- Lichidele și proprietățile lor interesante
- Calcularea presiunii
- Cum se calculează gradientul de presiune?
- Factorul de conversie a densității
- Referințe
Gradientul de presiune constă în variații sau diferențe de presiune într - o anumită direcție, care pot apărea în interiorul sau la marginea unui fluid. La rândul său, presiunea este forța pe unitate de suprafață exercitată de un fluid (lichid sau gaz) pe pereții sau bordura care îl conține.
De exemplu, într-un bazin umplut cu apă există un gradient de presiune pozitiv în direcția verticală în jos, deoarece presiunea crește odată cu adâncimea. La fiecare metru (sau centimetru, picior, centimetru) de adâncime, presiunea crește liniar.
În extracția uleiului, gradientul de presiune este o cantitate foarte importantă. Sursa: pixabay.com
Cu toate acestea, în toate punctele situate la același nivel, presiunea este aceeași. Prin urmare, într-o piscină gradientul de presiune este nul (zero) în direcția orizontală.
În industria petrolului, gradientul de presiune este foarte important. Dacă presiunea din partea de jos a găurii este mai mare decât la suprafață, uleiul va ieși cu ușurință. În caz contrar, diferența de presiune ar trebui creată artificial, fie prin pompare, fie prin injectarea aburului.
Lichidele și proprietățile lor interesante
Un fluid este orice material a cărui structură moleculară îi permite să curgă. Legăturile care țin moleculele fluidului împreună nu sunt la fel de puternice ca în cazul solidelor. Acest lucru le permite să se opună mai puțin rezistenței la tracțiune și, prin urmare, să curgă.
Această circumstanță poate fi observată observând că solidele mențin o formă fixă, în timp ce lichidele, așa cum s-a menționat deja, adoptă într-o măsură mai mare sau mai mică cea a recipientului care le conține.
Gaze și lichide sunt considerate fluide, deoarece se comportă în acest fel. Un gaz se extinde complet pentru a umple volumul containerului.
Pe de altă parte, lichidele nu ating atât de mult, deoarece au un anumit volum. Diferența este că lichidele pot fi considerate incompresibile, în timp ce gazele nu pot.
Sub presiune, un gaz se comprimă și se adaptează ușor, ocupând tot volumul disponibil. Când presiunea crește, volumul acesteia scade. În cazul unui lichid, densitatea acestuia - dată de coeficientul dintre masa și volumul său - rămâne constantă pe o gamă largă de presiune și temperatură.
Această ultimă limitare este importantă, deoarece, în realitate, aproape orice substanță se poate comporta ca un fluid în anumite condiții de temperatură și presiune extremă.
În interiorul pământului unde condițiile pot fi considerate extreme, roci care ar fi solide pe suprafață, se topesc în magmă și pot curge la suprafață, sub formă de lavă.
Calcularea presiunii
Pentru a găsi presiunea exercitată de o coloană de apă sau orice alt fluid, pe podeaua containerului, fluidul va fi considerat a avea următoarele caracteristici:
- Densitatea sa este constantă
- Este incompresibil
- Se află în condiții de echilibru static (repaus)
O coloană de lichid în aceste condiții exercită o forță pe fundul recipientului care îl conține. Această forță este echivalentă cu greutatea sa W:
Densitatea este, în mod normal, măsurată în kilograme / metri cubi (kg / m 3 ) sau kilograme pe galon (ppg)
Presiunea hidrostatică P este definită ca coeficientul dintre forța exercitată perpendicular pe o suprafață și aria sa A:
Presiune = forță / zonă
Prin înlocuirea volumului coloanei de fluid V = aria bazei x înălțimea coloanei = Az, ecuația de presiune devine:
Presiunea este o cantitate scalară, ale cărei unități din sistemul de măsurare internațional sunt Newton / metru 2 sau Pascals (Pa). Unitățile sistemului britanic sunt utilizate pe scară largă, în special în industria petrolului: kilograme pe inchi pătrați (psi).
Ecuația de mai sus arată că lichidele mai dense vor exercita o presiune mai mare. Și că presiunea este mai mare cu cât este mai mică suprafața pe care este exercitată.
Prin substituirea volumului coloanei de fluid V = aria bazei x înălțimea coloanei = Az, ecuația de presiune este simplificată:
Ecuația de mai sus arată că lichidele mai dense vor exercita o presiune mai mare. Și că presiunea este mai mare cu cât este mai mică suprafața pe care este exercitată.
Cum se calculează gradientul de presiune?
Ecuația P = ρgz indică faptul că presiunea P a coloanei de fluid crește liniar cu adâncimea z. Prin urmare, o variație pressureP în presiune va fi legată de o variație în adâncime Δz în felul următor:
Factorul de conversie a densității
Unitățile din sistemul englez sunt utilizate pe scară largă în industria petrolului. În acest sistem, unitățile gradientului de presiune sunt psi / ft sau psi / ft. Alte unități convenabile sunt bara / contorul. Lira pe galon sau ppg este utilizată pe scară largă pentru densitate.
Densitatea și valorile specifice ale gravitației oricărui fluid au fost determinate experimental pentru diferite condiții de temperatură și presiune. Sunt disponibile în tabele de valori
Pentru a găsi valoarea numerică a gradientului de presiune între diferite sisteme de unități, trebuie să utilizați factori de conversie care conduc de la densitate direct la gradient.
Factorul de conversie 0.052 este utilizat în industria petrolului pentru a trece de la o densitate în ppg la un gradient de presiune în psi / ft. În acest fel, gradientul de presiune este calculat astfel:
Referințe
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizică pentru știință și inginerie. Volumul 2 Mexic. Cengage Learning Editor. 367-372.
- Manual de școală de control bine. Capitolul 01 Principiile presiunii.