يعبّر معدل تدفق المروحة عن حجم الهواء الذي تنقله المروحة في وحدة الزمن، ويُعطى بوحدة المتر المكعب في الساعة. ويُجرى الحساب بمعطيين: مقطع القناة، وسرعة الهواء المار عبر ذلك المقطع.
عندما يُحسب معدل التدفق خطأً تنشأ المشكلة في الاتجاهين. فالمروحة الصغيرة تُبقي الشفط ضعيفًا، أما المروحة الكبيرة فتهدر الطاقة وتُجهد الخط دون داعٍ.
ما هو معدل تدفق المروحة؟
معدل تدفق المروحة هو كمية الهواء التي تمررها المروحة عند نقطة تشغيلها. وهو ليس أعلى قيمة مكتوبة في الكتالوج، بل القيمة الفعلية التي تعطيها المروحة عند مقاومة الخط الموصولة به.
هذا التمييز بالغ الأهمية. فإذا كُتب في الكتالوج أن المروحة تعطي 25.000 متر مكعب في الساعة، فهذه القيمة صالحة عند ضغط صفري، وعند توصيلها بالقناة والفلتر ينخفض معدل التدفق لارتفاع المقاومة. ويُقرأ معدل التدفق الفعلي للمروحة عند نقطة تقاطع منحنى المروحة مع منحنى مقاومة النظام. وقد تعطي المروحة نفسها معدلي تدفق مختلفين في منشأتين مختلفتين، لأن العامل الحاسم ليس المروحة ذاتها بل مقاومة الخط الموصولة به.
كيف يُحسب معدل تدفق المروحة؟
يبدأ حساب معدل تدفق المروحة من حاجة المنشأة لا من المروحة. فيُحدَّد أولًا مقدار الهواء الذي يجب أن يسحبه الخط، ثم تُختار المروحة المناسبة وفق هذه القيمة.
- حدّد نقاط الشفط، أدرج مقاس فوهة الشفط لكل آلة وعددها
- اختر سرعة الالتقاط، حدّد سرعة الهواء المطلوبة وفق طبيعة الغبار
- احسب معدلات تدفق النقاط، أوجد قيمة كل نقطة بضرب مقطع الفوهة في السرعة
- طبّق التزامن، احتسب نسبة النقاط التي ستعمل في الوقت نفسه
- استخرج معدل التدفق الإجمالي، اجمع قيم النقاط
- أضف فقد الضغط، احسب مقاومة القناة والأكواع والفلتر
- اختر المروحة، حدّد الطراز الذي يلبي معدل التدفق والضغط معًا
عندما يُعكس هذا التسلسل يصبح الخطأ حتميًا. فالمنشآت التي تملك مروحة تحاول عادةً حساب معدل التدفق وفق المروحة، أي تنطلق من القيمة التي يمكن أن تعطيها المروحة الحالية. وحساب معدل التدفق وفق المروحة لا معنى له إلا للتحقق من السعة، أما في التركيب الجديد فالطريقة الصحيحة هي البدء من الخط.
معادلة حساب معدل تدفق المروحة
تستند معادلة معدل التدفق الحجمي إلى حاصل ضرب مساحة المقطع في سرعة الهواء. وعند طلب القيمة بالساعة تُضرب النتيجة في 3.600.
| الكمية | الرمز | الوحدة | قيمة مثال |
|---|---|---|---|
| معدل التدفق الحجمي | Q | m³/h | 21.600 |
| مساحة المقطع | A | m² | 0,4 |
| سرعة الهواء | v | m/s | 15 |
| كثافة الهواء | ρ | kg/m³ | 1,2 |
| الضغط الساكن | Δp | Pa | 2.500 |
تُكتب معادلة حساب معدل التدفق على الشكل Q = A × v × 3.600. فإذا قيست سرعة الهواء 15 m/s في قناة مقطعها 0,4 m² تكون العملية 0,4 × 15 × 3.600 ويكون معدل التدفق 21.600 m³/h. وفي القناة الدائرية تُحسب مساحة المقطع من القطر، فمساحة قناة قطرها 400 مليمتر تُحسب 0,1256 m². وعند تطبيق معادلة حساب معدل التدفق يجب قياس السرعة بأخذ متوسط المقطع لا من وسط القناة، وإلا جاءت النتيجة أعلى من الحقيقة.
العلاقة بين ضغط المروحة ومعدل التدفق
عند حساب الضغط ومعدل التدفق يجب ألا يُنسى أنهما يتحركان في اتجاهين متعاكسين. فكلما زادت مقاومة الخط قلّ معدل التدفق الذي تمرره المروحة نفسها.
تزداد مقاومة النظام مع مربع معدل التدفق، أي أنه عند الرغبة في مضاعفة معدل التدفق يتضاعف فقد الضغط أربع مرات. ومن منظور سرعة دوران المروحة تُعرَّف العلاقة بقوانين المراوح. فعند رفع السرعة من 1.500 إلى 1.800 تكون النسبة 1,2، فيزداد معدل التدفق 1,2 مرة، ويرتفع الضغط 1,44 مرة والحاجة إلى القدرة 1,728 مرة. لذلك يُجرى حساب الضغط ومعدل التدفق عند تغيير السرعة مع التحقق من القدرة دائمًا.
حساب معدل التدفق بحسب أنواع المراوح
المعادلة واحدة لكل أنواع المراوح، والذي يتغير هو قيمة الضغط المعتمدة. ويُختار نوع المروحة وفق مقاومة الخط.
بعض الفروق هنا ناتج عن التسمية. فالمروحة الشعاعية تقنيًا نوع فرعي ذو شفرات مستقيمة من مجموعة المراوح الطاردة المركزية، أما في السوق فيُبحث عنهما كمنتجين منفصلين. ولا فرق من حيث الحساب، وإنما يظهر الفرق في قيمة الكفاءة وفقد الضغط المستخدمين.
حساب معدل تدفق المروحة الشعاعية
يُجرى حساب معدل تدفق المروحة الشعاعية على أساس مقاومة الفلتر المتسخ. فبما أن الدفّاعة ذات الشفرات المستقيمة تمرر الهواء المغبر، تزداد مقاومة الخط مع الوقت، وإذا أُجري الحساب بقيمة الفلتر النظيف تصبح المروحة غير كافية بعد ستة أشهر.
في الخطوط الناقلة للغبار يُضاف إلى الحساب ضغط الفلتر المتسخ وهامش تراكم الغبار وفواقد الأكواع. وعند اختيار المروحة الشعاعية تُحسب القدرة بقسمة حاصل ضرب معدل التدفق في الضغط على كفاءة المروحة. وبعد إتمام حساب معدل تدفق المروحة الشعاعية تُحدَّد نقطة التشغيل على منحنى المروحة.
حساب معدل تدفق المروحة المحورية
يقوم حساب معدل تدفق المروحة المحورية على منطق التدفق العالي والضغط المنخفض. فبما أن الهواء يتحرك موازيًا لمحور الشفرات، تنقل هذه المجموعة أحجامًا كبيرة بطاقة قليلة.
إذا كان خط القنوات قصيرًا ولا توجد مقاومة فلتر، يمكن إجراء حساب معدل تدفق المروحة المحورية مباشرةً من الحجم. أما في الأنظمة الموصولة بفلتر فيبقى هذا النوع وحده غير كافٍ، لأن معدل تدفقه ينخفض بسرعة أمام المقاومة المتزايدة. فمجال هذه المجموعة الأساسي هو تصريف الدخان وتهوية البيئة، أما في خطوط شفط الغبار فيُنتقل إلى مجموعة المراوح الطاردة المركزية.
حساب معدل تدفق المروحة الطاردة المركزية
يُجرى حساب معدل تدفق المروحة الطاردة المركزية بقيم كفاءة مختلفة بحسب شكل الشفرات. فالكفاءة عالية في الشفرات المائلة للخلف، بينما يُحصل في الشفرات المائلة للأمام على معدل تدفق أكبر من الجسم نفسه.
تؤثر قيمة الكفاءة المستخدمة في الحساب مباشرةً في النتيجة. فعند حساب معدل تدفق المروحة الطاردة المركزية بكفاءة تقارب 0,7، تكون القدرة اللازمة لمعدل تدفق 6 m³/s وضغط 2.500 Pa مساويةً 21,4 كيلوواط. وفي مجموعة المروحة الطاردة المركزية الحلزونية تتغير هذه القيمة بحسب نوع الشفرات.
حساب معدل تدفق مروحة التهوية
يُجرى حساب معدل تدفق مروحة التهوية على أساس الحجم وعدد مرات تغيير الهواء. وتُكتب المعادلة على الشكل Q = V × n، حيث V حجم المكان وn عدد مرات تغيير الهواء في الساعة.
إذا استُهدف في ورشة حجمها 2.000 متر مكعب تغيير الهواء 6 مرات في الساعة، يكون معدل التدفق 12.000 m³/h. ويُختار عدد مرات تغيير الهواء وفق طبيعة المكان، وترتفع هذه القيمة في أقسام اللحام والطلاء. وإلى جانب القيمة الناتجة عن حساب معدل تدفق مروحة التهوية يُخطَّط مدخل الهواء النقي بشكل منفصل.
كيف يُحسب معدل التدفق الكتلي للمروحة؟
يُحسب معدل التدفق الكتلي للمروحة بضرب معدل التدفق الحجمي في كثافة الهواء. وتُكتب المعادلة على الشكل ṁ = Q × ρ وتكون النتيجة بالكيلوغرام في الساعة.
بما أن الكثافة تتغير مع درجة الحرارة يصبح هذا الحساب إلزاميًا في خطوط الغاز الساخن. فالكثافة التي تبلغ 1,2 kg/m³ عند 20 درجة مئوية تنخفض إلى 0,75 kg/m³ عند 200 درجة. ومعدل التدفق الحجمي نفسه البالغ 21.600 m³/h ينقل 25.920 kg/h في الظروف العادية، بينما ينقل عند 200 درجة 16.100 kg/h فقط، أي يحدث فقد كتلي بنسبة 38 بالمئة. وإذا أُهمل حساب معدل التدفق الكتلي للمروحة فإن المروحة المركّبة على الخط الساخن تملأ الجسم لكنها لا تنقل الكتلة المطلوبة.
قيم معدل التدفق والضغط في اختيار المروحة
في مرحلة العرض تُعطى قيمتان معًا: معدل التدفق والضغط الساكن. فعند الإبلاغ عن معدل التدفق وحده لا يمكن اختيار المروحة الصحيحة، لأن عشرات المراوح التي تعطي معدل التدفق نفسه تولّد ضغوطًا مختلفة جدًا عن بعضها.
بما أن قيم الكتالوج تُعطى لظروف الهواء القياسية، يُطبَّق تصحيح في المنشآت الساخنة أو المرتفعة. ومن المهم أن تبقى نقطة التشغيل على منحنى المروحة قريبة من ذروة الكفاءة، فالمروحة التي تعمل في المناطق الطرفية تُحدث ضجيجًا وترفع استهلاك الطاقة. وعندما تملؤون نموذج طلب العرض ببيانات معدل التدفق والضغط لخطكم، نحدد معًا نوع المروحة المناسب.
ما يجب مراعاته عند حساب معدل تدفق المروحة
العوامل التي تفسد الحساب تنشأ غالبًا من بنود مُهملة. والعناوين التالية هي أكثر النقاط التي تُغفَل في الموقع.
- مقاومة الفلتر المتسخ، الحساب بقيمة الفلتر النظيف يجعل المروحة غير كافية
- نسبة التزامن، إذا لم تعمل كل النقاط في الوقت نفسه يتضخم معدل التدفق
- تصحيح الحرارة، في الغاز الساخن تنخفض الكثافة فينخفض الضغط أيضًا
- تأثير الارتفاع، كلما زاد الارتفاع انخفضت كثافة الهواء وضغط المروحة
- هامش التسرب، يُترك هامش لإحكام القنوات والشفاه
- الأكواع والتضييقات، تُضاف الفواقد الموضعية إلى الضغط الكلي
- طريقة القياس، يجب أخذ السرعة كمتوسط للمقطع
- السعة المستقبلية، إذا كانت آلات ستُضاف إلى الخط تُحتسب من البداية
عندما تدخل هذه البنود في الحساب تقترب النتيجة من الواقع. وعندما يُنجز حساب معدل التدفق على المكتب ولا يُتحقق منه في الموقع يظهر الفرق دائمًا، لذلك يجب إجراء القياس بجهاز الأنيمومتر أثناء التشغيل وتسجيل القيمة. ويصبح القياس الأول في الوقت نفسه قيمة مرجعية، فيتوفر سجل للمقارنة عندما ينخفض معدل التدفق في السنوات اللاحقة.
