Een groot deel van alle industriële metingen heeft op de een of andere manier te maken met druk in zijn verschillende vormen. Debiet wordt bijvoorbeeld vaak gemeten door de druk te bepalen die op twee verschillende punten in een systeem heerst.
In een Bourdon-systeem worden drukveranderingen gebruikt om de mechanische beweging van een opnamestift te produceren.
Druk kan ook worden gebruikt om de temperatuur in een gevuld systeem te meten via veranderingen die worden veroorzaakt door een uitzetting van de vloeistof of de vloeistof in het gevulde systeem.
Drukmeting wordt meer dan enige andere meting verricht in de procesindustrie. Het is de beste snelle aanwijzing van het door pompen en compressoren verrichte werk. Het is ook de belangrijkste maatstaf voor de toestand van werkende drukvaten.
Wat is druk ?
Druk is een maat voor de kracht die over een oppervlakte-eenheid wordt uitgeoefend.
Voor de druk in een vat is het een maat voor de kracht die door een vloeistof wordt uitgeoefend ten gevolge van zijn moleculaire activiteiten. Dit is een afleiding van bovenstaand begrip in combinatie met de Kinetische Theorie der Materie.
Typen druk uitgeoefend door vloeistoffen
Druk geproduceerd door vloeistoffen
Alle vloeistoffen (vloeistoffen en gassen) hebben gewicht, dus oefenen zij een druk uit tegen de wand van hun recipiënten. De druk die door een vloeistof op een gegeven punt of plaats in het vat wordt uitgeoefend, hangt af van de hoogte van de vloeistof erboven. Deze druk is onafhankelijk van de vorm van het vat.
In het bovenstaande diagram is de druk die op de bodem van elk vat wordt uitgeoefend gelijk, mits de vloeistoffen dezelfde dichtheid hebben en zich op dezelfde hoogte bevinden.
Druk veroorzaakt door dichtheid
Dichtheid is het gewicht van één kubieke meter materiaal. Verschillende vloeistoffen wegen verschillende hoeveelheden voor hetzelfde volume en zouden daarom verschillende drukken veroorzaken.
Sinds we weten dat, druk gelijk is aan kracht (of gewicht) over een oppervlakte-eenheid, en in elk vast volume van kolom, varieert het gewicht van de vloeistof erin met de dichtheid; daarom zal dichtheidsverandering de druk van de container veranderen.
Druk geproduceerd door gassen
Om enkele van de principes die het gedrag van gassen bepalen te bestuderen, zullen we lucht als algemeen bekend gas gebruiken.
Omdat lucht wel gewicht heeft, bouwt het statische druk op, ongeveer hetzelfde als vloeistoffen doen. Een kubieke voet lucht weegt ongeveer 0,08 lbs. Een kamer van 2 meter breed, 2 meter lang en 2 meter hoog bevat 1600 kubieke meter lucht met een gewicht van ongeveer 1 kg. De diepe luchtlaag die de aarde bedekt, oefent een druk uit die vergelijkbaar is met de waterdruk op de bodem van de oceaan. Deze druk staat bekend als atmosferische druk en bedraagt ongeveer 14,7 psi op zeeniveau.
Druk als gevolg van externe belasting
De uiteindelijke of totale druk die op een bepaald punt in een vat, pomp, leiding, enz. wordt uitgeoefend, hangt af van de opvoerhoogte, of het gewicht van de verwerkte vloeistof, plus enige externe druk die op de verwerkte vloeistof wordt uitgeoefend. Onderstaande figuur toont het effect van de externe druk.
Vat gevuld met water tot een hoogte van 20 voet en staat open voor de atmosfeer. De druk op de bodem zou 20 × 0,433, of 8,66 psi zijn. Als we het vat sluiten en aan de bovenkant samengeperst gas van 200 psi toevoegen, zou de druk op de bodem (200 + 8,66) psi, of 208,66 psi zijn.
Glossarium van druk
Er bestaan twee referentiepunten voor drukmeting. Het meest logische is het absolute nulpunt – een toestand die alleen bestaat in een volmaakt vacuüm. De druk gemeten vanaf dit referentiepunt wordt absolute druk genoemd.
Het andere referentiepunt dat wordt gebruikt is de atmosferische druk. De moeilijkheid met dit referentiepunt is dat het verandert met de hoogte (referentie met zeeniveau) en tot op zekere hoogte met de weersomstandigheden. Op of nabij zeeniveau is deze druk ongeveer 14,7 psia of 29,9 inch of 760 mmHga.
Absolute druk, Pabs
Absolute druk is de druk gemeten ten opzichte van nuldruk (vacuüm).
Gauge Pressure, Pgauge
Gauge pressure (of soms Interne druk genoemd) is de druk gemeten door een meter in toegang van de druk van de atmosfeer.
Een manometer geeft het verschil aan tussen de druk op een systeem of vat en de plaatselijke atmosferische druk.
Wees echter voorzichtig bij het aflezen van een manometer; bepaal of deze de absolute druk of de manometerdruk afleest, gewoonlijk aangegeven met “a” of “g”, b.v. psia of barg.
Atmosferische druk, Patm
Atmosferische druk is de druk die aan de oppervlakte in de atmosfeer wordt gemeten. De moeilijkheid is echter dat deze verandert met de hoogte en de vochtigheid.
Daarom kan de atmosferische druk verschillen van het ene gebied of plaats tot het andere.
Differentiële druk (DP)
Differentiële druk is het drukverschil, gemeten tussen twee verschillende drukpunten, binnen hetzelfde drukreferentiepunt.., b.v. tussen onbekende druk en een plaatselijke atmosferische druk.
Head Pressure
Head pressure is de druk uitgeoefend door een vloeistof die aangegeven door hoogte van de vloeistof in een vloeistofkolom.
Hij is afhankelijk van;
1. de hoogte van de vloeistofkolom.
2. de relatieve dichtheid van de vloeistof.
Drukopvoerhoogte = R.D x h x 9,8 kPa
waar, R.D = relatieve dichtheid van de vloeistof, h = de hoogte van de vloeistof g = gravitatiekracht
Noot: Relatieve dichtheid is de dichtheid van een vloeistof ten opzichte van de standaarddichtheid (water = 1000 kgm-3)
Vacuum
Druk lager dan de atmosferische druk wordt vacuüm genoemd. Een vacuüm is een gebrek aan luchtvloeistof. De vacuümschaal ligt tussen het referentiepunt van het absolute nulpunt en de atmosferische druk; het is dus geen positieve druk. Het wordt behandeld als een zuigende kracht of negatieve druk.
Drukconversies tussen Eenheden
Methodes van drukmeting
Er zijn 3 basismethoden voor drukmeting;
I. De eerste methode bestaat uit het balanceren van de onbekende druk tegen de druk geproduceerd door een kolom vloeistof met bekende dichtheid.
II. Bij de tweede methode wordt de onbekende druk op een bekend oppervlak uitgeoefend en wordt de resulterende kracht direct of indirect gemeten.
III. Bij de derde methode wordt de onbekende druk op een elastisch materiaal uitgeoefend en wordt de resulterende spanning of rek gemeten.
Auteur : N. Asyiddin