Hiểu rõ định nghĩa cơ bản của ppm và mg/Nm³
Trong hệ thống khí nén, hàm lượng dầu tồn dư là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ sạch của khí. Để thực hiện chính xác các phép chuyển đổi đơn vị, trước hết cần làm rõ ý nghĩa vật lý cụ thể của hai đơn vị này.
- ppm (phần triệu): Trong phép đo hàm lượng dầu cặn, ppm thường được hiểu là tỷ lệ khối lượng (ppm w/w), tức là miligam trên kilogram (mg/kg). kg). Nó biểu thị trong mỗi kilogram không khí nén có chứa bao nhiêu miligam dầu.
- mg/Nm³ (miligam trên mét khối tiêu chuẩn): Đây là một đơn vị nồng độ khối lượng‑thể tích, biểu thị trong điều kiện tiêu chuẩn (thường là 0℃ và áp suất tuyệt đối 101,325 kPa) thì trong mỗi mét khối khí ở điều kiện tiêu chuẩn có chứa bao nhiêu miligam dầu.
Công thức quy đổi cốt lõi và quá trình suy diễn
Tỷ lệ khối lượng (mg/ kg) Để chuyển đổi sang nồng độ khối lượng‑thể tích (mg/Nm³), cần sử dụng mật độ của không khí ở trạng thái tiêu chuẩn làm cầu nối.
Ở trạng thái tiêu chuẩn (0℃, ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn) thì mật độ của không khí khô vào khoảng1.293 kg /Nm³. Điều này có nghĩa là 1 mét khối không khí ở điều kiện tiêu chuẩn có khối lượng 1,293 kilogram.
Theo định nghĩa, 1 ppm bằng 1 mg/ kg. Do đó, trong 1 mét khối không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, nếu hàm lượng dầu tồn dư là 1 ppm thì lượng dầu chứa trong đó là:
1 mg/ kg Nhân 1.293 kg = 1,293 mg
Từ đó suy ra công thức quy đổi cơ bản ở trạng thái tiêu chuẩn:
1 ppm (mg/ kg) ≈ 1,293 mg/Nm³
Ngược lại, nếu đã biết giá trị mg/Nm³, chỉ cần chia nó cho 1,293 là sẽ thu được giá trị ppm.
Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến kết quả quy đổi
Công thức quy đổi nêu trên được xây dựng dựa trên trạng thái tiêu chuẩn (0℃). Tuy nhiên, trong các ứng dụng công nghiệp thực tế, các thông số trạng thái của khí nén thường thay đổi, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ của không khí, từ đó làm thay đổi hệ số quy đổi.
- Sự thay đổi nhiệt độ: Khí bị nung nóng sẽ giãn nở, dẫn đến mật độ giảm. Ví dụ, ở nhiệt độ chuẩn tham chiếu 20℃, mật độ của không khí khô vào khoảng 1.205 kg /Nm³. Khi đó, 1 ppm xấp xỉ bằng 1,205 mg/Nm³.
- Sự thay đổi áp suấtĐối với hàm lượng theo tỷ lệ khối lượng (ppm), sự thay đổi áp suất không làm thay đổi giá trị của nó, vì khối lượng dầu và không khí bị nén theo cùng một tỷ lệ. Tuy nhiên, đối với đơn vị mg/Nm³, do Nm³ là thể tích quy đổi về điều kiện tiêu chuẩn, nên nồng độ thể tích trong điều kiện vận hành thực tế sẽ thay đổi theo áp suất, trong khi bản thân mg/Nm³ đã được chuẩn hóa và không bị ảnh hưởng bởi áp suất thực tế.
Do đó, khi thực hiện phép quy đổi chính xác, cần xác định rõ nhiệt độ ở trạng thái chuẩn được sử dụng là 0℃ hay 20℃, đồng thời lựa chọn giá trị mật độ không khí tương ứng.
Những lưu ý khi ứng dụng trong thực tế
Khi tra cứu các tiêu chuẩn liên quan đến khí nén hoặc thông số kỹ thuật của thiết bị, cần lưu ý một số điểm sau:
- Xác nhận loại ppm: Đảm bảo rằng ppm được đề cập là tỷ lệ khối lượng (mg/ kg). Nếu sử dụng tỷ lệ thể tích (ppmv) thì cần biết khối lượng phân tử hoặc mật độ của sương dầu; quá trình quy đổi sẽ hoàn toàn khác và trong kỹ thuật cũng ít khi dùng tỷ lệ thể tích để đánh giá hàm lượng dầu còn lại.
- Trạng thái tiêu chuẩn thống nhất: Các tiêu chuẩn của từng quốc gia hoặc ngành nghề có thể định nghĩa khác nhau về “trạng thái tiêu chuẩn” (chẳng hạn ở 0℃ hoặc 20℃). Trước khi so sánh số liệu, nhất thiết phải thống nhất nhiệt độ chuẩn để tránh phát sinh sai số tính toán.
- Ảnh hưởng của nước ở trạng thái lỏng và dầu: Phép quy đổi nêu trên được thực hiện trên cơ sở không khí khô. Nếu trong khí nén có chứa lượng lớn nước dạng lỏng hoặc các giọt dầu, mật độ khí thực tế sẽ thay đổi; khi đó, việc áp dụng trực tiếp công thức tính mật độ của không khí khô sẽ dẫn đến sai lệch.