- Kvapaliny a ich zaujímavé vlastnosti
- Výpočet tlaku
- Ako vypočítať tlakový gradient?
- Prepočítavací faktor hustoty
- Referencie
Tlakový spád sa skladá z variácie alebo rozdiely tlaku v danom smere, ktoré sa môžu vyskytnúť vo vnútri alebo na hranici tekutiny. Tlak je zase sila na jednotku plochy vyvíjaná tekutinou (kvapalinou alebo plynom) na steny alebo hranicu, ktorá ju obsahuje.
Napríklad v bazéne naplnenom vodou existuje pozitívny tlakový gradient v vertikálnom smere nadol, pretože tlak sa zvyšuje s hĺbkou. Každý meter (alebo centimeter, stopa, palec) hĺbky tlak narastá lineárne.
Pri ťažbe oleja je veľmi dôležitým množstvom tlakový gradient. Zdroj: pixabay.com
Avšak vo všetkých bodoch umiestnených na rovnakej úrovni je tlak rovnaký. Preto je v bazéne tlakový gradient nulový (nula) v horizontálnom smere.
V ropnom priemysle je tlakový gradient veľmi dôležitý. Ak je tlak na dne otvoru vyšší ako na povrchu, olej ľahko vyjde. Inak by sa tlakový rozdiel musel vytvoriť umelo buď čerpaním alebo vstrekovaním pary.
Kvapaliny a ich zaujímavé vlastnosti
Kvapalina je akýkoľvek materiál, ktorého molekulárna štruktúra mu umožňuje prietok. Väzby, ktoré držia molekuly tekutiny pohromade, nie sú také silné ako v prípade pevných látok. To im umožňuje čeliť menšiemu odporu voči ťahu, a tým aj toku.
Táto okolnosť sa ocení pozorovaním toho, že tuhé látky si udržiavajú pevný tvar, zatiaľ čo tekutiny, ako už bolo uvedené, sa vo väčšej alebo menšej miere podobajú nádobe, ktorá ich obsahuje.
Plyny a kvapaliny sa považujú za kvapaliny, pretože sa chovajú týmto spôsobom. Plyn sa úplne rozpína, aby naplnil objem nádoby.
Kvapaliny na druhej strane nedosahujú toľko, pretože majú určitý objem. Rozdiel spočíva v tom, že kvapaliny možno považovať za nestlačiteľné, zatiaľ čo plyny nie.
Plyn pod tlakom ľahko komprimuje a prispôsobuje sa, zaberá všetok dostupný objem. Keď tlak stúpne, jeho objem klesá. V prípade kvapaliny zostáva jej hustota - daná kvocientom medzi jej hmotnosťou a jej objemom - konštantná v širokom rozsahu tlaku a teploty.
Toto posledné obmedzenie je dôležité, pretože v skutočnosti sa takmer každá látka môže za určitých podmienok extrémnej teploty a tlaku správať ako tekutina.
Vo vnútrozemí Zeme, kde sa dajú podmienky považovať za extrémne, sa horniny, ktoré sú na povrchu pevné, topia do magmatu a môžu prúdiť na povrch vo forme lávy.
Výpočet tlaku
Na zistenie tlaku vyvíjaného stĺpcom vody alebo akejkoľvek inej tekutiny na dno nádoby sa tekutina bude považovať za látku s nasledujúcimi charakteristikami:
- Jeho hustota je konštantná
- Je nestlačiteľný
- Je v podmienkach statickej rovnováhy (zvyšok)
Stĺpec tekutiny v týchto podmienkach pôsobí silou na spodok nádoby, ktorá ju obsahuje. Táto sila sa rovná jej hmotnosti W:
Hustota sa zvyčajne meria v kilogramoch / kubických metrov (kg / m 3 ), alebo libier na galón (PPG)
Hydrostatický tlak P je definovaný ako kvocient medzi silou pôsobiacou kolmo na povrch a jeho plochou A:
Tlak = sila / plocha
Nahradením objemu fluidnej kolóny V = plocha základne x výška kolóny = Az sa tlaková rovnica stáva:
Tlak je skalárne množstvo, ktorého jednotky v medzinárodnom meranom systéme sú Newton / meter 2 alebo Pascal (Pa). Jednotky britského systému sa široko používajú, najmä v ropnom priemysle: libry na štvorcový palec (psi).
Vyššie uvedená rovnica ukazuje, že hustejšie kvapaliny budú vyvíjať väčší tlak. A že tlak je väčší, čím je menšia plocha, na ktorú je vyvíjaný.
Nahradením objemu fluidnej kolóny V = plocha základne x výška kolóny = Az sa tlaková rovnica zjednoduší:
Vyššie uvedená rovnica ukazuje, že hustejšie kvapaliny budú vyvíjať väčší tlak. A že tlak je väčší, čím je menšia plocha, na ktorú je vyvíjaný.
Ako vypočítať tlakový gradient?
Rovnica P = ρgz znamená, že tlak P kvapalinového stĺpca sa zvyšuje lineárne s hĺbkou z. Preto zmena ΔP v tlaku bude súvisieť so zmenou hĺbky Δz nasledujúcim spôsobom:
Prepočítavací faktor hustoty
Jednotky anglického systému sa bežne používajú v ropnom priemysle. V tomto systéme sú jednotky tlakového gradientu psi / ft alebo psi / ft. Ďalšie vhodné jednotky sú bar / meter. Libra na galón alebo ppg sa široko používa pre hustotu.
Hodnoty hustoty a mernej hmotnosti akejkoľvek tekutiny boli experimentálne stanovené pre rôzne podmienky teploty a tlaku. Sú dostupné v tabuľkách hodnôt
Na nájdenie číselnej hodnoty tlakového gradientu medzi rôznymi systémami jednotiek je potrebné použiť prevodné faktory, ktoré vedú z hustoty priamo do gradientu.
Prepočítavací faktor 0,052 sa používa v ropnom priemysle na prechod z hustoty v ppg na tlakový gradient v psi / ft. Týmto spôsobom sa tlakový gradient vypočíta takto:
Referencie
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fyzika pre vedu a techniku. Zväzok 2. Mexiko. Editori výučby cengage. 367-372.
- Well Control School Manuál. Kapitola 01 Zásady tlaku.