะผจดท าโครงการมแนวคดวาจะพฒนาและตอยอดองคกรความร จากการปฏบตงานจรงสถานประกอบการมาสรางชดสอสาธตของจรงทแสดงลกษณะจ าลองของการไหลภายในทอ การเปลยนแปลงทเกดขนเพอเชอมโยงเขากบทฤษฎ ทงนทางคณะผจดท าไดเลงเหนแลววารปแบบการไหลของของไหล ถอเปนพนฐานในการตอยอดองคความรของตวผจดท าและผทไดศกษาเพอท าใหมความรความเขาใจในเรองการไหลของของไหล สามารถน าองคความรไปตอยอดในการศกษาหรอการท างานในโรงงานอตสาหกรรมเพอใหมประสทธภาพมากขน ทงนโครงงานทท าออกมานนจะรวบรวมเอาความรในหลายวชาเขาดวยกน เพอทจะแสดงใหเหนถงการควบคมของเหลวภายในถงอกดวย เพอใหเหนภาพไดชดเจนยงขน 1.2 วตถประสงคของกำรศกษำ 1.2.1 เพอศกษารปแบบของของไหลภายในทอ 1.2.2 เพอศกษาถงวธการออกแบบการสรางชดทดลองอตราการ ไหลเพอใชทดสอบหาการเปลยนแปลงอตราการไหลภายในทอ 1.2.3 เพอศกษาการควบคมของเหลว ภายในถงแบบอตโนมต 1.2.4 เพอศกษาถงปจจยทมผลตอการเกดการไหลแบบ Lamina Flow แบบ Transition Flow และ แบบ Turbulence Flow 1.2.5 เพอฝกฝนทกษะและกระบวนการคดและการศกษาคนควาหรอสบคนขอมลตลอดจนการน ามาประยกตใชงานในชวตประจ าว
Page 14
2
1.3 ขอบเขตของกำรศกษำ ศกษาหลกการและทฤษฎการเกดการไหลแบบ Lamina Flow แบบ Transition Flow และแบบ Turbulence Flow เพอน ามาพฒนาตอยอดการสรางสอการเรยนการสอนในการพฒนาผเรยนในสาขางานปโตรเคม 1.4 แผนกำรด ำเนนงำนวจย
ตำรำงท 1.1 แสดงแผนการด าเนนงานวจย
รำยละเอยด พ.ศ.2554 พ.ศ.2555
ก.ค ส.ค ก.ย ต.ค พ.ย ธ.ค ม.ค ก.พ มค เม.ย พ.ค ม.ย
1. เลอกหวขอปญหา
2. น าเสนอหวขอปญหา
3. ส ารวจงานวจยและ ทฤษฎทเกยวของ
4. น าไปปฏบตกบงานจรง 5. ศกษารวบรวมขอมล
6. วเคราะหปญหา 7. สรปและจดท ารายงาน
8. สงรายงานฉบบสมบรณ
1.5 ประโยชนทคำดวำจะไดรบ
1.5.1 ท าใหมความรความเขาใจในการใชสอสาธตแสดงอตราการไหลของของไหล
1.5.2 ผเรยนสามารถน าชดสอไปประยกตใชในอนาคต
1.5.3 มความรความเขาใจในการออกแบบชดสาธตอตราการไหล
1.5.4 สามารถเชอมโยงชดสาธตอตราการไหลเขากบวชาเรยนและเชอมโยงสโรงงานได
1.5.5 ผเรยนสามารถมองภาพรวมของการเกดอตราการไหลแบบ Lamina Flow แบบ Transition Flow และแบบ Turbulence Flow ในกระบวนการผลตของโรงงานอตสาหกรรมได
1.5.6 ท าใหมความรความเขาใจในระบบควบคมแบบอตโนมต และสามารถมองเหนภาพไดจรง
Page 15
3
นยำมเฉพำะ Lamina Flow หมายถง การไหลอยางเปนระเบยบ เปนการไหลในอดมคต ไมแตกสายหรอปะปนกน ซงการไหลแบบนจะเกดขนในทอทมขนาดใหญของไหล ไหลไมเรวมากนก Transition Flow หมายถง การไหลผสมทงการไหลอยางเปนระเบยบและการไหลอยางปนปวน ซงการไหลแบบนจะเกดขนไดยากนอกจากการควบคมใหเกดขนเอง Turbulence Flow หมายถง การไหลอยางปนปวน การไหลแบบไมเปนระเบยบ ซงเราจะเหนไดในชวตประจ าวน เชน การบบสายยางกจะท าใหเกดการไหลแบบปนปวนขน Rota meter หมายถง อปกรณวดปรมาณของของไหล ซงจะอาศยหลกการลอยตวของลกเหลกภายในกระบอกเพอบอกปรมาณของของไหล เลขเรยโนลด หมายถง เปนเลขทบอกถงลกษณะการไหล เปนเลขทไมมหนวยจ านวนเลขเรยโนลด (Reynold Number) ซงจ านวนเลขเรยโนลดจะมคาขนอยกบความเรวการไหล ความหนด ขนาดเสนผาศนยกลางทอ และความหนาแนนของของไหล ถงแมจ านวนเลขเรยโนลดจะไมมหนวย แตมนมความส าคญอยางมาก กลาวคอ จ านวนเลขนจะเปนตวก าหนดรปแบบการไหลของของไหลวาเปนแบบใด เชน Re อยในชวง 0-2000 สภาพการไหลเปนแบบ Laminar Flow Re อยในชวง 2001 – 4000 สภาพการไหลเปนแบบ Transition Zone Re มากกวา 4001 สภาพการไหลเปนแบบ Turbulent Flow
Page 16
4
บทท 2
เอกสารและทฤษฏทเกยวของ
ในการวจยครงนผวจยไดศกษาคนควาขอมลตางๆทเกยวของจากเอกสารต าราและงานวจย ซงจะ
เปนประโยชนท าใหการวจยครงนบรรลตามจดมงหมายทไดตงไวโดยแยกเปนหวขอดงตอไปน
2.1 ทฤษฏการไหลของของไหล 2.2 ทฤษฎการหาเลขเรยโนลด 2.3 ความหมายของเลขไรหนวย (Renolde Number) 2.4 ทฤษฎการสญเสยของของไหลภายในทอ 2.5 อปกรณวดปรมาณการไหลของของไหล (Rota meter) 2.6 ระบบการควบคมเบองตน (Control Basic) 2.7 ตวควบคมและแบบการควบคม (Controller and control action) 2.8 แบบของการควบคม (Control action) 2.9 การควบคมแบบ Feed Back เบองตน (Introduction to Feed Back Control) 2.1 ทฤษฎการไหลของของไหล ของไหลสถต คอ ของไหลทอยนงหรอไมไหล สมการพนฐานของของไหลสถตไดมาจากการท าสมดลของแรงทกระท าตอของไหลอยนงบนพนฐานของกฎขอสองของนวตน โดยเรมจากความสมพนธระหวางความดนสมบรณ (Absolute pressure) ความดนเกจ (Gauge pressure) และความดนบรรยากาศ (atmospheric pressure) โดยทความดนเกจ คอ ความดนของของไหลทวดเทยบกบความดนบรรยากาศ ความดนสมบรณ คอ ความดนของของไหลทวดเมอเทยบกบความดนสญญากาศ เขยนสมการได
P(abs) = P(gauge) + P(atm)
ความดนสมบรณและความดนเกจทเหนอความดนบรรยากาศมเครอ งหมายบวก ความดนสญญากาศเปนความดนต าสดและความดนเกจทต ากวาความดนบรรยากาศมเครองหมายเปนลบ หนวยของความดนเกจเปน Pa(gauge) หรอ psig สวนความดนสมบรณ Pa(abs) หรอ psia ความดนบรรยากาศทแทจรงแปรเปลยนกบสถานทและภมอากาศ โดยทความดนบรรยากาศใกลผวโลกมคาประมาณ 92 kPa (abs) ถง 105 kPa (abs) หรอ จาก 13.8 psiaถง 15.3 psiaความดนบรรยากาศมาตรฐานทระดบน าทะเลเทากบ 101.3 kPa (abs) หรอ 14.69 psiaในการค านวณจะใชคาความดนบรรยากาศเทากบ 101kPa (abs) หรอ 14.7 psia
Page 17
5
2.1.1 แรงกระท าเนองจากของไหลสถต
ความดนทของไหลออกแรงกระท าตอพนทของผวแบบซงอยใตของเหลว ม 2 ลกษณะ คอ กระท าตอผวแบนในแนวนอนทอยดานลางและกระท าตอผวดานบนของของเหลวในถง ซงสมผสกบความดนบรรยากาศอานไดจากอปกรณวดความดนจะมคาเทากบศนย แรงจากความดนของของเหลวทกระท าตอผนงดานขางของถงแปรผนเปนเสนตรงจากความดนเทากบศนยทดานบนสดของผวไปยงคามากทสดซงอยดานลางทกนถง สวนถงบรรจของเหลวทดานบนมฝาปดและมความดนอยเหนอของเหลว ซงอาจมคามากหรอต ากวาความดนบรรยากาศและทเรยกวาปโซเมตรกเฮด (piezometric head) ความดนนมอทธพลสมผสกบความดนบรรยากาศเพยงอยางเดยว (ฝาเปดทางดานบน) แรงทกระท าตอผวแบนในแนวนอนซงอยใตของเหลว ไดแก ถงทรงกระบอก บรรจน ามนและน า เชนตวอยางดานลาง
Example
รปท 2.1 รปตวอยางการวดหาแรงทมากระท าในของไหลสถต
Pb = Patm + o (2.5m) + w (2.0m) o = (sg) o (9.81 kN/m3) = (0.90) (9.81 kN/m3) = 8.83 kN/m3 pB = 0 Pa (gauge) + (8.83 kN/m3) (2.5 m) + (9.81 kN/m3) (2.0m)=41.72kPa(gauge) A = D2/4 =(3.5)2 / 4 = 9.62 m2 F = pA = (41.72 kN/m2) (9.62 m2) = 401.45 kN
Page 18
6
2.2 ทฤษฎการหาเลขเรยโนลด ธรรมชาตของการไหลของของไหลในขอบเขตขนกบความเรวสมพนธ ทความเรวต า ชนของไหลจะราบเรยบในแตละชน เรยกวา การไหลแบบราบเรยบ (Laminar flow) เมอเพมความเรวมากขน จะมการรบกวนท าใหเกดความเสยดทานเพมขน ซงจะท าใหชนของการไหลผสมกน รปแบบของการไหลน เรยกวา การไหลแบบปนปวน (Turbulence Flow) การเปลยนแปลงน เนองมาจากแรงทกระท าระหวางของไหลและของแขง คอขอบเขตซงเปนความเขาใจพนฐานทส าคญในการศกษาทางดานไฮโดรมกสและกลศาสตรของไหล ธรรมชาตของการไหลของอากาศบรเวณปกเครองบนกอใหเกดแรงเสยดทานและตองหาก าลงทตองการใหเครองบนบนไปขางหนา ของไหลไหลไปในทอจะกอใหเกดการสญเสยความดนและตองใชปมเพอใหของไหลไหลไปตามทอได การศกษาการไหลในทอเพอสงเกตพฤตกรรมของการไหล นกฟสกส ชอ ออสบอรนเรยโนลด (Osborne Reynolds 1842-1912) เปนคนแรกทไดพสจนหาตวแปรทใชในการควบคมการไหลและหาความสมพนธเพอท านายการไหล เรยโนลดแสดงวาพฤตกรรมขนกบสมดลระหวางแรงเฉอยและแรงจากความเสยดทาน หรอความหนดของของไหล จงน าไปสนยามของเทอมไรหนวย เรยกวา เลขเรยโนลด (Reynold number) ซงอตราสวนระหวางแรงเฉอยกบแรงเนองจากความหนดและใชเปนตวบอกการเปลยนแปลงการไหลจากลามนารเปนปนปวน การทดลองพบวา การเปลยนแปลงทเกดขนทเลขเรยโนลดเทากนเสมอในของไหลและทอเดยวกน การหาเลขเรยโนลดจากอปกรณทใชในการทดลอง เพอศกษาโดยการสงเกตเสนสทฉดลงในของไหลทเคลอนท โดยปรบอตราไหลทคาตาง ๆ จากการไหลราบเรยบ จนถงการเปลยนแปลงทเรยกวา ทรานสชน (Transition) ซงคอการไหลทเรมเปลยนจากการไหลทเรมเปลยนจากราบเรยบไปเปนปนปวน พจารณากรณทของไหล ไหลจากจดหยดนง เชน ผนงทอ ทระยะ y จากผนงของของไหลจะมความสมพนธ v กบผนง การเคลอนทจะกอใหเกดความเคนเฉอน ซงมแนวโนมท าใหการเคลอนทลดลง ดงนน ความเรวใกล ๆ ผนงจะลดลงกวาความเรวจดกงกลาง ซงสามารถแสดงใหเหนวาความเคนเฉอนท าใหมการกระจายความเรว dv/dyซงเปนสดสวนกบความเคนทท าใหคาคงทของสมการความหนด คอ
=
dv dy
Page 19
7
สมการเปนรปแบบการไหลทเปนชน ๆ แบบราบเรยบ ซงใชไดจรงส าหรบของไหลทคาความหนดคงททอณหภมก าหนด อาจพดไดวา ความหนดของของไหล หาไดจากการทราบความเคนเฉอนและการกระจายความเรว ในการทดลองจะใชกบของไหลทมความหนดต า ถาความเรวของของไหลเพมขนทคาแนนอนคาหนงจะเกดการรบกวนชนของไหล กอใหเกดความเสยดทานทเรยกวา eddies ซงเปนสาเหตของการผสมระหวางชนของของไหลทมพลงงานสงและต าเขาดวยกน เรยกการไหลแบบนวา การไหลปนปวน และภายใตเงอนไขเหลาน ความสมพนธระหวางความเคนเฉอนและการกระจายความเรวขนกบปจจยอน ๆ เพมเตมนอกจากความหนดของของไหล ธรรมชาตของการไหลจะแตกตางกนอยางสนเชง เพราะการเปลยนแปลงของพลงงานระหวางชนในตอนน ขนกบความเขมขนของ eddies (ขนกบความเฉอยของของไหล) มากกวาความหนดไดนามกส ( )เรายงคงน าเอาสมการไปใชไดเพยงแตคาสมประสทธความหนด ไมใชความหนดของของไหลเพยงอยางเดยว ตอนนจะเรยกวาความหนดแบบเอดด (Eddy Viscosity) และมคาไมคงทอกตอไป คาความหนดชนดนขนกบเงอนไขของการไหลทเขามาและจะมคามากกวาสมประสทธ ความหนดส าหรบของไหล อาจพดไดวาเอดดกอใหเกดความเคนเฉอนเพมขนทความเรวก าหนด ดงนนการสญเสยในการไหล จงมคามากกวาการไหลแบบราบเรยบ การไหลแบบราบเรยบเปนผลของแรงจากความหนดและการไหลแบบปนปวนเปนผลจากแรงเฉอย สงนเปนจรง พสจนโดยเรยโนลด ผน าการเสนอธรรมชาตของการไหลขนกบอตราสวนของแรงเฉอยจากแรงเนองจากความหนด น าไปสเลขไรหนวย เรยกวา เรยโนลด (Re) แรงเฉอยคอสดสวนของมวลคณกบการเปลยนแปลงความเรว หารดวยเวลา คออตราการไหลของมวลเทากบความหนาแนน คณกบพนท คณกบความเรว v เขยนสมการไดดงน
Re = Re = เทอม เรยกวา ความหนดจลน (Kinetic Viscosity) จงเขยนสมการใหมดงน
Re =
inertia force viscosity force dv
vd v
Page 20
8
2.3 ความหมายของเลขไรหนวย (Reynold Number) เลขไรหนวย Re แบงการไหลออกเปน 3 หนวย คอ การไหลแบบราบเรยบ, การไหลทรานสชน และการไหลปนปวน กรณทความเรวเพมขน ตอนแรกแรงเนองจากความหนดมผลมากและความเรวยงคงเปนแบบราบเรยบ ขณะทความเรวถกท าใหเพมขน กอใหเกดเอดด แตกยงเอาชนะผลของความหนดไมไดจนกระทงเพมความเรวมากขนทกอใหเกดเอดดจ านวนมาก จนกระทงถงจดทการไหลเปนแบบปนปวน อยางสมบรณ จะเกดการผสมและเรยกวาเปน Fully turbulent ทรานสชน เปนการไหลทอยระหวางการเกด Fully laminar กบ turbulent flow ซงอาจเกดเบยงเบนไปจากชวงทมการไหลราบเรยบคงท ทจดปลายของทรานสชนจะกอใหเกดการไหลปนปวนจะมไปเรอย ๆ จนกวาจะถงความเรวทเรมไหลแบบปนปวน ในทสดจดทแรงจากความหนดแยกออกจากเอดด ซงจะรวดเรวมาก การไหลจะเปลยนกลบมาเปนการไหลแบบราบเรยบ พฤตกรรมเชนนสามารถสงเกตเหนไดดวยตา จากการทดลองและการวดความสญเสยความดนไปตามความยาวทอ เปนการเปลยนแปลงความดนกบความเรวในทอเรยบ เมอเพมความเรวจะเกดทรานสชนขนระหวางจด A และจด B และเมอลดความเรวลง ทรานสชนจะเกดระหวางจด C และจด D เปนจดทเกดจากการเปลยนแปลงความเรวจากการไหลแบบปนปวนมาเปนการไหลแบบราบเรยบ ซงเกดขนในชวงเรยโนลดระหวาง 2,000 และ 2,300 เรยโนลดทจด A, B และ C ขนอยกบเงอนไขตรงทางเขาและความขรขระของทอจด A แทนเลขเรยโนลดระหวาง 2,000 และ 2,500 แตถาตรงทางเขาถกควบคมอยางดและทอเรยบมาก การไหลราบเรยบอาจท าใหเรยโนลดเปนคาทสงขน ชวงทการไหลราบเรยบเกดขนทเลขเรยโนลดต ากวา 2,000 ตรงชวงทเรมไหลเขาในทอ
รปท 2.2 ลกษณะการไหลภายใน
ทอ
Page 21
9
จ านวนเลขเรยโนลด (Reynold Number) เปนเลขทดชนทชบอกสภาพปรากฏการณการไหลของของไหล ซงจ านวนเลขเรยโนลดจะมคาขนอยกบความเรวการไหล ความหนด ขนาดเสนผาศนยกลางทอ และความหนาแนนของของไหล เราอาจเขยนความสมพนธดงกลาวไดเปน RD =
RD = จ านวนเลขเรยโนลด (Reynold Number) V = ความเรวการไหล D = เสนผาศนยกลางภายในทอ = ความหนาแนนของของไหล = ความหนดของของไหล
ถงแมจ านวนเลขเรยโนลดจะไมมหนวย แตมนมความส าคญอยางมาก กลาวคอ จ านวนเลขนจะเปนตวก าหนดรปแบบการไหลของของไหลวาเปนแบบใด เชน
รปท 2.3 รปแบบการไหล
VD
Page 22
10
RD อยในชวง 0-2000 สภาพการไหลเปนแบบ Laminar Flow RDอยในชวง 2001 – 4000 สภาพการไหลเปนแบบ Transition Zone คอ มการไหล 2 แบบ คอ Laminar + Turbulent RD มากกวา 4001 สภาพการไหลเปนแบบ Turbulent Flow โดยสวนใหญจะเปนการไหลแบบน ซงเปนอปสรรคตอการวด Flow Rate ซงตวแปรทมผลท าใหเกดการเปลยนแปลง จ านวนเลขเรยโนลด (Reynolds’ number)คาเหลานจะมความสมพนธตอการไหล อณหภม ตามปกตเมออณหภมมการเปลยนแปลงจะท าใหสภาพหรอคณลกษณะของของไหลมการเปลยนแปลงตามไปดวย โดยจะเกยวของกบคา ความหนด ความหนาแนน ฯลฯ ดงนน อณหภมจงมผลอยางมากตอการไหลของของไหล โดยเฉพาะอยางยงในสภาวะของกาซจะตองค านงถงเปนพเศษ ความดน เนองจากความดนมความสมพนธกบแรงและพนทหนาตด ดงนนเมอมการเปลยนแปลงคาความดนในของไหลทตองการวดจะท าใหความเรวการไหลของของไหลเปลยนแปลงตามไปดวย ความหนาแนน เนองจากความหนาแนนมความสมพนธกบน าหนกและปรมาตร ดงนน หากของไหลบรรจอยในภาชนะทมปรมาตรจ ากด กจะท าใหมความหนาแนนมาก นนคออาจมผลตอการไหลของสารเหลานน (เกยวกบความเรวการไหล) ความหนด หมายถง ความตานทานตอการไหลของของไหลเหลานน เชน น ามนหลอลนมความหนดมากกวาน า หรอน ามความหนดมากกวาน ามนเบนซน เปนตน ตามปกตความหนดของของเหลวจะลดลงเมออณหภมสงขน แตขณะเดยวกน ความหนดของกาซจะเพมขนเมออณหภมของกาซลดลง ความเรว จะเปนคาตวแปรทก าหนดพฤตกรรมการไหลของของไหลวาจะเปนไปในลกษณะใด กลาวคอ เมอความเรวเฉลยของของไหลเปนไปอยางชา ๆ เราจะเรยกการไหลแบบนวา การไหลแบบราบเรยบ (Laminar flow) แสดงดงรป จะเหนไดวาในบรเวณใกลกบเสนผาศนยกลางของทอความเรวของการไหลจะมคามากกวาบรเวณทหางออกไป และหากความเรวมคามากขนถงระดบหนงจะท าใหเกดการไหลแบบปนปวน (Turbulent flow) แสดงดงรป ซงการไหลแบบหลงนจะพบเหนกนเปนสวนมาก อนง การไหลแบบปนปวนนจะเปนการไหลทมรปแบบไมแนนอน เราอาจค านวณหาคาความเรวการไหลของของไหลได
Page 23
11
2.4 ทฤษฎการสญเสยของของไหลภายในทอ 2.4.1การสญเสยจากแรงเสยดทานของการไหลราบเรยบ การไหลราบเรยบของไหลจะไหลจากชนหนงไปอกชนหนง ท าใหมแรงตานทานเนองจากความหนดเกดเปนความเคนขนระหวางชนของของไหลทเคลอนทไป การสญเสยพลงงานจงเกดจากของไหลทเคลอนทไป การสญเสยพลงงานจงเกดจากของไหลทตองการเอาชนะแรงจากความเคนเฉอน ความสมพนธของการสญเสยพลงงานและตวแปรของระบบการไหลราบเรยบไดจากสมการของเฮเกน พอซวอาย
hf = f
f = สมประสทธความเสยดทาน (Friction Factor) L = ความยาวทอ D = เสนผานศนยกลางของทอ v = ความเรวของการไหลเฉลยผานทอ g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก =9.81 m/s2
ตวแปรในสมการของเฮเกน พอซวอาย คอสมบตของของไหล ไดแก ความหนด น าหนกจ าเพาะ รปทรง ความยาว เสนผาศนยกลาง และความเรวเฉลยของการไหล อยางไรกไดมการพสจนจากการทดลอง ผลทไดจากการพสจนทฤษฎของ เฮเกน พอซวอาย พบวาลกษณะของของผวทอมผลตอความหนดภายในของการไหล ซงสมการนกสามารถน ามาพสจนการเปลยนแปลงดงกลาวได ซงสมการดานบนสามารถหาไดจาก
F =
F = = =
จากสมการ = และ Re = ดงนน สมการการไหลแบบราบเรยบ (Laminar Flow) คา จะมคาดงสมการดานลาง
f =
จากสมการดงกลาว เราสามารถพสจนการไหลแบบราบเรยบและแบบกงราบเรยบไดเทานน ถาเปนการไหลแบบปนปวน สมการดงกลาวอาจจะน ามาใชจรงไมได เนองจากอาจจะเกดการคลาดเคลอน
L D
v2 2g
L V
v2 2g
32 Lv D2
32 Lv D2
D2g Lv2
64 g vD
64 vD
g
vD
64 Re
Page 24
12
2.4.2 การสญเสยจากแรงเสยดทานของการไหลปนปวน เราไมสามารถหาแฟกเตอรความเสยดทานอยางงายส าหรบการไหลปนปวนในทอเหมอนในการไหลราบเรยบเพราะวาลกษณะการเคลอนทของการไหลปนปวนไมเปนชนหรอเปนเสนการไหลไมเปนระเบยบ แตคอนขางยงเหยงและแปรปรวนตลอดเวลา ดวยเหตผลดงกลาว การสญเสยพลงงานจากการไหลปนปวนจงตองใชแฟกเตอรความเสยดทานทไดจากการทดลองเพอน าไปใช แฟกเตอรแรงเสยดทานทไดจากการทดลองนกบเลขไรหนวยสองกลม คอ เลขเรยโนลดและความขรขระสมพทธของทอ ซงอตราสวนของเสนผาศนยกลางทอ (D) กบความขรขระของผนงทอ ( ) เปนคาความขรขระของผนงทอ ความหนาของผวทอไมมความแนนอนขนอยกบชนดของวสดและกรรมวธการผลตทอ ทอทใชทางการคาทงขนาดเลกและขนาดใหญ คาการออกแบบความขรขระของผนงทอเปนคาเฉลยของทอใหมและสะอาด หลงจากน าทอไปใชความขรขระของทอจะเปลยนไป เนองจากการสะสมบนผนงหรอการกดกรอนของทอซงขนอยกบการสะสมจะท าใหทอเปนไปในลกษณะใด ทอแกวและทอพลาสตกมผวภายในเรยบ คาของความขรขระผวมนอย ท าใหคาความขรขระสมพนธ มคามาก ทอทองแดงและทองเหลองผวคอนขางเรยบ ส าหรบทอเหลกมาตรฐาน เชน ทอเหลก Schedule 40 และ 80 และทอเหลกทวไปใชคาความขรขระของทอเหลกทางการคา หรอ Welded Steel ทอเหลกดกไทล (Duction iron pipe) ถกเคลอบดวยปนซเมนตทดานในเพอปองกนการผกรอนและเพอปรบปรงความขรขระ คาของ f และ Re ถกเขยนบนสเกลของลอกฐานสบ เพราะวาคาทเกยวของมคาอยในชวงกวาง เลขเรยโนลดนอยกวา 2,000 ไดเสนตรงของเทอม f = 64/Re อยทางซายมอของกราฟ ส าหรบการไหลแบบราบเรยบ ในชวง 2000 นอยกวา Re นอยกวา 4000 ไมมเสนโคงเพราะวาเปนบรเวณวกฤต การไหลเปลยนกลบไป/มา ระหวางราบเรยบและปนปวน จงไมมสมการของการไหลในบรเวณน ของไหลจะเปลยนจากไหลราบเรยบไปเปนปนปวนทความเรววกฤตเมอมคา Re = 4000 เสนโคง D/ เรยกวา ความขรขระสมพทธ เมอก าหนดคาความขรขระสมพทธมาให เนองจากบรเวณวกฤตอยระหวางเลขเรยโนลด 2000 และ 4000 ถาเปนไปไดควรหลกเลยงการใชความเรวในชวงวกฤตเพราะวาชวงนไม สามารถท านายประเภทของการไหลได เสนโคงประแสดงการเปลยนแปลงของแฟกเตอรความเสยดทานทเกดขนตามคาของความขรขระสมพทธทคาของ D/ ต า (ชวาความขรขระของผนงทอมคามาก) แฟกเตอรความเสยดทานมคาเพมขนขณะทคาเลขเรยโนลดเปลยนจากการไหลราบเรยบเปนปนปวน เชน การไหลในทอทม D/ = 20 แฟกเตอรความเสยดทานเพมขนจาก 0.032 ท Re = 2000 ตรงสวนปลายของชวงการไหลราบเรยบไปยงประมาณ 0.077 ท Re = 4000 ทจดเรมตนของชวงการไหลปนปวนซงเพมขน 240 เปอรเซนต
D
Page 25
13
ทอเรยบ (แกว พลาสตก) ซงมความขรขระนอย คา D/ มคามาก ซงไดอะแกรมของมดใชหาคาแฟกเตอรความเสยดทานส าหรบการไหลปนปวนซงตองทราบเลขเรยโนลดและความขรขระสมพทธ ขอมลพนฐานทตองการใชคอเสนผาศนยกลางภายในชนะของวสดท าทอ ความเรวของการไหล ชนดของการไหล และอณหภม
รปท 2.4 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความขรขระกบเลขเรยโนลด
ความสมพนธระหวางสมประสทธความเสยดทาน (Friction Factor), Reynolds Number และ Relative Roughness สามารถน ามาเขยนเปนแผนภมเรยกวา Moody Diagram
Re =
vD
Page 26
14
= ความหนาแนนของน า (Water Density) 997 kg/m3ทอณหภม 25๐C = ความหนดของน า (Absolute Dynamic Viscosity) 8.94 x 10-4Ns/m2ทอณหภม 25๐C
รปท 2.5 ความสมพนธระหวางความหนดกบอณหภมของของเหลวตาง ๆ
Page 27
15
2.5 อปกรณวดปรมาณการไหล (Rota meter)
รปท 2.6 มาตรวดแบบโรตา เปนทอใสในแนวดง ภายในจะมลกลอยทหนกกวาของไหล เมอของไหลเขาทางดานลาง ความเรวของมนจะพยงใหลกลอยลอยอยได บนทอจะมมาตรสวนบอกคาเปนหนวยความสง สามารถน ามาเทยบเปนอตราการไหล โดยใช Calibrate Chart ทก าหนด มาตรวดแบบโรตาประกอบดวยทอกลมเรยว (Tapered Tube) มลกลอยทรงกระบอกกลมปลายดานลางแหลมเปนรปกรวยอยภายในทอกลมเรยว ขณะใชงานจะวางอยในแนวดง ปลายดานเลกจะอยดานลางเปนทางเขาของของไหล เมอของไหลไหลขนในแนวดงจะดนใหลกลอยถกยกสงขนจนสมดล ของไหลจะไหลผานพนทวาง รปวงแหวนระหวางลกลอยทบทอเรยว ต าแหนงความสงของลกลอยขนอยกบอตราการไหล เมอลกลอยสมดล น าหนกของลกลอยจะเทากบแรงฉด (Drag Force) ของของไหลกระท าตอลกลอย
Page 28
16
1/2
รปท 2.7 ลกษณะการท างานของอปกรณวดอตราการไหล สามารถใชคาความสมพนธของแรงเหลานมาใชค านวณหาอตราการไหลในขณะนนไดตามสมการ Q = Cd Aa
WNet = น าหนกสทธของลกลอย Aa = ATube – AFloat ATube = พนทหนาตดของทอโรตา ณ ต าแหนงทลกลอยอยในสถานะสมดล AFloat = พนทหนาตดของลกลอย
หรอ Aa = พนทวงแหวนของการไหลผาน Fluid = ความหนาแนนของของไหลทตองการวด Cd = สมประสทธของการไหลผานมาตรวดโรตา,คาสมประสทธแรงเสยดทาน มาตรวดชนดนไดท าการตดตงสเกลบอกขนาดอตราการไหลไวทบรเวณขางหลอดของเครองมอวด ท าใหสะดวกตอการอานคาอตราการไหล อยางไรกตาม มาตรวดแบบโรตาจะใหคาความคลาดเคลอนมากในชวงทมการไหลนอย ๆ และไมเหมาะกบของไหลทมคาความหนาแนนมาก
2WNet AFloatFluid
Page 29
17
2.6 ระบบการควบคมเบองตน (Control Basic) การควบคมอตโนมต คอ การทใหอปกรณตวนนท างานเองตามทเราไดสงไว ซงในขบวนการผลตทกชนดจะตองมการควบคมคาของปรมาณตาง ๆ ซงเกยวของในการผลต เชน อณหภม , การไหล, แรงดน, ระดบของเหลว, ความหนาแนน, คา pH, ปรมาณ O2, ความเขมขนของสารเคม, ความหนด, คาความถวงจ าเพาะ, น าหนก, ความเรวรอบฯ ปรมาณเหลานเปนเงอนไขทส าคญทประกนไดวา สนคาทผานการผลตจะมคณภาพดตามตองการ การวดและการควบคมปรมาณเหลานใหเปนไปตามการโดยอตโนมต เราเรยกวา การควบคมระบบ (Process control) การควบคมระบบทดและถกตองจะเพมประสทธภาพการผลตท าใหสนคามคณภาพด ลดตนทน การควบคมระบบในปจจบนไดรบการพฒนาไปมาก จากการวดและควบคมดวยมอจนถงการควบคมโดยอตโนมต การควบคมทสลบซบซอน ใชเครองคอมพวเตอรเขามาชวย ขนตอนการพฒนาการควบคมระบบสามารถแบงเปนขนตอน ดงน สมยท 1 วดอยางเดยว เครองวดแบบงาย ๆ ไดแก เทอรโมมเตอร เครองชงน าหนกเปนการวดเพอ
ตรวจสอบสภาพการผลต เครองวดบางชนดไมสามารถวดอยางตอเนองได การควบคมเปนการควบคมดวยมอ (Manual Control)
สมยท 2 วดและควบคม เครองวดไฟฟาและเครองวดอตสาหกรรมแบบ Field instrument มการควบคมแบบงาย ๆ
สมยท 3 ระบบเครองวด Transmitter, Instrument Panel, เครองมอวดและบนทกขอมลในแบบหลายจด การควบคมแบบ ON-OFF
สมยท 4 ควบคมอตโนมต การควบคมแบบปอนกลบ ม Loop การควบคมหลาย ๆ Loop ในโรงงาน สมยท 5 ระบบควบคมอตโนมต การควบคมแบบซเควนซผสมกบการควบคมแบบปอนกลบท าให
ขบวนการผลตทกขนตอนเปนอตโนมต สมยท 6 Optimum Control การควบคมทซบซอน การควบคมโดยใชคอมพวเตอรเพอใหการผลตม
ประสทธภาพสงสด ลดตนทนและประหยดพลงงาน การควบคม การควบคม คอ การกระท าเพอใหบรรลสภาพหรอคณภาพทางฟสกส ลองพจารณาการกระท าซงเปนการควบคมจากตวอยาง
2.7 ตวควบคมและแบบการควบคม (Controller and control action) โดยทวไปตวควบคมอตโนมตจะท าหนาทเปรยบเทยบคาเอาทพตทเกดขนจรง (Actual Valve) จากการวดของระบบกบคาเปาหมาย (Set Point) ผลตางของสญญาณทงสองจะถกสงเขาคาเปาหมายกบคาจรงของโปรเซสเปนศนยหรอมคานอยทสด สญญาณควบคมทตวควบคมผลตออกมาน เรยกวา แบบของการควบคม (control action) ตวควบคมแบบอตโนมตในวงการอตสาหกรรมมแบบของการควบคม ดงน
1. On-Off Control Action (Two-position controller)
Page 30
18
2. Proportional Control Action (P controller) 3. Integral Control Action (I controller) 4. Proportional-Plus-Integral Control Action (PI controller) 5. Proportional-Plus-Derivative Control Action (PD controller) 6. Proportional-Plus-Plus-Integral-Derivation Control Action (PID controller)
ตวควบคมแบบอตโนมตในวงการอตสาหกรรม สวนมากจะใชระบบอเลคทรอนคสหรอแบบนวเเมตกส นนขนอยกบความเหมาะสมของโรงงานและขบวนการผลต เชน ควรพจารณาถงความปลอดภย ราคา ความสะอาด ความเชอถอ ความถกตอง แมนย า น าหนกและขนาด องคประกอบของตวควบคมแบบอตโนมตในงานอตสาหกรรม โดยปกตตวควบคมจะประกอบไปดวยสวนเปรยบเทยบระหวางคาเปาหมาย (set point) กบคาวด (measuring value) ซงจะไดผลตาง
รปท 2.8 ตวควบคมนวแมตกส.
Page 31
19
รปท 2.9 ตวควบคมแบบอเลกทรอนกส
รปท 2.10 แสดงโครงสรางงาย ๆ ของตวควบคม
2.8 แบบของการควบคม (Control action) แบบการควบคมดงทกลาวมาตงแตตนของบทนนน เปนแบบทงายและรจกกนดของผทอยในวงการอตสาหกรรม ทควบคมการผลตโดยใชตวควบคมแบบอตโนมต ใหพยายามสงเกตและศกษาใหเขาใจ ซงเปนสงทจ าเปนของวศวกรควบคม ในการทจะเลอกใชวธใดวธหนงทเหมาะสมกบ Application ของคนตอไป ในระบบทมการควบคมแบบ Two-position นน ตว actuating element จะม ต าแหนงแนนอนสองต าแหนงเทานน เชน เปด-ปด ในปจจบนการควบคมแบบนกยงเปนทนยมแพรหลายเนองจากตดตงงาย ราคาถก ใหสญญาณเอาทพทจากตวควบคมเปน m (t) และสญญาณผลตางระหวางคาเปาหมายและคาวดเปน e (t) เราจะไดวาคาของสญญาณ m (t) จะเปนคานอยทสดหรอมากทสดเทานน โดยขนอยกบคาสญญาณผลตางวาเปนบวกหรอลบเทานน
m (t) = M1 ท e (t) > 0 m (t) = M2 ท e (t) < 0 : โดยทคา M1 และ M2 เปนคาคงท คาของ M2 เปนคาทต าทสดหรออาจเปน -M1 กได ตวควบคมแบบ two-position โดยทวไปมกจะใชอปกรณไฟฟา เชน solenoid valve, motor valve ฯลฯ
Page 32
20
รป 2.11 Block diagram ของตวควบคมแบบ ON-OFF
รปท 2.12 ระบบการควบคมระดบของเหลว
Page 33
21
รปท 2.13 แสดง Dead band ของการควบคมระดบของเหลวแบบ ON-OFF
พจารณา ระบบของการควบคมระดบของเหลว ดวยการควบคมแบบ ON-OFF วาลวจะเปดหรอปดอยางใดอยางหนง อตราการไหลเขาของน าจะเปนคาคงททเปนบวกหรอศนย ดงแสดงในรป ข) จะเหนวาคาความสงของระดบน าในถงจะเพมและลดอยางตอเนองทระดบ 2 ระดบ คอ M1 และ M2 ซงเกดจากการเคลอนทของ actuating element (ในทนคอลกลอย) จากต าแหนงทก าหนดใหต าแหนงหนง (ON) ไปยงอกต าแหนงหนง (OFF) เปน cycle ดงนน ผลของการควบคมจะท าใหระดบน าเกดการแกวง (oscillation) ขนได ข) เราจะพบวา ชวงกวาง (Amplitude) ของการแกวงสามารถลดลงไดโดยการลดคา Dead band ซงอาจจะท าไดโดยการเพมอตราของ ON-OFF ของสวทซตอนาท เปนตน ส าหรบความถในการแกวง จะขนอยกบคาคงตวเวลา (time constant) ของระบบเอง ตามรปไดแสดงเสนโคงลกษณะสมบต (characteristic curve) ของระบบควบคมระดบน า โดยแบงเปนสองสวนคอ สวนแรกเกดจากการเปดน าใหไหลเขาถง ขณะใหงานตามปกต น าจะคอย ๆ เพมเปนแบบ exponential จนหมดถง จากการพจารณาระบบดงกลาวนเราสามารถสรปไดวาการควบคมแบบ ON-OFF จะไดผลตอเมอโปรเซสมคาคงตวเวลายาวมาก แตม dead time สน ๆ เทานน
2.9 การควบคมแบบ Feed Back เบองตน (Introduction to Feed Back Control) 2.9.1 หลกการของการควบคมแบบ Feed Back พจารณาขบวนการผลต เปนขบวนการทมเอาทพท Y, Disturbance D, และคาตวแปรของระบบเปน M
Page 34
22
รปท 2.14 การควบคมProcess วงรอบแบบFeed Back ของระบบ
การเปลยนคา disturbance d (บางครงอาจจะเปน load ของโปรเซสเองกได) เราไมสามารถท านายลวงหนาไดและจดประสงคในการควบคมของเราคอพยายามรกษาคา Output y ใหไดคาตามตองการ เหตการณทเกดขนในการควบคมแบบ Feed back จะเรยงล าดบดงน 2.9.1.1 วดคาของ Output (การไหล (Flow), ความดน (Pressure), ระดบของเหลว (Liquid level), อณหภม (Temperature), สวนประกอบทางเคม (Composition) โดยใชอปกรณการวด (Sensor) ทเหมาะสมให ymเปนคาทแสดงผลการวดของอปกรณการวดดงกลาว 2.9.1.2 เปรยบคา Output ymทวดไดกบคาเปาหมาย ysp (set point) ของเอาทพท สญญาณควบคมมวล (m)เพอทจะลดขนาดของผลตาง ปกตตวควบคมจะไมผลตสญญาณควบคม m โดยตรงแตจะผานอปกรณอกตวหนง (โดยทวไปมกจะเปน control valve) เราเรยกวา อปกรณควบคมตวสดทาย (Final control element) รป 2.18 (b) แสดงแผนภาพตามล าดบ 3 ขนตอนดงกลาว ระบบในรป 2.18 (a) คอ การควบคมแบบเปด (Open loop control) คอยเปรยบเทยบใหเหนความแตกตางกบระบบควบคมแบบ Feed back ในรป 2.18 (b) ซงบางครงเรยกวา การควบคมแบบวงปด (Closed loop control) เมอคา d เปลยนแปลงไป ผลตอบรบของรป 2.18 (a) คอผลตอบรบแบบวงเปด (Open loop response) ขณะทของรป 2.18 (b) เรยกวา ผลตอบรบแบบวงปด (closed loop response) ระบบควบคมแบบ Feed back ทพบบอย ๆ ในโปรเซสทว ๆ ไป แบงตามระบบการวดไดดงน ตวอกษรยอทมกใชในระบบควบคม FC ส าหรบการควบคมการไหล PC ส าหรบการควบคมความดน CC ส าหรบควบคมสวนประกอบทางเคม LC ส าหรบควบคมระดบของเหลว TC ส าหรบควบคมอณหภม
Page 35
23
รปท 2.15 แสดงระบบควบคม Feed back
โดยใชสญลกษณตามทก าหนดแทนรายละเอยดบางสวน ในรปยงแสดงถงระบบการสงสญญาณ
และการวดดวย โดยใชอกษรLT, TT, PT, FT และ CT แทนระบบของระดบ, อณหภม, การไหล และ
สวนผสมทางเคม ตามล าดบ รป a) และ b) แทนรป 2.19 b) และ d) นนเอง
ตามรปท 2.14 และ รปท 2.15 ไดแสดงถงอปกรณทเปนสวนประกอบพนฐานของวงรอบควบคม
แบบ Feed back ซงพออธบายสรปในแตละสวนไดดงน
1. Process: เปนวสดหรออปกรณทท าใหเกดขบวนการทางดานเคมและฟสกส (ถงน า, ตว
แลกเปลยนความรอน, reactor, separators ฯลฯ)
2. อปกรณการวดหรอหววด (Sensor): ตวอยางเชน เทอรโมคปเปอร (ส าหรบอณหภม) เบลโล
(Bellow) หรอไดอะแฟรม (ส าหรบความดนหรอระดบ), แผน orifice (ส าหรบอตราการไหล, กาซโครมา
โดกราฟหรอเครองวเคราะหสเปคโดรสโคบคหลายๆแบบ (ส าหรบวดองคประกอบทางเคม)
3. สายตอสญญาณ (Transmission Line) ใชในการน าสญญาณทวดไดจากหววด (Sensor) ไปยง
ตวควบคมและน าสญญาณจากตวควบคมไปยง อปกรณควบคมตวสดทาย (Final control element
:control valve เปนตน) สายสงสญญาณนสามารถเปนไดทงแบบสญญาณลมและสญญาณอเลกทรอนกส
Page 36
24
4. ตวควบคม :จะท าหนาทในการเปรยบเทยบระหวางคาทตองการ (Set point) กบคาทวดไดและ
ท าการตดสนใจสงค าสงทไดผานการค านวณตามแบบการควบคมแบบตาง ๆ (P, PI หรอ PID) ไปยงตว
ควบคมสดทายเพอใหคาทวดไดใกลเคยงกบคาทตองการมากทสด
5. อปกรณควบคมตวสดทาย : โดยปกตจะใช Control valve หรอ Metering – pump ทปรบ
ความเรวได อปกรณตวนจะรบสญญาณควบคมจากตวควบคมเพอไปปรบหรอเปลยนคาของตวแปรของ
โปรเซสทก าลงควบคมอยในทางฟสกสหรอเคมใหเปนไปตามสญญาณควบคมทมนไดรบ จะเหนวา
อ ง ค ป ร ะ ก อบ ใ น แ ต ล ะ ส ว น ท ก ล า ว ม า น ถ า ข า ด ส ว น ใ ด ส ว น หน ง ไ ป ร ะ บ บ ค ว บ ค ม
แบบ Feedback จะไมครบวงจร ดงนน เราจงจ าเปนทจะตองศกษาในแตละสวนอยางละเอยดตอไป
Page 37
25
บทท 3
วธด ำเนนกำรวจย
ในการสรางชดสาธตอตราการไหลของของไหล มวตถประสงคเพอหาประสทธภาพของชดสาธต
อตราการไหลของของไหลและเพอส ารวจความพงพอใจของผทดสอบชดสาธตอตราการไหลของของไหล
คณะผท าสงประดษฐไดด าเนนการเปน 2 ขนตอน ดงน
1. การสรางชดสาธตการไหลของของไหล
2. การหาประสทธภาพและความพงพอใจของชดสาธตการไหลของของไหล
3.1 กำรสรำงชดสำธตกำรไหลของของไหล ขนตอนการสรางชดสาธตการไหลของของไหลมดงรปน
รป (ก) ชดสาธตการไหลของของไหล
Page 38
26
รป (ข) ถงพลาสตก ขนาด 20 ลตร
รป (ค) Centrifugal Pump
รป (ง) Check Valve
รปท 3.1 (ก,ข,ค,ง) วสดและอปกรณในการสรางชดสาธตการไหลของของไหล
Page 39
27 3.1.1 วสดและอปกรณในกำรสรำงชดสำธตกำรไหลของของไหล 3.1.1.1 ถงพลาสตก ขนาด 20 ลตร 1 ถง
3.1.1.2 Centrifugal Pump
3.1.1.3 ทออะครลค
3.1.1.4 เครองวดแรงดน (PRESSURE GAUGE)4ตว
3.1.1.5 เครองวดอตราการไหล (Rota meter)
3.1.1.6 Gate Valve 3 ตว
3.1.1.7 Diaphragm Valve 3 ตว
3.1.1.8 Orifice 1 อน
3.1.1.9 Venture 1 อน
3.1.1.10Ball Valve 2 ตว
3.1.1.11 Check Valve 1 ตว
3.1.1.12 อปกรณวดอณหภม 1ตว
3.1.2 กำรเดนระบบและกำรใชงำนชดสำธตอตรำกำรไหลของของไหล
การเดนระบบและใชงานชดสาธตการไหลของของไหลมรายละเอยดดงทจะน าเสนอตอไป ซง
สามารถสรปเปนขนตอนไดดงตอไปน
แผนภมท 3.1 การเดนระบบและการใชงานชดสาธตอตราการไหลของของไหล 3.1.3 วธกำรเดนระบบและใชงำนชดสำธตกำรไหลของของไหล
การใชงานชดสาธตการไหลของของลงไหล
จดเตรยมระบบ
ของไหลหมนเวยนในระบบ
การตรวจสอบคา แรงดน อตราการไหล ลกษณะของการ
ไหล ท าความสะอาดอปกรณ
เตรยม Line ทจะท าการสาธต
เตมของไหลเขาสระบบ(น า)
ของไหลในทอจะ
เปลยนไปตามอปกรณท
ไหลผาน
Pipe,Orifice,Venture
Page 40
28 กอนการเดนระบบและใชงานชดสาธตการไหลของของไหล ใหศกษารายละเอยดของวาลวและทอตางๆในชดสาธตการไหลของของไหล
1.ถงน า 7.Pressure Gauge 1 13.Flange
2.Centrifugal Pump 8.Thermometer 14.Orifice
3.Check Valve 9.Gate Valve 1 15.Venture
4.Diaphragm Valve 1 10.Gate Valve 2 16.Pressure Gauge 2
5.Diaphragm Valve 2 11.Gate Valve 3 17.Pressure Gauge 3
6.Diaphragm Valve 3 12.Rota Meter 18.Pressure Gauge 4
รปท 3.2 แสดงอปกรณตางๆของชดสาธตการไหลของของไหล
1 2
3
4
5
6
7 13
14
15
8
9
10
11
12
16
18
17
Page 41
29 3.2 กำรหำประสทธภำพและควำมพงพอใจของชดสำธตกำรไหลของของไหล
ขนตอนการหาประสทธภาพและความพงพอใจของของชดสาธตการไหลของของไหลมดงน
แผนภมท 3.2 การหาประสทธภาพและความพงพอใจของชดสาธตการไหลของของไหล
3.2.1 ประชำกรและกลมตวอยำง กลมประชากรทใชในการวจยครงนเปนผเชยวชาญผวจยไดท าการเลอกแบบเจาะจง ผเชยวชาญทมประสบการณอยางนอย 5 ป ผจดการสวน 3 ทาน วศวกรเครองกล3ทานวศวกรกระบวนการผลต2 ทานวศวกรเครองมอวดและควบคม3 ทานShift Supervisor 1 ทานUnit Supervisor 2ทานและControl Room Operator1 ทานรวม 15 ทานแสดงความคดเหนตอชดสาธตการไหลของของไหลทสรางขน ตอบแบบประเมนเพอประเมนคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหลเและเสนอแนะความคดเหน 3.2.2 กำรออกแบบและสรำงชดสำธตกำรไหลของของไหล การออกแบบในการสรางชดสาธตการไหลของของไหล มรายละเอยดการด าเนนงานจากแผนภม
ท 3.3 ดงน
ประชากรและกลมตวอยาง
การออกแบบและสรางชดสาธตการไหลของของไหล
การวเคราะหขอมลและสรปผล
การทดลองใชและรวบรวมขอมล
การสรางเครองมอทใชในการวจย
Page 42
30
แผนภมท 3.3 การออกแบบและสรางชดสาธตการไหลของของไหล
3.2.2.1 ศกษาขอมล
ชดสาธตการไหลของของไหลจากดร.เสร ศภราทตยหนงสอกลศาสตรของไหล (Fluid
Mechainics) ส านกพมพมหาวทยาลยรงสต มหาวทยาลยรงสต ดร.สมศกด กรวฒเศรษฐหนงสอการใช
งานเครองมอวด ส านกพมพสมาคมสงเสรมเทคโนโลย (ไทย – ญปน) และผศ.ผงศร ศวราศกดหนงสอ
กลศาสตรของไหลประยกต (Applied Fluid Mechanic) ส านกพมพบรษททรปเพล กรปจ ากด ทเคยท า
มาและปญหาทเกดจากการท าเลยน ามาประดฐขนใหม
3.2.2.1.1 ขนาดของอปกรณชดสาธตการไหลของของไหลตนแบบจะตองมขนาดกะทดรด
มความแขงแรงและปลอดภย รปทรงของอปกรณของขดสาธตการไหลของของไหลจะตองมประสทธภาพ
3.2.2.1.2 ชนดของวสดทน ามาสรางชดสาธตการไหลของของไหล วสดทน ามาใชในการ
สราง จะตองเปนวสดทมคณสมบตเพยงพอทสามารถน ามาใชสรางชดสาธตไดอยางเหมาะสม
3.2.2.2 เขยนแบบ
3.2.2.2.1 ออกแบบ และรางแบบ
3.2.2.2.2 น าแบบรางของชดสาธตการไหลของของไหล เสนออาจารยทปรกษา แลว
น ามาปรบปรงแกไข
3.2.2.3 เลอกวสด เลอกวสดทน ามาใชในการสรางชดสาธตการไหลของของไหลจากการศกษา
ขอมลเบองตนผวจยไดด าเนนการสรางชดสาธตการไหลของของไหลเพอใชในการสาธต ผวจยไดเลอกใช
อะครลค (Acrylic)
ศกษาขอมล
เขยนแบบ
ทดลองใชชดสาธตการไหลของของไหล
สรางชดสาธตการไหลของของไหล
เลอกวสด
น าไปสาธต
Page 43
31 3.2.2.4 สรางชดสาธตการไหลของของไหลโดยพจารณาวาชดสาธตอตราการไหลของของไหลท
สรางขนจะตองตอบสนองวตถประสงคของการสรางชดสาธตอตราการไหลของของไหลไดครบ
3.2.2.5 ทดลองใชชดสาธตอตราการไหลของของไหลผวจยไดด าเนนการทดลองใชชดสาธตอตรา
การไหลของของไหล
3.2.2.5.1 น าเครองสาธตอตราการไหลของของไหลไปทดลองใช แลวบนทกผลการทดลอง
ใช ปญหาทเกดขน และขอบกพรองตางๆ
3.2.2.5.2 น าผลการทดลองใชไปใหผเชยวชาญตรวจสอบ และน าขอเสนอแนะมาปรบปรง
แกไขชดสาธตอตราการไหลของของไหล
3.2.2.6 น าไปสาธตน าไปสาธตและใหผเชยวชาญประเมน น าชดสาธตการไหลของของไหลไปใช
ในการสาธตการไหลของของไหล โดยการสาธตใหผเชยวชาญดแลวใหผเชยวชาญประเมนความคดเหน
เกยวกบคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหลโดยใชแบบสอบถามแสดงความคดเหน
3.2.3 กำรสรำงเครองมอทใชในกำรวจย
ผวจยไดด าเนนการสรางเครองมอในการวจย เปนแบบสอบถามความคดเหนของผเชยวชาญ ซงม
ขนตอนการสรางแบบสอบถามดงตอไปน
แผนภมท 3.4 การสรางเครองมอทใชในการวจย
วเคราะหลกษณะของขอมลทตองการ
ก าหนดรปแบบของค าถาม
ทดลองใชและปรบปรง
ใหผเชยวชาญพจารณา
เขยนแบบสอบถามฉบบราง
พมพแบบสอบถามฉบบจรง
Page 44
32 3.2.3.1 วเคราะหลกษณะของขอมลทตองการ
เปนขนแรกของการสรางแบบสอบถามกคอท าการวเคราะหลกษณะของขอมลทตองการในการ
วจยโดยวเคราะหจากจดประสงคการวจย ก าหนดโครงสรางของเนอหาแบบสอบถามโดย แบงออกเปน 3
ตอนคอ
ตอนท1 เปนขอมลเกยวกบสถานภาพของผตอบแบบสอบถามความคดเหนของผเชยวชาญซงเปน
แบบเลอกตอบ
ตอนท2 เปนขอมลแบบสอบถามคดเหนแบบมาตรสวนประมาณคา โดยแบงออกเปน 3 ระดบ
+1 หมายถงแนใจวาจดประเมนวดไดตรงตามทระบไวจรง
0 หมายถงไมแนใจวาจดประเมนวดไดตรงตามทระบไวจรง
- 1 หมายถงแนใจวาจดประเมนไมไดวดไดตรงตามทระบไวจรง
ตอนท3 เปนค าถามแบบปลายเปดส าหรบผตอบแบบสอบถาม แสดงความคดเหนเพมเตมและให
ขอเสนอแนะตางๆ
3.2.3.2 ก าหนดรปแบบของค าถาม ศกษาวธการสรางแบบสอบถามจากต ารา หรองานวจยอน
แลวก าหนดรปแบบของแบบสอบถาม
3.2.3.3 เขยนแบบสอบถามฉบบราง ลงมอเขยนแบบสอบถามฉบบราง ตามโครงสรางของเนอหา
ของแบบสอบถาม และตามหลกในการสราง และรปแบบทก าหนดไว
3.2.3.4 ใหผเชยวชาญพจารณา น าแบบสอบถามไปใหผเชยวชาญในดานทจะศกษา และดาน
วดผลพจารณา ความถกตองของขอค าถามแตละขอ แลวน าเอาขอวจารณเหลานนมาพจารณาแกไขให
เหมาะสม
3.2.3.5 ทดลองใชและปรบปรงน าแบบสอบถามไปทดลองใชกบผทมลกษณะคลายกลมตวอยาง
หรอกลมประชากร จ านวน 15 คน เพอพจารณาความชดเจนของขอค าถามตางๆ ปญหาทอาจจะพบ
ในขณะตอบ แลวน าขอวจารณเหลานนมาพจารณาแกไขปรบปรงแบบสอบถามใหเหมาะสม
3.2.3.6 พมพแบบสอบถามฉบบจรง
3.2.4 กำรทดลองใชและรวบรวมขอมล
การเกบรวบรวมขอมลการประเมนหาประสทธภาพของชดสาธตการไหลของของไหล
โดยผเชยวชาญ มขนตอนดงน ผวจยและคณะเรยนเชญผเชยวชาญมาตรวจสอบชดสาธตการไหลของของไหล จ านวน 15 ทาน ไดแก
1. นายภมนทร พมทรพย ผจดการสวนผลต I-4/1 2. นายราชย ชนมะเวส ผจดการสวนเพมประสทธภาพ
Page 45
33
3.นายบญเลศ ชยมานตย ShiftSupervisor 4.นายสแกว เทพค าด ผจดการสวนผลต I-4/2
5. นายวรพล แพงแกว วศวกรเครองกล 6. นายวบลย ศรสนทชย Unit Supervisor 7.นายประสทธ ศรอนกจ Unit Supervisor 8. นายกมล แกวจา วศวกรเครองกล 9. นายยคล เมฆกระจาย Control Room Operator 10.นายวรยะวฒน พทกษกจเจรญ วศวกรเครองมอวดและควบคม 11.นายณรรฐพล วจตรเฉลมพงษ วศวกรกระบวนการผลต 12.นายณฐพล เรองรศม วศวกรกระบวนการผลต 13.นายเทพฌาน พรหมทอง วศวกรเครองมอวดและควบคม 14.นายวชระ แซโคว วศวกรเครองมอวดและควบคม 15.นายชษณพงศ มะโน วศวกรเครองกล
โดยใหผเชยวชาญท าการตรวจสอบคณภาพและประสทธภาพของชดสาธตอตราการไหลของของไหลและหาประสทธภาพ 3.2.5 กำรวเครำะหขอมลและสรปผล การวเคราะหขอมล และสรปผลการวจยไดด าเนนการตามขนตอน ดงน 3.2.5.1 ด าเนนการเกบรวบรวมขอมล
เพอหาคาดชนความสอดคลองระหวางผลทไดจากการทดลองกบคาทางทฤษฎจากผเชยวชาญ
และเกบรวบรวมขอมลโดยคดเปนคาเฉลย (IOC)
สถตทใชในการค านวณ และวเคราะหขอมล มดงน
สตร IOC =
เมอ IOC = คอ คาดชนความสอดคลองตามสมมตฐานของการวจย
R = คอ คาผลรวมของคะแนนจากผเชยวชาญ
N = คอ จ านวนผเชยวชาญ
R
N
Page 46
34 3.2.5.2 การวเคราะหด าเนนการเปนขนตอน ดงน
3.2.5.2.1 น าแบบสอบถาม และชดสาธตอตราการไหลของของไหลไปใหผเชยวชาญแต
ละคนพจารณาลงความคดเหนวาจดประเมนแตละขอวดไดตรงตามทระบไวหรอไม โดยก าหนดคะแนน
ความคดเหนไว ดงน
+1 หมายถง แนใจวาจดประเมนวดไดตรงตามทระบไวจรง
0 หมายถง ไมแนใจวาจดประเมนวดไดตรงตามทระบไวจรง
- 1 หมายถง แนใจวาจดประเมนไมไดวดไดตรงตามทระบไวจรง
3.2.5.2.2 บนทกผลการพจารณาลงความคดเหนของผเชยวชาญเนอหาวชาแตละคน ใน
แตละขอแลวหาคะแนนผลรวมคะแนนความคดเหนของผเชยวชาญทงหมดเปนรายขอแทนคาสตร
3.2.5.2.3 ก าหนดคะแนนจดตด เพอทจะหาคาคะแนนทต าทสดทยอมรบวาแบบสอบถาม
สามารถวดไดตรงตามทระบไว และเนองจากเกณฑการยอมรบนตองไมเปลยนแปลงไปตามจดประเมน
แตละขอ ดงนนจงก าหนดคะแนนจดตดเทากนหมดทกขอคอเทากบ 0.5
3.2.5.2.4 แปลความหมายดชนความสอดคลองระหวางชดสาธตอตราการไหลของของไหลกบจดประเมน ถาคาดชนทค านวณไดมากกวา หรอเทากบ 0.5 แสดงวา แนใจวาจดประเมนวดไดตรงตามทระบไวจรง ถาคาดชนทค านวณไดนอยกวา 0.5 แสดงวา แนใจวาจดประเมนไมสามารถวดไดตามทระบไวจรง 0.5หมายถงมประสทธภาพตรงตามจดประเมนทตงไว
< 0.5หมายถงมประสทธภาพไมตรงตามจดทตงไว ตองมการปรบปรง แกไข 3.2.5.2.5 การวเคราะหขอมลเกยวกบระดบความพงพอใจ ตามความคดเหนของผ
ทดสอบชดสาธตการไหลของของไหล สถตทใช คอ คะแนนเฉลย (mean , x ) และความเบยงเบนมาตรฐาน (standard deviation , SD) ในการแปลความหมายของคาเฉลย ของการวเคราะหขอมล ไดวเคราะหความหมายของคาเฉลยตามหลกการ ดงน 4.51 – 5.00 หมายความวาความพงพอใจตามความคดเหนของผตอบแบบ สอบถามอยในระดบมากทสด 3.51 – 4.50 หมายความวาความพงพอใจตามความคดเหนของผตอบแบบ สอบถามอยในระดบมาก 2.51 – 3.50 หมายความวาความพงพอใจตามความคดเหนของผตอบแบบ สอบถามอยในระดบปานกลาง 1.51 – 2.50 หมายความวาความพงพอใจตามความคดเหนของผตอบแบบ สอบถามอยในระดบนอย 1.00 – 1.50 หมายความวาความพงพอใจตามความคดเหนของผตอบแบบ สอบถามอยในระดบนอยทสด
Page 47
35
บทท 4
ผลการวจย
จากการด าเนนการตามวตถประสงคของโครงการ ผจดท าไดเกบรวบรวมขอมลทงหมดทไดจากการทดลอง และแบบสอบถามความคดเหนของผเชยวชาญทมตอชดสาธตการไหลของของไหล จ านวน 15 ชด แลวน ามาวเคราะหขอมลวาผเชยวชาญมความสอดคลองกนในระดบใด โดยแสดงผลการวเคราะหขอมลทไดจากแบบสอบถามความคดเหนในรปของกราฟ และตารางประกอบค าบรรยายโดยแบงผลการศกษาออกเปน 4 ตอน ดงน 1. การทดลองจากชดสาธตอตราการไหลของของไหล 2. ผลการวเคราะหขอมลทวไปของผเชยวชาญ 3. ผลการวเคราะหความเหนของผเชยวชาญโดยแยกออกเปนดานตาง ๆ 4. ผลการวเคราะหความเหนของผเชยวชาญโดยรวมตอชดสาธตการไหลของของไหล
4.1 การทดลองจากชดสาธตอตราการไหลของของไหล 4.1.1 การทดลองจากชดสาธตอตราการ จากสตรสมการหาคาทดลองการไหล
qm =
การค านวณหาคาการไหลแบบปนปวน โดยก าหนด Pressure 0.5 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.035 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.035 kg/s = ×
0.035 kg/s = 0.000739 ×
=
2000 =
Page 48
36
2000 = 2244.138
=
= 1.122069 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00001144 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 0.5 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 0.5 – 0.00001144 P2 = 0.49988 Kg/ การค านวณหาคาการไหลแบบปนปวน โดยก าหนด Pressure 0.75 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.041666667 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.041666667 kg/s = ×
0.041666667 kg/s = 0.000739 × =
2000 = 2000 = 3179.037
=
Page 49
37
= 1.589519 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00001621 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 0.75 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 0.75 – 0.00001621 P2 = 0.74996 Kg/ การค านวณหาคาการไหลแบบปนปวน โดยก าหนด Pressure 1.0 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.046666667 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.046666667 kg/s = ×
0.046666667 kg/s = 0.000739 ×
=
2000 = 2000 = 3987.72
=
= 1.993860132 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00002033 Kg/
Page 50
38
จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 1 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 1 – 0.00002033 P2 = 0.99974 Kg/ การค านวณหาคาการไหลแบบปนปวน โดยก าหนด Pressure 1.5 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.05833333 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.05833333 kg/s = ×
0.05833333 kg/s = 0.000739 ×
=
2000 = 2000 = 6230.83
=
= 3.115406456 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00003176 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 1.5 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 1.5 – 0.00003176 P2 = 1.49992 Kg/
Page 51
39
การค านวณหาคาการไหลแบบกงราบเรยบกงปนปวน โดยก าหนด Pressure 0.5 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.08 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.08 kg/s = ×
0.08 kg/s = 0.001107 ×
=
2000 = 2000 = 999.633
=
= 0.499816802 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00007223 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 0.5 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 0.5 – 0.00007223 P2 = 0.49998 Kg/
Page 52
40
การค านวณหาคาการไหลแบบกงราบเรยบกงปนปวน โดยก าหนด Pressure 0.75 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.098888887 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.098888887 kg/s = ×
0.098888887 kg/s = 0.0001107 ×
=
2000 = 2000 = 1416.737
=
= 0.708368479 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00007223 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 0.75 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 0.75 – 0.00007223 P2 = 0.74992 Kg/
Page 53
41
การค านวณหาคาการไหลแบบกงราบเรยบกงปนปวน โดยก าหนด Pressure 1.0 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.1 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.1 kg/s = ×
0.1 kg/s = 0.0001107 ×
=
2000 = 2000 = 8160.274
=
= 4.080137158 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00004161 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 1 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 1 – 0.00004161 P2 = 0.99958 Kg/
Page 54
42
การค านวณหาคาการไหลแบบกงราบเรยบกงปนปวน โดยก าหนด Pressure 1.5 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.13333333 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.13333333 kg/s = ×
0.13333333 kg/s = 0.0001107 ×
=
2000 = 2000 = 14507.15
= = 7.25357717 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00007396 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 1.5 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 1.5 – 0.00007396 P2 = 1.49973 Kg/
Page 55
43
การค านวณหาคาการไหลแบบราบเรยบ โดยก าหนด Pressure 0.5 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.035 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.035 kg/s = ×
0.035 kg/s = 0.000739 ×
=
2000 = 2000 = 2244.138
=
= 1.122069 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00001144 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 0.5 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 0.5 – 0.00001144 P2 = 0.49998 Kg/
Page 56
44
การค านวณหาคาการไหลแบบราบเรยบ โดยก าหนด Pressure 0.75 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.2333333 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.2333333 kg/s = ×
0.2333333 kg/s = 0.000739 ×
=
2000 = 2000 = 3179.037
= = 1.589518522 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00001620 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 0.75 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 1.5 – 0.00001620 P2 = 0.74998 Kg/
Page 57
45
การค านวณหาคาการไหลแบบราบเรยบ โดยก าหนด Pressure 1 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.27777778 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.27777778 kg/s = ×
kg/s = 0.000739 ×
=
2000 = 2000 = 141288.3
=
= 70.64413731 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00002033 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 1 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 1 – 0.00002033 P2 = 0.99998 Kg/
Page 58
46
การค านวณหาคาการไหลแบบราบเรยบ โดยก าหนด Pressure 1.5 Kg/
จากสมการ qm =
แทนคา 0.41666666 kg/s = 0.6×1×3.14×(0.019 × × 1000 X 4
0.41666666 kg/s = ×
0.41666666 kg/s = 0.000739 ×
=
2000 = 2000 = 317898.6
=
= 158.949309 ( ใชโปรแกรมแปลงหนวยเปน Kg/ ) ดงนน = 0.00003176 Kg/ จากสมการ = P1-P2 ( P1 = 1.5 Kg/ จากคา Pressure Guage ทก าหนด ) P2 = 1.5 – 0.00003176 P2 = 0.49996 Kg/
Page 59
47
ตารางท 4.1 การค านวณจากสตรและผลการทดลองจากชดสาธตอตราการไหลของของไหล
รปแบบการไหล
จากการค านวณจากสตร จากการทดลองจากชดสาธตอตราการไหลของของไหล
หมายเหต
0.5 Kg/
0.75 Kg/
1.0 Kg/
1.5 Kg/
0.5 Kg/
0.75 Kg/
1.0 Kg/
1.5 Kg/
การไหลแบบราบเรยบ 0.49998 0.74998 0.99998 1.49996 0.50 0.75 1.0 1.50
การไหลแบบปนปวน 0.49988 0.74996 0.99974 1.49992 0.50 0.68 0.90 1.40
การไหลแบบกงราบเรยบกงปนปวน
0.49998 0.74992 0.99958 1.49973 0.50 0.70 0.90 1.40
จากกราฟแสดงผลเปรยบเทยบการค านวณจากสตรและผลการทดลองจากชดสาธตอตราการไหล
รปท 4.1 กราฟแสดงผลเปรยบเทยบ
Page 60
48
ขอเสนอแนะ คาจากการค านวณจากสตรและคาจากการทดลองจากชดสาธตอตราการไหลของของไหลนนอาจจะคาดเคลอนผดเปลยนไปบางแตอยในคาทใกลเคยงกน นนขนอยกบองคประกอบหลายๆอยาง เชน โครงสรางของชดทดลองทมขนาดจ ากด ต าแหนงการตดตงของ Pressure Guageและตวเกจวดอานคาของ Pressure Guageบอกคาไมละเอยด 4.2 ผลการวเคราะหขอมลทวไปของผเชยวชาญ ผลการวเคราะหขอมลทวไปของผเชยวชาญ ผศกษาไดแบงการวเคราะหออกเปน 3 สวนดงน 4.2.1 ระดบการศกษาของผเชยวชาญ
แผนภมท 4.1 ระดบการศกษาของผเชยวชาญ
จากแผนภมท 4.1 พบวาผเชยวชาญทใชในการประเมนคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหล ระดบปรญญาโท จ านวน 5 คน และล าดบรองลงมาเปนระดบปรญญาตร จ านวน 10 คน ซงถอไดวาผเชยวชาญสามารถประเมนคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหล โดยใชวจารณญาณของผเชยวชาญไดเอง
Page 61
49
4.2.2 ประสบการณท างานของผเชยวชาญ
แผนภมท 4.2 ประสบการณท างานของผเชยวชาญ จากแผนภมท 4.2 พบวาผเชยวชาญทใชในการประเมนคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหล มประสบการณในการท างาน 3-5 ป จ านวน 2 คน มประสบการณในการท างาน 6-8 ป จ านวน 2 คน มประสบการณในการท างาน 9-10 ป จ านวน 1 คน และมประสบการณในการท างานมากกวา 10 ปขนไป จ านวน 10 คน ซงถอไดวาผเชยวชาญมประสบการณอยในเกณฑทด 4.2.3 ระดบอายของผเชยวชาญ
แผนภมท 4.3 ระดบอายของผเชยวชาญ
ประสบการณ 10 ขนไป 66 %
ประสบการณ 3-5 ป 14 %
ประสบการณ 9-10ป 6 %
ประสบการณ 6-8 ป 14 %
อาย 41-50 ป 40 %
อาย 50 ขนไป 14 % อาย 20-30 ป
26 %
อาย 31-40 ป 20 %
Page 62
50
จากแผนภมท 4.3 พบวาผเชยวชาญทใชในการประเมนคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหล มอายระหวาง 20-30 ป จ านวน 4 คน มอายระหวาง 31-40 ป จ านวน 3 คน มอายระหวาง 41-50 ป จ านวน 6 คนและอายระหวาง 50 ปขนไป จ านวน 2 คนซงถอไดวาผเชยวชาญทงหมด มวยวฒเพยงพอในการประเมนคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหล
4.3 ผลการวเคราะหความเหนของผเชยวชาญโดยแยกออกเปนดานตาง ๆ 4.3.1 ความเหนของผเชยวชาญในดานวตถประสงคเพอสรางของชดสาธตการไหลของของไหลระดบความคดเหนของผเชยวชาญ
รปท 4.2 แสดงคา IOC ระดบความเหนของผเชยวชาญดานวตถประสงคเพอสรางชดสาธตการไหลของของไหล
จากรปท 4.2 พบวาผเชยวชาญมความเหนสอดคลองกนในดานวตถประสงคเพอสรางชดสาธตการไหลของของไหล โดยผลการตอบแบบสอบถามของผเชยวชาญมคา IOC อยในระดบเกนกวา 0.6 ไดแก ความเหมาะสมในการใชวสด, มขนาดและน าหนกเหมาะสม,ความแขงแรงของวสดในการออกแบบ, ความปลอดภยในการใชงาน, ความสะดวกในการเคลอนยาย,ความเหมาะสมในการออกแบบ, ดานความทนสมยสอดคลองกบสภาพปจจบนนนเปนเครองมอทออกแบบขนมาใหม และคมอประกอบการใชงานมความชดเจน มคา IOC อยในระดบ สงกวา 0.6 ซงคา IOC โดยรวมอยในระดบ 0.85 ซงหมายความวาผเชยวชาญมความเหนสอดคลองกนวาคาดชนมความสอดคลองกนตามสมมตฐานของการท าโครงงาน อยในระดบด
Page 63
51
4.3.2 ความเหนของผเชยวชาญในดานวตถประสงคเพอน าไปสาธตการไหลของของไหล
ระดบความคดเหนของผเชยวชาญ
รปท 4.3 แสดงคา IOC ระดบความเหนของผเชยวชาญในดานวตถประสงคน าไปสาธตการไหล
จากรปท 4.3 พบวาผเชยวชาญมความเหนสอดคลองกนในดานวตถประวตถประสงคเพอน าไปสาธตการไหลของของไหล โดยผลการตอบแบบสอบถามของผเชยวชาญมคา IOC อยในระดบ เกนกวา 0.6 ซงหมายความวาผเชยวชาญมความเหนสอดคลองกนวาคาดชนมความสอดคลองกนตามสมมตฐานของการท าโครงงาน อยในระดบด
4.4 ผลการวเคราะหความเหนของผเชยวชาญโดยรวมตอชดสาธตการไหลของของไหล หลงจากผเชยวชาญไดประเมนคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหลโดยใชแบบสอบถามผลการประเมน เปนดงน ตารางท 4.2 ผลการประเมนชดสาธตการไหลของของไหลโดยผเชยวชาญ 15 ทาน ทง 12 จด ประเมน
จ านวนผเชยวชาญ
จดประเมน
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Sum IOC
1.1 +1 +1 +1 +1 0 +1 0 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 13 0.87 1.2 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 13 0.87 1.3 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 13 0.87 1.4 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 0 +1 +1 +1 +1 +1 0 12 0.80 1.5 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 +1 +1 +1 14 0.93 1.6 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 0 +1 +1 13 0.87 1.7 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 0 +1 13 0.87 1.8 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 0 +1 +1 +1 +1 +1 0 12 0.80 2.1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 0 +1 +1 +1 13 0.87 2.2 0 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 0 +1 +1 +1 +1 +1 +1 12 0.80 2.3 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 0 0 0 +1 +1 +1 +1 11 0.73 2.4 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 14 0.93
Page 64
52
จากตารางท 4.2 ผลการประเมนของผเชยวชาญ จ านวน 15 ทาน ทท าการประเมนชดสาธตการไหลของของไหล ทง 12 จดประเมนตามแบบสอบถามทผจดท าไดท าขน และไดผลการประเมน ดงน
ตารางท 4.3 ผลการประเมนของผเชยวชาญโดยรวมตอชดสาธตการไหลของของไหล
จดประเมน IOC 1 0.87 2 0.87 3 0.87 4 0.80 5 0.93 6 0.87 7 0.87 8 0.80 9 0.87 10 0.80 11 0.73 12 0.93
IOC = N
R = 0.85
จากการประเมนของผเชยวชาญของชดสาธตการไหลของของไหลโดยรวมทไดจากการประเมนทงหมด 12 จดประเมน ไดคา IOC เทากบ 0.85 แสดงใหเหนวาผเชยวชาญทง 15 ทาน มความเหนสอดคลองกนวาชดสาธตการไหลของของไหลมคณภาพ และประสทธภาพสาธตการไหลของของไหล สามารถน าไปใชไดตามวตถประสงคของการวจย เพราะคา IOC ของจดประเมนเทากบ 0.85 ซงเกณฑดงกลาวน ผเชยวชาญมความเหนสอดคลองกนวาสามารถน าไปใชงานไดตามวตถประสงค และเปนไปตามสมมตฐานของการวจย
Page 65
40
บทท 5
สรปผล อภปรายและขอเสนอแนะ การศกษาวจย เรองชดสาธตการไหลของของไหลมวตถประสงคเพอใชในสาธตการไหลของของไหลโดยทการสาธตการไหลของของไหลไดคาตามตองการและสามารถน าไปใชศกษาการไหลของไหลและน าคาค านวณจากสตรไปใชเปนสอการเรยนการสอนส าหรบผทสนใจได ซงมการตงสมมตฐานวา ความคดเหนของผเชยวชาญมความสอดคลองกนในดานคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหลโดยใชแบบสอบถามเปนเครองมอในการประเมนความคดเหนของผเชยวชาญ ซงแบบสอบถามเปนประมาณคา 3 ระดบ ซงระดบความคดเหนของผเชยวชาญมคา IOC เทากบ 0.85ซงถอไดวา ผเชยวชาญมความคดเหนสอดคลองกนในดานคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหลส าหรบการวจยครงนผจดท าสามารถสรปผล อภปรายผลและขอเสนอแนะ ดงน 5.1 สรปผลการวจย ขอมลจากแบบสอบถามความเหนทไดประเมน โดยผเชยวชาญ จ านวน 15ทาน ซงผเชยวชาญไดมความคดเหนตอชดสาธตการไหลของของไหลและผลจากการวจยโดยผจดท าสามารถแยกสรปผลการประเมนความคดเหนของผเชยวชาญและผลจากการวจยออกเปนประเดนตางๆไดดงน 5.1.1 ผลจากการวจยและศกษารปแบบของของไหลภายในทอท าใหไดเหนรปแบบการไหลแบบ Lamina Flow แบบ Transition Flow และ แบบ Turbulence Flow มความสอดคลองกบวตถประสงค 5.1.2 ความคดเหนของผเชยวชาญในดานวตถประสงคเพอสรางชดสาธตการไหลของของไหลผเชยวชาญมความเหนสอดคลองกนวา ความเหมาะสมในการใชวสด, มขนาดและน าหนกเหมาะสม,ความแขงแรงของวสดในการออกแบบ,ความปลอดภยในการใชงาน,ความสะดวกในการเคลอนยาย,ความเหมาะสมในการออกแบบ, มความทนสมยสอดคลองกบสภาพปจจบน, เปนเครองมอทออกแบบขนมาใหม และคมอประกอบการใชงานมความชดเจน ในระดบคา IOC เทากบ 0.85ซงอยในเกณฑทก าหนดไว 5.1.3 ความคดเหนของผเชยวชาญในดานวตถประสงคเพอน าไปสาธตการไหลของของไหล ผเชยวชาญมความเหนวา ชดสาธตการไหลของของไหลมความสามารถในการสาธตการไหลของของไหล มขนตอนการสาธตการไหลของของไหลทเขาใจไดงาย และสามารถสาธตการไหลไดตามตองการ และสอดคลองกนในทกจดประเมน ในระดบคา IOC เทากบ 0.85ซงอยในเกณฑทก าหนดไว 5.1.4 ผลจากการวจยท าใหไดศกษาการท างานของระบบไฟฟา ControlON-OFF วาลวจะเปดหรอปดอยางใดอยางหนง เพอควบคมอตราการไหลเขา-ออกของน าและเพอรกษาระดบน าใหคงท 5.1.5 ผลจากการวจยท าใหไดทราบถงปจจยทมผลตอการเกดการไหล เชน อณหภมความหนดของน าแรงดนของน า,พนทหนาตดของขนาดทอ ,Pipe,Orifice,Ventureสงเหลานมผลตอรปแบบการไหล
Page 66
54
5.1.6 ผลการวจยท าใหสามารถน ามาเปนสอการเรยนส าหรบพนกงานทเขาใหม เพอจะไดเหนรปแบบการไหลไดชดเจนยงขน เพราะในโรงงานนนไมสามารถเหนรปแบบการไหลไดและจะไดรรปแบบการท างานของรปแบบการไหลเพราะระบบการท างานนนจะใชรปแบบการไหลทแตกตางกน 5.2 อภปรายผล ความคดเหนของผเชยวชาญทมตอชดสาธตการไหลของของไหลเพอใชในการสาธตการไหลของไหล สวนใหญมความเหนสอดคลองกนวาชดสาธตการไหลของของไหลมคณภาพ สามารถน าไปใชสาธตการไหลและศกษาไดจรง เฉลยแลวมความคดเหนวาชดสาธตการไหลของของไหลมคณภาพ แนใจวาจดประเมนวดวตถประสงคทตงไวไดจรง และสามารถอภปรายผลประเดนทผเชยวชาญแนใจวาจดประเมนวดวตถประสงคทตงไวไดจรง และไมแนใจวาจดประเมนวดวตถประสงคทตงไวไดจรง ดงน 5.2.1 จดประเมนทผเชยวชาญแนใจวาจดประเมนวดวตถประสงคทงไวไดจรง คอจดประเมนความเหมาะสมในการใชวสด ขนาดและน าหนกเหมาะสม ความเหมาะสมในการออกแบบ ความแขงแรงของวสดในการออกแบบ ความสะดวกในการเคลอนยาย มความทนสมยสอดคลองกบสภาพปจจบนเปนเครองมอทออกแบบขนมาใหม และคมอประกอบการใชงาน มความชดเจนซงอาจเปนเพราะวา ชดสาธตการไหลของของไหลมการเลอกใชวสดทเหมาะสมกบสภาพการใชงาน ขนาดและน าหนกเหมาะสม ใชงานไดงาย และมประสทธภาพในการใชงานสง 5.2.2 จดประเมนทผเชยวชาญไมแนใจวาจดประเมนวดวตถประสงคทตงไวไดจรง คอจดประเมนทบอกถง ความปลอดภยในการใชงาน ซงอาจเปนเพราะวาการออกแบบความปลอดภยของทออะครลคทนตอ Pressure ทสงขน 5.3ขอเสนอแนะ 5.3.1 การใชชดสาธตการไหลของของไหลผทใชชดสาธตการไหลของของไหลควรมความรทางดานรปแบบการไหล 5.3.2 ควรใสสผสมอาหารลงไปในน าของชดการสาธตการไหล (กอนใสสผสมอาหารลงไปทชดสาธตการไหลของของไหลควรจะใชผากรองสผสมอาหารกรองตระกอนสออกกอนเพอปองกนเศษสไปอดตนท Filter ของ Pump)เพอเพมประสทธภาพของรปแบบการไหลใหชดเจนยงขน
Page 67
55
เอกสารอางอง ดร. เสร ศภราทตย. หนงสอกลศาสตรของไหล ( Fluid Mechainics ) ส านกพมพมหาวทยาลยรงสต มหาวทยาลยรงสต ดร.สมศกด กรวฒเศรษฐ หนงสอการใชงานเครองมอวด ส านกพมพสมาคมสงเสรมเทคโนโลย ( ไทย – ญปน ) ผศ. ผงศร ศวราศกด หนงสอกลศาสตรของไหลประยกต ( Applied Fluid Mechanics ) ส านกพมพบรษททรปเพล กรป จ ากด
Page 69
57
ภาคผนวก ก
ภาพประกอบการสรางชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 70
58
รปท ก. 1 แสดงรปชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 71
59
รปท ก. 2 แสดงรปโครงสรางชดสาธตอตราการไหลของของไหล
รปท ก. 3 แสดงรปวาลว
Page 72
60
รปท ก. 4 แสดงรป PRESSURE GAUGE
รปท ก. 5 แสดงรปหนาแปลนของทอ
รปท ก. 6 แสดงรปหนาแปลน Venture
Page 73
61
รปท ก. 7 แสดงรปหนาแปลน Orifice
รปท ก. 8 แสดงรป Diaphragm Valve
Page 74
62
รปท ก. 9 แสดงรปThermometer
รปท ก. 10 แสดงรปทอ Rota Meter
รปท ก. 11 แสดงรปทอ Check Valve
Page 75
63
รปท ก. 12 แสดงรปถงน า
รปท ก. 13 แสดงรปCentrifugal Pump
รปท ก. 14 แสดงรปชด Control
Page 76
64
ภาคผนวก ข รายชอผเชยวชาญ
Page 77
65
รายชอผเชยวชาญ
ผเชยวชาญทใชในการประเมนคณภาพของชดสาธตการไหลของของไหล มรายชอดงตอไปน
รายชอผเชยวชาญ ขอมลของผเชยวชาญ 1. นาย ภมนทร พมทรพย อาย 52 ป
ระดบการศกษา ปรญญาโท ต าแหนง ผจดการสวนผลต I-4/1 สถานทท างานบรษท PTT Global Chemical Plc. ประสบการณการท างาน 28 ป
2. นาย ราชย ชนมะเวส อาย 52 ป ระดบการศกษา ปรญญาโท ต าแหนง ผจดการสวนเพมประสทธภาพ สถานทท างานบรษท PTT Global Chemical Plc ประสบการณการท างาน 28 ป
3. นาย บญเลศ ชยมานตย
อาย 50 ป ระดบการศกษา ปรญญาตร ต าแหนง Shift Supervisor สถานทท างานบรษท PTT Global Chemical Plc. ประสบการณการท างาน 27 ป
4. นาย สแกว เทพค าด อาย 50 ป ระดบการศกษา ปรญญาโท ต าแหนง ผจดการสวนผลต I-4/2 สถานทท างานบรษท PTT Global Chemical Plc ประสบการณการท างาน 26 ป
5. นาย วรพล แพงแกว
อาย 47 ป ระดบการศกษา ปรญญาตร ต าแหนง วศวกรเครองกล สถานทท างานบรษท PTT ME Co., Ltd ประสบการณการท างาน 23
Page 78
66
รายชอผเชยวชาญ ขอมลของผเชยวชาญ 6. นาย วบลย ศรสนทชย อาย 44 ป
ระดบการศกษา ปรญญาตร ต าแหนง Unit Supervisor สถานทท างานบรษท PTT Global Chemical Plc ประสบการณการท างาน 21 ป
7. นาย ประสทธ ศรอนกจ อาย 42 ป ระดบการศกษา ปรญญาตร ต าแหนง Unit Supervisor สถานทท างานบรษท PTT Global Chemical Plc ประสบการณการท างาน 20 ป
8. นาย นาย กมล แกวจา
อาย 42 ป ระดบการศกษา ปรญญาตร ต าแหนง วศวกรเครองกล สถานทท างานบรษท PTT ME Co., Ltd ประสบการณการท างาน 19 ป
9. นาย ยคล เมฆกระจาย
อาย 40 ป ระดบการศกษา ปรญญาตร ต าแหนง Control Room Operator สถานทท างานบรษท PTT Global Chemical Plc. ประสบการณการท างาน 18 ป
10. นาย วรยะวฒน พทกษกจเจรญ อาย 35 ป ระดบการศกษา ปรญญาตร ต าแหนง วศวกรเครองมอวดและควบคม สถานทท างานบรษท PTT ME Co., Ltd ประสบการณการท างาน 11 ป
Page 79
67
รายชอผเชยวชาญ ขอมลของผเชยวชาญ 11. นาย ณรรฐพล วจตรเฉลมพงษ อาย 32 ป
ระดบการศกษา ปรญญาโท ต าแหนง วศวกรกระบวนการผลต สถานทท างานบรษท PTT Global Chemical Plc ประสบการณการท างาน 9 ป
12. นาย ณฐพล เรองรศม
อาย 30 ป ระดบการศกษา ปรญญาโท ต าแหนง วศวกรกระบวนการผลต สถานทท างานบรษท PTT Global Chemical Plc ประสบการณการท างาน 7 ป
13. นาย เทพฌาน พรหมทอง
อาย 29 ป ระดบการศกษา ปรญญาตร ต าแหนง วศวกรเครองมอวดและควบคม สถานทท างานบรษท PTT ME Co., Ltd ประสบการณการท างาน 7 ป
14. นาย วชระ แซโคว อาย 29 ป ระดบการศกษา ปรญญาตร ต าแหนง วศวกรเครองมอวดและควบคม สถานทท างานบรษท PTT ME Co., Ltd ประสบการณการท างาน 5 ป
15. นาย ชษณพงศ มะโน อาย 28 ป ระดบการศกษา ปรญญาตร ต าแหนง วศวกรเครองกล สถานทท างานบรษท PTT ME Co., Ltd ประสบการณการท างาน 5 ป
Page 80
67
ภาคผนวก ค
แบบสอบถามความคดเหนของผเชยวชาญทใชในการประเมน ประสทธภาพของชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 81
68
รายนามผเชยวชาญ
ชอ นาย _____________________ สกล _____________________ อาย ____________ ป สถานทท างาน _____________________________________________________________ ต าแหนง _________________________________________________________________ วฒการศกษา ______________________________________________________________ สาขาทจบ ________________________________________________________________ ความรเชยวชาญดาน ______________________________ ประสบการณ _____________ ป
Page 82
69
แบบสอบถาม
เรอง การสรางและหาประสทธภาพชดสาธตอตราการไหลของของไหล
ค าชแจง แบบสอบถามนมวตถประสงคเพอประเมนคณภาพของชดสาธตอตราการไหลของของไหล
แบบสอบถามนจะใหผเชยวชาญเปนผตอบ และน าขอมลทไดไปใชในการวจยเทานน กรณาอานและตอบค าถามตามสภาพ หรอความเหนทแทจรง ตอนท 1 ขอมลของผเชยวชาญ ค าชแจง โปรดท าเครองหมาย / ลงใน ทตรงกบความจรงมากทสด 1.อาย 20 – 30 ป 31 – 40 ป 41 – 50 ป 50 ปขนไป 2. ระดบการศกษา ต ากวาปรญญาตร ปรญญาตร สงกวาปรญญาตร อนๆ ---------------------- 3. ประสบการณทางดานการปฏบตงาน 5 – 6 ป 7 – 8 ป
9 – 10 ป 10 ปขนไป
Page 83
70
+1 0 -1
แบบประเมนความสอดคลองของการใชชดสาธตอตราการไหลของของไหล
ตอนท 2 ความเหนของผเชยวชาญตอชดสาธตอตราการไหลของของไหล ค าชแจง โปรดแสดงความคดเหนของทานทมตอชดสาธตอตราการไหลของของไหล โปรดพจารณาวาจดประเมนแตละหวขอตอไปน วดตรงตามจดประสงคเชงพฤตกรรมทระบไวหรอไม แลววดผลการพจารณาของทาน โดยท าเครองหมาย ( / ) ลงในชองคะแนนทพจารณาตามความเหนของทาน คะแนนการพจารณา ชอง +1 หมายถง แนใจวาจดประเมนวดไดตรงตามทระบไวจรง ชอง 0 หมายถง ไมแนใจวาจดประเมนวดไดตรงตามทระบไวจรง ชอง -1 หมายถง แนใจวาจดประเมนไมไดวดไดตรงตามทระบไวจรง แบบประเมนความสอดคลองของผเชยวชาญ วตถประสงค จดประเมน คะแนนการพจารณา 1. เพอสรางชดสาธตอตรา 1.1 ความเหมาะสมในการเลอกใชวสดท า การไหลของของไหล 1.2 ชดสาธตอตราการไหลของของไหล มขนาด และน าหนก เหมาะสม 1.3 ความแขงแรงของวสดในการออกแบบ ชดสาธต อตราการไหลของของไหล 1.4 ความปลอดภยในการใชงาน 1.5 ความสะดวกในการเคลอนยาย ชดสาธตอตรา การไหลของของไหล
Page 84
71
+1 0 -1
วตถประสงค จดประเมน คะแนนการพจารณา 1.6 ความเหมาะสมในการออกแบบ ชดสาธตอตรา การไหลของของไหล 1.7 มความทนสมยสอดคลองกบสภาพปจจบน 1.8 เปนชดสาธตอตราการไหลของของไหลท ออกแบบขนมาใหม 2.เพอน าไปหาประสทธ 2.1สาธตการไหลไดตามวตถประสงค ภาพในการสาธตการ 2.2 มความสามารถในการสาธตการไหลได ไหลของของไหล ตามทตองการหรอไม 2.3มขนตอนในการสาธตการไหลทเขาใจงาย 2.4 คมอประกอบการใชงานชดสาธตอตราการไหล ของของไหลมความชดเจน ขอคดเหนและขอเสนอแนะ
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ลงชอ ------------------------------------
( ---------------------------------------- )
Page 85
72
ภาคผนวก ง
แบบชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 86
73
แบบ Drawing ดานหนาชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 87
74
แบบ Drawing ดานหลงชดสาธตอตราการไหลของของไหล
แบบ Drawing ดานหลงชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 88
75
แบบโครงสรางชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 89
76
แบบโครงสรางดานลางชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 90
77
แบบโครงสรางดานบนชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 91
78
ภาคผนวก จ
คมอการใชงานชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 92
79
คมอการใชงาน
เครองชดสาธตอตราการไหลของของไหล
Page 93
80
1. หลกการเกยวกบการใชงานเชดสาธตอตราการไหลของของไหล การเดนระบบและใชงานชดสาธตการไหลของของไหลมรายละเอยดดงทจะน าเสนอตอไป ซง
สามารถสรปเปนขนตอนไดดงตอไปน
การใชงานชดสาธตการไหลของขอลงไหล
จดเตรยมระบบ
ของไหลหมนเวยนในระบบ
การตรวจสอบคา แรงดน อตราการไหล ลกษณะของการไหล
ท าความสะอาดอปกรณ
เตรยม Line ทจะท าการสาธต
เตมของไหลเขาสระบบ(น า)
ของไหลในทอจะ
เปลยนไปตามอปกรณ
ทไหลผาน
Pipe,Orifice,Venture
Page 94
81
1.ถงน า 7.Pressure Gauge 1 13.Flange
2.Centrifugal Pump 8.Thermometer 14.Orifice
3.Check Valve 9.Gate Valve 1 15.Venture
4.Diaphragm Valve 1 10.Gate Valve 2 16.Pressure Gauge 2
5.Diaphragm Valve 2 11.Gate Valve 3 17.Pressure Gauge 3
6.Diaphragm Valve 3 12.Rota Meter 18.Pressure Gauge 4
1 2
3
4
5
6
7 13
14
15
8
9
10
11
12
16
18
17
Page 95
82
1.1 เตมน าใสถงประมาณ17ลตร ( ควรเปนน าทสะอาด ) 1.2 เตรยมระบบ Gate Valve ทกตวจะตองอยต าแหนงเปด 1.3 Diaphragm Valve ทกตวอยในต าแหนงปด 1.4 1.4 เตรยมปลกไฟส าหรบใชเสยบ Start Pump และชดควบคลม Diaphragm Valve
โดยใชกระแสไฟฟา220โวลล 1.5 On ไฟฟาบนชดควบคลมและ Start Pumpน าเดนหมนเวยนในระบบโดยผาน Main Flow
Pumpกลบเขาถงน า 1.6 เรมท าการทดลองชดสาธตการไหลโดยขนอยกบผทดลองจะเลอกทดสอบระบบทอไหนกอน
กไดขนอยกบการเปด Diaphragm Valve 1.7 เลอกระบบทดสอบไดแลวและท าการเปดDiaphragmValveของระบบทอทจะท าการทดสอบ
และตรวจสอบคา แรงดน อตราการไหลและลกษณะการไหลภายในทอ 1.8 ของไหลภายในทอจะเปลยนไปตามอปกรณทไหลผาน Pipe, Orifice, Venture จะเปน
ตวก าหนด 1.9 สามารถทดลองชดสาธตการไหลของของไหลไดเรอยๆตามความตองการของผทดลอง
1.10ถาเลกท าการทดลองใหท าการStopPumpและท าการกดปมEmergencyและดงปลกไฟออก 1.11ถาตองการเรมทดลองชดสาธตการไหลใหมใหท าตามขนตอนเหมอนเดม 2. สวนประกอบของชดสาธต
สวนประกอบของวสดและอปกรณในการสรางชดสาธตการไหลของของไหลมรายละเอยดดงน 2.1 ถงพลาสตก ขนาด 20 ลตร 1 ถง
2.2 Centrifugal Pump
2.3 ทออะครลคใส มขนาดความหนาของทอ 3 มลลเมตร น าหนกเบา และความยดหยนสง 2.4 เครองวดแรงดน (PRESSURE GAUGE) 4 ตว
2.5 เครองวดอตราการไหล (Rota meter)
2.6 Gate Valve 3 ตว
2.7 Diaphragm Valve 3 ตว
2.8 Orifice 1 อน
2.9 Venture 1 อน
2.10 Ball Valve 2 ตว
2.11 Check Valve 1 ตว
2.12 อปกรณวดอณหภม 1ตว
1
9 10 11
6 4 5
2
12 16 18 17
15 14 13
2
Page 97
84
ประวตผเขยน
ชอ : นาย กญชร ศรพนจ ปรญญานพนธ : ชดสาธตอตราการไหลของของไหล สาขา : เทคโนโลยการจดการอตสาหกรรม ประวตการศกษา : มธยมศกษา โรงเรยนระยองวทยาคม อ.เมอง จ.ระยอง
: ปวช. วทยาลยเทคนคระยอง อ.เมอง จ.ระยอง : ปวส. วทยาลยเทคนคระยอง อ.เมอง จ.ระยอง
สถานทท างาน : บรษท PTT Global Chemical Plc
Page 98
85
ประวตผเขยน
ชอ : นาย รตตกาล มหาเจรญ ปรญญานพนธ : ชดสาธตอตราการไหลของของไหล สาขา : เทคโนโลยการจดการอตสาหกรรม ประวตการศกษา : มธยมศกษา โรงเรยนวดปาประด จ.ระยอง : ปวช. เทคโนโลย IRPC อ.เมอง จ.ระยอง : ปวส. เทคโนโลย IRPC อ.เมอง จ.ระยอง สถานทท างาน : บรษท PTT ME Co., Ltd
Page 99
86
ประวตผเขยน ชอ : นางสาวญาณศา เกยวพนธ ปรญญานพนธ : ชดสาธตอตราการไหลของของไหล สาขา : เทคโนโลยการจดการอตสาหกรรม ประวตการศกษา : มธยมศกษา โรงเรยนระยองวทยาคมปากน า อ.เมอง จ.ระยอง : ปวช. วทยาลยเทคนคระยอง อ.เมอง จ.ระยอง : ปวส. วทยาลยเทคนคระยอง อ.เมอง จ.ระยอง สถานทท างาน : บรษทยนต อนดสเตรยล จ ากด