- Væsker og deres interessante egenskaper
- Beregning av trykk
- Hvordan beregne trykkgradienten?
- Tetthetsomregningsfaktor
- referanser
Den trykkgradient består av variasjoner eller forskjeller i trykk i en gitt retning, som kan forekomme på innsiden eller på grensen av et fluid. I sin tur er trykk kraften per arealenhet som utøves av en væske (væske eller gass) på veggene eller kanten som inneholder den.
For eksempel, i et basseng fylt med vann er det en positiv trykkgradient i nedadgående vertikal retning, fordi trykket øker med dybden. Hver meter (eller centimeter, fot, tomme) av dybden vokser trykket lineært.
Ved oljeekstraksjon er trykkgradienten en veldig viktig mengde. Kilde: pixabay.com
Imidlertid er trykket det samme på alle punkter som ligger på samme nivå. Derfor, i et svømmebasseng, er trykkgradienten null (null) i horisontal retning.
I oljeindustrien er trykkgradienten veldig viktig. Hvis trykket i bunnen av hullet er høyere enn på overflaten, vil oljen lett komme ut. Ellers måtte trykkforskjellen opprettes kunstig, enten ved å pumpe eller injisere damp.
Væsker og deres interessante egenskaper
En væske er ethvert materiale hvis molekylstruktur tillater det å strømme. Bindingene som holder væskens molekyler sammen er ikke så sterke som for faste stoffer. Dette gjør at de kan motsette seg mindre motstand mot trekkraft og derfor strømme.
Denne omstendigheten kan sees ved å observere at faste stoffer opprettholder en fast form, mens væsker, som allerede nevnt, i større eller mindre grad bruker den til beholderen som inneholder dem.
Gasser og væsker regnes som væsker fordi de oppfører seg på denne måten. En gass ekspanderer helt for å fylle beholderens volum.
Væsker for deres del når ikke så mye, siden de har et visst volum. Forskjellen er at væsker kan betraktes som ukomprimerbare, mens gasser ikke kan.
Under trykk komprimerer og tilpasser en gass seg lett og opptar alt tilgjengelig volum. Når trykket øker, reduseres volumet. Når det gjelder en væske, forblir dens densitet - gitt av kvotienten mellom dens masse og volum - konstant over et bredt område av trykk og temperatur.
Denne siste begrensningen er viktig siden i virkeligheten nesten ethvert stoff kan oppføre seg som en væske under visse forhold med ekstrem temperatur og trykk.
I det indre av jorden der forholdene kan betraktes som ekstreme, smelter bergarter som vil være faste på overflaten, til magma og kan strømme til overflaten, i form av lava.
Beregning av trykk
For å finne trykket som utøves av en søyle med vann eller annen væske, på gulvet i beholderen, vil væsken anses å ha følgende egenskaper:
- Dens densitet er konstant
- Er inkomprimerbar
- Det er i forhold til statisk likevekt (hvile)
En væskesøyle utøver under disse forholdene en kraft på bunnen av beholderen som inneholder den. Denne kraften tilsvarer sin vekt W:
Tetthet måles normalt i kilogram / kubikkmeter (kg / m 3 ) eller pund per gallon (ppg)
Det hydrostatiske trykket P er definert som kvotienten mellom kraften som utøves vinkelrett på en overflate og dens område A:
Trykk = kraft / område
Ved å erstatte volumet av væskesøylen V = arealet av basen x høyden til kolonnen = Az, blir trykkligningen:
Pressure er en skalær mengde, hvis enheter i det internasjonale målesystemet er Newton / meter 2 eller Pascals (Pa). Enheter av det britiske systemet er mye brukt, spesielt i oljeindustrien: pund per kvadrat tomme.
Ligningen ovenfor viser at tettere væsker vil utøve større trykk. Og at trykket er større jo mindre overflaten det utøves på.
Ved å erstatte volumet av væskesøylen V = areal av basen x høyden til kolonnen = Az, forenkles trykkligningen:
Ligningen ovenfor viser at tettere væsker vil utøve større trykk. Og at trykket er større jo mindre overflaten det utøves på.
Hvordan beregne trykkgradienten?
Ligningen P = ρgz indikerer at trykket P i væskesøylen øker lineært med dybden z. Derfor vil en variasjon ΔP i trykk være relatert til en variasjon i dybden Δz på følgende måte:
Tetthetsomregningsfaktor
Enheter av det engelske systemet er mye brukt i oljeindustrien. I dette systemet er enhetene til trykkgradienten psi / ft eller psi / ft. Andre praktiske enheter er bar / meter. Pund per gallon eller ppg er mye brukt for tetthet.
Tettheten og spesifikke tyngdekraftverdiene for en hvilken som helst væske er blitt eksperimentelt bestemt for forskjellige temperatur- og trykkbetingelser. De er tilgjengelige i verdistabeller
For å finne den numeriske verdien av trykkgradienten mellom forskjellige systemer av enheter, må man bruke konverteringsfaktorer som fører fra tettheten direkte til gradienten.
Konverteringsfaktoren 0,052 brukes i oljeindustrien for å gå fra en tetthet i ppg til en trykkgradient i psi / ft. På denne måten beregnes trykkgradienten slik:
referanser
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 2. Mexico. Cengage Learning Editors. 367-372.
- Brønnkontroll skolemanual. Kapittel 01 Prinsipper for press.