คำนวณขนาดปั๊มน้ำเกษตรจากพื้นที่ ความสูง และระยะท่อ ให้เลือกกี่แรงม้าพอ

คำตอบเร็ว: ขนาดปั๊มไม่ได้คำนวณจากพื้นที่โดยตรง ต้องแปลงพื้นที่เป็น "อัตราไหลที่ต้องการ" ก่อน แล้วหา "แรงดันรวม" (total head) ซึ่งเท่ากับความสูงที่ต้องยก บวกแรงดันที่หัวจ่ายต้องการ บวกการสูญเสียในท่อ จากนั้นคำนวณกำลังเพลาที่ต้องใช้ด้วยสูตร กำลัง (kW) = 9.81 x อัตราไหล (ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที) x แรงดันรวม (เมตร) ÷ ประสิทธิภาพปั๊ม แล้วแปลงเป็นแรงม้าด้วย 1 แรงม้า = 0.7457 kW ในตัวอย่างสมมติของบทความนี้ (20 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง ยก 15 เมตร หัวจ่ายต้องการ 10 เมตร ท่อ 300 เมตร ประสิทธิภาพสมมติ 50%) ได้ตั้งแต่ราว 3.9 ถึง 10 แรงม้า ขึ้นกับขนาดท่อเพียงอย่างเดียว (ข้อมูล ณ ต.ค. 2569)

เกษตรกรหลายคนซื้อปั๊มโดยถามร้านว่า "สวน 10 ไร่ ใช้กี่แรงม้า" ร้านก็ตอบจากประสบการณ์ ซึ่งบางครั้งก็ได้ผลและบางครั้งก็ผิดทั้งที่ร้านไม่ได้ตั้งใจ เพราะพื้นที่เท่ากันแต่ท่อยาวต่างกัน ที่ตั้งปั๊มสูงต่างกัน หัวจ่ายต้องการแรงดันต่างกัน ได้กำลังที่ต้องใช้ต่างกันหลายเท่า บทความนี้พาคำนวณทีละขั้นด้วยสูตรที่ตรวจสอบได้ และใส่ตัวอย่างตัวเลขที่ระบุสมมติฐานทุกตัว ถ้าสนใจเรื่องที่เกิดเมื่อเลือกผิด อ่านต่อที่ เลือกแรงม้าปั๊มน้ำผิดขนาด ทำให้น้ำไม่พอหรือสิ้นเปลืองไฟ

ภาพรวม 5 ขั้นตอน

1. หาอัตราไหลที่ต้องการ (ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง) จากปริมาณน้ำที่พืชต้องการต่อวัน และชั่วโมงที่เปิดปั๊มได้
2. หาความสูงที่ปั๊มต้องยก ทั้งฝั่งดูด (ผิวน้ำถึงปั๊ม) และฝั่งส่ง (ปั๊มถึงจุดสูงสุดของระบบ)
3. หาแรงดันที่หัวจ่ายต้องการ จากแผ่นข้อมูลของหัวจ่ายที่ใช้ แล้วแปลงเป็นเมตร
4. คำนวณการสูญเสียในท่อจากความยาว ขนาด และชนิดท่อ
5. รวมเป็นแรงดันรวม แล้วคำนวณกำลัง และเลือกปั๊มจากเส้นโค้งสมรรถนะของผู้ผลิต

ขั้นที่ 1 อัตราไหลที่ต้องการ

ปริมาณน้ำที่พืชต้องการต่อวันขึ้นกับชนิดพืช ระยะการเจริญเติบโต และสภาพอากาศ ตัวเลขนี้ต้องมาจากเอกสารของพืชนั้น ๆ ไม่ควรจำตัวเลขกลาง ตัวอย่างเช่น เอกสารปฏิทินทุเรียนของกรมวิชาการเกษตรใช้ 100-150 ลิตรต่อต้นต่อวันช่วงดอก และ 200-300 ลิตรต่อต้นต่อวันช่วงผลโต (ดูรายละเอียดที่ สปริงเกอร์หรือหัวเทใต้ต้นทุเรียน ช่วงดอกและช่วงติดผลควรเลือกแบบไหน) สำหรับพืชอื่น ให้ดูจากกรมวิชาการเกษตรหรือกรมส่งเสริมการเกษตรเฉพาะชนิด บทความนี้ไม่ใส่ตัวเลขน้ำของพืชอื่นเพราะไม่ได้เปิดอ่านเอกสารเฉพาะ

สูตรที่ใช้ คือ

อัตราไหลที่ต้องการ (ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง) = ปริมาณน้ำต่อวันรวมทั้งแปลง (ลูกบาศก์เมตร) ÷ ชั่วโมงที่เปิดปั๊มต่อวัน

ตัวอย่างสมมติ แปลงที่ต้องการน้ำรวม 60 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน เปิดปั๊มได้ 3 ชั่วโมงต่อวัน ได้ 60 ÷ 3 = 20 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง (ตัวอย่างนี้ใช้ต่อไปตลอดทั้งบทความ) ที่หน้างานจริงมีรายละเอียดที่คนมักข้าม ถ้าแปลงต้องแบ่งโซนเปิดทีละโซนอัตราไหลที่ต้องใช้คือของ "โซนที่ใหญ่ที่สุดที่เปิดพร้อมกัน" ไม่ใช่ของทั้งสวน และเวลาที่เปิดปั๊มต้องคิดจากช่วงที่ไฟหรือแรงงานพร้อมจริง ไม่ใช่ชั่วโมงในทางทฤษฎี

ขั้นที่ 2 ความสูงที่ต้องยก

ความสูงรวมมี 2 ส่วนที่ต้องวัดจริง ส่วนแรกคือ suction lift ระยะแนวดิ่งจากผิวน้ำถึงตัวปั๊ม (ปั๊มบนบก) ส่วนที่สองคือ discharge head ระยะแนวดิ่งจากปั๊มถึงจุดสูงสุดที่น้ำต้องไปถึง คู่มือ A.Y. McDonald ให้นิยาม total head ว่าเป็นผลรวมของ discharge head, suction lift และ friction losses และบทความ Total dynamic head ใน Wikipedia ใช้นิยามเชิงพลังงานเดียวกัน (ต่างกันที่ลักษณะการเขียน)

วัดตอนน้ำต่ำสุดของปี ซึ่งเป็นช่วงที่ suction lift สูงสุด ถ้าสระลดลงสองเมตรในหน้าแล้ง ปั๊มของคุณต้องทำงานที่ head เพิ่มสองเมตรในช่วงที่ต้องการน้ำมากที่สุดพอดี อ่านเรื่องข้อจำกัดของการดูดที่ ปั๊มน้ำไม่ดูดน้ำ น้ำไม่ขึ้น ตรวจสาเหตุทีละข้อก่อนเรียกช่าง

ตัวอย่างสมมติ suction lift 3 เมตร และจุดสูงสุดฝั่งส่งอยู่สูงกว่าปั๊ม 12 เมตร รวมเป็น 15 เมตร (ถ้าที่ดินลาดเอียงลงจากปั๊ม ให้ใส่เฉพาะระยะยกสูงสุดที่ต้องเอาชนะ ไม่ใช่ระยะรวมทุกช่วง)

ขั้นที่ 3 แรงดันที่หัวจ่ายต้องการ

หัวจ่ายแต่ละแบบมีแรงดันใช้งานของมัน อ่านจากแผ่นข้อมูลของรุ่นที่ซื้อ ห้ามเดา แล้วแปลงเป็นเมตรน้ำ คู่มือการประเมินศักยภาพการอนุรักษ์พลังงาน บทที่ 7 ระบุว่าความดัน 101.32 kPa หรือ 1 bar เท่ากับความสูงน้ำ 10.33 เมตร จึงใช้ ความดัน 1 bar ≈ 10 เมตรน้ำ

ตัวอย่างสมมติ หัวจ่ายต้องการแรงดันประมาณ 1 bar จึงใช้ 10 เมตร (ค่านี้สมมติเพื่อการคำนวณ ไม่ใช่ค่าของหัวจ่ายรุ่นใด) ระบบน้ำหยดที่มีกรองและวาล์วหลายตัวมีการสูญเสียเพิ่มที่แผ่นกรองและวาล์ว ต้องบวกตามที่ผู้ผลิตระบุ ตัวอย่างนี้ไม่ใส่ส่วนนี้ เพราะไม่มีตัวเลขจากแหล่งทางการ

ขั้นที่ 4 การสูญเสียในท่อ ส่วนที่มักถูกลืมและใหญ่ที่สุด

น้ำที่ไหลในท่อเสียแรงดันจากการเสียดสี ท่อยาวและเล็ก การสูญเสียสูงมาก วิธีคำนวณที่นิยมในงานท่อน้ำคือสมการ Hazen-Williams ซึ่งบทความ Wikipedia ให้ไว้ในรูปหน่วย SI ดังนี้

hf ÷ L = 10.67 x Q^1.852 ÷ (C^1.852 x d^4.8704)

โดย hf คือการสูญเสียเฮดในท่อ (เมตร) L คือความยาวท่อ (เมตร) Q คืออัตราไหล (ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที) d คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ (เมตร) และ C คือสัมประสิทธิ์ความหยาบของท่อ ตารางใน Wikipedia ให้ค่า C ของท่อ PVC เท่ากับ 150 และของท่อ polyethylene เท่ากับ 140 สมการนี้ใช้กับน้ำในสภาพอุณหภูมิปกติ และเป็นสมการเชิงประสบการณ์ ไม่ใช่กฎที่แม่นยำทุกกรณี หากต้องออกแบบระบบใหญ่หรือราคาแพง ให้ผู้ออกแบบตรวจซ้ำ

ตัวอย่างสมมติ ท่อ PVC (C = 150) ยาว 300 เมตร อัตราไหล 20 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง (0.005556 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที) ลองเปลี่ยนเฉพาะเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน ผลการคำนวณด้วยสมการข้างบน

ตารางนี้คำนวณโดยบทความ จากสมการ Hazen-Williams ข้างต้นและสมมติฐานที่ระบุ ขนาดท่อที่ขายจริงมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในขึ้นกับชั้นคุณภาพของท่อ ต้องดูจากข้อมูลของผู้ผลิต ผลคือเส้นผ่านศูนย์กลางลดจาก 100 เหลือ 50 มม. ทำให้การสูญเสียเพิ่มเกือบ 30 เท่า ที่หน้างาน นี่คือเหตุผลที่ท่อใหญ่ขึ้นหนึ่งขนาดประหยัดไฟได้มาก ส่วนข้อต่อ ข้องอ และวาล์ว ยังต้องเพิ่มเข้าไปอีก ซึ่งบทความนี้ไม่ได้คิดเพราะไม่มีค่าจากแหล่งทางการที่เปิดอ่าน ให้เผื่อเป็นส่วนต่างหากตามคำแนะนำของผู้ออกแบบ

ขั้นที่ 5 รวมเป็นแรงดันรวม แล้วคำนวณกำลัง

แรงดันรวม = ความสูงที่ยก + แรงดันที่หัวจ่าย + การสูญเสียในท่อ

กำลังไฮดรอลิก (กำลังที่น้ำได้รับ) ตามบทความ Pump ใน Wikipedia คือผลคูณของความดันที่เพิ่มขึ้นและอัตราไหลเชิงปริมาตร และกำลังที่ต้องใช้ขับปั๊มหาได้จากหารด้วยประสิทธิภาพของปั๊ม เมื่อเขียนด้วยเฮดของน้ำและหน่วยที่ใช้ในไร่ ได้เป็น

กำลังเพลา (kW) = 9.81 x Q (ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที) x H (เมตร) ÷ ประสิทธิภาพปั๊ม

(ค่า 9.81 มาจากความหนาแน่นของน้ำ 1,000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรคูณแรงโน้มถ่วง 9.81 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง แล้วหารด้วย 1,000 เพื่อให้ได้ kW การแปลงนี้เป็นการคำนวณของบทความ) จากนั้นแปลงเป็นแรงม้าด้วย 1 แรงม้า (แบบเมตริกกลไก) = 0.7457 kW ตามบทความ Horsepower ใน Wikipedia ต้องระวังว่าแรงม้ามีหลายนิยาม ป้ายปั๊มบางรุ่นใช้ 0.746 kW และบางรุ่นใช้ 0.735 kW ต่างกันไม่เกินเล็กน้อย แต่ควรรู้ว่าไม่ใช่ตัวเลขเดียวกัน

ประสิทธิภาพของปั๊ม Wikipedia ระบุว่าไม่ใช่ค่าคงที่ แต่เปลี่ยนตามอัตราไหลและเฮด เพราะปั๊มแรงเหวี่ยงมีประสิทธิภาพสูงสุดช่วงกลางของช่วงการทำงาน (best efficiency point) แล้วลดลงเมื่อไหลมากกว่านั้น และผู้ผลิตให้ข้อมูลนี้ในเส้นโค้งสมรรถนะ และประสิทธิภาพลดลงตามการสึกหรอ ตัวอย่างข้างล่างใช้ 50% เป็นค่าสมมติเพื่อให้เห็นวิธีคำนวณ ไม่ใช่ค่าของปั๊มรุ่นใด ในการเลือกจริงให้อ่านจากเส้นโค้ง

ตัวอย่างสมมติ คำนวณต่อจากข้างบน

วิธีคิดของแถว 60 มม. ในรูปตัวเลข อัตราไหล 20 ÷ 3,600 = 0.005556 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที กำลังไฮดรอลิก 9.81 x 0.005556 x 42.8 = 2.33 kW หารด้วย 0.5 ได้ 4.66 kW หารด้วย 0.7457 ได้ราว 6.3 แรงม้า (ตัวเลขทั้งหมดในตารางเป็นตัวอย่างสมมติ ไม่ใช่คำแนะนำให้ซื้อปั๊มขนาดนั้น)

จะเห็นว่าพื้นที่ปลูกไม่ได้อยู่ในสูตรโดยตรงเลย แต่เข้ามาทางอัตราไหลเท่านั้น ส่วนความต่างของแรงม้าที่ต้องใช้ จาก 3.9 ถึง 10 แรงม้า มาจากขนาดท่ออย่างเดียว นี่คือเหตุที่ร้านที่ตอบจากพื้นที่อย่างเดียวจึงเสี่ยงผิด ถ้าคุณเลือกท่อเล็กเพื่อประหยัดค่าท่อ คุณจะจ่ายเพิ่มเป็นค่าไฟหรือค่าน้ำมันทุกชั่วโมงที่เปิดปั๊ม ตัวเลขนี้เปรียบเทียบได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้ราคาไฟ เพราะกำลังที่ต้องใช้คูณชั่วโมงใช้งานได้พลังงานทันที แต่บทความนี้ไม่ใส่อัตราค่าไฟเพราะไม่ได้เปิดอ่านประกาศอัตราปัจจุบัน ให้ใช้ใบแจ้งค่าไฟของตนเอง

สิ่งที่ต้องทำหลังได้ตัวเลข อย่าเพิ่งซื้อ

• เปิดเส้นโค้งสมรรถนะของปั๊มที่ตั้งใจซื้อ แล้วหาจุดที่ตรงกับอัตราไหล 20 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมงและแรงดันรวมที่คำนวณได้ ปั๊มที่ดีสำหรับงานคือปั๊มที่จุดทำงานนี้อยู่ใกล้ช่วงประสิทธิภาพสูงสุด
• อ่านค่ากำลังที่แผ่นข้อมูลระบุที่จุดนั้น แล้วเลือกมอเตอร์ให้รองรับได้ ส่วนที่เผื่อเท่าใดให้ตามคำแนะนำของผู้ผลิต บทความนี้ไม่ใส่ตัวเลขเผื่อ เพราะไม่ได้เปิดอ่านเกณฑ์ที่เป็นทางการ
• ถ้าปั๊มอยู่บนบก ตรวจ NPSH required เทียบกับสภาพท่อดูดของคุณด้วย (อธิบายเรื่อง NPSH และ cavitation ที่บทความปั๊มไม่ดูดน้ำ)
• ถ้าคุณมีหลายโซน ตรวจจุดทำงานของโซนที่ไกลและสูงที่สุดและโซนที่ใกล้ที่สุดทั้งสองโซน เพราะปั๊มเดียวกันที่โซนใกล้จะไหลมากกว่า เสียน้ำและเกินแรงดัน

ปรับความเร็วรอบ ผลต่ออัตราไหล เฮด และกำลัง

คู่มือการประเมินศักยภาพการอนุรักษ์พลังงานระบุกฎของปั๊ม (affinity law) ว่าอัตราไหลแปรผันตรงกับความเร็วรอบ เฮดแปรผันกับความเร็วรอบกำลังสอง และกำลังแปรผันกับความเร็วรอบกำลังสาม ตัวอย่างการคำนวณ ถ้าลดความเร็วรอบเหลือ 90% อัตราไหลเหลือ 90% เฮดเหลือ 0.9 ยกกำลังสอง = 81% และกำลังเหลือ 0.9 ยกกำลังสาม = ราว 72.9% กฎนี้ใช้เมื่อสภาพระบบเดิม (ข้อมูลในคู่มือเป็นกฎทั่วไปของปั๊มแรงเหวี่ยง) การลดรอบด้วยอินเวอร์เตอร์จึงประหยัดพลังงานได้มากเมื่อไม่ต้องการน้ำเต็มกำลัง แต่ต้องดูว่าเฮดที่เหลือพอสำหรับระบบของคุณหรือไม่ โดยเฉพาะถ้าส่วนใหญ่ของเฮดเป็นการยกสูง (static head) ซึ่งไม่ลดตามรอบแบบเดียวกัน ข้อนี้เป็นข้อสังเกตของผู้เขียน คู่มือไม่ได้พูดถึง

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยตอนคำนวณ

• คิดเฉพาะความสูง ไม่คิดการสูญเสียในท่อ ทั้งที่ในตัวอย่างข้างบน ท่อ 60 มม. กินเฮดถึง 17.8 จาก 42.8 เมตร
• ใช้เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อแทนเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน ซึ่งทำให้ประเมินการสูญเสียต่ำเกินจริง
• คิดอัตราไหลของทั้งสวนทั้งที่เปิดทีละโซน หรือกลับกัน คิดทีละโซนทั้งที่เปิดพร้อมกันหลายโซน
• วัดความสูงตอนน้ำเต็มสระ ไม่ได้วัดตอนน้ำต่ำสุด
• ลืมแรงดันที่หัวจ่ายต้องการ และการสูญเสียที่กรองหรือวาล์ว
• ซื้อจากแรงม้าที่ป้ายโดยไม่ดูเส้นโค้งสมรรถนะ ปั๊มสองตัวแรงม้าเท่ากันอาจให้น้ำและเฮดต่างกันมาก
• ใช้ประสิทธิภาพสมมติ 50% เป็นค่าจริง ในขณะที่ปั๊มที่สึกหรอมีประสิทธิภาพลดลงต่อเนื่อง

ในกรณีที่ต้องการเปรียบเทียบกับทางเลือกพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งการคำนวณปริมาณน้ำและแผงต่างจากนี้ ดูตัวอย่างได้ที่ ปั๊มน้ำโซลาร์เซลล์สำหรับฟาร์ม: คำนวณน้ำ แผง และงบประมาณ และหลักเลือกปั๊มทั่วไปที่ วิธีเลือกปั๊มน้ำเกษตร

สิ่งที่บทความนี้ไม่ได้ให้ และเหตุผล

บทความนี้ไม่ระบุราคาปั๊ม ท่อ หรือค่าไฟ ไม่ระบุแรงม้าตามจำนวนไร่ และไม่มีค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียของข้อต่อหรือวาล์ว เพราะไม่ได้เปิดอ่านแหล่งทางการหรือหน้าราคาที่ระบุวันที่ ไม่มีเกณฑ์ของกรมวิชาการเกษตรหรือกรมส่งเสริมการเกษตรที่ระบุว่าพื้นที่ปลูกเท่านี้ใช้แรงม้าเท่านี้ ตัวอย่างทั้งหมดเป็นการสมมติตัวเลขเพื่อสาธิตวิธีคิด ต้องแทนด้วยตัวเลขวัดจริงของสวนคุณ และสำหรับงานที่ลงทุนสูง ควรให้ผู้ออกแบบระบบน้ำตรวจซ้ำ

สรุป

ขนาดปั๊มที่พอดีมาจากสามเรื่อง คืออัตราไหลที่ต้องการ แรงดันรวมที่ระบบต้องใช้ และประสิทธิภาพของปั๊มตัวนั้น ไม่ได้มาจากจำนวนไร่โดยตรง ท่อที่เล็กเกินคือจุดที่ทำให้แรงม้าบวมที่สุด และตัวเลขทั้งหมดในบทความนี้เป็นตัวอย่างสมมติที่ต้องแทนด้วยค่าที่วัดจากสวนของคุณ แล้วตรวจกับเส้นโค้งสมรรถนะของปั๊มก่อนซื้อ (ข้อมูล ณ ต.ค. 2569)

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• 📄Wikipedia — Hazen-Williams equation ใช้อ้างอิงสมการการสูญเสียเฮดในท่อรูป SI และค่า C ของท่อ PVC (150) และ polyethylene (140) https://en.wikipedia.org/wiki/Hazen%E2%80%93Williams_equation
• 📄Wikipedia — Pump (หัวข้อกำลังและประสิทธิภาพ) ใช้อ้างอิงนิยามกำลังไฮดรอลิก การหารด้วยประสิทธิภาพ และพฤติกรรมประสิทธิภาพของปั๊มแรงเหวี่ยง https://en.wikipedia.org/wiki/Pump
• 📄Wikipedia — Horsepower ใช้อ้างอิงการแปลงแรงม้าเป็นกิโลวัตต์ https://en.wikipedia.org/wiki/Horsepower
• 📄Wikipedia — Total dynamic head ใช้ประกอบนิยามเฮดรวม https://en.wikipedia.org/wiki/Total_dynamic_head
• 📄A.Y. McDonald Mfg. Co. — Pump Basics Manual ใช้อ้างอิงนิยาม total head และ friction loss https://www.inspectapedia.com/water/Pump-Basics-Manual-AY-McDonald.pdf
• 📄คู่มือฝึกอบรม การประเมินศักยภาพการอนุรักษ์พลังงาน บทที่ 7 เครื่องสูบน้ำ — ใช้อ้างอิง 1 bar เท่ากับ 10.33 เมตรน้ำ และกฎของปั๊ม (affinity law) energyauditorthai.com บทที่ 7 เครื่องสูบน้ำ (PDF)
• 📄กรมวิชาการเกษตร — เอกสาร "การปลูกทุเรียน" ใช้อ้างอิงปริมาณน้ำรายระยะของทุเรียนที่ยกเป็นตัวอย่างความต้องการน้ำ https://www.doa.go.th/share/attachment.php?aid=2973

ข้อมูลราคา ปริมาณการใช้สารเคมี และคำแนะนำทางการเกษตรอาจเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลและนโยบาย โปรดตรวจสอบข้อมูลล่าสุดจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้องก่อนตัดสินใจ