อาจหาญ ณ นรงค์
ผู้ช่วยผู้จัดการแผนกวิศวกรรมและซ่อมบำรุง
บริษัท โยโกฮาม่า ไทร์ แมนูแฟคเจอริ่ง (ประเทศไทย) จำกัด     

การเกิดคาวิเทชั่นหรือโพรงไอเป็นปัญหาหนึ่งที่เกิดขึ้นในระบบปั้ม เนื่องจากค่า NPSH ที่ศูนย์กลางปากทางดูดของปั้มไม่เพียงพอกับความต้องการเพื่อที่จะทำงานอย่างสมบูรณ์ บางครั้งปัญหาที่เกิดขึ้นทำให้เกิดการสูญทั้งเสียเวลาและกำลังคนที่ใช้ในการแก้ไข ซึ่งอาจกินเวลานานถ้าเราไม่รู้สาเหตุที่แท้จริงของการเกิดคาวิเทชั่น

ดังที่กล่าวในตอนต้นถึงผลเสียของการเกิดคาวิเทชั่นที่กล่าวมา ผู้เขียนเชื่อว่าหลายคนจงจะรู้จักคำว่า "คาวิเทชั่น" ที่เกิดขึ้นในระบบปั้มดี แต่หลายคนรู้จักคำคำนี้เพียงเผิน ๆ บทความต่อไปนี้จะนำเสนอถึงรายละเอียดต่าง ๆ ของสาเหตุที่ทำให้เกิดคาวิเทชั่นอย่างละเอียด ดังนั้นเนื้อหาต่าง ๆ ที่จะนำเสนอต่อไปนี้อาจจะมากและวกไปวนมาสำหรับผู้ที่เข้าใจเรื่องนี้ แต่สำหรับผู้ที่ยังไม่เข้าใจอย่างละเอียด ผู้เขียนเชื่อว่าเนื้อหาต่อไปนี้จะทำให้ท่านเข้าใจถึงสาเหตุและรายละเอียดของคำว่า "คาวิเทชั่นได้ดีขึ้น"

คาวิเทชั่นคืออะไร 

คาวิเทชั่น (Cavitation) หรือปรากฏการณ์การเกิดโพรงไอ เป็นปรากฏการณ์ในการเปลี่ยนสถานะของน้ำจากของเหลวเป็นไอและมีปริมาตรเพิ่มขึ้นเนื่องจากการขยายตัวและยุบตัวลงในภายหลังเนื่องมาจากเมื่อน้ำไหลผ่านส่วนต่างๆของปั้มนั้น น้ำจะเปลี่ยนแปลงความเร็วในการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาอันเนื่องมาจากพื้นที่หน้าตัดที่เปลี่ยนแปลงหรือรูปร่างลักษณะของปั้มและสถานการณ์อื่น ๆ ที่ส่งผลให้แรงดันของน้ำเพิ่มขึ้นและลดลงอยู่ตลอดเวลาโดยลำดับขั้นตอนในการเกิดโพรงไอโดยคร่าว ๆ มีดังนี้คือ

* เกิดลดลงของแรงดันน้ำในปั้มเนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงผ่านจุดที่มีพื้นที่เล็กด้วยอัตราการไหลของน้ำที่คงที่ หรือน้ำที่เคลื่อนที่อยู่บริเวณปลายใบพัดของปั้ม ทำให้แรงดันตรงจุดนั้นของน้ำลดลงต่ำกว่าแรงดันไอของน้ำทำให้น้ำเกิดการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไอหรือฟองไอ (Bubbles or Gas Bubbles) ที่แรงดันต่ำกว่าแรงดันไอการระเหยกลายเป็นฟองไอของน้ำที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงดังกล่าวนั้น ทำให้ปริมาตรเพิ่มขึ้นจากเดิมถึงสูงสุดประมาณ 1,700 เท่าโดยมีลักษณะเป็นฟองสีขาวเคลื่อนที่อยู่ในน้ำที่มองเห็นด้วยตาเปล่า และฟองไอขนาดเล็กที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า

* เมื่อฟองไอ (Bubbles or Gas Bubbles) ที่เกิดขึ้นเคลื่อนที่ต่อไปและเข้าสู่ในจุดที่มีแรงดันในน้ำสูง เช่น ผ่านจุดที่มีพื้นที่หน้าตัดใหญ่ขึ้นก็จะมีความเร็วในการเคลื่อนที่ลดลง ดังนั้นแรงดัน ณ จุดดังกล่าวจึงสูงขึ้นและไปบีบหรือกดให้ฟองไอดังกล่าวเกิดการยุบตัว และการยุบตัวที่เกิดขึ้นจะเกิดขึ้นอย่างรุนแรงและรวดเร็ว อัตราส่วนปริมาตรในการยุบตัวของฟองไอจากแรงกดเนื่องจากแรงดันที่เพิ่มจะกดให้ฟองไอยุบตัวกลับภายในเสี้ยววินาที

ทฤษฎีและความเปลี่ยนแปลงทางฟิสิกส์ของน้ำที่เกี่ยวข้องกับการเกิดคาวิเทชั่น
       โดยหลัก ๆ แล้วการเปลี่ยนแปลงทางฟิสิกส์ของน้ำที่เกี่ยวข้องกับการเกิดคาวิเทชั่นคือ
* คุณสมบัติของน้ำที่อุณหภูมิต่าง ๆ
* การกลายเป็นไอของน้ำและแรงดันไอ
* NPSH (Net Positive Suction Head) ของระบบปั้มที่ทำงานในสภาวะต่าง ๆ
      ซึ่งจะอธิบายในลำดับต่อไป

การกลายเป็นไอของน้ำ 

ลักษณะของน้ำเมื่อเกิดคาวิเทชั่น น้ำหรือของเหลวจะเกิดการระเหยตัวกลายเป็นไอหรือที่เราเรียกว่าโพรงไอเมื่อแรงดันของน้ำเปลี่ยนแปลง เพื่อความเข้าใจในกระบวนการดังกล่าวจึงจะนำเสนอรายละเอียดในการกลายเป็นไอของน้ำดังต่อไปนี้คือ

* แรงดันไอ (Vapour Pressure)

ตอนนี้เราจะกล่าวถึงจุดสมดุลระหว่างสสารในสถานะเหลว (Liquid) และไอ (Vapour) โดยจะกล่าวถึงอุดมคติของแรงดันไออิ่มตัว (Saturated Vapour Pressure) และตอบคำถามที่ว่าทำไมแรงดันไออิ่มตัวจึงเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิตลอดจนความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไออิ่มตัวและจุดเดือด 

อุณหภูมิ (Temperature) เป็นตัวที่บ่งบอกถึงระดับพลังงานที่มีอยู่ในสสารทุกสถานะ รวมถึงสสารที่มีสถานะเป็นของเหลว ที่อุณหภูมิสูงระดับพลังงานก็จะสูงตามไปด้วย ซึ่งพลังงานที่มีอยู่นั้นจะเป็นพลังงานโดยเฉลี่ยบางอณุภาคก็มีพลังงานน้อยกว่า บางอณุภาคก็มีระดับพลังงานต่ำหรือสูงกว่าระดับพลังงานเฉลี่ยโดยที่พื้นผิวของของเหลว เช่นน้ำ ที่อุณหภูมิสูง อณุภาคต่าง ๆ ของของเหลวเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็ว บางอณุภาคนั้นเคลื่อนที่หลุดออกมาจากแรงยึดระหว่างอณุภาคได้ เราเรียกว่าการระเหยของของเหลว (Vaporization) ดังรูปที่ 1

การระเหยจะเกิดขึ้นตรงบริเวณผิวหน้าของของเหลวเท่านั้น การระเหยจะเกิดขึ้นเมื่อมีพลังงานมากพอที่จะทำให้อณุภาคของของเหลวหลุดจากการยึดติดซึ่งกันและกันซึ่งก็คือเมื่อของเหลวมีอุณหภูมิสูงพอนั่นเอง ถ้าจะถามว่าการระเหยเกิดขึ้นได้อย่างไร เราคงจะเคยเห็นน้ำที่กำลังเดือดซึ่งในน้ำเดือดดังกล่าวจะมีฟองหลุดออกมาจากน้ำที่กำลังเดือด แต่ถ้าดูน้ำที่กำลังระเหยตามธรรมชาติ เราก็จะไม่เห็นฟองดังกล่าวเกิดขึ้น ซึ่งในการระเหยของน้ำนั้นอนุภาคของน้ำจะสามารถระเหยจากผิวหน้าของของเหลวได้อย่างง่ายดาย 

รูปที่ 1 บางอณุภาคที่หลุดออกจากพื้นผิวเนื่องจากพลังงานที่มีในของเหลว

.

การระเหยตัวของของเหลวในภาชนะปิด

มานึกต่อไปว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อของเหลวที่ระเหยนั้นอยู่ในภาชนะปิดสนิท โดยความคิดของเราอาจคิดว่าถ้าน้ำหรือของเหลวอื่น ๆ นั้นอยู่ในภาชนะที่ปิดและซีลอย่างมิดชิดและแน่นหนาแล้ว น้ำจะไม่เกิดการระเหยหรือสูญหายไปไหนอย่างแน่นอน แต่ในความเป็นจริงแล้วของน้ำหรือของเหลวอื่น ๆ ที่อยู่ในภาชนะปิดนั้นเกิดการระเหยตัวอยู่ตลอดเวลา แต่เนื่องจากว่ามันไม่สามารถออกจากระบบที่ปิดได้ ในสภาวะของอณุภาคที่เป็นแก๊สนั้น อณุภาคจะอยู่รอบ ๆ บริเวณขอบเขตของภาชนะปิดดังกล่าว

และจากการที่อณุภาคดังกล่าวเหล่านั้นมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาจึงทำให้อณุภาคดังกล่าวบางส่วนไปชนกับผิวของภาชนะและย้อนกลับมาเป็นของเหลวอีกครั้งหนึ่ง และการเกิดขึ้นดังกล่าวจะเป็นไปอย่างสมดุลจนทำให้ดูเหมือนว่าทุกอย่างยังมีสถานะเหมือนเดิมไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในสภาวะการสมดุลนี้ เราสามารถที่จะจำกัดอณุภาคที่เป็นแก๊สที่อยู่เหนือของเหลวได้

รูปที่ 2 อณุภาคที่หลุดออกจากพื้นผิวเมื่อได้รับความร้อน

รูปที่ 3 ในระบบปิดอัตราการระเหยเท่ากับอัตราการกลั่นตัวเนื่องจากไอน้ำไม่สามารถออกนอกระบบได้

เมื่ออณุภาคที่มีพลังงานเพียงพออณุภาคเหล่านั้นก็จะเกิดการเคลื่อนที่ เช่นเมื่อให้ความร้อนกับน้ำหรือของเหลวในภาชนะปิด โมเลกุลของของเหลวมีพลังงานเพิ่มขึ้นและเกิดการขยายตัววิ่งไปชนกันเข้ากับผนังของภาชนะปิดก็จะเกิดแรงขึ้นซึ่งเมื่อแรงเหล่านี้กระทำกับพื้นที่ผนังเราเรียกแรงนี้ว่า แรงดัน (Pressure)  

สำหรับในน้ำหรือของเหลวที่อุณหภูมิต่าง ๆ แรงดันดังกล่าวที่อุณหภูมินั้น ๆ เราเรียกว่าแรงดันไออิ่มตัว เช่นแรงดันไออิ่มตัวของน้ำที่อุณหภูมิ100 ^๐C จะเท่ากับ 1.013 บาร์ หรือแรงดันไออิ่มตัวที่แรงดันบรรยากาศนั่นเอง ดังนั้นเราจะเห็นว่าที่แรงดันบรรยากาศน้ำจะเดือดหรือเริ่มระเหยตัวที่ 100 ^๐C นั่นเอง ซึ่งของเหลวทุกชนิดจะเดือดหรือกลายเป็นไอได้นั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบคือ น้ำหนักจำเพาะ ความหนาแน่น อุณหภูมิและแรงดัน ดังแรงดันไอของน้ำที่อุณหภูมิและแรงดันต่าง ๆ ในตารางที่ 1

แรงดันไอน้ำอิ่มตัวและจุดเดือด

น้ำและของเหลวอื่น ๆจะเกิดการเดือดเมื่อแรงดันไออิ่มตัวของของเหลวนั้น ๆ เท่ากับหรือมากกว่าแรงดันเหนือพื้นผิวหรือแรงดันแวดล้อมของของของน้ำหรือของเหลวนั้น ๆ ตัวอย่างของปรากฏการณ์ดังกล่าวคือ ถ้าหากแรงดันเหนือพื้นผิวต่ำกว่าแรงดันไออิ่มตัวแล้ว จะเกิดการระเหยตัวขึ้นที่ผิวของของไหลนั้น ๆ  

สำหรับน้ำที่อยู่ในระบบเปิดที่แรงดันแวดล้อมเท่ากับแรงดันบรรยากาศ น้ำจะระเหยตัวที่อุณหภูมิ 100 ?C แรงดันเท่ากับ 1 บรรยากาศหรือที่แรงดัน 1.013 บาร์ แต่ถ้าแรงดันเปลี่ยนแปลงจาก 1บรรยากาศหรือ 1.013 บาร์ จุดเดือดของน้ำก็จะเปลี่ยนไป เช่น ถ้าเราต้มน้ำที่ยอดเขาเอเวอร์เรสซึ่งมีความสูงเหนือระดับน้ำทะเลประมาณ 8,000 เมตร น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิประมาณ 70 ?C ดังแสดงความสัมพันธ์ของกราฟในรูปที่ 4

รูปที่ 4 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและแรงดันไอของน้ำ

* เข้าใจการทำงานของปั้มด้วยการทำความเข้าใจความหมายของ NPSH

ถ้าพูดถึง NPSH แล้วเชื่อว่าเป็นที่รู้จักและนำเอามาใช้ในการคำนวณออกแบบกันอย่างกว้างขวางในงานออกแบบและติดตั้งปั้ม แต่ความหมายลึก ๆ นั้นหลายคนที่ทำงานกับปั้มมานานยังนึกภาพไม่ออก ซึ่งผู้เขียนคิดว่าเพื่อความเข้าใจในเรื่องนี้เราควรที่จะทำความเข้าใจถึงกระบวนการทำงานของปั้มกันก่อนที่จะคุยกันเรื่อง NPSH ซึ่งผู้เขียนจะกล่าวถึงเรื่องต่าง ๆ เพื่อความเข้าใจเป็นเรื่อง ๆ ดังต่อไปนี้คือ

แรงดันบรรยากาศ (Atmospheric Pressure)

ในการศึกษาถึงการทำงานของปั้มเรื่องหนึ่งที่จะขาดเสียไม่ได้และจะต้องมีความเข้าใจก็คือเรื่องของแรงดันบรรยากาศ (Atmospheric Pressure) เพื่อให้ผู้อ่านมองภาพถึงแรงดันบรรยากาศออกจึงจะขออธิบายโดยคร่าว ๆ ดังนี้คือ

ก่อนอื่นให้เรานึกภาพถึงน้ำทะเลที่อยู่ในมหาสมุทร เรารู้ว่าที่ระดับความลึกต่าง ๆ ของน้ำในมหาสมุทรมีแรงดันมากน้อยต่างกันไปตามระดับความลึก ที่ก้นมหาสมุทรจะมีแรงดันสูงมากเนื่องจากระดับน้ำที่ลึกน้ำหนักของน้ำจะกดทับลงไปเรื่อย ๆ แรงดันที่จุดดังกล่าวจึงมาก

นักวิทยาศาสตร์ของอิตาลีท่านหนึ่งชื่อ Evangelista Torricelli กล่าวไว้ถึงเรื่องแรงดันบรรยากาศว่า "We live submerged at the bottom of an ocean of the element air" ถ้าจะขยายความถึงคำพูดนี้ก็คือว่า "เราอาศัยอยู่ในก้นของมหาสมุทรที่ไม่ใช่มหาสมุทรแห่งน้ำ แต่เป็นมหาสมุทรแห่งมวลอากาศ" ถ้าจะให้เข้าใจลึกไปกว่านั้นก็คือ โลกที่เราอาศัยอยู่นั้นถูกปกคลุมไปด้วยมวลของอากาศที่มีน้ำหนักของอากาศกดทับเอาไว้ ต่างกันที่อากาศนั้นเบากว่าน้ำ

โดยมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำประมาณ 800 เท่า เราอาศัยอยู่บนพื้นโลกก็เหมือนกับอาศัยอยู่ที่ก้นของมหาสมุทรเพียงแค่เปลี่ยนจากน้ำที่ปกคลุม กลับกลายเป็นอากาศที่ปกคลุมอยู่เท่านั้น และอากาศที่กดเราอยู่นั้นจริง ๆ แล้วมันมีแรงดันอยู่ซึ่งเราเรียกว่าแรงดันบรรยากาศ 1.013 บาร์ หรือ 10.33 เมตรน้ำ

รูปที่ 5 แรงดันบรรยากาศที่ระดับความสูงต่าง ๆ

แต่เราไม่รู้สึกว่ามีแรงดันมากดก็เนื่องจากว่าเราเคยชินกับมันทุกวันเหมือนปลาน้ำลึกที่อยู่ในมหาสมุทร แรงดันบรรยากาศที่ 1.013 บาร์ หรือ 10.33 เมตรน้ำนี่เองที่ทำให้ปั้มสามารถสูบน้ำได้ ซึ่งจะอธิบายในลำดับต่อไป ที่ระดับความสูงที่เพิ่มขึ้นแรงดันบรรยากาศจะลดลงเนื่องจากที่ระดับความสูงขึ้นไปนั้นน้ำหนักที่กดทับลงมาของอากาศจะลดลงตามลำดับ

หลักการทำงานของปั้ม (Principle of Operation of Pump)

ถ้าถามว่าปั้มทำงานอย่างไร คำตอบที่ได้รับก็คือ "สูบน้ำ" ซึ่งหลายคนก็คงจะนึกว่าปั้มต้องดูดน้ำจากที่ต่ำขึ้นไปที่สูง แต่จริง ๆ แล้วคือการเข้าใจที่ถูกครึ่งและไม่ถูกครึ่ง ถ้าเราแบ่งปั้มออกเป็นสองส่วนคือ

* ด้านจ่ายของปั้ม (Discharge Side)

หลักการทำงานคือไม่ว่าจะเป็นปั้มแบบไหน หน้าที่หลักก็คือการเพิ่มพลังงาน (Energy) ให้กับน้ำหรือของเหลวเพื่อให้สามารถเคลื่อนที่ไปได้ ถ้าเป็นปั้มแบบแทนที่ปริมาตรหรือปั้มแบบลูกสูบก็ใช้ลูกสูบดันให้เกิดการแทนที่ปริมาตรการเคลื่อนที่ของลูกสูบทำให้ของน้ำหรือของไหลเกิดแรงดัน แต่ถ้าเป็นปั้มแบบแรงเหวี่ยง (Centrifugal Pump) ก็ทำงานโดยอาศัยหลักการเปลี่ยนรูปพลังงานจากพลังงานจลน์ (พลังงานในรูปความเร็วในการเคลื่อนที่ของน้ำ) เป็นพลลังงานศักย์ (พลังงานในรูปของแรงดัน)  

โดยหลักการทำงานของปั้มแรงเหวี่ยงตามรูปที่ 6 เริ่มต้นจากเมื่อน้ำไหลเข้าสู่ตัวปั้มผ่านทางปากทางดูด (Suction Eye) จากนั้นน้ำก็เคลื่อนที่เข้าไปยังใบพัด (Impeller) ที่กำลังหมุนอยู่และน้ำถูกเหวี่ยงออกสู่ด้านข้างด้วยความเร็วสูง เมื่อเคลื่อนที่ผ่านปลายใบพัดน้ำจะลดความเร็วลงและเคลื่อนที่เข้าสู่ช่องทางเดินน้ำหรือก้นหอย (Volute) ตรงนี้เองที่พลังงานที่อยู่ในน้ำซึ่งเป็นพลังงานจลน์จากความเร็วในการเคลื่อนที่ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์ในรูปของแรงดันจากนั้นก็เคลื่อนที่ออกจากปั้มด้วยแรงดันดังกล่าว ซึ่งแรงดันและอัตราการไหลจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับรายละเอียดและการออกแบบปั้ม เช่น

* ปั้มขนาดเดียวกัน ปั้มที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางมากกว่าจะสร้างแรงดันได้สูงกว่าเนื่องจากน้ำจะเคลื่อนที่ผ่านใบพัดด้วยความเร็วที่สูงกว่าที่ความเร็วรอบเดียวกันจึงทำให้น้ำมีพลลังงานจลน์มากกว่าและเมื่อเปลี่ยนเป็นแรงดันก็จะสูงกว่าปั้มที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางที่น้อยกว่า
*  ปั้มที่ใบพัดมีความหนามากกว่าจะมีอัตราการไหลมากกว่าที่รอบการทำงานเท่ากันเนื่องจากน้ำสามารถไหลผ่านได้มากกว่า

รูปที่ 6 ส่วนประกอบของปั้มแบบแรงเหวี่ยง (Centrifugal Pump)

* ด้านดูดของปั้ม (Suction Side) 

หลายคนอาจเข้าใจว่าปั้มทำงานโดยดูดน้ำจากแหล่งน้ำผ่านท่อมาเข้าสู่ตัวปั้มซึ่งจริงแล้วไม่ใช่ การที่น้ำสามารถไหลผ่านท่อดูดเข้าสู่ตัวปั้มได้นั้นเนื่องจากในขณะที่ปั้มทำงาน ปั้มจะสร้างแรงดันสุญญากาศหรือแรงดันที่ต่ำกว่าแรงดันบรรยากาศขึ้นที่ทางดูดของปั้ม ในกรณีที่เป็นปั้มแบบลูกสูบสามมารถสร้างสุญญากาศที่ทางดูดได้มาก แต่สำหรับปั้มแรงเหวี่ยงนั้นสุญญากาศที่เกิดขึ้นตรงทางดูดจะน้อยกว่า ดังนั้นเราจึงต้องล่อน้ำหรือเติมน้ำให้เต็มท่อทางดูดของปั้มก่อนที่จะทำการเดินเครื่องปั้มได้   

 รูปที่  7 แรงดันทางดูดของปั้ม             รูปที่ 8 แรงยกจากแรงดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล      รูปที่ 9 ปั้มแช่ (Submerge Pump)

เมื่อตรงทางดูด (Suction Eye) ถูกทำให้มีแรงดันต่ำกว่าแรงดันบรรยากาศ และขณะเดียวกันบนผิวน้ำถูกแรงดันบรรยากาศกดทับไว้ ดังนั้นเมื่อแรงดันที่ผิวน้ำซึ่งเท่ากับแรงดันบรรยากาศมากกว่าแรงดันสุญญากาศที่ปากทางดูดปั้ม ดังนั้นน้ำจะถูกดันให้ไหลผ่านท่อดูดเข้ามาด้วยแรงดันบรรยากาศด้านนอกนั่นเอง

ดังรูปที่ 7 ปั้มตั้งอยู่สูงกว่าระดับน้ำ เมื่อปั้มทำงานปั้มจะสร้างแรงดูดซึ่งเป็นแรงดันสุญญากาศที่ทางดูดของปั้ม(Entrance Pressure, P_E) สมมติว่าปั้มสามารถสร้างแรงดันสุญญากาศได้ –0.02 เมตรน้ำ แต่ในขณะเดียวกันแรงดันบรรยากาศที่กดทับบนผิวน้ำเท่า10.33 เมตรน้ำ ถ้าระดับน้ำอยู่ที่ระดับน้ำทะเล

ดังนั้นเราจะเห็นว่าเมื่อเราเปรียบเทียบแรงดันที่ผิวน้ำ (P_atm) กับแรงดันที่ปากทางเข้าปั้ม (P_E) แล้วเราจะเห็นว่าแรงดันที่ผิวน้ำมากกว่าถึง 10.33 + (-0.02) = 10.35 เมตรน้ำ เมื่อเอา 10.35 – ระยะความสูงจากผิวน้ำถึงปากทางเข้าปั้ม (Z) แล้วเราก็จะได้แรงดันที่ปากทางเข้าปั้ม เราจะเห็นว่าถ้าเราติดตั้งปั้มยิ่งสูง แรงดันที่ดันน้ำเข้าปั้มจะยังเหลือน้อยเนื่องจากระยะความสูง (Z) มีมาก แต่ถ้าเราเลื่อนปั้มลงมาติดตั้งให้ใกล้กับผิวน้ำ แรงดันที่จะดันน้ำเข้าปั้มที่ปากทางเข้าปั้มจะเหลือมากเพราะระยะ Z ลดลง ทีนี้เชื่อว่าผู้อ่านคงจะพอจะนึกออกแล้วว่าน้ำเข้าสู่ท่อทางดูดปั้มได้เพราะอะไร 

ดังที่กล่าวมาแล้วว่าน้ำที่เข้าสู่ท่อดูดของปั้มนั้นเกิดจากการยกของแรงดันบรรยากาศ ดังนั้นปั้มจึงไม่สามารถสูบน้ำที่มีความหนาแน่นปกติผ่านท่อดูด (Suction Pipe) ได้เกิน 10.33 เมตรในกรณีที่เราต้องการสูบน้ำจากแหล่งน้ำที่ระดับผิวน้ำลึกกว่านี้เราจะต้องใช้ปั้มแช่ (Submerge Pump) เพราะตัวปั้มอยู่ใต้น้ำ หรือใช้วิธีการอื่น ๆ เช่นอัดแรงดันบนผิวน้ำเพื่อให้ยกน้ำขึ้นมา    

NPSH คือค่าอะไร 

แรงที่ยกน้ำเข้าสู่ปั้มไม่ใช่แรงที่ปั้มสร้างขึ้นมา แต่เป็นแรงที่เกิดจากแรงดันบรรยากาศ  ซึ่งแรงดันบรรยากาศที่ผิวโลกที่ระดับน้ำทะเลจะเท่ากับ 1.013 บาร์หรือถ้าเปลี่ยนไปเป็นความสูงของน้ำก็จะเท่ากับ10.33เมตรน้ำแล้ว  ถ้าพูดถึงแรงดันด้านดูดให้เรานึกถึงแรงดันบรรยากาศอย่างเดียว  แต่การที่แรงดันบรรยากาศมันจะสำแดงพลังออกมาได้นั้นที่ปากทางดูดของปั้มต้องเป็นสุญญากาศ นั่นคือเรากำลังพูดถึงแรงดันสัมบูรณ์ (Absolute Pressure, P_atm) นั่นเอง ซึ่ง
แรงดันสัมบูรณ์ (P_abs) = แรงดันเกจน์ (P_g) + แรงดันบรรยากาศ (P_atm) …………… (1)

ดังที่กล่าวมาในตอนแรกแล้วว่า เราอาศัยอยู่ภายใต้แรงดันบรรยากาศเหมือนปลาน้ำลึกในทะเลที่คุ้นเคยกับแรงดันดังกล่าว ดังนั้นเมื่อพูดถึงแรงดันเราจะนึกภาพออกแต่เฉพาะแรงดันที่เหนือแรงดันบรรยากาศ ก็คือแรงดันที่เกจน์วัดได้ ซึ่งโดยสภาวะปกติที่แรงดันบรรยากาศเข็มของเกจน์วัดแรงดันจะชี้ไปที่ศูนย์  ดังนั้นแรงดันสัมบูรณ์ก็คือแรงดันทั้งหมดที่มีอยู่ ซึ่งหมายถึงผลบวกระหว่างแรงดันบรรยากาศที่มีอยู่ตามธรรมชาติและแรงดันเกจน์ซึ่งเป็นแรงดันที่เครื่องจักรหรือมนุษย์สร้างขึ้น

NPSH หรือ Net Positive Suction Head ถ้าแปลตรงตัวตามภาษาอังกฤษก็จะแปลว่า "แรงดันสุทธิทางบวกของทางดูด" ซึ่งในความหมายก็คือ "แรงดันสัมบูรณ์ที่ระดับศูนย์กลางปากทางดูดของปั้ม" จากที่กล่าวในหัวข้อ ด้านดูดของปั้ม (Suction Side) NPSH ก็คือ "จำนวนแรงดันสัมบูรณ์ที่สามารถยกน้ำเข้าปั้มได้ที่ยังเหลือสุทธิหลังจากที่หักการสูญเสียอื่น ๆออกแล้ว" นั่นเอง ซึ่ง NPSH นั้นมีอยู่ 2 แบบคือ 

รูปที่ 10 แสดงจุดศูนย์กลางทางดูดของปั้ม

1. Net Positive Suction Head Available, NPSH_A คือค่า NPSH ของระบบหรือค่า NPSH ที่ระบบมีอยู่ ซึ่งขึ้นอยู่กับค่าตัวแปรต่าง ๆ ของระบบปั้มนั้น ๆ หรือจะมีค่าเป็นไปตามสภาพของระบบ 

2. Net Positive Suction Head Require, NPSH_R คือค่า NPSH ที่มาจากการทดสอบและกำหนดขึ้นมาโดยผู้ผลิตปั้ม โดยผู้ผลิตจะทำการทดสอบหาค่า NPSH ที่ปั้มจะทำงานที่อัตราการไหล แรงดันและสภาพที่กำหนด โดยที่ปั้มยังคงทำงานได้ตามที่ต้องการ ซึ่งค่า NPSH_R ที่ทางผู้ผลิตกำหนดมาเป็นค่าที่น้อยที่สุดซึ่งปั้มจะยังสามารถทำงานได้ตามที่ต้องการที่ทางผู้ผลิตระบุมา เช่น อัตราการไหลหรือแรงดัน  

เพื่อความเข้าใจให้ดูรูปที่ 11 และรูปที่ 12 จากรูปเราจะเห็นว่าที่ด้านขวาของรูปเป็นสเกลบอกขนาดของแรงดันบรรยากาศเป็นหน่วยความสูงของน้ำ ซึ่งเราจะเห็นว่าที่ระดับน้ำทะเลแรงดันบรรยากาศที่กระทำต่อผิวน้ำเท่ากับ 10.33 เมตรน้ำ ในรูปจะเป็นรูปปั้มที่ใช้สูบน้ำจากผิวน้ำที่ระดับน้ำทะเลขึ้นไปสู่ด้านบน 

รูปที่ 11 อธิบายแรงดันบรรยากาศและการสูญเสียต่าง ๆ ในท่อดูดของปั้มที่ ระดับน้ำทะเล

รูปที่ 12 แสดงการทำงานของปั้มที่เกิดจากแรงดันบรรยากาศ

ถ้าเราจะพิจารณาแรงดันในท่อดูด เราจะเห็นว่าเมื่อปากทางดูดของปั้มเป็นสุญญากาศในขณะที่ปั้มทำงาน แรงดันตรงจุดดังกล่าวจะต่ำกว่าแรงดันบรรยากาศที่กดอยู่บนผิวน้ำ (1.013 บาร์ หรือ 10.33 เมตรน้ำ) ดังนั้นจะเกิดแรงยกน้ำจากปากท่อดูดของปั้มเข้าสู่ตัวปั้มด้วยแรงดันบรรยากาศซึ่งดันให้น้ำไหลเข้าท่อดูดจากปากทางของท่อดูด จากรูปที่ 11 เป็นผิวน้ำอยู่ในระดับน้ำทะเล ดังนั้นแรงดันที่มีอยู่ซึ่งคือแรงดันบรรยากาศเท่ากับ 10.33 เมตรน้ำ แต่จากรูปเราจะเห็นว่าแรงดันสุทธิที่ใช้ยกน้ำเข้าปั้มหรือ NPSH ไม่ใช่แรงดันบรรยากาศทั้งหมดที่จะเอาไปใช้ได้เนื่องจากเมื่อเราเอาแรงดันบรรยากาศเป็นตัวตั้งแล้ว เราต้องเอาแรงดันสูญเสียต่าง ๆ มาลบออกดังนี้คือ

1. แรงดันไอ (Vapour Pressure, H_PV) ของน้ำหรือของเหลวที่ต้องการสูบ เพื่อป้องกันการเดือดกลายเป็นไอของน้ำ  โดยแรงดันไอจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ถ้าอุณหภูมิสูงแรงดันไอจะมากและอุณหภูมิต่ำแรงดันไอจะน้อย ดังแสดงในรายละเอียดดังตารางที่ 1 เช่นที่อุณหภูมิ 20 ^๐C น้ำจะเดือดที่แรงดัน 2.3 kPa หรือ 0.235 เมตรน้ำ แต่ที่อุณหภูมิ 35 ^๐C น้ำจะเดือดที่แรงดัน 5.6 kPa หรือ 0.571 เมตรน้ำ

รูปที่ 13 ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันกับระยะระหว่างผิวน้ำกับทางดูดของปั้ม                          รูปที่ 14 การสูญเสียในท่อดูด

2. การสูญเสียจากระดับความสูงของปั้ม (Elevation Loss, H_Z) คือความสูญเสียที่เกิดจากระดับความแตกต่างระหว่างระดับผิวน้ำกับระดับศูนย์กลางของปากทางเข้าปั้ม ในกรณีที่ปากทางเข้าปั้มติดตั้งสูงกว่าระดับน้ำดังรูปที่13 A เราต้องเอาระดับความสูงไปลบออกจากแรงดันบรรยากาศ เนื่องจากน้ำต้องสูญเสียแรงดันด้วยน้ำหนักตัวของน้ำเองในการเคลื่อนที่จากที่ต่ำขึ้นไปในที่สูง แต่ในกรณีที่ระดับน้ำอยู่สูงกว่าตัวปั้มดังรูปที่ 13B ให้เอาแรงดันที่เกิดจากระยะความสูงดังกล่าวมาบวกกับแรงดันบรรยากาศเนื่องจากการที่น้ำอยู่ในระดับที่สูงกว่าปั้มน้ำหนักของน้ำจะเป็นแรงดันที่ช่วยในการเคลื่อนที่ของน้ำเข้าสู่ปั้ม

3. การสูญเสียจากความฝืดในท่อทางดูด (Friction Loss, H_f) คือความสูญเสียที่เกิดจากความฝืดในท่อดูด ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของของเหลวที่ปั้มสูบ ชนิดของวัสดุที่ใช้ทำท่อและขนาดพื้นที่ของท่อดูด ดังรูปที่ 14
              จากที่กล่าวมาเราจึงสรุปการหาค่า NPSH_A ในรูปสมการได้เท่ากับ
HPSH_A = H_p- H_vp- H_f - H_z ……… (2)

โดยที่ H_p คือ แรงดันสัมบูรณ์ที่ผิวน้ำหรือของเหลวที่ต้องการสูบ ในกรณีที่เป็นแรงดันบรรยากาศ คือค่าแรงกดดันจริงของบรรยากาศที่ระดับความสูงของผิวของเหลวนั้น ๆ มีหน่วยเป็นระดับความสูงของแท่งของเหลวนั้น ๆ แต่สำหรับงานปั้ม, นิยมใช้เป็นเมตรน้ำ

     H_vp คือ แรงดันไอของน้ำหรือของเหลว ณ อุณหภูมินั้น ๆ บอกเป็นระดับความสูงของแท่งของเหลว, เมตรน้ำ
     H_f คือ ผมรวมของความสูญเสียทั้งหมดในท่อดูดบอกเป็นระดับความสูงของแท่งของเหลว, เมตรน้ำ
     H_z คือระยะแตกต่างระหว่างผิวน้ำกับจุดศูนย์กลางของทางดูดปั้มที่ติดตั้ง, เมตรน้ำ
     * ในการหาความสูงของเมตรน้ำนั้นให้เอาค่าคุณสมบัติของน้ำที่อุณหภูมินั้น ๆ เทียบกับน้ำที่อุณหภูมิที่ 4 ^๐C เนื่องจากที่4 ^๐C ความหนาแน่นของน้ำเท่ากับ 1,000 kg/m³

.

ในกรณีที่ปั้มสำหรับสูบน้ำติดตั้งอยู่เหนือระดับน้ำทะเลที่ระดับต่าง ๆ ค่า H_P จะเป็นดังสมการ
     Hp = 10.33 – 0.00108 El …………. (3)
     โดยที่ EI คือความสูงของผิวน้ำเหนือระดับน้ำทะเลปานกลางจากการคำนวณ, เมตร
      ค่าความดันบรรยากาศเหนือระดับน้ำทะเลนั้นนอกจากการคำนวณตามสมการที่ 3 แล้วยังสามารถดูได้จากตารางที่ 2    

ตัวอย่างที่ 1

ตามรูปที่ 15 ปั้มตัวหนึ่งมีค่า NPSH_R ของปั้ม 4 เมตรน้ำ ต้องการสูบน้ำที่อุณหภูมิ 20 ^๐C ให้ได้ตามอัตราการไหลที่กำหนด โดยปั้มตัวนี้ใช้งานอยู่ที่ระดับน้ำทะเล ถ้าผลรวมของเฮดความสูญเสียทางดูดทั้งหมดของปั้มนี้เท่ากับ 1 เมตรน้ำ จงหาระยะสูงสุดที่จะตั้งปั้มเหนือผิวน้ำได้

จากโจทก์ข้างต้น ได้บอก NPSH_R มาเท่ากับ 4 เมตรน้ำ ปั้มสูบน้ำที่ระดับน้ำทะเล อนุมานให้ผิวน้ำอยู่ที่ระดับน้ำทะเล ซึ่งแรงดันบรรยากาศเท่ากับ 10.33 เมตรน้ำ การสูญเสียทั้งหมดในท่อดูดเท่ากับ 1เมตรน้ำ ที่ระดับน้ำทะเลแรงดันไอของน้ำเท่ากับ  

จากสมการที่ 1 H_SV = H_P+H_Z-H_f-H_PV
       ในที่นี้เรารู้ค่า H_SV ในที่นี้เท่ากับ NPSH_R ซึ่งเท่ากับ NPSH_A คือ 4 เมตรน้ำ, H_P คือ 10.33/0.9983 = 10.35 เมตรน้ำ, H_f คือ 1 เมตรน้ำ, H_PV คือ ที่อุณหภูมิ 20 ^๐C จากตารางที่1 = 0.239 เมตรน้ำ และความหนาแน่นของน้ำเท่ากับ 998.3 kg/m³ ดังนั้นแรงดันไอของน้ำที่สภาวะดังกล่าวเมื่อเทียบกลับมาเป็นแรงดันในความสูงของแท่งน้ำจะเท่ากับ 0.239/0.9983 = 0.239 เมตรน้ำ

                 รูปที่ 15 รูปประกอบตัวอย่างที่ 1                                           รูปที่ 16 รูปประกอบตัวอย่างที่ 2

ตัวอย่างที่ 2 

ดังรูปที่ 16 ถ้ายกปั้มตามตัวอย่างที่ 1 ไปทำงานที่ระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเลโดยที่ผิวน้ำที่ต้องการสูบอยู่สูงเหนือระดับน้ำทะเล 1,600 เมตร (1.6 กิโลเมตร) จงหาระยะสูงสุดที่ปั้มจะตั้งเหนือผิวน้ำได้ โดยที่คุณสมบัติต่าง ๆ ของน้ำเท่ากับตัวอย่างที่ 1 เนื่องจากอุณหภูมิเท่ากัน

จากโจทก์ในข้อนี้ตัวแปรที่แตกต่างจากโจทก์ข้อ1 คือระดับผิวน้ำสูงจากระดับน้ำทะเล 1, 600 เมตร ซึ่งที่แรงดันดังกล่าวแรงดันบรรยากาศจะลดลงเหลือ 8.6 เมตรน้ำ โดยการประมาณจากสมการที่ 2
         P_atm = 10.33 – 0.00108 x 1,600 = 8.6 เมตรน้ำ

จากสมการที่ 1   
     H_SV = H_P + H_Z - H_f - H_PV
     ในที่นี้เรารู้ค่า H_SV ในที่นี้เท่ากับ NPSH_R คือ 4 เมตรน้ำ, H_P คือ 8.6/0.9983 = 8.61 เมตรน้ำ, H_f คือ 1 เมตรน้ำ, H_PV คือ ที่อุณหภูมิ 20 ^๐C จากตารางที่ 1 = 0.239/0.9983 = 0.239 เมตรน้ำ
     ดังนั้น   H_Z = H_SV + H_Z - H_f - H_PV = 8.61 – 1 – 4 – 0.239 = 3.37 เมตรน้ำ

ตัวอย่างที่ 3

ปั้มตัวหนึ่งติดตั้งอยู่ที่ระดับน้ำทะเลและศูนย์กลางทางดูดของปั้มต่ำกว่าระดับผิวน้ำ 5 เมตร เพื่อสูบน้ำที่อุณหภูมิ 20 ^๐C ดังรูปที่ 17 ถ้าการสูญเสียในท่อดูดทั้งหมดคิดเป็น1เมตรน้ำ จงหาค่า NPSHA ของปั้ม

จากสมการที่ (2) HPSH_A = Hp - H_vp - H_f - H_z
     Assume: แรงกดของแรงดันบรรยากาศที่ผิวน้ำเท่ากับ 10.33 เมตรน้ำ (H_p = 10.33/0.9983 = 10.33 เมตรน้ำ)
     แรงดันไอของน้ำ ที่ 20 ^๐C = 0.239 เมตรน้ำ (H_vp 0.239/0.9983 = 0.239 เมตรน้ำ)
     การสูญเสียรวมในท่อดูด (H_f) = 1 เมตรน้ำ
     ระดับความสูงที่แตกต่างระหว่างผิวน้ำกับศูนย์กลางทางดูด
    ปั้มเท่ากับ 5 เมตร เปลี่ยนเป็นเมตรน้ำได้เท่ากับ 5/0.9983
     H_z = 5 เมตร
     ดังนั้น NPSH_A = 10.33– 0.239 –1 + 5 = 14.014 เมตรน้ำ

เราจะเห็นว่าตามตัวอย่างที่ 1 และตัวอย่างที่ 2 นั้นค่า NPSH จะน้อยกว่าแรงดันบรรยากาศ เนื่องจากจะต้องเอาการสูญเสียแรงดันเนื่องจากระดับ (Hz) เพื่อยกน้ำเข้าสู่ปั้ม ซึ่งจะต้องเอา Hz มาลบออก แต่จากโจทย์ข้อนี้เนื่องจากระดับผิวน้ำอยู่เหนือปั้ม ดังนั้นนอกจากแรงดันบรรยากาศแล้ว แรงจากน้ำหนักของน้ำเองก็เป็นตัวบวกเพิ่มแรงดันในการดันน้ำเข้าสู่ปั้มอีกด้วย ดังนั้นค่า Hz จึงเป็นบวก     

รูปที่ 17 รูปประกอบตัวอย่างที่ 3

จากสามตัวอย่างข้างต้นที่ยกมา ทำให้เราเข้าใจถึงขนาดของแรงดันบรรยากาศที่มีผลต่อ NPSH โดยตัวอย่างแรกเป็นแรงดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล ส่วนตัวอย่างที่ 2 เป็นแรงดันบรรยากาศที่ความสูงเหนือระดับน้ำทะเล ซึ่งแรงดันบรรยากาศในที่ยิ่งสูงแรงดันจะยิ่งลดลงซึ่งสามารถคำนวณได้จากสมการที่ 3 และดูได้จากตารางที่ 2 และตัวอย่างที่ 3 เป็นสภาพ NPSH ที่ระดับผิวน้ำอยู่เหนือศูนย์กลางท่อทางดูดของปั้ม ต่อไปจะขอยกตัวอย่างถึงผลกระทบจากอุณหภูมิที่มีต่อค่า NPSH

ตัวอย่างที่ 4

ถ้าปั้มจากตัวอย่างที่ 1 เปลี่ยนจากสูบน้ำที่อุณหภูมิ 20 ^๐C ไปเป็นสูบน้ำที่อุณหภูมิ 70 ^๐C โดยที่ค่าและสภาวะต่าง ๆ ยังคงเหมือนเดิมให้หาจงหาระยะสูงสุดที่จะตั้งปั้มเหนือผิวน้ำได้และเปรียบเทียบถึงความแตกต่างกับตัวอย่างที่1

จากโจทก์เมื่อพิจารณาถึงตัวแปรต่าง ๆ ดังนี้คือ โจทก์ตัวอย่างที่ 1 ได้บอก NPSH_R มาเท่ากับ 4 เมตรน้ำ, แรงดันบรรยากาศเท่ากับ 10.33mH₂O การสูญเสียทั้งหมดในท่อดูดเท่ากับ 1 เมตรน้ำแรงดันไอของน้ำเปลี่ยนจากที่ 20 ๐C ซึ่งเท่ากับ 0.239 เมตรน้ำ ไปเป็นแรงดันไอของน้ำที่ 70 ^๐C ซึ่งเท่ากับ 3.183 เมตรน้ำ และความหนาแน่นของน้ำเท่ากับ 977.6 kg/m³

จากสมการที่ 1 H_SV = H_P + H_Z - H_f - H_PV
      H_SV ในที่นี้เท่ากับ NPSH_R = NPSH_A คือ 4 เมตรน้ำ, H_P คือ 10.33/0.9776 = 10.57 เมตรน้ำ, H_f คือ 1 เมตรน้ำ, H_PV คือ ที่อุณหภูมิ 70 ^๐C จากตารางที่ 1 = 3.183/0.0.9776 = 3.26 เมตรน้ำ
     ดังนั้น   H_Z = H_SV + H_Z - H_f - H_PV = 10.57– 1 – 4 – 3.26 = 3.21/0.9776 = 3.26 เมตรน้ำ

เมื่อเราเปรียบเทียบตัวอย่างที่1กับตัวอย่างที่4 เราจะเห็นว่า การที่น้ำมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นแรงดันไอก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งสามารถดูรายละเอียดของแรงดันไอของน้ำที่อุณหภูมิต่าง ๆ ได้จากตารางที่สอง ดังนั้นเพื่อเป็นการแก้ปัญหาในการสูบน้ำที่อุณหภูมิที่สูงกว่า 70 ๐C ส่วนใหญ่จะนิยมใช้ปั้มแบบแนวแกน หรือปั้มแรงเหวี่ยงที่ตัวปั้มจุ่มอยู่ไต้ระดับผิวน้ำดังรูปที่ 17

จากตัวอย่างข้างต้นทั้ง 4 ตัวอย่างข้างต้นพอที่จะทำให้เราพอจะมองของตัวแปรที่เปลี่ยนแปลงของค่า NPSH แต่จากตัวอย่างที่ยกมาข้างต้นนั้นเป็นใช้การคำนวณจากตัวแปรต่าง ๆ ที่เรารู้ค่าในระบบ อาจเรียกได้ว่าเป็นค่าประมาณ ส่วนจะถูกต้องแม่นยำขนาดไหนก็ขึ้นอยู่กับความถูกต้องของตัวแปรต่าง ๆ ที่นำมาใช้ในการคำนวณ                 

รูปที่ 18 รูปประกอบตัวอย่างที่ 4                               รูปที่ 19 การติดตั้งปั้มสำหรับสูบน้ำที่มีอุณหภูมิสูง

การวัด NPSH จากปั้มที่ติดตั้งแล้ว

ในกรณีที่เป็นปั้มที่ติดตั้งแล้วเราก็สามารถที่จะทำการวัดแรงดันเพื่อที่จะทำการหาค่า NPSH ได้โดยการทำการติดตั้งเกจน์วัดความดันเข้าไปยังตรงกลางของทางดูดของปั้มเพื่อวัดแรงดัน โดยในการใช้งานปั้มจริง ๆ นั้นเราสามารถนำเอาพลังงานจลน์ของของไหลที่อยู่ในรูปความเร็ว (เนื่องจากเมื่อน้ำเคลื่อนที่พลังงานศักย์จากความสูงของน้ำจะเปลี่ยนรูปเป็นพลลังงานจลน์ในรูปของความเร็วของน้ำซึ่งเราต้องนำมาหักออกจากแรงดันสัมบูรณ์) และสามารถนำมาคำนวณได้ดังสมการ

                NPSHA = HP + Hg + - HVp ………………… (4)
     โดยที่   HP คือ แรงดันบรรยากาศสัมบูรณ์ พื้นผิวของเหลว, เมตรน้ำ
                Hg คือแรงดันเกจน์ที่วัดได้ที่ศูนย์กลางของปั้ม, เมตรน้ำ
   V คือความเร็วในการไหลของน้ำในท่อทางดูด m/s
                HVp คือแรงดันไอที่ผิวน้ำ ณ อุณหภูมินั้น ๆ
     * ในเทอมของหัวความเร็ว () นั้น วัดออกมาเป็น เมตรน้ำ

รูปที่ 20 แสดงการติดตั้งเกจน์วัดแรงดันเข้าที่ศูนย์กลางของทางดูดของปั้มเพื่อวัดแรงดันเพื่อนำมาคำนวณหาหัวความเร็ว

ตัวอย่างที่ 5 แสดงวิธีการคำนวณหาค่า NPSH ที่มีอยู่จริงในปั้มที่ติดตั้งแล้ว

ถ้าปั้มจากตัวอย่างที่ 2 หลังจากที่ติดตั้งปั้มแล้วสามารถคำนวณความเร็วในท่อได้ 3 m/s (สามารถคำนวณได้จากอัตราการไหลจริงและขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายในของท่อ) แรงดันเกจน์ตรงศูนย์กลางปากทางเข้าปั้ม

จากโจทก์ของตัวอย่างที่2  H_P คือ 8.6/0.9983 = 8.61 เมตรน้ำ, H_f คือ 1 เมตรน้ำ, H_PV คือ ที่อุณหภูมิ 20 ^๐C
     จากตารางที่ 1 = 0.239/0.9983 = 0.239 เมตรน้ำ
     แรงดันเกจน์ = 0.5 บาร์ เปลี่ยนเป็นความสูงของน้ำได้

จากโจทก์ข้อ 2 เราจะเห็นว่าค่า NPSH นั้นมีค่าเท่ากับ 4 เมตรน้ำ แต่เมื่อเราเอาผลของความเร็วเข้าไปคิดด้วยเราจะเห็นว่าค่า NPSHที่มีอยู่จริงนั้นจะมีค่าน้อยกว่า 4 เมตรน้ำ โดยเหลือเพียง ประมาณ 3.7 เมตรที่ความเร็วในท่อดูด 3 m/s ดังนั้นเราจะเห็นว่าถ้าหากความเร็วน้ำในท่อดูดยิ่งเพิ่มมากขึ้น ค่า NPSH ที่มีอยู่จริงก็จะน้อยลงเป็นเงาตามตัว

จากตัวอย่างของปั้มทั้งห้าข้อข้างต้นที่ยกตัวอย่างมา เราสรุปได้ว่าองค์ประกอบหลายอย่างในระบบปั้มและการติดตั้งปั้มนั้นมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของค่า NPSH เช่นระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเลของผิวน้ำ ตำแหน่งการติดตั้งปั้ม อุณหภูมิของน้ำที่ปั้มทำการสูบ ตลอดจนอัตราการไหลของน้ำในปั้ม ดังนั้นในการพิจารณาระบบปั้มเราจึงต้องมองสิ่งเหล่านี้แต่ละจุดอย่างถี่ถ้วน

สรุป

จากบทความที่ผ่านมาคิดว่าคงจะทำให้ผู้อ่านคงพอจะเข้าใจถึงเรื่องของแรงดันไอของน้ำและของเหลว ตลอดจนรายละเอียดเรื่องของ NPSH และตัวแปรต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับค่าดังกล่าว เรื่องเหล่านี้เป็นเรื่องพื้นฐานของการเกิดคาวิเทชั่น ซึ่งเราจะนำเสนอในรายละเอียดต่อไปในฉบับหน้า

อ้างอิง

[1] Dan R. Rankin, "What is NPSH?". Peerless Pump Company, Indianpolis, Indiana, USA
[2] http:// www.chemguide.co.uk
[3] http:// www.irrigationcraft.com