De drukgradiënt bestaat uit de variaties of verschillen van Druk in een bepaalde richting, die zich binnen of aan de grens van een vloeistof kan voordoen. Druk is op zijn beurt de kracht per oppervlakte-eenheid die een vloeistof (vloeistof of gas) uitoefent op de wanden of rand die het bevat..
In een zwembad gevuld met water is er bijvoorbeeld een drukgradiënt positief in neerwaartse verticale richting, omdat de druk toeneemt met de diepte. Elke meter (of centimeter, voet, inch) diepte neemt de druk lineair toe.
Op alle punten op hetzelfde niveau is de druk echter hetzelfde. Daarom is in een zwembad de drukgradiënt is nul (nul) in horizontale richting.
In de olie-industrie is de drukgradiënt erg belangrijk. Als de druk aan de onderkant van het gat hoger is dan aan de oppervlakte, dan zal de olie gemakkelijk naar buiten komen. Anders zou het drukverschil kunstmatig moeten worden gecreëerd, hetzij door pompen of injecteren van stoom..
Artikel index
Een vloeistof is elk materiaal waarvan de moleculaire structuur het laat stromen. De bindingen die de moleculen van de vloeistof bij elkaar houden, zijn niet zo sterk als in het geval van vaste stoffen. Hierdoor kunnen ze minder weerstand bieden tegen de tractie en daarom stromen ze.
Deze omstandigheid wordt ingezien door te observeren dat vaste stoffen een vaste vorm behouden, terwijl vloeistoffen, zoals reeds vermeld, in meer of mindere mate die van de houder waarin ze zich bevinden, aannemen..
Gassen en vloeistoffen worden als vloeistoffen beschouwd omdat ze zich op deze manier gedragen. Een gas zet volledig uit om het volume van de container te vullen.
Vloeistoffen bereiken daarentegen niet zo veel, omdat ze een bepaald volume hebben. Het verschil is dat vloeistoffen kunnen worden overwogen onsamendrukbaar, terwijl gassen dat niet doen.
Onder druk comprimeert en past een gas zich gemakkelijk aan, waarbij het al het beschikbare volume bezet. Wanneer de druk toeneemt, neemt het volume af. In het geval van een vloeistof, zijn dichtheid -gegeven door het quotiënt tussen zijn massa en zijn volume, blijft het constant over een breed bereik van druk en temperatuur.
Deze laatste dimensie is belangrijk omdat in werkelijkheid bijna elke stof zich onder bepaalde omstandigheden van extreme temperatuur en druk als een vloeistof kan gedragen..
In het binnenste van de aarde, waar de omstandigheden als extreem kunnen worden beschouwd, smelten de rotsen die aan de oppervlakte vast zouden zijn, in de magma en kan naar de oppervlakte stromen, in de vorm van lava.
Om de druk te vinden die wordt uitgeoefend door een waterkolom of een andere vloeistof op de bodem van de container, wordt aangenomen dat de vloeistof de volgende kenmerken heeft:
Een vloeistofkolom onder deze omstandigheden oefent een dwingen op de bodem van de container die het bevat. Deze kracht is gelijk aan zijn gewicht W.
W = mg
Nu, de dichtheid van de vloeistof, die, zoals hierboven uitgelegd, het quotiënt is tussen zijn massa m en zijn volume V., het is:
ρ = m / V
De dichtheid wordt normaal gesproken gemeten in kilogram / kubieke meter (kg / m3) of pond per gallon (ppg)
Door de uitdrukking voor dichtheid in de gewichtsvergelijking te vervangen, wordt het:
W = ρVg
Hydrostatische druk P. Het wordt gedefinieerd als het quotiënt tussen de kracht die loodrecht op een oppervlak wordt uitgeoefend en zijn gebied A:
Druk = kracht / oppervlakte
Door het volume van de vloeistofkolom V = oppervlakte van de basis x hoogte van de kolom = A.z te vervangen, wordt de drukvergelijking:
Druk is een scalaire grootheid, waarvan de eenheden in het internationale meetsysteem Newton / meter zijntwee of Pascals (Pa). Britse systeemeenheden worden veel gebruikt, vooral in de olie-industrie: pounds per square inch (psi).
De bovenstaande vergelijking laat zien dat vloeistoffen met een hogere dichtheid een grotere druk zullen uitoefenen. En dat de druk groter is, hoe kleiner het oppervlak waarop het wordt uitgeoefend.
Door het volume van de vloeistofkolom V = oppervlakte van de basis x hoogte van de kolom = A.z te vervangen, wordt de drukvergelijking vereenvoudigd:
De bovenstaande vergelijking laat zien dat vloeistoffen met een hogere dichtheid een grotere druk zullen uitoefenen. En dat de druk groter is, hoe kleiner het oppervlak waarop het wordt uitgeoefend.
De vergelijking P = ρgz geeft aan dat de druk P. van de vloeistofkolom lineair toeneemt met diepte z. Een variatie dus AP van de druk, zal verband houden met een variatie in de diepte Δz als volgt:
ΔP = ρgΔz
Het definiëren van een nieuwe hoeveelheid genaamd soortelijk gewicht van de vloeistof γ, gegeven door:
γ = ρg
Soortelijk gewicht wordt geleverd in eenheden van Newton / volume of N / m3. Hiermee blijft de vergelijking voor de variatie van de druk:
ΔP = γ Δz
Die is herschreven als:
Dit is de drukgradiënt. Nu zien we dat onder statische omstandigheden de drukgradiënt van de vloeistof constant is en gelijk is aan zijn soortelijk gewicht.
De eenheden van de drukgradiënt zijn dezelfde als die van het soortelijk gewicht, maar kunnen in het internationale systeem worden herschreven als Pascal / meter. Het is nu mogelijk om de interpretatie van de gradiënt te visualiseren als de verandering in druk per lengte-eenheid, zoals gedefinieerd aan het begin.
Het soortelijk gewicht van water bij een temperatuur van 20 ºC is 9,8 kiloPascal / m of 9800 Pa / m. Het betekent dat:
"Voor elke meter die daalt in de waterkolom, stijgt de druk met 9800 Pa"
Eenheden van het Engelse systeem worden veel gebruikt in de olie-industrie. In dit systeem zijn de eenheden van de drukgradiënt psi / ft of psi / ft. Andere handige eenheden zijn bar / meter. Pound per gallon of ppg wordt veel gebruikt voor dichtheid.
De waarden voor dichtheid en soortelijk gewicht van elk fluïdum zijn experimenteel bepaald voor verschillende temperatuur- en drukomstandigheden. Ze zijn beschikbaar in waardetabellen
Om de numerieke waarde van de drukgradiënt tussen verschillende eenhedenstelsels te vinden, is het nodig om conversiefactoren te gebruiken die van de dichtheid naar de gradiënt leiden.
De conversiefactor 0,052 wordt in de olie-industrie gebruikt om van een dichtheid in ppg naar een drukgradiënt in psi / ft te gaan. Op deze manier wordt de drukgradiënt als volgt berekend:
GP = conversiefactor x dichtheid = 0,052 x dichtheidppg
Voor zoet water is de drukgradiënt bijvoorbeeld 0,433 psi / ft. De waarde 0,052 wordt afgeleid met behulp van een kubus waarvan de zijde meet 1ft. Om deze emmer te vullen, heb je 7,48 liter vloeistof nodig.
Als de dichtheid van deze vloeistof is 1 ppg, het totale gewicht van de kubus is 7,48 pondkracht en het soortelijk gewicht 7,48 pond / ft3.
Nu in 1 fttwee er zijn 144 vierkante inch, dus in 1 ft3 er zal 144 vierkante inch zijn voor elke voet lengte. Delen 7,48 / 144 = 0,051944, wat ongeveer 0,052 is.
Als u bijvoorbeeld een vloeistof heeft met een dichtheid van 13,3 ppg, is de drukgradiënt: 13,3 x 0,052 psi / ft = 0,6916 psi / ft.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.