QUY ĐỔI ĐƠN VỊ ÁP SUẤT: BẢNG TRA BAR, PSI, MPA, KG/CM2 CHUẨN

Catalog máy nén khí Mỹ ghi psi, máy ép Đài Loan ghi kgf/cm², bản vẽ Nhật ghi MPa, còn đồng hồ trong xưởng lại chỉ bar. Quy đổi đơn vị áp suất nhanh nhất là nhớ mốc: 1 bar = 14,504 psi = 1,0197 kgf/cm² = 0,1 MPa. Dưới đây là bảng tra 8 đơn vị, công thức, cách đọc barg và bara, cách đổi bằng Excel, PLC và ví dụ tính trong nhà xưởng.

1. Bảng quy đổi đơn vị áp suất chuẩn

1.1. Bảng ma trận 8 đơn vị thông dụng

Cách đọc: chọn hàng của đơn vị gốc, dóng sang cột đơn vị cần đổi. Ví dụ hàng “1 bar”, cột “psi” cho 1 bar = 14,504 psi.

Mọi hệ số trong bảng được tính từ giá trị định nghĩa: 1 bar = 100.000 Pa; 1 kgf/cm² = 98.066,5 Pa; 1 atm = 101.325 Pa; 1 psi ≈ 6.894,757 Pa; 1 mmHg ≈ 133,322 Pa; 1 mmH₂O ≈ 9,80665 Pa. Kết quả làm tròn 5 chữ số có nghĩa.

Lưu ý: một số bảng trên mạng ghi “1 atm = 1 bar” hoặc “1 kg/cm² = 1 bar”. Đó chỉ là giá trị xấp xỉ, chênh lệch thực tế lần lượt là 1,3% và 1,9%. Sai số này đủ làm lệch ngưỡng cảm biến, van an toàn hay kết quả tính lực xi lanh.

1.2. Bảng tra nhanh các mốc áp suất hay gặp trong xưởng

Bảng này nên in dán cạnh máy nén khí hoặc kẹp trong hồ sơ bảo trì.

1.3. Đáp nhanh các phép đổi hay được tìm

• 1 bar bằng bao nhiêu kg/cm²? 1 bar = 1,0197 kgf/cm². Ngược lại, 1 kgf/cm² = 0,98067 bar.

• 1 bar bằng bao nhiêu psi? 1 bar = 14,504 psi. Đổi nhanh: nhân bar với 14,5.

• 1 psi bằng bao nhiêu bar? 1 psi = 0,068948 bar. Đổi nhanh: chia psi cho 14,5. Ví dụ 100 psi = 6,89 bar; 150 psi = 10,34 bar.

• 1 MPa bằng bao nhiêu bar, bao nhiêu kg/cm²? 1 MPa = 10 bar = 10,197 kgf/cm² = 145,04 psi.

• 1 atm bằng bao nhiêu bar? 1 atm = 1,01325 bar = 760 mmHg = 14,696 psi.

• 1 kPa bằng bao nhiêu mmH₂O? 1 kPa = 101,97 mmH₂O, khoảng 4,01 inH₂O.

2. Công thức quy đổi đơn vị áp suất qua Pascal

2.1. Công thức gốc và nguyên tắc đi qua Pa

Áp suất là lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích:

p = F / S

Trong đó p là áp suất (Pa), F là lực (N), S là diện tích chịu lực (m²). Từ đây suy ra 1 Pa = 1 N/m².

Khi gặp hai đơn vị lạ, cách ít sai nhất là đi qua Pascal: nhân giá trị gốc với hệ số Pa của nó, rồi chia cho hệ số Pa của đơn vị đích. Ba ví dụ dưới đây là tình huống kỹ sư bảo trì gặp hằng ngày:

• Catalog máy nén khí Mỹ ghi 150 psi: 150 × 6.894,757 = 1.034.214 Pa. Chia 100.000 được 10,34 bar. Đồng hồ thang 10 bar sẽ không đủ, cần thang 16 bar.

• Máy ép nhựa Đài Loan ghi áp suất phun 1.800 kgf/cm²: 1.800 × 98.066,5 = 176.519.700 Pa, tức khoảng 176,5 MPa, hay 1.765 bar.

• Bản vẽ Nhật yêu cầu khí 0,6 MPa: 600.000 Pa ÷ 6.894,757 = 87,0 psi. Nếu xưởng dùng đồng hồ psi, đặt ngưỡng 87 psi chứ không phải 85 hay 90.

2.2. Từ áp suất ra lực: tính xi lanh khí nén và thủy lực

Đổi đúng đơn vị chỉ là bước đầu. Việc kỹ sư thật sự cần là biết áp suất đó sinh ra bao nhiêu lực, để chọn xi lanh và thiết kế kết cấu đỡ. Công thức đảo: F = p × S, với S = π × D² / 4.

Bảng trên cho thấy vì sao cùng đường kính 100 mm, xi lanh thủy lực sinh lực gấp khoảng 33 lần xi lanh khí nén: áp suất làm việc cao hơn chừng ấy lần. Đây là lực lý thuyết, chưa trừ ma sát và tổn thất. Khi thiết kế đồ gá hoặc khung lắp xi lanh, toàn bộ lực này truyền ngược vào kết cấu đỡ, nên tính khung phải dựa trên con số đã quy đổi đúng.

Nếu bạn thường xuyên tra thông số khi đọc bản vẽ cơ khí, bộ bảng tra dung sai lắp ghép là tài liệu nên lưu cùng bảng này.

3. Các đơn vị đo áp suất thường gặp và nơi dùng

3.1. Pa, kPa, MPa

Pascal là đơn vị SI và là đơn vị đo pháp định tại Việt Nam theo Nghị định 86/2012/NĐ-CP (đã sửa đổi bởi Nghị định 13/2022/NĐ-CP). 1 Pa rất nhỏ nên thực tế dùng kPa cho quạt, ống gió, và MPa cho thủy lực, áp lực nước, giới hạn bền vật liệu. Bản vẽ và catalog Nhật chủ yếu ghi MPa.

3.2. Bar và mbar

1 bar = 100.000 Pa = 0,1 MPa. Nghị định 86/2012/NĐ-CP xếp bar vào nhóm đơn vị theo thông lệ quốc tế, được phép dùng. Đây là đơn vị quen thuộc nhất trên đồng hồ khí nén, catalog châu Âu và cấp áp lực van PN. 1 mbar = 100 Pa, hay dùng cho áp suất thấp, khí gas và khí tượng.

3.3. kgf/cm²

Còn gọi là atmosphere kỹ thuật (at), 1 kgf/cm² = 98.066,5 Pa. Đơn vị này xuất hiện nhiều trên máy ép, máy nén và thiết bị thủy lực đời cũ của Nhật, Hàn, Đài Loan. Trong xưởng hay nói tắt “kg” (“bơm 6 kg”), và chính cách nói này làm nhiều người tưởng kg/cm² với bar là một.

3.4. psi

Pound-force trên inch vuông, đơn vị chính của Mỹ. 1 psi ≈ 6.894,757 Pa ≈ 0,0689 bar. Máy nén khí và thiết bị nhập từ Mỹ thường ghi psi; nhiều đồng hồ in song song thang bar và psi. Bội số ksi (1.000 psi) hay gặp trong chứng chỉ vật liệu Mỹ.

3.5. atm

Atmosphere tiêu chuẩn, 1 atm = 101.325 Pa, xấp xỉ áp suất khí quyển ở mực nước biển. Đây là mốc để đổi giữa áp suất tuyệt đối và áp suất dư (mục 4).

3.6. mmHg và Torr

1 mmHg ≈ 133,322 Pa; 1 Torr = 1/760 atm, gần như bằng mmHg. Theo Nghị định 86/2012/NĐ-CP, mmHg chỉ được dùng trong đo huyết áp. Trong công nghiệp, Torr và mbar còn gặp ở bơm và thiết bị hút chân không.

3.7. mmH₂O và inH₂O

1 mmH₂O ≈ 9,80665 Pa; 1 inH₂O ≈ 249,09 Pa. Đây là đơn vị của áp suất rất thấp: đồng hồ chênh áp phòng sạch, cột áp quạt, sụt áp phin lọc. Đồng hồ chênh áp kiểu Mỹ thường chia thang inH₂O.

4. Áp suất tuyệt đối, áp suất dư và chân không (bara, barg, psia, psig)

4.1. Phân biệt hai mốc đo

• Áp suất dư (gauge, ký hiệu barg, psig): đo so với áp suất khí quyển. Hầu hết đồng hồ cơ trong xưởng chỉ 0 khi để ngoài trời, tức là đang đo áp suất dư.

• Áp suất tuyệt đối (absolute, ký hiệu bara, psia): đo so với chân không tuyệt đối. Thông số máy nén khí, bảng hơi nước, cảm biến chân không và phần mềm tính toán thường dùng giá trị tuyệt đối.

Công thức: p tuyệt đối = p dư + p khí quyển (lấy 1,01325 bar hay 14,696 psi).

Ví dụ: đồng hồ khí nén chỉ 6 bar thì áp suất tuyệt đối là 6 + 1,013 ≈ 7,01 bara. Một catalog ghi “max 116 psia” chỉ tương đương khoảng 101 psig, tức chừng 7 bar trên đồng hồ chứ không phải 8 bar.

4.2. Cách các nước ghi ký hiệu trên catalog

Khi tài liệu chỉ ghi “bar” trơn, hãy hỏi lại nhà cung cấp trước khi đặt ngưỡng an toàn hay cài thông số cho bộ điều khiển.

4.3. Bảng đổi áp suất chân không

Đồng hồ dư hiển thị chân không bằng giá trị âm, còn bơm chân không và cảm biến thường ghi giá trị tuyệt đối. Bảng dưới giúp đối chiếu hai cách ghi:

Không có áp suất dư nào thấp hơn khoảng -1,013 bar, vì đó là chân không tuyệt đối. Thông số bơm ghi “-1 bar” nghĩa là gần chạm giới hạn này.

5. Cách quy đổi đơn vị áp suất bằng Excel và trên PLC

5.1. Dùng hàm CONVERT trong Excel

Excel có sẵn hàm CONVERT cho các đơn vị “Pa”, “atm”, “mmHg”, “psi” và “Torr”, chấp nhận tiền tố như “kPa”, “MPa”. Ví dụ:

• Đổi 150 psi sang kPa: =CONVERT(150;”psi”;”kPa”) cho kết quả 1.034,2. Chia tiếp cho 100 để ra bar.

• Đổi 760 mmHg sang Pa: =CONVERT(760;”mmHg”;”Pa”) cho 101.325.

Hai điểm cần nhớ: hàm CONVERT không có đơn vị bar và kgf/cm², nên với hai đơn vị này hãy nhân chia trực tiếp theo hệ số ở mục 1. Ngoài ra, trong Excel ký hiệu “at” là atmosphere tiêu chuẩn, không phải atmosphere kỹ thuật kgf/cm². Dấu phân cách đối số là “;” hay “,” tùy cài đặt vùng của máy.

5.2. Quy đổi tín hiệu cảm biến 4 đến 20 mA

Cảm biến áp suất công nghiệp phổ biến xuất tín hiệu 4 đến 20 mA tuyến tính theo dải đo. Công thức:

p = (I - 4) / 16 × dải đo

Với cảm biến dải 0 đến 10 bar, tín hiệu 12 mA tương ứng 5 bar; 8 mA tương ứng 2,5 bar. Nếu màn hình HMI cần hiển thị psi, chỉ cần nhân kết quả với 14,504 trong chương trình PLC: 5 bar hiện thành 72,5 psi. Lỗi hay gặp là cài dải theo psi trong khi cảm biến đặt hàng theo bar, khiến số hiển thị sai gần 15 lần.

Bộ PLC, bộ hiển thị và nguồn cấp cho cảm biến thường được bố trí gọn trong tủ điện điều khiển đặt cạnh máy, có ghi rõ dải đo và đơn vị trên nhãn để người vận hành không phải đoán.

6. Quy đổi đơn vị áp suất trong các hệ thống nhà xưởng

6.1. Hệ thống khí nén (bar, psi)

Phần lớn mạng khí nén nhà xưởng vận hành quanh 6 đến 8 bar (87 đến 116 psi). Dụng cụ cầm tay, xi lanh và van điện từ thường được thiết kế cho khoảng 6 bar sau bộ điều áp. Mỗi 1 bar áp suất máy nén cao hơn mức thật sự cần là thêm điện năng tiêu thụ, nên quy đổi đúng yêu cầu của thiết bị cuối giúp đặt áp suất máy nén vừa đủ.

Trạm lắp ráp dùng dụng cụ khí nén nên có đường cấp khí, giá treo dụng cụ và ổ cắm nhanh tích hợp ngay trên bàn thao tác công nghiệp để công nhân không phải kéo ống ngang lối đi. Cụm van, bộ lọc điều áp và bình tích nên đặt trên khung thép riêng, chừa khoảng thao tác để bảo trì.

=> Sản phẩm: KHUNG MÁY CÔNG NGHIỆP

6.2. Thủy lực và máy ép nhựa (MPa, kgf/cm²)

Thủy lực làm việc ở hàng chục đến hàng trăm bar, catalog thường ghi MPa (châu Âu, Nhật) hoặc kgf/cm² (Đài Loan, Trung Quốc đời cũ). Khi thay xi lanh, ống mềm hay đồng hồ, cần quy cùng một đơn vị rồi mới so: ống ghi 21 MPa tương đương 210 bar, khoảng 214 kgf/cm². Đồng hồ thủy lực nhập từ Mỹ ghi 3.000 psi thì chỉ tương đương khoảng 207 bar, thấp hơn ống 21 MPa.

Trên máy ép nhựa, áp suất kẹp khuôn và áp suất phun thường ghi kgf/cm² hoặc MPa. Bộ kẹp khuôn và bulong chữ T phải chịu đúng lực kẹp tính từ áp suất này, nên đọc nhầm đơn vị là rủi ro an toàn thật chứ không chỉ là sai số.

=> Sản phẩm: PHỤ KIỆN MÁY ÉP NHỰA

6.3. Phòng sạch (Pa, mmH₂O, inH₂O)

Phòng sạch giữ áp dương để không khí bẩn không lọt vào. Theo khuyến nghị thường dẫn chiếu từ bộ tiêu chuẩn ISO 14644, chênh áp giữa hai cấp sạch kề nhau thường nằm trong khoảng 5 đến 20 Pa. Con số này rất nhỏ: 15 Pa chỉ bằng 0,00015 bar, tương đương 1,53 mmH₂O hay 0,06 inH₂O. Vì vậy đồng hồ chênh áp phòng sạch luôn chia thang Pa hoặc inH₂O, không dùng bar.

Điểm hay mất áp là cửa và các ô chuyển đồ. Một passbox có khóa liên động hai cửa giúp chuyển vật tư giữa hai khu vực mà không phá chênh áp.

=> Sản phẩm: PASSBOX THIẾT BỊ PHÒNG SẠCH

6.4. Tiếng ồn: dB cũng là một thang áp suất

Ít người để ý rằng mức ồn đo bằng decibel thực chất là thang logarit của áp suất âm thanh, so với mốc 20 µPa (20 micropascal):

Lp (dB) = 20 × log₁₀(p / 20 µPa)

Cứ tăng 6 dB thì áp suất âm thanh tăng gấp đôi. Điều này giải thích vì sao một máy dập vượt ngưỡng 5 đến 6 dB đã cần giải pháp cách âm thật sự, không xử lý được bằng tấm tiêu âm mỏng.

QCVN 24:2016/BYT giới hạn mức tiếp xúc 85 dB(A) cho ca 8 giờ; cách đo và cách đạt chuẩn có trong bài tiêu chuẩn 85 dB nơi làm việc.

Áp suất còn quay lại ở bước thiết kế hộp cách âm. Máy nén khí đặt trong hộp kín cần quạt thông gió tản nhiệt, và quạt được chọn theo lưu lượng cùng cột áp tính bằng Pa: 250 Pa tương đương khoảng 25,5 mmH₂O hay 1 inH₂O. Đọc nhầm đơn vị cột áp quạt nhập khẩu có thể khiến hộp quá nhiệt dù cách âm đạt.

=> Sản phẩm: HỘP CHỐNG ỒN CÔNG NGHIỆP

6.5. Bình chịu áp lực: ngưỡng 0,7 bar với bộ phận EHS

Theo Thông tư 36/2019/TT-BLĐTBXH, bình chịu áp lực có áp suất làm việc định mức cao hơn 0,7 bar (không kể áp suất thủy tĩnh) thuộc danh mục máy, thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn, vệ sinh lao động. Bình tích khí nén 8 bar trong xưởng vì vậy nằm trong diện phải quản lý và kiểm định. Nếu nhãn bình ghi psi hay kgf/cm², hãy quy về bar để đối chiếu: 0,7 bar ≈ 10,2 psi ≈ 0,71 kgf/cm².

Với người phụ trách EHS nhà máy, hồ sơ thiết bị áp lực nên ghi đơn vị pháp định trước, đơn vị khác trong ngoặc, ví dụ “0,8 MPa (8 bar)”, đúng cách trình bày Điều 7 Nghị định 86/2012/NĐ-CP yêu cầu. Cách ghi này cũng giúp hồ sơ dễ đọc khi đoàn audit của công ty mẹ đến từ Nhật, Hàn hay châu Âu.

7. Những lỗi quy đổi áp suất hay gặp khi đọc catalog và đồng hồ

1. Coi 1 atm = 1 bar. Lệch 1,3%. Với bình 10 bar, sai số là 0,13 bar.

2. Coi 1 kgf/cm² = 1 bar. Lệch 1,9%. Ở áp suất thủy lực 200 bar, sai số gần 4 bar.

3. Không phân biệt g và a. Đặt ngưỡng 8 bar theo catalog ghi bara thì máy chạy thực tế cao hơn thiết kế khoảng 1 bar.

4. Chọn sai thang đồng hồ. Nhiều nhà sản xuất khuyến nghị áp suất làm việc nằm khoảng giữa thang đo, xấp xỉ 1/3 đến 2/3. Đường khí 7 bar hợp với đồng hồ thang 10 đến 16 bar, không nên dùng thang 7 bar.

5. Làm tròn quá sớm. Đổi psi sang kgf/cm² rồi mới sang MPa sẽ cộng dồn sai số. Luôn đi qua Pa.

6. Dùng nhầm ký hiệu “at” trong Excel. Hàm CONVERT hiểu “at” là atm, không phải kgf/cm², nên kết quả lệch khoảng 3,3%.

7. Cài dải cảm biến sai đơn vị. Cảm biến 0 đến 10 bar mà khai báo 0 đến 10 psi trên PLC sẽ hiển thị thấp hơn thực tế khoảng 14,5 lần.

8. Ghi thông số thiếu đơn vị gốc. Khi chuyển yêu cầu sang nhà cung cấp, giữ nguyên giá trị gốc và ghi giá trị quy đổi bên cạnh. Nguyên tắc này áp dụng cho mọi bản vẽ kim loại tấm gửi đi gia công: ghi đủ đơn vị, ký hiệu và tiêu chuẩn tham chiếu.

8. Kết luận

Quy đổi đơn vị áp suất đúng chỉ cần ba thói quen: đi qua Pascal, phân biệt rõ áp suất dư và áp suất tuyệt đối, không dùng giá trị xấp xỉ “1 kg = 1 bar” cho thông số an toàn. Hãy lưu bảng ma trận ở mục 1, bảng chân không ở mục 4 và công thức 4 đến 20 mA ở mục 5 để tra ngay khi đọc catalog hay cài đặt máy.

Nếu xưởng của bạn đang bố trí lại trạm khí nén, cần khung đỡ cụm thiết bị, tủ điện cho cảm biến áp suất, hộp cách âm cho máy nén khí hay passbox cho phòng sạch, hãy gửi model máy và áp suất làm việc qua Zalo 0981.244.688. Kỹ sư Cinvico dựng bản vẽ để bạn duyệt trước, sau đó sản xuất tại xưởng Hoài Đức, Hà Nội.