- Tekućine i njihova zanimljiva svojstva
- Proračun tlaka
- Kako izračunati gradijent tlaka?
- Faktor konverzije gustoće
- Reference
Gradijent tlaka se sastoji od varijacije ili razlike u tlaku u određenom smjeru, koje se javlja unutar ili na granici fluid. Zauzvrat, pritisak je sila po jedinici površine koju vrši tekućina (tekućina ili plin) na zidovima ili granici koja ga sadrži.
Na primjer, u bazenu napunjenom vodom postoji pozitivan gradijent tlaka u vertikalnom smjeru prema dolje jer se pritisak povećava s dubinom. Svakog metra (ili centimetra, stopala, inča) dubine, pritisak raste linearno.
U ekstrakciji ulja gradijent tlaka je vrlo važna količina. Izvor: pixabay.com
Međutim, tlak je u svim točkama smještenim na istoj razini. Stoga je u bazenu gradijent tlaka u vodoravnom smjeru nula (nula).
U naftnoj industriji gradijent tlaka je vrlo važan. Ako je tlak na dnu rupe veći nego na površini, tada će ulje lako izaći. Inače bi se razlika u tlaku trebala stvoriti umjetno, bilo pumpanjem ili ubrizgavanjem pare.
Tekućine i njihova zanimljiva svojstva
Tekućina je svaki materijal čija molekularna struktura omogućuje protok. Veze koje drže molekule tekućine zajedno nisu tako jake kao u slučaju krutih tvari. To im omogućuje da se suprotstave manjoj otpornosti na vuču i samim tim protoku.
Ovu okolnost vidimo kroz opažanje kako krute tvari održavaju fiksni oblik, dok tekućine, kao što je već spomenuto, u većoj ili manjoj mjeri usvajaju sadržaj spremnika koji ih sadrži.
Plinovi i tekućina smatraju se tečnošću jer se na taj način ponašaju. Plin se širi u potpunosti kako bi se ispunio volumen spremnika.
Tekućine, s druge strane, ne dosežu toliko, jer imaju određeni volumen. Razlika je u tome što se tekućina može smatrati nekompresivnom, dok plinovi ne mogu.
Pod pritiskom se plin lako komprimira i prilagođava, zauzimajući svu dostupnu količinu. Kada se tlak poveća, smanjuje se njegov volumen. U slučaju tekućine, njegova gustoća - dana kvocijentom mase i volumena - ostaje konstantna u širokom rasponu tlaka i temperature.
Ovo posljednje ograničenje je važno jer se u stvarnosti gotovo svaka tvar može ponašati poput tekućine u određenim uvjetima ekstremne temperature i pritiska.
U unutrašnjosti zemlje gdje se uvjeti mogu smatrati ekstremnim, stijene koje bi bile čvrste na površini, rastopile su se u magmu i mogle teći na površinu, u obliku lave.
Proračun tlaka
Da bi se pronašao pritisak koji stvara stup ili voda bilo koja druga tekućina, na podu spremnika smatrat će se da tekućina ima sljedeće karakteristike:
- Gustina mu je konstantna
- Nekompresivno je
- U uvjetima je statičke ravnoteže (mirovanja)
Stupac tekućine u tim uvjetima djeluje na dno spremnika koji ga sadrži. Ova sila jednaka je težini W:
Gustoća se obično mjeri u kilogramima / kubičnim metrima (kg / m 3) ili kilogramima po galoni (ppg)
Hidrostatski tlak P definira se kao kvocijent između sile koja djeluje okomito na površinu i njezinog područja A:
Pritisak = sila / područje
Zamjenom volumena fluidnog stupca V = površina osnovne x visine stupca = Az, jednadžba tlaka postaje:
Tlak je skalarna količina, čije su jedinice u međunarodnom mjernom sustavu Newton / metar 2 ili Pascals (Pa). Jedinice britanskog sustava su široko korištene, posebno u naftnoj industriji: funta po kvadratnom inču (psi).
Gornja jednadžba pokazuje da će gušće tekućine vršiti veći pritisak. I što je tlak veći, to je manja površina na koju djeluje.
Zamjenom volumena fluidnog stupca V = površina baze x visina stupca = Az, jednadžba tlaka se pojednostavljuje:
Gornja jednadžba pokazuje da će gušće tekućine vršiti veći pritisak. I što je tlak veći, to je manja površina na koju djeluje.
Kako izračunati gradijent tlaka?
Jednadžba P = ρgz označava da se tlak P stupca fluida linearno povećava s dubinom z. Stoga će varijacija tlaka ΔP biti povezana s promjenom dubine Δz na sljedeći način:
Faktor konverzije gustoće
Jedinice engleskog sustava naširoko se koriste u naftnoj industriji. U ovom sustavu jedinice gradijenta tlaka su psi / ft ili psi / ft. Ostale pogodne jedinice su bar / metar. Funta po galoni ili ppg široko se koristi za gustoću.
Vrijednosti gustoće i specifične težine bilo koje tekućine određene su eksperimentalno za različite uvjete temperature i tlaka. Dostupni su u tablicama vrijednosti
Da bi se pronašla brojčana vrijednost gradijenta tlaka između različitih sustava jedinica, moraju se upotrijebiti faktori pretvorbe koji vode iz gustoće izravno u gradijent.
Faktor konverzije 0,052 koristi se u naftnoj industriji da bi prešao iz gustoće u ppg u gradijent tlaka u psi / ft. Na taj se način gradijent tlaka izračunava na ovaj način:
Reference
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost i inženjerstvo. Svezak 2. Meksiko. Udruživanje urednika za učenje. 367-372.
- Vodič za školsku kontrolu. Poglavlje 01 Načela pritiska.