Gradien tekanan: apa itu dan bagaimana ia dihitung
Gradien tekanan terdiri dari variasi atau perbedaan tekanan dalam arah yang diberikan, yang dapat terjadi di interior atau pada batas fluida. Pada gilirannya, tekanan adalah gaya per satuan luas yang diberikan oleh fluida (cairan atau gas) pada dinding atau perbatasan yang berisi itu.
Sebagai contoh, dalam kolam yang diisi dengan air terdapat gradien tekanan positif pada arah vertikal ke bawah, karena tekanan bertambah dengan kedalaman. Setiap meter (atau sentimeter, kaki, inci) kedalaman, tekanan tumbuh secara linear.
Tekanan adalah kuantitas skalar, yang unit-unitnya dalam sistem pengukuran internasional adalah Newton / meter2 atau Pascal (Pa). Unit-unit sistem Inggris banyak digunakan, terutama dalam industri minyak: pound per inci persegi (psi).
Persamaan di atas menunjukkan bahwa cairan yang lebih padat akan memberikan tekanan yang lebih besar. Dan bahwa tekanannya lebih besar sementara permukaannya lebih kecil.
Saat mengganti volume kolom fluida V = luas dasar x tinggi kolom = Az, persamaan tekanan disederhanakan:
Persamaan di atas menunjukkan bahwa cairan yang lebih padat akan memberikan tekanan yang lebih besar. Dan bahwa tekanannya lebih besar sementara permukaannya lebih kecil.
Bagaimana cara menghitung gradien tekanan?
Persamaan P = ρgz menunjukkan bahwa tekanan P dari kolom fluida meningkat secara linier dengan kedalaman z. Oleh karena itu, variasi ΔP dari tekanan akan terkait dengan variasi kedalaman Δz dengan cara berikut:
ΔP = ρgΔz
Mendefinisikan kuantitas baru yang disebut berat spesifik fluida given, diberikan oleh:
γ = ρg
Berat spesifik datang dalam satuan Newton / volume atau N / m3. Dengan ini persamaan untuk variasi tekanan tetap:
ΔP = γ Δz
Yang ditulis ulang sebagai:
Ini adalah gradien tekanan. Sekarang kita melihat bahwa dalam kondisi statis, gradien tekanan fluida konstan dan setara dengan berat spesifiknya.
Satuan dari gradien tekanan adalah sama dengan satuan dari berat spesifik, tetapi mereka dapat ditulis ulang sebagai Pascal / meter dalam Sistema Internacional. Sekarang dimungkinkan untuk memvisualisasikan interpretasi gradien sebagai perubahan tekanan per satuan panjang, seperti yang didefinisikan di awal.
Berat spesifik air pada suhu 20 ° C adalah 9, 8 kiloPascal / mo atau 9800 Pa / m. Artinya:
"Untuk setiap meter yang turun di kolom air, tekanannya meningkat sebesar 9800 Pa"
Faktor konversi kepadatan
Unit sistem bahasa Inggris banyak digunakan dalam industri minyak. Dalam sistem ini, satuan gradien tekanan adalah psi / ft atau psi / ft. Unit nyaman lainnya adalah bar / metro. Untuk kepadatan, pound per galon atau ppg banyak digunakan.
Nilai densitas dan berat jenis fluida apa pun telah ditentukan secara eksperimental untuk berbagai kondisi suhu dan tekanan. Mereka tersedia dalam tabel nilai
Untuk menemukan nilai numerik gradien tekanan antara sistem unit yang berbeda, Anda harus menggunakan faktor konversi yang mengarah dari kepadatan, langsung ke gradien.
Faktor konversi 0, 052 adalah yang digunakan dalam industri minyak untuk berubah dari kepadatan dalam ppg ke gradien tekanan dalam psi / ft. Dengan cara ini, gradien tekanan dihitung sebagai berikut:
GP = faktor konversi x kepadatan = 0, 052 x kepadatan ppg
Sebagai contoh, untuk air tawar gradien tekanan adalah 0, 433 psi / ft. Nilai 0, 052 diturunkan menggunakan kubus yang sisi-sisinya berukuran 1 kaki . Untuk mengisi ember ini, 7, 48 galon cairan diperlukan.
Jika densitas fluida ini adalah 1 ppg, berat total bucket akan menjadi 7, 48 pound-force dan gravitasi spesifiknya akan menjadi 7, 48 lb / ft3.
Sekarang, dalam 1 kaki 2 ada 144 inci persegi, jadi dalam 1 kaki 3 akan ada 144 inci persegi untuk setiap kaki panjangnya. Membagi 7.48 / 144 = 0, 051944, yaitu sekitar 0, 052.
Misalnya, jika Anda memiliki fluida yang densitasnya 13, 3 ppg, gradien tekanannya adalah: 13, 3 x 0, 052 psi / ft = 0, 6916 psi / ft.
