GRADIEN TEKANAN: APA ITU DAN BAGAIMANA CARA MENGHITUNGNYA - FISIK - 2025

The gradien tekanan terdiri dari variasi atau perbedaan tekanan dalam arah tertentu, yang dapat terjadi di dalam atau di perbatasan cairan. Selanjutnya, tekanan adalah gaya per satuan luas yang diberikan oleh fluida (cairan atau gas) pada dinding atau batas yang mengandungnya.

Misalnya, di kolam yang berisi air ada gradien tekanan positif dengan arah vertikal ke bawah, karena tekanan meningkat seiring dengan kedalaman. Setiap meter (atau sentimeter, kaki, inci) kedalaman, tekanan tumbuh secara linier.

Dalam ekstraksi minyak, gradien tekanan adalah besaran yang sangat penting. Sumber: pixabay.com

Namun, di semua titik yang terletak di level yang sama, tekanannya sama. Oleh karena itu, dalam kolam renang gradien tekanan nol (nol) pada arah horizontal.

Dalam industri perminyakan, gradien tekanan sangat penting. Jika tekanan di dasar lubang lebih tinggi daripada di permukaan, maka oli akan mudah keluar. Jika tidak, perbedaan tekanan harus dibuat secara artifisial, baik dengan memompa atau menyuntikkan uap.

Cairan dan sifatnya yang menarik

Fluida adalah bahan yang struktur molekulnya memungkinkannya mengalir. Ikatan yang menahan molekul fluida bersama tidak sekuat dalam kasus padatan. Hal ini memungkinkan mereka untuk melawan resistensi yang lebih kecil terhadap traksi dan karenanya mengalir.

Keadaan ini dapat dilihat dengan mengamati bahwa padatan mempertahankan bentuk tetap, sedangkan fluida, seperti yang telah disebutkan, mengadopsi ke tingkat yang lebih besar atau lebih kecil dari wadah yang berisi mereka.

Gas dan cairan dianggap fluida karena berperilaku seperti ini. Gas mengembang sepenuhnya untuk mengisi volume wadah.

Cairan, di sisi lain, tidak mencapai sebanyak itu, karena memiliki volume tertentu. Perbedaannya adalah bahwa cairan dianggap tidak bisa dimampatkan, sedangkan gas tidak bisa.

Di bawah tekanan, gas mengompresi dan beradaptasi dengan mudah, menempati semua volume yang tersedia. Saat tekanan meningkat, volumenya menurun. Dalam kasus zat cair, massa jenisnya - yang diberikan oleh hasil bagi antara massa dan volumenya - tetap konstan pada rentang tekanan dan suhu yang luas.

Batasan terakhir ini penting karena pada kenyataannya, hampir semua zat dapat berperilaku seperti fluida dalam kondisi suhu dan tekanan yang ekstrim.

Di bagian dalam bumi yang kondisinya tergolong ekstrim, batuan yang akan padat di permukaan, meleleh menjadi magma dan dapat mengalir ke permukaan, dalam bentuk lahar.

Perhitungan tekanan

Untuk mengetahui tekanan yang diberikan oleh kolom air atau fluida lainnya, pada lantai wadah, fluida akan dianggap memiliki karakteristik sebagai berikut:

• Kepadatannya konstan
• Apakah mampat
• Dalam kondisi kesetimbangan statis (istirahat)

Kolom fluida dalam kondisi ini memberikan gaya pada dasar wadah yang berisi itu. Gaya ini setara dengan beratnya W:

Densitas biasanya diukur dalam kilogram / meter kubik (kg / m ³ ) atau pound per galon (ppg)

Tekanan hidrostatis P didefinisikan sebagai hasil bagi antara gaya yang diberikan secara tegak lurus pada permukaan dan luasnya A:

Tekanan = Gaya / Area

Dengan mengganti volume kolom fluida V = luas alas x tinggi kolom = Az, persamaan tekanannya menjadi:

Tekanan adalah besaran skalar, yang satuannya dalam sistem pengukuran internasional adalah Newton / meter ² atau Pascals (Pa). Satuan sistem Inggris banyak digunakan, terutama dalam industri minyak: pound per square inch (psi).

Persamaan di atas menunjukkan bahwa cairan yang lebih padat akan memberikan tekanan yang lebih besar. Dan bahwa tekanan semakin besar semakin kecil permukaan tempat ia diberikan.

Dengan mengganti volume kolom fluida V = luas alas x tinggi kolom = Az, persamaan tekanan disederhanakan:

Persamaan di atas menunjukkan bahwa cairan yang lebih padat akan memberikan tekanan yang lebih besar. Dan bahwa tekanan semakin besar semakin kecil permukaan tempat ia diberikan.

Bagaimana cara menghitung gradien tekanan?

Persamaan P = ρgz menunjukkan bahwa tekanan P kolom fluida meningkat secara linier dengan kedalaman z. Oleh karena itu, variasi tekanan ΔP akan dikaitkan dengan variasi kedalaman Δz dengan cara berikut:

Faktor konversi kepadatan

Satuan sistem Inggris banyak digunakan dalam industri minyak. Dalam sistem ini satuan gradien tekanan adalah psi / ft atau psi / ft. Unit nyaman lainnya adalah bar / meter. Pound per galon atau ppg banyak digunakan untuk kepadatan.

Nilai densitas dan berat jenis fluida telah ditentukan secara eksperimental untuk berbagai kondisi suhu dan tekanan. Mereka tersedia dalam tabel nilai

Untuk menemukan nilai numerik gradien tekanan antara sistem unit yang berbeda, seseorang harus menggunakan faktor konversi yang mengarah dari kerapatan langsung ke gradien.

Faktor konversi 0,052 digunakan dalam industri minyak untuk beralih dari kerapatan dalam ppg ke gradien tekanan dalam psi / ft. Dengan cara ini, gradien tekanan dihitung seperti ini:

Referensi

1. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Jilid 2. Mexico. Editor Pembelajaran Cengage. 367-372.
2. Manual Sekolah Kontrol Sumur. Bab 01 Prinsip tekanan.