วันจันทร์ที่ 17 ตุลาคม พ.ศ. 2554

การจัดการเรียนการสอน


แผนการสอน
หลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง พ.ศ.2546
ประเภทวิชา ช่างอุตสาหกรรม

รหัสวิชา : 3101-2214                                 ชื่อวิชา (ไทย)    ระบบจัดการพลังงานในอุตสาหกรรม
จำนวนหน่วยกิต : 2(2)                                 (อังกฤษ)    Industrial Energy Management System
                                                                                                
จุดประสงค์รายวิชา
1.     เพื่อให้มีความเข้าใจหลักการใช้พลังงานความร้อนและไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรม
2.     เพื่อให้มีความเข้าใจหลักการทำบัญชีพลังงาน และการตรวจสอบพลังงาน
3.     เพื่อให้มีความเข้าใจหลักการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
4.     เพื่อให้มีความตระหนักคำนึงถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

มาตรฐานรายวิชา
1.     เข้าใจหลักการใช้พลังงานความร้อน และไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรมอย่างมีประสิทธิภาพ
2.     เข้าใจหลักการการทำบัญชีพลังงาน และการตรวจสอบพลังงาน
3.     วิเคราะห์และเลือกวิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานในโรงงานอุตสาหกรรม
คำอธิบายรายวิชา
          ศึกษาหลักการของระบบการใช้พลังงานความร้อน และไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรม การทำบัญชีพลังงาน การตรวจสอบ เก็บข้อมูลและการวิเคราะห์การใช้พลังงาน การตรวจสอบประสิทธิภาพของเครื่องจักรอุปกรณ์ การปรับปรุงการใช้พลังงาน การบำรุงรักษา และพระราชบัญญัติการส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงานรวมทั้งการคำนึงถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

วิธีการสอน
           บรรยายประกอบสื่อ

อุปกรณ์สื่อการสอน
          ได้แก่ สื่อสิ่งพิมพ์ (คู่มือผู้สอน / คู่มือผู้เรียน) / Power point / MCAI / วีดิทัศน์

การวัดผลสัมฤทธิ์ในการเรียน
          การวัดประเมินผลสัมฤทธิ์ในการเรียนใช้วิธีการตามหลักเกณฑ์ของสำนักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ

เอกสารอ้างอิง
          คู่มือผู้สอน / คู่มือผู้เรียน   “ระบบจัดการพลังงานในอุตสาหกรรม”  กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน  กระทรวงพลังงาน

บทที่ 1   หลักการใช้พลังงานในโรงงานอุตสาหกรรม

1.1                  วัตถุประสงค์เชิงพฤติกรรม

หลังจากจบบทเรียนนี้แล้วนักเรียนสามารถที่จะ

1.     หลักการใช้พลังงานความร้อน
       -   บอกความหมายของการใช้พลังงานความร้อนโดยตรงในโรงงานอุตสาหกรรมได้ถูกต้อง
       -   ยกตัวอย่างงานที่ใช้พลังงานความร้อนโดยตรงได้ถูกต้องอย่างน้อย 3 งาน
       -   บอกความหมายของการใช้พลังงานความร้อนทางอ้อมในโรงงานอุตสาหกรรมได้ถูกต้อง
       -   ยกตัวอย่างงานที่ใช้พลังงานความร้อนทางอ้อมในโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างน้อย 2 งาน
       -   อธิบายหลักการผลิตพลังงานความร้อนจากหม้อไอน้ำได้ถูกต้อง
       -   บอกความหมายของหม้อไอน้ำได้ถูกต้อง
       -   บอกความหมายของไอน้ำได้ถูกต้อง
       -   อธิบายลักษณะของไอน้ำชนิดต่าง ๆ ได้ถูกต้อง

2.     แหล่งพลังงานความร้อนที่ใช้ในอุตสาหกรรม
      -   บอกความหมายของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟได้ถูกต้อง
      -   บอกความหมายของหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำได้ถูกต้อง
      -   อธิบายหลักการผลิตพลังงานความร้อนจากหม้อน้ำร้อนได้ถูกต้อง
      -   อธิบายวิธีการผลิตน้ำร้อนได้ถูกต้องทั้ง 2 ระบบ
      -   อธิบายหลักการผลิตพลังงานความร้อนจากหม้อต้มน้ำร้อนได้ถูกต้อง
      -   บอกชนิดของน้ำมันหรือของเหลวที่ใช้เป็นสื่อนำความร้อนของหม้อต้มน้ำมันได้ถูกต้องทั้ง 2 ชนิด
      -   อธิบายระบบการทำงานของหม้อต้มน้ำมันได้ถูกต้องทั้ง 2 ระบบ
      -   อธิบายหลักการให้พลังงานความร้อนแก่เตาเผาอุตสาหกรรมได้ถูกต้องทั้ง 2 แบบ
      -   ยกตัวอย่างเตาเผาอุตสาหกรรมแบบเผาไหม้ภายในได้ถูกต้องอย่างน้อย 3 ชนิด
      -   ยกตัวอย่างเตาเผาอุตสาหกรรมแบบเผาไหม้ภายนอกได้ถูกต้องอย่างน้อย 3 ชนิด
      -   บอกชนิดของเตาเผาอุตสาหกรรมตามการใช้งานได้ถูกต้องอย่างน้อย 5 ชนิด

3.     การนำพลังงานความร้อนไปใช้ในอุตสาหกรรมได้
      -   บอกวิธีการใช้พลังงานในอุตสาหกรรมสิ่งทอได้
      -   บอกวิธีการใช้พลังงานในอุตสาหกรรมกระดาษได้
      -   บอกวิธีการใช้พลังงานในอุตสาหกรรมอาหารได้
 
4.     การนำพลังงานไฟฟ้าไปใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมได้
     -   บอกชนิดของอุปกรณ์ไฟฟ้าแสงสว่างได้
     -   บอกคุณลักษณะของอุปกรณ์ไฟฟ้าแสงสว่างได้
     -   บอกความหมายของมอเตอร์ไฟฟ้าได้
     -   บอกส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้าได้
     -   อธิบายคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้าได้
     -   บอกประเภทของระบบปรับอากาศได้
     -   บอกส่วนประกอบของระบบปรับอากาศได้
     -   บอกหน้าที่ของอุปกรณ์ในระบบปรับอากาศได้
     -   อธิบายวงจรระบบปรับอากาศได้


กระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม มีการใช้พลังงานเป็นจำนวนมาก เช่น พลังงานแสง พลังงานไฟฟ้า พลังงานกล เป็นต้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งพลังงานความร้อนจะใช้มากในกระบวนการผลิตของอุตสาหกรรมอาหาร อุตสาหกรรมกระดาษ และอุตสาหกรรมสิ่งทอ

1.2                 การใช้พลังงานความร้อน

การใช้พลังงานความร้อน หมายถึง การให้ความร้อนแก่วัสดุ หรือวัตถุดิบ โดยผ่านกระบวนการผลิต เพื่อให้ได้มาซึ่งชิ้นงาน หรือผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ โดยทั่วไปแล้ว โรงงานอุตสาหกรรมมีการใช้พลังงานความร้อนเป็นปริมาณมาก การจัดการการใช้พลังงานความร้อนจึงเป็นเรื่องสำคัญที่ต้องทำให้เหมาะสมต่อกระบวนการผลิต เพื่อให้กระบวนการผลิตมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานความร้อน
การใช้พลังงานความร้อนในกระบวนการผลิต สามารถแบ่งออกได้ 2 ประเภท ดังนี้
                      -   การใช้พลังงานความร้อนโดยตรง
                      -   การใช้พลังงานความร้อนโดยอ้อม

1.2.1                การใช้พลังงานความร้อนโดยตรง

การใช้พลังงานความร้อนโดยตรง คือ ความร้อนจากแหล่งกำเนิด จะสัมผัสกับผลิตภัณฑ์โดยตรง ตัวอย่างงานที่มีการใช้พลังงานความร้อนโดยตรง ได้แก่

             1. งานอุตสาหกรรมอาหารใช้ความร้อนจากไอน้ำ อบอาหารในภาชนะปิดให้สุก, อบภาชนะบรรจุอาหาร เพื่อฆ่าเชื้อโรค ฯลฯ ดังแสดงในรูปที่ 1.1




รูปที่ 1.1 งานอุตสาหกรรมอาหารใช้ความร้อนจากไอน้ำในกระบวนการสเตอริไลซ์ เพื่อเพิ่มอายุการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์
2.     งานอุตสาหกรรมสิ่งทอใช้ความร้อนจากไอน้ำในการฟอกย้อมและพิมพ์ผ้า ฯลฯ 
3.     งานอุตสาหกรรมกระดาษใช้ความร้อนจากไอน้ำอบแห้งกระดาษ  รีไซเคิลกระดาษ  หรือต้ม            
         กระดาษ    ให้เปื่อย 
4.      งานโรงพยาบาลใช้ความร้อนจากไอน้ำเพื่ออบฆ่าเชื้อโรค
5.      งานธุรกิจโรงแรมใช้ความร้อนสำหรับทำน้ำอุ่นภายในห้องพักและห้องซักรีด 
6.      งานอุตสาหกรรมเซรามิคใช้ความร้อนในการเผาหรืออบผลิตภัณฑ์เซรามิค
7.      งานอุตสาหกรรมโลหะใช้ความร้อนในอุตสาหกรรมโลหะ
8.      งานอุตสาหกรรมถลุงเหล็ก
9.      งานอุตสาหกรรมการชุบแข็ง

1.1.1                การให้พลังงานความร้อนทางอ้อม

การให้พลังงานความร้อนทางอ้อมหมายถึง การให้พลังงานความร้อนจากไอน้ำ ก๊าซร้อน หรือน้ำมันร้อน ถ่ายเทความร้อนให้กับผลิตภัณฑ์ หรือชิ้นงาน โดยผ่านทางอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน หรือตัวกลางอื่น ดังตัวอย่างการให้พลังงานความร้อนโดยอ้อมได้แก่


1.   การอบในงานอุตสาหกรรมอาหาร (ไอน้ำไหลผ่านคอยล์ร้อนแล้วเป่าลมร้อนสู่ผลิตภัณฑ์
    2.  การอบไล่ความชื้นออกจากวัตถุดิบในงานอุตสาหกรรมยาสูบ (ใช้ไอน้ำผ่านคอยล์ร้อนแล้ว  ใช้ลมร้อนอบใบยาสูบ)   

1.1                  แหล่งพลังงานความร้อนที่ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม

การได้มาซึ่งพลังงานความร้อนที่จะนำมาใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม ได้มาจากอุปกรณ์ หรือเครื่องจักรในการผลิตความร้อน ซึ่งถูกสร้างขึ้นมาเพื่อให้เราเลือกใช้ให้เหมาะสมกับงาน ซึ่งพอจะยกตัวอย่างชนิดของอุปกรณ์ในการผลิตความร้อนต่างๆ เช่น หม้อไอน้ำ หม้อน้ำร้อน หม้อน้ำมันร้อน หรือเตาเผาเป็นต้น เพื่อให้ได้มาซึ่งพลังงานความร้อนในรูปของไอน้ำ หรือความร้อนที่ได้โดยตรงจากการเผาไหม้
1.    ไอน้ำ คือ น้ำที่ถูกต้มให้เดือดกลายเป็นไอ มีสถานะเป็นก๊าซ ไอน้ำที่ได้จากการต้มในภาชนะเปิดจะมีอุณหภูมิ 100 °C หรือ 212 °F แต่ถ้าต้มให้เดือดในภาชนะปิด อุณหภูมิของน้ำขณะเดือด จะสูงมากขึ้น
2.     ชนิดของไอน้ำ สามารถแบ่งได้ดังนี้
-ไอน้ำเปียก (Wet Steam) คือ ไอน้ำที่มีหยดน้ำผสมอยู่ มีอุณหภูมิเท่ากับจุดเดือด เช่นไอน้ำที่ออกจากกาต้มน้ำ 

-   ไอน้ำอิ่มตัว (Saturated Steam) คือ ไอน้ำที่กลายเป็นก๊าซทั้งหมด ไม่มีหยดน้ำหลงเหลืออยู่ และมีอุณหภูมิเท่ากับจุดเดือด
-  ไอดงหรือไอน้ำร้อนยิ่งยวด (Superheated Steam) คือ ไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิอิ่มตัว สามารถผลิตไอน้ำร้อนยิ่งยวดได้โดยการนำไอน้ำอิ่มตัวไปผ่านการให้ความร้อนอีกครั้ง ทำให้อุณหภูมิของไอน้ำอิ่มตัวสูงมากขึ้น กลายเป็นไอน้ำร้อนยิ่งยวด ดังแสดงในรูป



การผลิตไอน้ำอิ่มตัวและไอน้ำร้อนยิ่งยวด


พลังงานจำเพาะที่แฝงอยู่ในน้ำ และไอน้ำอิ่มตัว หรือเอนทัลปี (Enthalpy) จะขึ้นอยู่กับตัวแปร 2 ตัว คือ อุณหภูมิ และความดันของไอน้ำเอนทัลปีน้ำอิ่มตัว เป็นค่าพลังงานของน้ำที่อยู่ในสภาวะของเหลว และเอนทัลปีไอน้ำ หรือเอนทัลปีของไอน้ำอิ่มตัว เป็นค่าพลังงานของน้ำที่อยู่ในสภาวะที่เป็นไออย่างสมบูรณ์ การเดือดกลายเป็นไอของน้ำที่ความดันต่างๆ จะมีอุณหภูมิจุดเดือด ปริมาตรจำเพาะไอน้ำ และเอนทัลปีที่แตกต่างกัน ทั้งนี้ คุณสมบัติของไอน้ำ แสดงรายละเอียดดังตารางที่ 1.1

ตารางที่ 1.1 คุณสมบัติไอน้ำและน้ำอิ่มตัว
ความดันสัมบูรณ์
bar (abs)
จุดเดือด
°C
ปริมาตรจำเพาะ
m3/kg
เอนทัลปีน้ำอิ่มตัว
kJ/kg
เอนทัลปีไอน้ำ
kJ/kg
ความร้อนแฝงระเหย
kJ/kg
0.4
75.89
3.993
317.65
2,636.88
2,319.23
0.5
81.35
3.24
340.57
2,645.99
2,305.42
0.6
85.95
2.732
359.93
2,653.57
2,293.64
0.7
89.96
2.365
376.77
2,660.07
2,283.3
0.8
93.51
2.087
391.73
2,665.77
2,274.05
0.9
96.71
1.869
405.21
2,670.85
2,265.65
1
99.63
1.694
417.51
2,675.43
2,257.92
1.5
111.37
1.159
467.13
2,693.36
2,226.23
2
120.23
0.885
504.71
2,706.29
2,201.59
2.6
128.73
0.693
540.88
2,718.17
2,177.3
3
133.54
0.606
561.44
2,724.66
2,163.22
3.5
138.87
0.524
584.28
2,731.63
2,147.35
4
143.63
0.462
604.68
2,737.63
2,132.95
4.5
147.92
0.414
623.17
2,742.88
2,119.71
5
151.85
0.375
640.12
2,747.54
2,107.42
5.5
155.47
0.342
655.81
2,751.7
2,095.9
6
158.84
0.315
670.43
2,755.46
2,085.03
6.5
161.99
0.292
684.14
2,758.87
2,074.73
7
164.96
0.273
697.07
2,761.98
2,064.92
7.5
167.76
0.255
709.3
2,764.84
2,055.53
8
170.42
0.24
720.94
2,767.46
2,046.53
8.5
172.94
0.227
732.03
2,769.89
2,037.86
9
175.36
0.215
742.64
2,772.13
2,029.49
9.5
177.67
0.204
752.82
2,774.22
2,021.4
10
179.88
0.194
762.6
2,776.16
2,013.56
12
187.96
0.163
798.42
2,782.73
1,984.31
14
195.04
0.141
830.05
2,787.79
1,957.73
16
201.37
0.124
858.54
2,791.73
1,933.19
18
207.11
0.11
884.55
2,794.81
1,910.27
20
212.37
0.1
908.56
2,797.21
1,888.65
22
217.24
0.091
930.92
2,799.03
1,868.11
24
221.78
0.083
951.9
2,800.39
1,848.49
26
226.03
0.077
971.69
2,801.35
1,829.66
28
230.04
0.071
990.46
2,801.96
1,811.5
30
233.84
3.993
1008.33
2,802.27
2,319.23

ตัวอย่างที่1 หม้อไอน้ำโรงงานแห่งหนึ่ง ผลิตไอน้ำที่ความดัน 8 bar (abs)อุณหภูมิของไอน้ำ 170.4 °C น้ำป้อนเข้าหม้อไอน้ำมีอุณหภูมิ 100 °C จงคำนวณปริมาณพลังงานความร้อนที่น้ำ 1 kg ได้รับหลังจากผ่านออกจากหม้อไอน้ำแล้ว

ปริมาณเอนลปีของน้ำป้อน สามารถหาค่าได้จากตารางที่ 1.1 โดยดูที่เอนทัลปีน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิ 100 °C สามารถอ่านค่าเอนทัลปีของน้ำป้อน (hf) ได้เท่ากับ 419.1 kJ/kg
ปริมาณเอนทัลปีของไอน้ำที่ออกจากหม้อไอน้ำ ดูความดัน 8 bar (abs) สามารถอ่านค่าเอนทัลปีของไอน้ำอิ่มตัว (hg) ได้เท่ากับ 2,767.5 kJ/kg ดังนั้นปริมาณพลังงานความร้อนที่น้ำปริมาณ 1 kg ได้รับไป สามารถหาได้ดังนี้
Q      = (m) ´ (hg – hf)
Q      = (1 kg) ´ (2,767.5 – 419.1 kJ/kg)
Q      = 2,348.4 kJ
อุปกรณ์ที่ให้กำเนิดความร้อน โดยทั่วไปได้แก่
-   หม้อไอน้ำ
-   หม้อต้มน้ำมัน
-   หม้อน้ำร้อน
-   เตาเผา

1.1.1                หม้อไอน้ำ

หม้อไอน้ำ หมายถึง เครื่องกำเนิดไอน้ำชนิดภาชนะปิด ทำด้วยเหล็กหรือเหล็กกล้า ซึ่งได้รับการออกแบบ และสร้างไว้อย่างแข็งแรง ภายในบรรจุด้วยน้ำส่วนหนึ่ง  และอีกส่วนหนึ่งสำหรับเก็บไอน้ำ ไอน้ำสามารถนำไปใช้ประโยชน์หลายอย่าง เช่น ใช้ฉุดเครื่องจักรไอน้ำหรือกังหันไอน้ำ ใช้ฆ่าเชื้อโรค หรืออบแห้ง หรือนำไปใช้ประโยชน์ในงานอุตสาหกรรมตามความเหมาะสม หม้อไอน้ำที่เห็นโดยทั่วไปแสดงดังรูป

รูปหม้อไอน้ำ

1.1.1.1             ส่วนประกอบและอุปกรณ์เพื่อความปลอดภัยของหม้อไอน้ำ

การทำงานของหม้อไอน้ำมีอุปกรณ์ประกอบอื่นๆ เพิ่มเติมอีกหลายอุปกรณ์ เพื่อสมรรถนะ ความปลอดภัย และการเตือนภัยในการทำงานของหม้อไอน้ำ ตัวอย่างการติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติม แสดงดังรูป
 
รูป ส่วนประกอบและอุปกรณ์เพื่อความปลอดภัยของหม้อไอน้ำ

1.     อุปกรณ์วัด ประกอบด้วย อุปกรณ์วัดระดับน้ำ ระดับน้ำมัน วัดความดันไอน้ำ วัดอุณหภูมิ
2.     อุปกรณ์เพื่อการเผาไหม้ ประกอบด้วย ถังน้ำมันเชื้อเพลิง อุปกรณ์อุ่นน้ำมัน ชุดพัดลม อัดอากาศ ชุดหัวพ่นไฟ
3.    อุปกรณ์ความปลอดภัย ประกอบด้วย อุปกรณ์ควบคุมความดัน ลิ้นนิรภัย  ปลั๊กหลอมละลายนิรภัย  อุปกรณ์สัญญาณต่างๆ
4.อุปกรณ์ประกอบท่อ ประกอบด้วยกับดักไอน้ำ อุปกรณ์ลดความดัน อุปกรณ์จ่ายไอน้ำ อุปกรณ์ใช้ไอน้ำ



โครงการขยายผลหลักสูตรการจัดการพลังงานเพื่ออาชีวศึกษา  กระทรวงพลังงาน

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น