بررسی اسب بخار در دیگ بخار و خودرو

اسب بخار horse power نام اختصاری HP را در تلویزیون، در سایت ها، مستندها و در گفت و گوهای روزمره در مورد خودرو یا بویلر زیاد را شنیده اید. به نوعی در مورد هر وسیله نقلیه نظیر کامیون، خودروهای سواری، تراکتور و حتی ماشین چمن زن و دیگ های بخار واژه اسب بخار معنا پیدا می‎کند.

اسب بخار چیست؟

یک اسب بخار را معادل انرژی صرف شده توسط یک اسب است که ۳۳۰۰۰ پوند آب را از کف چاهی به عمق ۱۰۰۰ فوت در ۶۰ ثانیه، ۱ فوت بالا می برد.

PS چیست؟

PS – این مخفف pferdestarke در آلمانی است که به معنای واقعی کلمه به اسب بخار ترجمه می شود.

تاریخچه و ریشه پیدایش کلمه اسب بخار

واژه اسب بخار و اختراع شدن این مفهوم را به مهندس اسکاتلندی، جیمز وات (James Watt) نسبت می‎دهند. او در سال ۱۷۳۶ میلادی در شهر گرینوک (اسکاتلند) متولد شد و در سال ۱۸۱۹ میلادی چشم از جهان فروبست.

جیمز وات بیش از همه برای تحقیقات و مطالعات پیرامون موتور و دیگ بخار و بهبود عملکرد این موتورها مشهور است. حتما در مورد لامپ کلمه وات را نیز شنیده‎اید.

مثلا می‎گوییم لامپ ۶۰ وات که همه آن را دیده‎ایم. قصه اسب بخار به حیوان نجیب یعنی اسب و کاربرد و فایده این حیوان در معدن ذغال سنگ بر می‎گردد.

در آن زمان از اسب ها برای بالا کشیدن سبدها و ظرف‎های حاوی ذغال سنگ استخراج شده از معادن (با استفاده از طناب و قرقره) بهره می‎بردند. (“واقعا حتی فکر کردن بهش ناراحت کنندست”)

استاندارد شدن اسب بخار در دیگ

در سال ۱۸۸۹ انجمن مهندسان مکانیک آمریکا ASME  اصطلاح اسب بخار دیگ را بر اساس نرخ بخار موتور بخار معمولی، ۳۰ پوند بخار در ساعت PPH با فشار Psig 70 در آب تغذیه ۱۰۰ درجه فارنهایت استاندارد کرد.

مفهوم اسب بخار در دیگ بخار به صورت زیر میباشد:

تبخیر ۳۴.۵ پوند آب معادل ۱۵.۶ کیلو گرم در ساعت در دمای ۲۱۲ درجه فارنهایت معادل ۱۰۰ درجه سلیسیوس را یک اسب بخار دیگ می نامند.

جهت تبدیل میزان تولید بخار یک دیگ به اسب بخار، کافیست ظرفیت تولید بخار دیگ به کیلوگرم را تقسیم بر ۱۵.۶ نمود.

چگونه ظرفیت دیگ بخار را به اسب بخار تبدیل کنیم؟

جهت تبدیل دیگ بخار به اسب بخار میتوانید ظرفیت به کیلوگرم را تقسیم بر عدد ۱۵.۶ کنید تا ظرفیت بر اسب بخار آن به دست آید.

برای مثال:

اگر یک دیگ بخار ۱۵۰ کیلوگرم بر ساعتی دارید تقسیم بر ۱۵.۶ مساوی با ۹.۶ اسب بخار است.

چگونه اسب بخار را به وات و کیلو وات تبدیل کنیم؟

سطح قدرت ۱ اسب بخار تقریباً معادل ۷۴۶ وات (W) یا ۰.۷۴۶ کیلووات (کیلووات) است.

• برای تبدیل از اسب بخار به وات، در ۷۴۶ ضرب کنید.
• برای تبدیل از وات به اسب بخار، در ۰.۰۰۱۳۴ ضرب کنید.
• برای تبدیل از اسب بخار به کیلووات، در ۰.۷۴۶ ضرب کنید.
• برای تبدیل از کیلووات به اسب بخار، در ۱.۳۴ ضرب کنید.

خب برای اینکه بقیه ماجرا رو بتونیم درک کنیم باید چندتا واحد سنجش انرژی رو بشناسیم:

بررسی یکا یا واحد های اصلی سنجش توان

در سیستم SI، وات با علامت w نمایش داده میشود که بنابر اسم جمیز وات است و هر ۱ وات برابر با ۱ ژول انرژی در هر ثانیه است. 

هر اسب بخار چند وات است؟

تقریبا هر اسب بخار برابر با ۷۴۵ وات میباشد که ممکن است در صنایع مختلف بین ۷۳۵.۵ تا ۷۵۰ وات متغیر باشد.

عموما برای نمایش توان موتور درونی در صنایع بخصوص در خودروسازی استفاده دارد.

واژه اسب بخار در صنعت ماشین

مفهوم کار در فیزیک :

Watt در پی این بود بتواند در مورد قدرتی که یک اسب طی این فرآیند (بالا کشیدن) در اختیار انسان می‎گذارد صحبت کند. ابتدا به مفهوم کار یا Work اشاره می کنیم.

حتما از دبیرستان و از درس فیزیک به خاطر دارید. کار برابر با حاصل ضرب نیرو در جابجایی (در راستای نیرو) است.

وات متوجه شد میزان کاری که یک اسب در مدت یک دقیقه انجام می‎دهد برابر با ۳۳ هزار فوت – پوند foot-pounds (واحد انگلیسی) معادل ۴۴۷۴۱٫۹۹۲ ژول یا ۴۴٫۷۴۱۹۹۲ کیلو ژول است. به عقیده وات یک اسب در هر دقیقه می تواند ۳۳۰۰۰ فوت – پوند کار انجام دهد.

طریقه محاسبه اسب بخار چگونه است؟

کمی قبل گفتیم کار یعنی نیرو ضرب در جابجایی . پس ۳۳۰۰۰ فوت – پوند کار مثلا می تواند اینطوری باشد ۳۳۰ پوند (۱۴۹٫۶۸۵ کیلوگرم) ضرب در ۱۰۰ فیت (۳۰٫۴۸ متر). یعنی یک اسب با ایجاد ۱ اسب بخار می تواند ۳۳۰ پوند وزن را به مسافت ۱۰۰ فیت (جمع فوت) در ۱ دقیقه جابجا کند.

حالات دیگر هم به سادگی قابل تصور و محاسبه است. مثلا ۳۳ پوند وزن به مسافت ۱۰۰۰ فیت در یک دقیقه یا ۱۰۰۰ پوند به مسافت ۳۳ فیت در یک دقیقه. هر حالت و ترکیبی که بخواهید می توانید حساب کنید که طبیعتا در برخی حالات بی معنی است. مثلا ۱ پوند به مسافت ۳۳۰۰۰ فیت در یک دقیقه یا ۳۳۰۰۰ پوند به اندازه ۱ فوت در یک دقیقه. فقط باید حاصل ضرب ۳۳ هزار فوت – پوند به دست آید.

۱ اسب بخار برابر با ۷۴۶ وات است. همچنین ۱ اسب بخار برابر با ۴۵۶۲٫۴ کیلوگرم متر در یک دقیقه است.

اسب بخار در بحث خودرو؟

در بحث خودرو ، قدرت وسیله نقلیه را با horsepower به اختصار hp و یا brake horsepower به اختصار bhp بیان می کنند. این دو تقریبا یکی هستند و تفاوت کمی دارند. bhp را به horse power ترمزی یا اسب بخار اصطکاکی نیز ترجمه کرده اند.

تولیدکنندگان خودروها را جلوی چاه نمی‌کارند و آب نمی‌کشند تا بفهمند امروزه چقدر عملکرد دارند. بلکه برای محاسبه نیروی آن از دستگاهی به نام دینامومتر (که بیشتر با نام دینو شناخته می شود) استفاده می شود.

اسب بخار چگونه بر عملکرد خودرو تأثیر می گذارد؟

به عنوان یک قانون ساده، هرچه یک ماشین اسب بخار بیشتری داشته باشد، سریعتر می تواند در یک خط مستقیم حرکت کند.

البته به همین سادگی هم نیست. به عنوان مثال، ارتقاء یک ماشین ۱۰۰ اسب بخاری به ۲۰۰ اسب بخار، آن را دو برابر سریعتر نمی کند. فاکتورهای دیگری نیز وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند.

از جمله موارد کلیدی: وزن، سطح چسبندگی و آیرودینامیک.

هر چه سرعت شما بیشتر باشد، قدرت اسب بخار تاثیر کمتری دارد و با افزایش سرعت، راندمان آیرودینامیکی نقش مهمی را ایفا می کند.

فرق اسب بخار (hp) و اسب بخار اصطکاکی (bhp) در چیست؟

به طور سنتی در بریتانیا، اسب بخار ترمز (bhp) معیاری برای سنجش قدرت خودرو بوده است. در حالی که اسب بخار تلفات اصطکاکی در قدرت موتور را در نظر نمی گیرد، اسب بخار ترمز را در نظر می گیرد – به این معنی که اسب بخار همیشه بالاتر از bhp است.

تفاوت بین این دو بر اساس ۱:۱ کوچک است. ۱ اسب بخار معادل کمتر از ۰.۹۹ bhp است، هر چند با افزایش مقیاس، تفاوت ها را متوجه خواهید شد. به عنوان مثال، یک خودرو با ۳۰۰ اسب بخار قدرت ۲۹۶ bhp خواهد داشت.