Presiunea

Presiunea

Presiunea este o marime fizica egala cu raportul dintre marime fortei F, care apasa normal si uniform pe o suprafata, si aria S acestei suprafete.

p = F/S.

In industrie presiunea este un parametru important pentru diferite procese : chimice, hidraulice, pneumatice, mecanice, etc. astfel ca masurarea si verificarea ei devine obligatorie pentru supravegherea desfasurarii acestor procese.

In functie de originea scarii pe care se masoara, existe mai multe tipuri de presiuni:

presiunea barometrica, (absoluta), masurata pe scara barometrica in care reperul '0' corespunde vidului absolut;

presiunea manometrica, (relativa), masurata pe scara manometrica, unde reperul '0' corespunde presiunii atmosferice. In acest caz, presiunea mai mare decit presiunea atmosferica se numeste suprapresiune iar presiunea mai mica decit presiunea atmosferica se numeste depresiune sau vcuum (denumit uneori si vid tehnic);

presiunea diferentiala pd = p1 - p2, reprezinta diferenta intre doua presiuni. Aceste presiuni pot fi parametrii unor procese diferite sau parametrii unor etape diferite ale aceluiasi proces;

presiunea hidrostatica ph = ρ· g·h, reprezinta presiunea exercitata de greutatea unei coloane de lichid.

Unitati de masura pentru presiune.

In S.I. unitatea de masura pentru presiune se numeste pascal, cu simbolul 'Pa': 1Pa = 1N/1m la puterea 2

In tehnica mai sunt tolerate si unele dintre vechile unitati de masura:

atmosfera fizica

kilogram forta pe centrimetru patrat

bar

milimetru coloana de mercur sau torr

milimetru coloana de apa

poundal per square inch

Mijloace pentru masurarea presiunii

Mijloacele pentru masurarea presiunii se pot clasifica dupa diferite criterii:

1.    dupa valoarea presiunii de masurat, se deosebesc:   

barometre, care masoara presiunea atmosferica,

manometre si micromanometre, care masoara presiuni mai mari decit presiunea atmosferica,

vacuummetre si microvacuummetre, care masoara presiuni mai mici decit presiunea atmosferica,

manovacuummetre, care masoara atit presiuni mari cit si presiuni mai mici decit presiunea atmosferica

2.    dupa destinatie, aparatele de masurat presiuni pot fi :

aparatele de masurat- etalon, care servesc la reproducerea si pastrarea unitatilor de masura sau care servesc la verificarea aparatelor de lucru,

aparate de masurat de lucru, care servesc la masurari curente.

3.    dupa principiul de functionare, exista :

aparate cu lichid, la care presiunea masurata este echilibrata de presiunea unei coloane de lichid,

aparate cu element elastic, la care presiunea este masurata prin deformarea unui element elastic,

aparate electrice, la care variatiile de presiune sunt transformate in variatii ale unor marimi electrice masurabile.

Mijloace pentru masurarea presiunii.

Manometre cu lichid.

Functionarea acestor manometre se bazeaza pe fenomenul de echilibrare a presiunii masurate cu presiunea unei coloane de lichid. Lichidele intrebuintate in mod obisnuit sunt : mercurul, apa, alcoolul, glicerina, petrolul sau derivatele lui si poarta numele de lichide manometrice.

Cel mai simplu aparat pentru masurat presiunea este manometrul cu tub de sticla in forma de « U ». El consta dintr-un tub din sticla in forma de « U », umplut cu un lichid manometric (fig 21). Unul dintre brate se pune in legatura cu recipientul a carui presiune trebuie masurata, celalalt aflinu-se in legatura cu atmosfera. Daca presiunea din recipient este mai mare decit cea atmosferica, se va produce o denivelare a coloanelor de lichid care exprima valoarea presiunii din recipient.

FIG 21

Manometre cu elemente elastice.

Aceste aparate sunt bazate pe principiul deformarii elastice a unui element sensibil. Deformarea este apoi amplificata si transmisa prin intermediul unui macanism la un ac indicator care se deplaseaza in fata unei scari gradate in unitati de presiune fig 22

FIG 22

In functie de forma elementului elastic, se pot clasifica in :

aparat cu tub elastic simplu curbat (tub Bourdon),

aparat cu tub elastic spiral sau elicoidal,

aparate cu membrana,

aparate cu cpsula manometrica,

aparate cu burduf.

Aparatele cu tub Bourdon (fig 23)

Indica presiunea relativa sau vacuumul. Elementul principal este un tub elastic 1, de sectiunea eliptica. Un capat al tubului 1 este fixat la suportu 2 prevazut cu un canal si cu un niplu prin care se realizeaza legatura cu recipientul a carui presiune se masoara. Capatul 3 al tubului, astupat si liber, actioneaza, printr-un sistem de pirgii 9, asupra sectorului dintat 4. Acesta angreneaza pinionul 5, pe al carui ax este fixat acul indicator 6. Pentru eliminarea jocurilor in angrenaj este prevazut un arc spiral 7.

Principiul de functionare consta in deformarea tubului 1 sub actiunea presiunii din interior.

Tensiunea care ia nastere in acest fel tinde sa indrepte tubul, astfel ca extremitatea libera a acestuia se deplaseaza si, prin intermediul sistemului de pirghii roteste sectorul dintat, respectiv acul indicator care indica pe scara gradata 8 presiunea masurata.

Pentru anumite limite, deformatia tubului este proportionala cu presiune, aceasta limita de proportionalitate reprezentind o caracteristica principala a elementului elastic.

FIG 23

Schema generala a unei instalatii frigorifice

Ciclul Carnot inversat

Fig 1 Ciclul Carnot inversat reversibil ,domeniul de vapori umezi

Suprafata cuprinsa intre x=0 si x=1 .Starea de lichid saturat este pe curba x=0,starea de vapori este pe curba x=1

Diagrama T-s

Diagrama T - s este cunoscuta sub denumirea de diagrama termica deoarece suprafetele in aceasta diagrama reprezinta cantitati de caldura specifice masice; in analogie cu diagrama mecanica p - v unde suprafetele reprezinta lucru mecanic specific

Agentul frigorific preia caldura in vaporizatorul instalatiei, prin procesul izobar-izoterm

4-1. Vaporii obtinuti sunt comprimati adiabatic reversibil de compresor, prin procesul 1-2. Dupa ce este refulat de compresor, agentul de lucru ajunge la condensator, unde cedeaza caldura in procesul de asemenea izobar-izoterm 2-3. Lichidul rezultat se destinde in detentor, procesul de lucru 3-4 din acest aparat fiind tot adiabatic reversibil si in continuare ciclul se repeta.

-izobar=presiune constanta

-Izoterm-temperatura constanta

-adiabatic=un proces adiabatic este o transformare care se petrece intr-un sistem ce nu efectueaza schimb de caldura cu exteriorul.

Schimburile energetice specifice corespunzatoare unui kg de agent frigorific pot fi determinate pentru fiecare componenta in parte a ciclului:

q0=Caldura preluata de la sursa rece prin vaporizare la temperatura constanta Tr=T0 si presiune constanta p0

qk=Caldura cedata sursei calde prin condensare la temperatura constanta Ta=Tk si presiune constanta pk

l ca=Lucrul mecanic de comprimare consumat adiabatic de compressor

l da=Lucrul mecanic de destindere furnizat adiabatic de detentor

lc=Lucrul mecanic total consumat de ciclul Carnot inversat in valoare absoluta

lc=lca-lda=(Ta-Tr)(s1-s4) [Kj/kg]

Ciclul frigorific este caracterizata prin faptul ca temperatura de vaporizare To notata uneori si cu Tv este egala cu temperatura mediului racit Tr astfel ca Tv=Tr=To

Unde qo=Tr(s1-s4)

Temperatura de condensare Tk este egala cu temperatura mediului ambient Ta deci Tk=Ta

Caldura absorbita de 1kg de agent frigorific de la sursa rece se numeste PUTERE FRIGORIFICA

Eficienta frigorifica Er=qo/lc=Tr/Ta-Tr

Lucrul mecanic minim necesar functionarii unui ciclu frigorific este cel consumat intr-un ciclu Carnot inversat,cel mai efficient din punct de vedere al consumului de lucru mecanic se calculeaza cu relatia

Lc=qo/Er

Din analiza relatiilor Er=qo/lc=Tr/Ta-Tr si Lc=qo/Er se observa ca la aceeasi temperatura Ta a mediului ambiant (sursa calda) cu cit scade temperatura Tr a mediului racit cu atit creste lucrul mecanic lc necesar ciclului Carnot inversat si scade eficienta Ef a ciclului.