Nyomás kisokos

A nyomás (angolul: pressure) az egyik leggyakoribb erő, amivel találkozunk a mindennapok folyamán, sokszor tudatában sem vagyunk, hogy létezik, hiszen természetes számunkra – ilyen például a légnyomás, vagy akár a vérnyomásunk, de a gépkocsik gumiabroncsait is a belepumpált levegő nyomása tartja feszesen és rugalmasan.

A normál légköri nyomásnál alacsonyabb vagy magasabb szinten jelentősen megváltozik az anyagok viselkedése ezért a precíz mérése rendkívül nagy szerepet kap.  De kezdjük az elején:

Mi a nyomás?

A nyomás egy fizikai mennyiség, amely egy adott nagyságú felületre ható nyomóerő nagyságának és felület nagyságának a hányadosa. A nyomás a teljes felületen egyenlő mértékben hat és állapothatározó alapmennyiség.

A nyomás jele: p

Számítási képlete: p = F / A

ahol

F=felületre ható erő (N)

A=felület (m²)

Mértékegysége az SI rendszerben a Pascal, vagyis Pa. Számítása Newton/ négyzetméter. Mivel ez nagyon kis egység, leggyakrabban az ezerszeresével, vagyis a kilopascallal: kPa, illetve milliószorosával a megapascallal találkozhatunk: MPa.

A fizika története során – országtól, közegtől, iparágtól, felhasználási területtől függően – asználtak(nak) eltérő mértékegységeket meghatározására:

• bár = bar (CGS mértékegység)
• technikai atmoszféra = at
• fizikai atmoszféra = atm
• vízoszlopmilliméter = mmH2O
• torricelli = torr (Evangelista Torricelli itáliai fizikus neve nyomán)
• higanymilliméter = mmHg, vagy Hgmm (megegyezik a torricellivel = torr)
• font/négyzetinch = psi

Milyen típusú nyomások vannak?

Amikor nyomásmérésről beszélünk, akkor a tényleges értékét hasonlítjuk a referencia állapothoz képest. A mért és a referencia nyomás viszonya alapján különböztetjük meg az különböző nyomástípusokat.

Abszolút nyomás

Az abszolút nyomás az univerzum légüres teréhez – a nulla nyomáshoz, 0 Pa – viszonyított érték, egyfajta referenciapont, hiszen a mért presszió ennél mindig nagyobb. Ezt a típust szokták a vákuummal is együtt érteni. A vákuum minimális anyagot tartalmaz egy adott térfogaton belül így a benne lévő nyomás jóval alacsonyabb, mint a külső (standard) légnyomás. (ez nevezzük tökéletlen vákuumnak, a teljes anyagnélküliség kvantumfizikai és filozófiai fogalom)

Nyomáskülönbség (Differenciál nyomás)

A nyomáskülönbség alatt a mért és a referencia érték közötti különbséget értjük. Ez lehet pozitív, túlnyomás, vagy negatív, ami nyomáscsökkenés. A differenciál nyomás változását mérőműszerekkel követik az iparban. A technológiai elszívás folyamatának három legfontosabb paramétere közül az egyik a légsebességen és a térfogatáramon túl.

Pozitív nyomás

Amikor értéke meghaladja a légnyomást, ez az, amit hétköznapi nyelven “nyomás” alatt értünk.

Negatív nyomás

A fenti ellenkezője, tehát amikor a mért érték a légnyomásnál kisebb. De negatívnak tekintjük azt is, ha az üzemi állapotnál kevesebb egy rendszerben, tehát a nyomáskülönbség is okozhat relatíve negatív tartományt.

Hidrosztatikai nyomás

A folyadékokban és gázokban a folyadék vagy gáz súlya gravitáció hatására nyomást hoz létre, mely a mélységgel együtt lineárisan nő. Minél mélyebbre merül egy búvár, annál jobban megviseli a szervezetét a teste minden pontjára ható erő. A mélytengeri állatok is azért olyan furcsa külsejűek, mert testük alkalmazkodott a mélységben uralkodó hatalmas nyomáshoz.

A légköri nyomás, légnyomás

A levegőnek is van tömege, így a Földet körülvevő a légkör súlyának hatására keletkezik, tehát ez is egyfajta hidrosztatikai terhelés. Minden felületre hat, mivel Pascal elv értelmében a nyomásnak nincs iránya, minden irányban azonos. Referenciapont a tengerszintnek megfelelő légnyomás. A magassággal a légköri nyomás exponenciálisan csökken.

Túlnyomás

A normál légköri nyomás fölötti érték, vagy nyomás alatti zárt rendszerekben meghatározott referenciaérték feletti tartomány.

Vákuum, alacsony nyomás

Az iparban sok helyen használnak vákuumot, például elektronsugaras hegesztés, CVD, száraz marás, műanyagok vákuumal történő formázása, megfogás, szállítás stb.  A vákuumcsomagolás során kiszívják a levegőt a tasakból, így zárt, higiénikus és steril marad. A vákuum kiváló hőszigetelő és nagyon könnyű ezt felhasználják például a termoszok készítésekor.

A nagyon alacsony nyomás gyorsítja a párolgást ezért kiválóan használható szárításra, desztillálásra. A fagyasztva szárítás – liofilizálás során is használnak vákuumot, többek között így készül a mindannyiunk számára jól ismert instant kávépor is.

Mi a nyomás jelentősége az iparban?

Az iparban a nyomás jelentősége rendkívül sokoldalú:

• A nyomóerő alkalmazásával működnek többek között régen a gőzgépek
• A mai iparban végtelenül sok helyen: pneumatikus és hidraulikus rendszerek,  vákuumos anyagmozgatók, vagy akár egyes szárítóberendezések is a nyomás erejét, illetve fizikai tulajdonságait használják ki.
• Nagynyomás alatt az anyagok tulajdonsága megváltozik, így például egyes anyagokat, anyagszerkezeteket csak így lehet előállítani.
• Légnyomáskülönbségen alapul a tisztatér technológia is, amely a legkülönfélébb gyártási és egészségügyi szabványoknak segít megfelelni.
• Számos épületgépészeti technológia, hűtő, fűtő és szellőzőrendszerek alapja

A nyomás és a térfogat összefügg

A térfogatnövelés nyomásvesztéshez vezet, a térfogatcsökkentés a nyomás növeléséhez vezet. Zárt rendszerben szabályozását vagy a térfogat, vagy pedig a hőmérséklet változtatásával lehet végezni. Adott térfogat mellett a magasabb hőmérséklet emeli a nyomást, a hűtés pedig csökkenti.

Energiamegtakarítás, költségcsökkentés pontos mérésekkel

Minden ipari cég egyik egyik fontos célja, hogy egységnyi termelésre, árura gazdaságosabban tehessen szert. Az energiaköltségek csökkentése, nemcsak a törvényi szabályozásnak való megfelelés miatt, hanem a környezettudatos termelés miatt is fontos. Bármilyen nyomás előállítása, fenntartása energiaigényes folyamat. Ha precízen mérve, időben szabályozzák, akkor a legmeghatározóbb, szivárgásból adódó veszteség nem fogja rontani a végeredményt.

Hogyan működik a nyomásérzékelő?

A fizikai nyomást mérhető elektromos energiává alakítja át. A műszer a feszültséget ellenállássá alakítja, majd az ellenállás változásai alkotják a kimeneti jeleket. A nyomástávadók az elektromos jelet a mai ipari gyakorlatban már leginkább digitális jellé alakítják és ezt továbbítják vezérlő vagy adatgyűjtő rendszerek felé.

Milyen alkalmazásoknál fontos a nyomás mérése az iparban?

Mérésre és szabályozásra mindenütt szükség van, ahol nyomáskülönbséggel, vagy nyomás alatt végeznek műveleteket. Különböző iparágakban mérése a gyártási, ipari folyamatok fontos része.

Bármilyen felhasználásban is beszélünk nyomásról a pontos adatok megszerzése fontos a végtermék minősége és/vagy a biztonságos működtetés miatt.

Egészségügyi intézményekben, kórházak műtőinél, laboratóriumoknál a megfelelő higiéniai protokollhoz tartozik. Bármely területről is legyen szó, a pontos nyomásérzékelők jelenléte nélkülözhetetlen az információk megszerzésében.

• Pneumatikus rendszerek
• Légtechnikai rendszerek (szellőző, hűtő, fűtő rendszerek)
• Zárt gáz- vagy folyadék ellátású rendszerek
• Tisztatér technológia, laboratóriumok

Hol mérnek nyomást légtechnikai vagy pneumatikus rendszereknél?

A légkezelés egyes szakaszaiban

A légtechnikai szabályozás a fizika arányossági törvényén alapul. Eszerint, ha a gerincvezetékben változtatjuk a légmennyiséget, akkor hozzá csatlakoztatott modulokon belül ugyanolyan arányban változik a térfogatáram is. Összetett rendszerek esetén a kritikus szakaszokban mérni kell a nyomás változásait.

Fogyasztási oldalon

A szivárgás, a légveszteség nyomáscsökkenéshez vezet, így a mérést mindig precízen végezzük a fogyasztási oldalon, különben minőségvesztés és megemelkedett energiafelhasználás következhet be.

Pneumatikus rendszerek

A pneumatikus rendszerek legfontosabb paramétere, már a sűrített levegő hálózat tervezésekor érdemes odafigyelni az optimális nyomáselosztásra. Emellett a rendszer különböző pontjainak (előállítás, fogyasztók, távoli pontok) monitorozása teljes átláthatóságot, biztonságos üzemeltetést és optimális szintre csökkentésével energiamegtakarítást biztosít.

Hogyan mérhető a tisztaterek nyomása?

A tisztatér technológia azon alapul, hogy az adott térben enyhe túlnyomást tartanak fenn. Ezzel azt lehet elérni, hogy a szennyeződések, kórokozók kifelé áramoljanak, az alacsonyabb nyomású helyiségek felé. Képzeljük el ezt úgy, hogy több, egymástól is elzárt területen kell átmenni ahhoz, hogy végül eljussunk oda, ahol a legnagyobb tisztaságra van szükség.

Maguk a rendszerek több zárt zónából állnak, a legbelső részben a legmagasabb a nyomás a kintihez képest és fokozatosan zónánként csökken le a normál légnyomásra. Ezeket a speciális tereket a folyamat minden fázisában szabályozni kell.

A tiszta terek zónái között tartandó 15-50 Pa nyomáskülönbség mérésére speciális, nagypontosságú szenzorokra van szükség. A méréstechnikához alacsony nyomáskülönbségekre fejlesztett távadók szükségesek. A szenzoros automatika szabályozza az adott zóna lezárásakor az optimális állapot minél előbbi visszaállítását.

A nyomás fogalma összetett dolog és szinte mindennel összefügg. Az élet nem is maradhatott volna fent a Földön a levegő, a levegő nyomása nélkül, de az élő szervezeteknek, minden sejtnek van belső nyomása.

Napjainkra az ipar és a mindennapi élet szinte minden területén vannak olyan eszközök, amelyek munkateljesítménye, működése a nyomás valamely típusával hozható összefüggésbe. Mivel a pressziót elő kell állítani, fenntartani, szabályozni, megakadályozni az üzemi veszteségeket, a szivárgást, vagy épp a relatív eltérésekből eredő károkat – így a kifinomult mérőműszerek és a fejlett méréstechnológia alapvetővé vált.

Gyakran Ismételt Kérdések

Mi a nyomás definíciója?

A nyomás egy adott felületre ható erő nagyságának és a felület nagyságának hányadosa. Jele a p, Si mértékegysége a Pa.

Milyen nyomás típusokat különböztetünk meg?

Alapvetően mindig egy referencia értékhez képesti nyomásról beszélünk, így az lehet negatív, pozitív irányú, de vannak a gyakorlatban sokszor használt elnevezések például légköri, differenciál , vákuum, túlnyomás stb.

Hol fontos a nyomás mérése, szabályozása?

A gyakorlatban nagyon sok helyen találkozhatunk a nyomás használatával – autógumi, víznyomás, kávéfőző stb. – de az ipari folyamatoknál, pneumatikus rendszerek, légtechnikai vagy hidraulikai rendszereknél alapvető állapotmeghatározó tényező.

Kérdése van a témával kapcsolatosan? Keressen minket elérhetőségeinken …