サイト内検索
カテゴリー
新着記事一覧
バックナンバー
2011年01月
2011/01/17
熱力学の簡単な計算

皆様こんにちは。アネスト岩田・カスタムエンジニアリンググループのデニムと申します。私はコンプレッサに関する仕事をしていますが、カロリを気にする(しなければならない)お鍋料理が大好きな人間でもあります(汗)。今週の休日、久々に極上フルコース料理を食べようと計画しました。約2000kcalと比較的高カロリ料理ですが、スポーツセンタで得意なバーベル上げ運動によりカロリを消費すれば大丈夫だろう考え、どの位運動すればよいかざっくり計算した所、下記条件の下大変な結果が算出されました(大汗)!!
・条件①:運動は、質量m=50kgのバーベルを0mからh=2mまで持ち上げるバーベル上げ運動のみをN回繰り返し、2000kcalを消費する(熱エネルギを力学的エネルギへ変換して消費)とする。バーベルを下す、又その他行為はカロリを消費しないと仮定。
・条件②:1cal(カロリ)=4.186J(ジュール)とする。よって、2000kcal≒8370000J
以上条件の下、計算してみます。質量mのバーベルを高さhまで上げる運動1回で消費するエネルギw(J)は、下記式で表されます(位置エネルギの式です)。
w=mgh・・・(1)(m:バーベル質量=50kg,g:地球の重力加速度=9.8m/sec2,h:バーベルを持ち上げる高さ=2m)
必要な全エネルギWは、wをN回繰り返すので、 (1)式及び2000kcal≒8370000Jより
W=Nw=Nmgh=8370000J・・・(2)
よって、(2)式をNについて解けば、バーベル上げを繰り返す回数が求まります。
N=W/mgh=8370000/(50*9.8*2)≒8540回
なんという回数でしょうか・・・しかも、10秒毎にバーベルを持ち上げるとすると、およそ24時間かかります。これはあくまで机上の単純計算話ですが、予想以上に大変そうなので極上フルコース料理は今回もあきらめ、普段通りの質素な食事にします(涙)・・・。

第1図.質素な食生活~金曜夜の夕食~
Blog169.jpg

熱力学つながりですが、コンプレッサをお使い又は関連したお仕事をされている皆様は、コンプレッサが空気を圧縮するとその空気の温度が高くなることはご存知と思います(話は少しそれますが、温度といえば、現在のアネスト岩田のコンプレッサは周囲温度が2℃~40℃環境下にて設計されておりますので、コンプレッサ周囲温度管理もよろしくお願いいたします)。
話は戻りまして、空気を圧縮すると温度が上がる・・・一般的に気体を圧縮すると何℃位になるか簡単に計算できたら、若干面白いと思いませんか?!複雑な計算で簡単には・・・と思われた方もいらっしゃるのではないでしょうか。
でも、先程のカロリ計算同様、下記条件を加えることで簡単に計算ができるのです。
・条件①:扱う空気は、理想気体(下記(3)式に従って変化する気体)。
PV=nRT・・・(3)P:圧力,V:体積,T:温度,nとR:定数で各々一定の値。※nはモル数,Rは気体定数と専門語で呼ばれます。
・条件②:断熱過程とする。
気体を急速に圧縮する時、対象とする空気には外部から流れ込む熱はほとんど無いとし断熱圧縮をしているとすると、下記(4)式を使うことができます。
PVγ=一定・・・(4)γ:比熱比と呼ばれ気体によって異なりますが、扱う気体は理想気体の空気としているのでγ=1.40で一定です。
・条件③:空気は逃げない(漏れない)。
これら条件を盛り込むことで、計算が簡単になります。
例えば、シリンダ内に温度20℃、圧力1atm(約0.10MPa)、体積800cm3の空気が、体積60cm3まで圧縮された時の圧力と温度は・・・
圧縮前と圧縮後で(4)式が成立するので、圧縮前の状態に1を、圧縮後の状態に2という記号を付けて表すと
P1V1γ=P2V2γ・・・(5)
(5)式をP2について解くと、圧縮後の圧力が求まります。
P2=P1(V1/V2)γ=0.1(800/60)1.4≒3.76(MPa)
又、温度は(3)式を使用し、nとRは圧縮前と圧縮後で同じ値なので
P1V1/T1= P2V2/T2・・・(6)
(6)式を圧縮後の温度T2について解くと、答えが求まります。
T2=P2V2/(P1V1)*T1=((3.76*60)/(0.1*800))*(273.15+20)≒826(K)
※ここで温度について、計算では日本で比較的よく観られる摂氏温度TC(℃)ではなく、ケルビン温度TK (K)を使用します。摂氏温度とケルビン温度との間には(7)式の関係があります。
TC=TK - 273.15・・・(7)よって、圧縮後の温度T2は
T2=826-273.15≒553(℃)
このように、単純な計算でざっくり求めることができます(唯実際には、コンプレッサは熱伝導率の影響や強制冷却風等の影響もある為、計算値と同じにはならないですけども・・・滝汗)。以上、熱力学についての計算を少しご紹介させていただきました。
御一読いただきありがとうございました。

コンプレッサー基礎知識
2011/01/07
温度の話

明けましておめでとうございます。
いつも当社をご愛顧いただきありがとうございます。
これからも、お客様にお役に立てるブログを掲載できるよう努力させて頂きます。
今年も宜しくお願い致します。
新年ご挨拶訪問の際、特約店の社長様から採りたての柚子とみかんをいただきました。
とても新鮮ですので市販の物より断然美味しかったです。どうもありがとうございました。
Blog170.jpg

アネスト岩田圧縮機部のズーです。

いやー、ついに寒くなりましたね。スーツ+マフラー+コート+手袋の完全防備にて通勤する毎日です。

今回は温度の話です。いつもは高温時の話をしていますが、冬ですし低温時の問題をお話しましょう。

クリーンエアブログで皆さんがよく紹介している” 周囲温度が摂氏2~40度で、腐食性ガスのない場所でご使用ください。”との注意書き、なんで下限値が決まってるの??-20℃とかで使うとどうなるの??と思いませんか?

低温で使うと2つの問題が起きてしまう可能性があります。

「一つ」起動不良
簡単に説明します。コンプレッサのモータが回りづらくなってしまうのです。温度が低いと本体やモータに使われているグリスの粘度が上がって、モータを回すための力が通常よりも多く必要になってしまいます。例を挙げると、2つコップの中にそれぞれジュースとシェイクが入っているとしましょう、ストローでかき混ぜると明らかにシェイクの方が混ぜづらいですよね。その必要な力が大きすぎるとモータが回らなくなるなんてこともあり得るわけです。

「二つ」凍結
こちらは少し細かく説明します。配管内のドレン(水)が凍結して配管を塞いでしまう、若しくは配管内の道を狭めてしまう現象です。凍結するとどんなことが起きてしまうのか、分かりますよね、風船と一緒です。膨らませ続ければ割れてしまう。ゴムならいいです、製品の配管は金属、圧力には耐えますがもちろん限界もある。もし配管が割れるまで空気が溜まってしまい、破裂!なんてことになってしまったら大変です。ただ、安心してください、弊社の製品には安全弁という保護部品や、配管中に水が溜まらない構造になっています、当たり前ですがお客様の安全を第一に考えての設計になっているわけですね。

今回のお話を総括すると、” 周囲温度が摂氏2~40度で、腐食性ガスのない場所でご使用ください。”高温はもちろん重要ですが、低温にも気をつけて末永く弊社製品をお使いくださることを祈っています。

コンプレッサー基礎知識
カタログ[PDF]
技術講座
コンプレッサーFAQ
機種選定方法
電気配線関連
法規について
copyright (c) 2006 ANEST IWATA Corporation All rights reserved. プライバシーポリシー