Aggiungi la pressione atmosferica locale alla lettura del manometro. Per una lettura del manometro in psig, la pressione assoluta corrispondente si calcola come (P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm}}), ottenendo un risultato in psia. Quando l'accuratezza è importante, utilizza la pressione atmosferica effettiva dell'impianto pilota; 14.696 psi, 101.325 kPa o 760 mmHg rappresentano solo lo standard al livello del mare.
I calcoli basati sulle leggi dei gas e i calcoli termodinamici richiedono la pressione assoluta, non la pressione relativa. Converti ogni lettura del manometro utilizzando la pressione atmosferica del luogo di misurazione e mantieni unità di pressione coerenti durante tutto il calcolo.
Perché è necessaria la pressione assoluta
La pressione relativa utilizza l'atmosfera come zero
La pressione relativa misura la pressione rispetto all'atmosfera circostante:
[ P_{\mathrm{gauge}} = P_{\mathrm{abs}} - P_{\mathrm{atm}} ]
Una lettura del manometro pari a zero non significa che il recipiente sia vuoto o sotto vuoto. Significa che la pressione nel recipiente è approssimativamente uguale alla pressione atmosferica locale.
La pressione assoluta utilizza il vuoto perfetto come zero
La pressione assoluta viene misurata a partire dalla pressione zero, ovvero dal vuoto perfetto:
[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm}} ]
Questa è la scala di pressione richiesta dalla legge dei gas perfetti:
[ PV = nRT ]
L'utilizzo della pressione relativa in questa equazione tratta erroneamente la pressione atmosferica come zero e può produrre volumi dei gas, quantità molari e portate notevolmente errati.
Come eseguire la conversione
Converti la pressione mantenendo le stesse unità
La pressione atmosferica deve essere espressa nelle stesse unità della lettura del manometro.
Per una lettura del manometro in psi:
[ P_{\mathrm{abs}};(\mathrm{psia})
P_{\mathrm{gauge}};(\mathrm{psig}) + P_{\mathrm{atm}};(\mathrm{psi}) ]
Utilizzando la pressione atmosferica standard:
[ P_{\mathrm{abs}};(\mathrm{psia})
P_{\mathrm{gauge}};(\mathrm{psig}) + 14.696 ]
Per il lavoro ingegneristico, 14.70 psi è spesso sufficiente quando l'incertezza di misura è maggiore della differenza tra questi valori.
Esempio: pressione relativa positiva
Supponiamo che un manometro dell'impianto pilota indichi 25 psig e che la pressione atmosferica locale sia 14.70 psi.
[ P_{\mathrm{abs}} = 25 + 14.70 = 39.70\ \mathrm{psia} ]
Il calcolo basato sulle leggi dei gas dovrebbe quindi utilizzare 39.70 psia, non 25 psig.
Esempio: unità SI
Se un trasduttore indica 200 kPa relativi e la pressione atmosferica locale è 101.3 kPa:
[ P_{\mathrm{abs}} = 200 + 101.3 = 301.3\ \mathrm{kPa(abs)} ]
Il risultato può anche essere scritto come 301.3 kPa assoluti, ma il registro dei dati dovrebbe identificare chiaramente il riferimento della pressione.
Gestione delle letture del vuoto
Pressione relativa negativa
Un manometro o un trasduttore può indicare il vuoto come pressione relativa negativa. Ad esempio, una lettura di (-30) kPa relativi con una pressione atmosferica di 101.3 kPa dà:
[ P_{\mathrm{abs}} = -30 + 101.3 = 71.3\ \mathrm{kPa(abs)} ]
Il segno negativo deve essere mantenuto durante la conversione.
Letture su scala del vuoto
Alcuni strumenti per il vuoto visualizzano l'entità del vuoto come numero positivo anziché come pressione relativa negativa. In questo caso:
[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{atm}} - P_{\mathrm{vacuum}} ]
Per una lettura del vuoto di 10 inHg, la pressione atmosferica deve prima essere espressa in unità compatibili prima di eseguire la sottrazione.
Una lettura del vuoto uguale alla pressione atmosferica corrisponderebbe approssimativamente a una pressione assoluta pari a zero, sebbene i sistemi reali non possano raggiungere un vuoto perfetto.
Perché è importante la pressione atmosferica locale
La pressione atmosferica varia in base al luogo
Il valore di 14.696 psi o 101.325 kPa rappresenta la pressione atmosferica standard al livello del mare. La pressione effettiva varia con l'altitudine e le condizioni meteorologiche, quindi è necessario utilizzare la pressione barometrica locale quando sono richiesti calcoli precisi o dati con qualità di calibrazione.
La relazione pertinente è quindi:
[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm,local}} ]
Registra il riferimento della pressione
I dati dell'impianto pilota dovrebbero indicare se ciascun valore di pressione è:
- psig o kPag: pressione relativa
- psia o kPa assoluti: pressione assoluta
- inHg di vuoto o kPa di vuoto: entità del vuoto
Un valore come “100 kPa” è incompleto se non viene indicato il riferimento.
Applicazione della conversione alle proprietà dei gas
Calcoli con i gas perfetti
Per un volume di gas misurato alle condizioni operative:
[ n = \frac{P_{\mathrm{abs}}V}{RT} ]
La pressione deve essere assoluta e la temperatura deve essere assoluta, espressa in kelvin. Se il volume, la pressione o la temperatura sono riportati a condizioni di riferimento diverse, la conversione deve tenere conto di tutte e tre le variabili.
Per una quantità fissa di gas:
[ \frac{P_1V_1}{T_1}
\frac{P_2V_2}{T_2} ]
Sia (P_1) sia (P_2) devono essere pressioni assolute.
Condizioni standard o di riferimento
Le quantità di gas vengono spesso convertite in condizioni standard o in condizioni di riferimento specificate. Una condizione standard comunemente utilizzata è 0°C e 1 atm, per la quale il volume molare del gas perfetto è di circa 22.414 L/g-mol.
Il calcolo dovrebbe indicare la condizione standard selezionata, poiché le organizzazioni possono utilizzare temperature di riferimento e definizioni della pressione diverse.
Portate e bilanci di massa
Le portate volumetriche dei gas variano con la pressione e la temperatura. La conversione di una portata operativa misurata in una condizione di riferimento richiede rapporti di pressione assoluta, ad esempio:
[ Q_2 = Q_1 \left(\frac{P_1}{P_2}\right) \left(\frac{T_2}{T_1}\right) ]
In questo caso, entrambi i valori di pressione sono assoluti ed entrambe le temperature sono espresse in kelvin. L'utilizzo della pressione relativa in questo rapporto può distorcere la portata standard riportata e qualsiasi bilancio di massa basato su di essa.
Comprendere i compromessi
La pressione atmosferica standard è un'approssimazione
Aggiungere 14.70 psi è pratico, ma presuppone una pressione atmosferica standard. L'errore risultante può essere accettabile per calcoli didattici o stime di processo a bassa precisione, ma potrebbe non essere accettabile per la calibrazione, i test delle apparecchiature o bilanci accurati dei gas.
Utilizza un barometro calibrato o la pressione atmosferica del sito registrata quando l'incertezza è significativa.
Il riferimento dello strumento può essere diverso
La maggior parte dei manometri a tubo di Bourdon visualizza la pressione relativa, ma alcuni trasmettitori e strumenti analitici riportano la pressione assoluta. Aggiungere la pressione atmosferica a una lettura già assoluta creerebbe un errore sistematico.
Verifica la scheda tecnica dello strumento, il registro di calibrazione o le unità visualizzate prima di applicare una conversione.
La posizione del sensore può influire sull'interpretazione
Una misura di pressione può rappresentare la pressione al punto di presa del sensore anziché la pressione in un altro punto dell'apparecchiatura. Nei sistemi a liquido, anche la quota e la prevalenza idrostatica possono contribuire:
[ P = P_0 + \rho gh ]
Questa distinzione è importante nell'interpretazione delle perdite di pressione, del funzionamento delle colonne, della pressione nei recipienti o delle misure di pressione differenziale.
Scegliere l'approccio corretto in base all'obiettivo
Utilizza deliberatamente il riferimento della pressione in ogni calcolo e registro dei dati.
- Se il tuo obiettivo principale sono i calcoli con i gas perfetti o i calcoli termodinamici: converti la pressione relativa in pressione assoluta prima di utilizzare la legge dei gas perfetti, le correlazioni della tensione di vapore o i modelli di equilibrio vapore-liquido.
- Se il tuo obiettivo principale sono le portate dei gas e i bilanci di massa: utilizza la pressione atmosferica locale, la pressione operativa assoluta e la pressione di riferimento assoluta durante la conversione delle portate volumetriche.
- Se il tuo obiettivo principale è il funzionamento sotto vuoto: tratta correttamente la pressione relativa negativa o l'entità del vuoto e verifica che la pressione assoluta risultante sia fisicamente significativa.
- Se il tuo obiettivo principale sono la sicurezza e il controllo dell'impianto pilota: verifica se ogni strumento riporta la pressione relativa o assoluta prima di confrontarla con i limiti operativi, le impostazioni degli allarmi o le specifiche delle valvole di sicurezza.
Calcoli affidabili delle proprietà dei gas iniziano dall'identificazione del riferimento della pressione e dalla conversione delle letture relative in pressione assoluta prima di applicare qualsiasi relazione termodinamica.
Tabella riepilogativa:
| Argomento | Indicazione principale |
|---|---|
| Conversione fondamentale | Pressione assoluta = pressione relativa + pressione atmosferica locale |
| Pressione relativa positiva | 25 psig + 14.70 psi = 39.70 psia |
| Esempio SI | 200 kPa(g) + 101.3 kPa = 301.3 kPa(abs) |
| Letture del vuoto | La pressione relativa negativa viene sommata alla pressione atmosferica; l'entità del vuoto viene sottratta |
| Calcoli sui gas | Utilizza la pressione assoluta e la temperatura in kelvin nelle leggi dei gas e nelle conversioni delle portate |
| Accuratezza | Utilizza la pressione barometrica locale misurata per la calibrazione, i test e i bilanci precisi |
| Registri dei dati | Indica chiaramente psig, psia, kPag, kPa(abs) o le unità del vuoto |
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