- Fluidos e suas propriedades interessantes
- Cálculo de pressão
- Como calcular o gradiente de pressão?
- Fator de conversão de densidade
- Referências
O gradiente de pressão consiste nas variações ou diferenças de pressão em uma determinada direção, que podem ocorrer dentro ou na borda de um fluido. Por sua vez, pressão é a força por unidade de área exercida por um fluido (líquido ou gás) nas paredes ou bordas que o contém.
Por exemplo, em uma piscina cheia de água, há um gradiente de pressão positiva na direção vertical descendente, porque a pressão aumenta com a profundidade. A cada metro (ou centímetro, pé, polegada) de profundidade, a pressão cresce linearmente.
Na extração de óleo, o gradiente de pressão é uma quantidade muito importante. Fonte: pixabay.com
Porém, em todos os pontos localizados no mesmo nível, a pressão é a mesma. Portanto, em uma piscina o gradiente de pressão é nulo (zero) na direção horizontal.
Na indústria do petróleo, o gradiente de pressão é muito importante. Se a pressão no fundo do orifício for maior do que na superfície, o óleo sairá facilmente. Caso contrário, a diferença de pressão teria que ser criada artificialmente, seja por bombeamento ou injeção de vapor.
Fluidos e suas propriedades interessantes
Um fluido é qualquer material cuja estrutura molecular permite seu fluxo. As ligações que mantêm as moléculas do fluido juntas não são tão fortes como no caso dos sólidos. Isso permite que eles se oponham a menos resistência à tração e, portanto, ao fluxo.
Essa circunstância pode ser constatada ao se observar que os sólidos mantêm uma forma fixa, enquanto os fluidos, como já mencionado, adotam em maior ou menor grau a do recipiente que os contém.
Gases e líquidos são considerados fluidos porque se comportam dessa maneira. Um gás se expande completamente para preencher o volume do recipiente.
Os líquidos, por outro lado, não chegam tanto, pois têm certo volume. A diferença é que os líquidos podem ser considerados incompressíveis, enquanto os gases não.
Sob pressão, um gás se comprime e se adapta facilmente, ocupando todo o volume disponível. Quando a pressão aumenta, seu volume diminui. No caso de um líquido, sua densidade - dada pelo quociente entre sua massa e seu volume - permanece constante em uma ampla faixa de pressão e temperatura.
Esta última limitação é importante porque, na realidade, quase qualquer substância pode se comportar como um fluido sob certas condições de temperatura e pressão extremas.
No interior da Terra, onde as condições podem ser consideradas extremas, as rochas que seriam sólidas na superfície, se fundem em magma e podem fluir para a superfície, na forma de lava.
Cálculo de pressão
Para saber a pressão exercida por uma coluna de água ou qualquer outro fluido, no fundo do recipiente, o fluido será considerado como tendo as seguintes características:
- Sua densidade é constante
- É incompressível
- Está em condições de equilíbrio estático (repouso)
Uma coluna de fluido nessas condições exerce uma força no fundo do recipiente que o contém. Esta força é equivalente ao seu peso W:
A densidade é normalmente medida em quilogramas / metros cúbicos (kg / m 3) ou libras por galão (ppg)
A pressão hidrostática P é definida como o quociente entre a força exercida perpendicularmente em uma superfície e sua área A:
Pressão = Força / Área
Ao substituir o volume da coluna de fluido V = área da base x altura da coluna = Az, a equação de pressão torna-se:
A pressão é uma quantidade escalar, cujas unidades no sistema de medição internacional são Newton / metro 2 ou Pascal (Pa). As unidades do sistema britânico são amplamente utilizadas, especialmente na indústria do petróleo: libras por polegada quadrada (psi).
A equação acima mostra que líquidos mais densos exercerão maior pressão. E que a pressão é tanto maior quanto menor for a superfície sobre a qual é exercida.
Ao substituir o volume da coluna de fluido V = área da base x altura da coluna = Az, a equação da pressão é simplificada:
A equação acima mostra que líquidos mais densos exercerão maior pressão. E que a pressão é tanto maior quanto menor for a superfície sobre a qual é exercida.
Como calcular o gradiente de pressão?
A equação P = ρgz indica que a pressão P da coluna de fluido aumenta linearmente com a profundidade z. Portanto, uma variação ΔP na pressão estará relacionada a uma variação na profundidade Δz da seguinte maneira:
Fator de conversão de densidade
As unidades do sistema inglês são amplamente utilizadas na indústria do petróleo. Neste sistema, as unidades do gradiente de pressão são psi / pés ou psi / pés. Outras unidades convenientes são bar / metro. Libra por galão ou ppg é amplamente utilizado para densidade.
Os valores de densidade e gravidade específica de qualquer fluido foram determinados experimentalmente para várias condições de temperatura e pressão. Eles estão disponíveis em tabelas de valores
Para encontrar o valor numérico do gradiente de pressão entre diferentes sistemas de unidades, deve-se usar fatores de conversão que conduzem da densidade diretamente ao gradiente.
O fator de conversão 0,052 é usado na indústria do petróleo para ir de uma densidade em ppg a um gradiente de pressão em psi / ft. Desta forma, o gradiente de pressão é calculado assim:
Referências
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Física para Ciência e Engenharia. Volume 2. México. Editores da Cengage Learning. 367-372.
- Manual da Escola de Controle de Poços. Capítulo 01 Princípios de pressão.