- Fluidi e loro proprietà interessanti
- Calcolo della pressione
- Come calcolare il gradiente di pressione?
- Fattore di conversione della densità
- Riferimenti
Il gradiente di pressione è costituito dalle variazioni o differenze di pressione in una data direzione, che possono verificarsi all'interno o al confine di un fluido. A sua volta, la pressione è la forza per unità di superficie esercitata da un fluido (liquido o gas) sulle pareti o sul bordo che lo contiene.
Ad esempio, in una piscina piena d'acqua c'è un gradiente di pressione positivo nella direzione verticale discendente, perché la pressione aumenta con la profondità. Ogni metro (o centimetro, piede, pollice) di profondità, la pressione cresce linearmente.
Nell'estrazione dell'olio, il gradiente di pressione è una quantità molto importante. Fonte: pixabay.com
Tuttavia, in tutti i punti situati allo stesso livello, la pressione è la stessa. Pertanto, in una piscina il gradiente di pressione è nullo (zero) in direzione orizzontale.
Nell'industria petrolifera, il gradiente di pressione è molto importante. Se la pressione sul fondo del foro è maggiore che sulla superficie, l'olio uscirà facilmente. Altrimenti, la differenza di pressione dovrebbe essere creata artificialmente, pompando o iniettando vapore.
Fluidi e loro proprietà interessanti
Un fluido è qualsiasi materiale la cui struttura molecolare gli consente di fluire. I legami che tengono insieme le molecole del fluido non sono così forti come nel caso dei solidi. Ciò consente loro di opporsi a una minore resistenza alla trazione e quindi al flusso.
Questa circostanza si può vedere osservando che i solidi mantengono una forma fissa, mentre i fluidi, come già accennato, adottano in misura maggiore o minore quella del contenitore che li contiene.
Gas e liquidi sono considerati fluidi perché si comportano in questo modo. Un gas si espande completamente per riempire il volume del contenitore.
I liquidi, da parte loro, non raggiungono molto, poiché hanno un certo volume. La differenza è che i liquidi possono essere considerati incomprimibili, mentre i gas no.
Sotto pressione, un gas si comprime e si adatta facilmente, occupando tutto il volume disponibile. Quando la pressione aumenta, il suo volume diminuisce. Nel caso di un liquido, la sua densità - data dal quoziente tra la sua massa e il suo volume - rimane costante in un ampio intervallo di pressione e temperatura.
Quest'ultima limitazione è importante poiché in realtà quasi tutte le sostanze possono comportarsi come un fluido in determinate condizioni di temperatura e pressione estreme.
Nell'interno della terra, dove le condizioni possono essere considerate estreme, rocce che sarebbero solide in superficie, si sciolgono in magma e possono fluire in superficie, sotto forma di lava.
Calcolo della pressione
Per trovare la pressione esercitata da una colonna d'acqua o qualsiasi altro fluido, sul fondo del contenitore, si considererà che il fluido abbia le seguenti caratteristiche:
- La sua densità è costante
- È incomprimibile
- È in condizioni di equilibrio statico (riposo)
Una colonna di fluido in queste condizioni esercita una forza sul fondo del contenitore che la contiene. Questa forza è equivalente al suo peso W:
La densità è normalmente misurata in chilogrammi / metri cubi (kg / m 3 ) o libbre per gallone (ppg)
La pressione idrostatica P è definita come il quoziente tra la forza esercitata perpendicolarmente su una superficie e la sua area A:
Pressione = Forza / Area
Sostituendo il volume della colonna di fluido V = area della base x altezza della colonna = Az, l'equazione della pressione diventa:
La pressione è una quantità scalare, le cui unità nel sistema di misurazione internazionale sono Newton / metro 2 o Pascal (Pa). Le unità del sistema britannico sono ampiamente utilizzate, soprattutto nell'industria petrolifera: libbre per pollice quadrato (psi).
L'equazione sopra mostra che i liquidi più densi eserciteranno una pressione maggiore. E che la pressione sia tanto maggiore quanto più piccola è la superficie su cui viene esercitata.
Sostituendo il volume della colonna di fluido V = area della base x altezza della colonna = Az, l'equazione della pressione è semplificata:
L'equazione sopra mostra che i liquidi più densi eserciteranno una pressione maggiore. E che la pressione sia tanto maggiore quanto più piccola è la superficie su cui viene esercitata.
Come calcolare il gradiente di pressione?
L'equazione P = ρgz indica che la pressione P della colonna di fluido aumenta linearmente con la profondità z. Pertanto, una variazione ΔP di pressione sarà correlata a una variazione di profondità Δz nel modo seguente:
Fattore di conversione della densità
Le unità del sistema inglese sono ampiamente utilizzate nell'industria petrolifera. In questo sistema le unità del gradiente di pressione sono psi / ft o psi / ft. Altre unità convenienti sono bar / metro. Libbra per gallone o ppg è ampiamente utilizzato per la densità.
I valori di densità e gravità specifica di qualsiasi fluido sono stati determinati sperimentalmente per varie condizioni di temperatura e pressione. Sono disponibili in tabelle di valori
Per trovare il valore numerico del gradiente di pressione tra diversi sistemi di unità, è necessario utilizzare fattori di conversione che portano dalla densità direttamente al gradiente.
Il fattore di conversione 0,052 viene utilizzato nell'industria petrolifera per passare da una densità in ppg a un gradiente di pressione in psi / ft. In questo modo, il gradiente di pressione viene calcolato in questo modo:
Riferimenti
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisica per la scienza e l'ingegneria. Volume 2. Messico. Cengage Learning Editors. 367-372.
- Well Control School Manual. Capitolo 01 Principi di pressione.