Dew Point Definition

โดยธรรมชาติการใช้งานเครื่องปั๊มลมส่วนใหญ่จะพบได้ในแทบทุกโรงงานอุตสาหกรรม ทั้งกลุ่มอุตสาหกรรมผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์, กลุ่มอุตสาหกรรมผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ ไปจนถึงกลุ่มอุตสาหกรรมอาหาร-เครื่องดื่ม เป็นต้น อย่างไรก็ตามลมที่ถูกอัดออกมาจากเครื่องปั๊มลมนั้นทั่วไปยังคงเป็นลมที่มีความชื้นสูง ยังไม่เหมาะที่จะนำไปใช้งานตรงกับกระบวนการผลิต เนื่องจากความชื้นที่ออกมาจากปั๊มลมนั้น ยังคงออกมาในรูปของหยดน้ำ และอาจก่อผลเสียโดยตรงให้กับชิ้นงานที่ถูกผลิตจากโรงงานนั้นๆ ดังนั้นโดยทั่วไปแทบทุกกระบวนการผลิตจึงจำเป็นที่จะต้องมีการดึงน้ำออกจากลมก่อนส่งลมไปใช้งาน และความแห้งของลมนั้นจะแปรผันไปตามแต่ละอุตสาหกรรม ในบางอุตสาหกรรมอาจต้องการลมที่แห้งมาก ในขณะที่บางอุตสาหกรรม ไม่ได้มีความซีเรียสของความแห้งสูงมากนัก

เมื่อพูดถึงเรื่องของค่าความชื้น ค่าความชื้นจะถูกแบ่งออกเป็นหลักๆ 2 ประเภท ซึ่งจะมีการใช้ที่แตกต่างกันไป คือ relative air humidity ความชื้นสัมพัทธ์หรือค่า RH ทั่วไปใช้ตามครัวเรือน และ dew point การวัดค่าความชื้นภายใต้สภาวะแรงดันที่ใช้ในระบบอุตสาหกรรม

Relative Air Humidity / ความชื้นสัมพัทธ์

หนึ่งในหน่วยวัดค่าความชื้นที่นิยมใช้ในการวัดกันตามครัวเรือนทั่วไป ได้แก่ ความชื้นสัมพัทธ์ หรือ relative humidity (RH) คือ อัตราส่วน ของปริมาณไอน้ำที่มีอยู่จริงในอากาศ ต่อ ปริมาณไอน้ำที่จะทำให้อากาศอิ่มตัว ณ อุณหภูมิเดียวกัน หรือ อัตราส่วนของไอน้ำที่มีอยู่จริง ต่อ ความดันไอน้ำอิ่มตัว ซึ่งความชื้นสัมพัทธ์จะแสดงในรูปของร้อยละ ( % ) โดยวิธีคิดค่า % วิธีคิดคำนวนสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ

Pressure Dew Point / การวัดค่าความชื้นภายใต้สภาวะแรงดันในระบบอุตสาหกรรม

อุณหภูมิจุดไอน้ำกลั่นตัวหรือจุดน้ำค้าง (dew point) คือ อุณหภูมิที่เมื่ออากาศชื้นถูกทำให้เย็นลงในขณะที่ปริมาณไอน้ำยังคงที่ การลดอุณหภูมิถึงจุดหนึ่งจะทำให้ไอน้ำเกิดการอิ่มตัว และกลั่นตัวควบแน่นกลายเป็นหยดน้ำ (condensate) ที่ความดันบรรยากาศ (atmospheric pressure) คงที่

โดยจุดไอน้ำกลั่นตัว (dew point) จะมีความสัมพันธ์กับค่าความชื้นสัมพัทธ์ ( relative humidity – rh ) คือถ้าความชื้นสัมพัทธ์มากขึ้น ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิ dew point กับอุณหภูมิของอากาศปกติจะน้อยลง เมื่อความชื้นสัมพัทธ์เท่ากับ 100% หมายความว่าอุณหภูมิของอากาศมีค่าเดียวกันกับอุณหภูมิ dew point ซึ่งอุณหภูมิการวัดค่าความชื้นภายใต้สภาวะแรงดันจะแสดงในลักษณะรูปแบบขององศา ( C˚ )

ทำไม Pressure Dew Point ถึงมีการแกว่งตัว

การเกิด pressure dew point สวิงแกว่งตัวนั้นถือว่าเป็นหนึ่งในเรื่องปกติในโรงงานอุตสาหกรรม ถึงแม้ว่าการออกแบบจะมีการคำนวนอย่างแม่นยำมาแล้วตั้งแต่ตอนออกแบบระบบ การเกิด dew point สวิงนั้นสามารถอธิบายได้อย่างง่าย ที่เห็นในชีวิตประจำวันได้บ่อยที่สุดคือการตั้งแก้วน้ำเย็นทิ้งไว้ และมีหยดน้ำมาเกาะที่ผิวแก้วด้านนอก สิ่งที่เกิดขึ้นคืออุณหภูมิของอากาศบริเวณแก้วน้ำเย็นต่ำกว่าจุดน้ำค้าง และกลั่นตัวจนน้ำมาเกาะอยู่บริเวณผิวแก้ว

ทฤษฏีของมวลอากาศกับมวลความชื้น

เราจะขอพูดถึงเรื่องของทฤษฎีกันก่อนว่าทำไมถึงเกิดการ swing ของ dew point ขึ้นได้ ซึ่งเราจะใช้วิธีการอธิบายจากอุณหภูมิของอากาศโดยเราจะแบ่งออกเป็นสองส่วน (รูป 1) โดยให้วงกลมสีเทาจะเป็นส่วนของมวลของอากาศ และวงกลมสีฟ้าทึบเป็นมวลของความชื้น โดยธรรมชาติอากาศนั้นสามารถอุ้มความชื้นได้ในรูปของมวลแก๊ซ และเมื่อความชื้นถูกอุ้มภายในมวลอากาศจนถึงจุดอิ่มตัวเมื่อไหร่นั้น น้ำจะกลั่นตัวออกมาเป็นหยด ทฤษฎีจะคล้ายกับการเกิดฝนตก

- Stage 1 -

กรณีสมมุติจากรูปด้านล่าง (รูป 2) เราให้อุณหภูมิสภาพแวดล้อมอยู่ที่ 20 องศา และในภาพมวลอากาศสีเทา จากรูปจะเห็นว่ามวลอากาศยังคงมีพื้นที่เหลืออยู่ ในขณะที่มวลความชื้นที่อยู่ที่ 4 กรัม ณ จุดนี้ค่าความชื้นสัมพัทธ์ RH ในอากาศอยู่ที่ 27% หมายความว่ามวลอากาศตอนนี้ยังคงมีพื้นที่เหลืออยู่ และยังไม่อิ่มตัว ทำให้มวลของความชื้นยังคงถูกอุ้มไว้ในลักษณะของก๊าซ โดยที่ยังไม่มีการกลั่นตัวใดๆ เกิดขึ้น

- Stage 2 -

ถัดมาเมื่อความชื้นถูกใส่เพิ่มเข้าไปในมวลอากาศเข้าไปเรื่อย ๆ (รูป 3) จนค่าความชื้นสัมพัทธ์ RH พุ่งสูงแตะที่ 100% ในกรณีสมมุตินี้คือมวลความชื้นขึ้นสูงสุดที่ 15 กรัม ณ สภาพนี้คือมวลของความชื้นได้เข้าไปเติมเต็มพื้นที่ของมวลอากาศจนอิ่มตัวเป็นที่เรียบร้อยแล้ว หมายความว่ามวลอากาศไม่สามารถอุ้มความชื้นได้มากเพิ่มไปกว่านี้ แต่น้ำจะยังคงไม่เกิดการกลั่นตัวเช่นเดิม หากจะเปรียบเป็นเหตุการณ์ชีวิตจริงโดยง่ายเราสามารถเปรียบได้กับเหตุการณ์ ก่อนการเกิดฝนตก

- Stage 3 -

และเมื่อมวลความชื้นยังคงถูกใส่เพิ่มเข้าไปในมวลอากาศที่อิ่มตัวแล้ว ความชื้นที่เพิ่มเข้าไปจะไม่สามารถคงรูปในรูปของก๊าซได้อีกต่อไป มวลความชื้นจะเกิดการกลั่นตัวออกมาเป็นหยดน้ำ (รูป 3) ซึ่งเราสามารถเปรียบเหตุการณ์นี้กับชีวิตจริงคือช่วงที่เกิดฝนตกแล้วนั้นเอง

ทีนี้มาถึงคำถามว่าทำไมค่า dew point ถึงยัง swing ได้ เหตุการณ์นี้สามารถอธิบายอย่างง่ายดังนี้ โดยปกติมวลของอากาศจะมีการเปลี่ยนแปลงขนาดแปรผันกับอุณหภูมิของสภาพโดยรอบ (ambient) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น มวลของอากาศจะขยายตัวมากขึ้น นั้นหมายความว่ามวลของอากาศจะมีพื้นที่ ที่จะสามารถอุ้มมวลความชื้นได้มากขึ้นเช่นกัน (รูป 4) จากตัวอย่างคืออุณหภูมิสูงขึ้นจาก 20 องศา เป็น 32 องศา ทำให้มวลของอากาศขยายตัวใหญ่ขึ้น ในขณะที่มวลของความชื้นยังคงเท่าเดิมที่ 15 กรัม จากเดิมที่เราพูดว่ามวลอากาศอิ่มตัวจนค่าความชื้นสัมพัทธ์ RH อยู่ที่ 100% สิ่งที่เปลี่ยนคือมวลอากาศใหญ่ขึ้นจนมีพื้นที่ที่จะสามารถอุ้มมวลความชื้นได้เพิ่มเติม ทำให้ค่าความชื้นสัมพัทธ์ RH ลดลง (อ้างอิงตามรูป 4 ค่าความชื้นสัมพัทธ์ RH ลดลงเหลือ 50%) ซึ่งการที่มวลอากาศเปลี่ยนย่อมมีผลโดยตรงกับค่า dew point เช่นกัน

กลับกัน กรณีสมมุติที่อุณหภูมิลดเหลือ 10 องศา สิ่งที่เกิดขึ้นคือมวลอากาศจะเล็กลง เล็กเกินกว่าที่จะอุ้มมวลความชื้น 15 กรัม ไว้ได้ ทำให้มวลอากาศบีบเล็กจนมวลความชื้นถูกบีบให้กลั่นตัวออกมาเป็นหยดน้ำ ณ ช่วงนี้ ค่าความชื้นสัมพัทธ์ RH เพิ่มขึ้นเป็น 100% (รูป 5) และความชื้นบางส่วนที่ไม่สามารถอุ้มไว้ในมวลอากาศได้จะถูกขับออกในรูปของหยดน้ำ จากรูป 5 น้ำได้ถูกขับออกจนเหลืออยู่ 8 กรัม

กรณีศึกษาจริง

ในการใช้ลมในโรงงานอุตสาหกรรม โดยปกติจะมีการตั้งห้องเครื่องปั๊มลม และเครื่องทำลมแห้งไว้ที่บริเวณนอกอาคาร ดังนั้นการออกแบบค่า dew point โดยปกติจะเป็นการออกแบบ อ้างอิงตามสภาพพื้นที่การตั้งเครื่องเป็นหลัก ซึ่ง factor ของอากาศสภาพโดยรอบจะถูกคำนวนจากอากาศรอบ ๆ เครื่องทำลมแห้ง (ambient) ตัวอย่างเช่น กรณีสมมุติที่เรากำหนดค่า dew point ไว้ที่ 10 องศา นั้นคือการกำหนดค่า dew point ที่นับจากลมขาออกจากเครื่องทำลมแห้ง อ้างอิงกับสภาพอากาศของห้องเครื่องเท่านั้น

อย่างไรก็ตามโอกาสการเกิดน้ำกลั่นตัวยังคงมีความเป็นไปได้ ในบางอุตสาหกรรมอาจเจอน้ำกลั่นตัวที่ปลายทางก่อนเข้าเครื่องจักรผลิต โดยสาเหตุนั้น เกิดมาจากอุณหภูมิรอบๆ ท่อลมระหว่างทางจากห้องเครื่องปั๊มลมไปถึงเครื่องจักรผลิตนั้นมีการเปลี่ยนแปลง เช่นสภาพรอบๆ ห้องเครื่องปั๊มลมอยู่ที่ 35 องศา แต่ลมที่ออกมาจากเครื่องทำลมแห้งแล้วนั้นต้องวิ่งผ่านเข้าไปในอาคาร ต้องผ่านเข้าไปในพื้นที่ ที่มีการใช้เครื่องปรับอากาศร่วมด้วย ทั่วไปอาจมีอุณหภูมิที่ 25 องศา ซึ่งส่งผลให้ขนาดของมวลอากาศภายในท่อลม ต้องสัมผัสกับอากาศ 25 องศาจากบรรยากาสรอบนอกท่อลม จนทำให้มวลอากาศเล็กลง และทำให้เกิดน้ำกลั่นตัวออกมาได้ จึงทำให้ผู้ใช้เครื่องพบเจอน้ำที่ปลายทาง

วิธีการแก้ไข

แนวทางการแก้ไขกรณีที่เจอน้ำเข้าไปที่ปลายไลน์ผลิต อย่างแรกที่ต้องเข้าใจคือทางผู้ใช้เครื่องต้องทราบถึงความ sensitive ของไลน์ผลิตของตัวเองก่อน สำหรับไลน์ผลิตที่ไม่ซีเรียสจนเกินไป การติดตั้งตัวดักน้ำที่ปลายทางอาจเพียวพอต่อการใช้งานแล้ว แต่กรณีที่ระบบไลน์ผลิตมีความ sensitive สูงมาก หรือมี ISO 8573-1 : 2010 เป็นตัวควบคุม การติดตั้งเครื่องทำลมแห้งที่ปลายทางก่อนลมเข้าเครื่องจักรผลิต อาจจะเป็นทางออกที่เหมาะสมกว่า ซึ่งการพิจารณาควรดูเป็นกรณีไป