و تدرج الضغط يتكون من الاختلافات أو الفروق في الضغط في اتجاه معين، والتي يمكن أن تحدث داخل أو على الحدود بين السائل. بدوره ، الضغط هو القوة لكل وحدة مساحة التي يمارسها سائل (سائل أو غاز) على الجدران أو الحدود التي تحتوي عليه.
على سبيل المثال ، في حوض مملوء بالماء يوجد تدرج ضغط موجب في الاتجاه الرأسي الهابط ، لأن الضغط يزداد مع العمق. كل متر (أو سم ، قدم ، بوصة) من العمق ، ينمو الضغط بشكل خطي.
في استخراج الزيت ، يعد تدرج الضغط كمية مهمة جدًا. المصدر: pixabay.com
ومع ذلك ، في جميع النقاط الواقعة على نفس المستوى ، يكون الضغط هو نفسه. لذلك ، في حوض السباحة ، يكون تدرج الضغط فارغًا (صفر) في الاتجاه الأفقي.
في صناعة النفط ، يعتبر تدرج الضغط مهمًا جدًا. إذا كان الضغط في قاع الحفرة أعلى منه على السطح ، فسيخرج الزيت بسهولة. خلاف ذلك ، يجب إنشاء فرق الضغط بشكل مصطنع ، إما عن طريق ضخ البخار أو حقنه.
السوائل وخصائصها المثيرة للاهتمام
السائل هو أي مادة يسمح تركيبها الجزيئي لها بالتدفق. الروابط التي تربط جزيئات السائل معًا ليست قوية كما في حالة المواد الصلبة. هذا يسمح لهم بمعارضة مقاومة أقل للجر وبالتالي التدفق.
يمكن رؤية هذا الظرف من خلال ملاحظة أن المواد الصلبة تحافظ على شكل ثابت ، بينما السوائل ، كما ذكرنا سابقًا ، تتبنى بدرجة أكبر أو أقل من الحاوية التي تحتوي عليها.
تعتبر الغازات والسوائل سوائل لأنها تتصرف بهذه الطريقة. يتمدد الغاز بالكامل لملء حجم الحاوية.
السوائل ، من جانبها ، لا تصل إلى هذا الحد ، لأن لها حجمًا معينًا. الفرق هو أن السوائل يمكن اعتبارها غير قابلة للضغط ، بينما لا يمكن اعتبار الغازات.
تحت الضغط ، يضغط الغاز ويتكيف بسهولة ، ويشغل كل الحجم المتاح. عندما يزداد الضغط ، ينخفض حجمه. في حالة السائل ، تظل كثافته - المعطاة من الحاصل بين كتلته وحجمه - ثابتة على مدى واسع من الضغط ودرجة الحرارة.
هذا القيد الأخير مهم لأنه في الواقع ، يمكن لأي مادة تقريبًا أن تتصرف مثل السوائل في ظل ظروف معينة من درجات الحرارة والضغط الشديدين.
في باطن الأرض حيث يمكن اعتبار الظروف قاسية ، تذوب الصخور التي تكون صلبة على السطح وتتحول إلى صهارة ويمكن أن تتدفق إلى السطح في شكل حمم بركانية.
حساب الضغط
للعثور على الضغط الذي يمارسه عمود الماء أو أي سائل آخر ، على أرضية الحاوية ، سيتم اعتبار أن السائل يتمتع بالخصائص التالية:
- كثافته ثابتة
- غير قابل للضغط
- إنه في ظروف توازن ثابت (راحة)
يمارس عمود من السوائل في هذه الظروف قوة على قاع الحاوية التي تحتوي عليه. هذه القوة تعادل وزنها W:
تُقاس الكثافة عادةً بالكيلوجرام / متر مكعب (كجم / م 3) أو رطل لكل جالون (ppg)
يُعرَّف الضغط الهيدروستاتيكي P على أنه الحاصل بين القوة التي تمارس عموديًا على السطح ومنطقته A:
الضغط = القوة / المنطقة
باستبدال حجم عمود المائع V = مساحة القاعدة x ارتفاع العمود = Az ، تصبح معادلة الضغط:
الضغط هو كمية قياسية ، وحداتها في نظام القياس الدولي هي نيوتن / متر 2 أو باسكال (Pa). تستخدم وحدات النظام البريطاني على نطاق واسع ، خاصة في صناعة النفط: رطل لكل بوصة مربعة (psi).
توضح المعادلة أعلاه أن السوائل الأكثر كثافة ستمارس ضغطًا أكبر. وأن الضغط يزداد كلما صغر السطح الذي يمارس عليه.
باستبدال حجم عمود المائع V = مساحة القاعدة x ارتفاع العمود = Az ، يتم تبسيط معادلة الضغط:
توضح المعادلة أعلاه أن السوائل الأكثر كثافة ستمارس ضغطًا أكبر. وأن الضغط يزداد كلما صغر السطح الذي يمارس عليه.
كيف تحسب تدرج الضغط؟
تشير المعادلة P = ρgz إلى أن الضغط P لعمود المائع يزداد خطيًا مع العمق z. لذلك ، فإن الاختلاف pressureP في الضغط سيكون مرتبطًا باختلاف في العمق followingz بالطريقة التالية:
معامل تحويل الكثافة
تستخدم وحدات نظام اللغة الإنجليزية على نطاق واسع في صناعة النفط. في هذا النظام ، تكون وحدات تدرج الضغط هي psi / ft أو psi / ft. الوحدات المريحة الأخرى بار / متر. يستخدم الجنيه لكل جالون أو ppg على نطاق واسع للكثافة.
تم تحديد قيم الكثافة والجاذبية النوعية لأي سائل تجريبيًا لظروف مختلفة من درجة الحرارة والضغط. كانت متوفرة في جداول القيم
للعثور على القيمة العددية لتدرج الضغط بين أنظمة الوحدات المختلفة ، يجب على المرء استخدام عوامل التحويل التي تؤدي من الكثافة مباشرة إلى التدرج اللوني.
يُستخدم معامل التحويل 0.052 في صناعة النفط للانتقال من كثافة في ppg إلى تدرج ضغط في psi / ft. بهذه الطريقة ، يتم حساب تدرج الضغط على النحو التالي:
المراجع
- سيرواي ، آر ، جيويت ، ج. (2008). فيزياء للعلوم والهندسة. حجم 2. المكسيك. محررو Cengage Learning. 367 - 372.
- دليل مدرسة التحكم الجيد. الفصل 01 مبادئ الضغط.