Korzystając codziennie z różnych urządzeń, nikt raczej nie zastanawia się nad rolą ciśnienia w ich działaniu. Wiedzę taką muszą z kolei posiadać ich konstruktorzy, aby działały sprawnie, precyzyjnie i jak najbardziej ekonomicznie.
Ciśnienie statyczne i dynamiczne
Ciśnienie statyczne to ciśnienie występujące w nieruchomym płynie – dotyczy zamkniętego obiegu wody lub gazu. Zgodnie z definicją to ciśnienie równe wartości siły działającej na jednostkę powierzchni, z jaką działają na siebie dwa stykające się elementy przepływającego lub będącego w spoczynku płynu, który znajduje się w określonym miejscu przestrzeni. Inaczej mówiąc, ciśnienie statyczne to siła, jaką wywiera powietrze na ciało będące w spoczynku. W przypadku gdy ciało jest w ruchu równolegle do strug powietrza, siła ta działa prostopadle do powierzchni przedmiotu. Na ciśnienie statyczne nie ma wpływu ani rozmiar, ani długość przewodu. Zmiana ciśnienia wynika tylko z różnicy wysokości.
Ciśnienie dynamiczne to ciśnienie związane z przepływem płynu, inaczej ciśnienie pracy. Jest to wartość ciśnienia płynu lub gazu w określonym punkcie przy danej ilości płynu lub gazu przepływającego przez ten punkt. Tym samym im większy przelot rury, tym większa utrata ciśnienia. Zgodnie z definicją jest to jednostkowa siła powierzchniowa, jaką przepływający płyn lub gaz wywiera na ciało w nim się znajdujące. Inaczej mówiąc – jest to siła, z jaką powietrze lub woda wywiera nacisk na powierzchnię ciała w przypadku prostopadłego ustawienia ścianki w stosunku do strugi. Ciśnienie dynamiczne uzyskiwane jest z energii kinetycznej cząstek, jaką mają one w ruchu. W przypadku ciśnienia dynamicznego wpływ na jego wzrosty i spadki ma zwiększające lub zmniejszające się tarcie.
W porównaniu do ciśnienia statycznego, ciśnienie dynamiczne może być zupełnie inne na poszczególnych odcinkach przewodu w zależności od wysokości i tarcia. Cztery główne czynniki mają wpływ na straty związane z tarciem. Są to:
· gładkość ścian przewodu,
· prędkość przepływu,
· średnica przewodu,
· długość całej instalacji.
Pomiar ciśnienia dynamicznego wykonuje się za pomocą rurki Pitota (można mierzyć nią również prędkość przepływu płynu) lub rurki Prandtla (składa się z dwóch rurek, z których wewnętrzna służy do pomiaru ciśnienia całkowitego, natomiast zewnętrzna do pomiaru ciśnienia statycznego). Ciśnienie dynamiczne jest różnicą między ciśnieniem całkowitym i ciśnieniem statycznym.
Ciśnienie statyczne wentylatora
Wentylator to urządzenie, którego praca opiera się na ciśnieniu statycznym. Wentylator przetłacza powietrze lub inne gazy siecią kanałów z punktu, z którego czerpie, do punktu docelowego. Wentylatory dzielą się na trzy rodzaje ze względu na kierunek przepływu powietrza: osiowe, promieniowe, półosiowe.
Sprzęt ten charakteryzuje się przede wszystkim ciśnieniem całkowitym (to zsumowane ciśnienie statyczne i ciśnienie dynamiczne wentylatora ). Dlatego ciśnienie jest jednym z podstawowych parametrów wentylatora, na podstawie których dokonuje się jego wyboru. Najczęściej wentylator charakteryzuje się ciśnieniem całkowitym, na które składa się ciśnienie statyczne i dynamiczne. Przy wyborze odpowiedniego wentylatora trzeba pamiętać, że im większa średnica kanału, tym bardziej zmniejsza się ciśnienie dynamiczne i prędkość przepływu, a rośnie ciśnienie statyczne. Poza tym zbyt duża prędkość strumienia powietrza w systemie wentylacji powoduje większe straty, przez co trzeba zastosować mocniejszy wentylator. To z kolei determinuje większą prędkość obrotową, a za tym idzie zwiększony poziom hałasu.
Warto decydować się na wybór wentylatorów zawierających dyfuzory oraz dysze ssące. Zadaniem dyfuzora jest zmniejszenie prędkości przepływu i odzyskiwanie ciśnienia statycznego. Takie zastosowanie powoduje dużą oszczędność w kosztach eksploatacji.
Jak obliczyć ciśnienie hydrostatyczne?
Ciśnienie hydrostatyczne jest to ciśnienie cieczy, na które oddziałuje wyłącznie siła grawitacji. W związku z tym ciśnienie hydrostatyczne zależy od jednego parametru – głębokości zbiornika. Jak obliczyć ciśnienie hydrostatyczne? Należy obliczyć iloczyn gęstości cieczy (kg/m3), przyspieszenia ziemskiego (m/s2) oraz wysokości słupa cieczy, który odpowiada np. głębokości zanurzenia (m).
Ciśnienie całkowite panujące w cieczy to suma ciśnienia zewnętrznego i ciśnienia hydrostatycznego. Jeżeli chodzi o zbiorniki otwarte, to ciśnienie zewnętrzne jest po prostu ciśnieniem atmosferycznym. Zmiana ciśnienia na różnej głębokości zbiornika wywoływana jest zmianą grawitacji – im wyżej, tym ciśnienie jest mniejsze.
Co ciekawe, 10 m pod wodą panuje takie ciśnienie wywierane przez wodę jak ciśnienie atmosferyczne, czyli ok. 1000 hPa.
Autor: Redakcja Dzień Dobry TVN