Absolutní tlak versus přetlakový tlak: vzorec, příklady a průvodce převodem

Klíčové poznatky

• Relativní tlak se měří vzhledem k aktuálnímu atmosférickému tlaku; absolutní tlak se měří vzhledem k dokonalému vakuu.
• Absolutní tlak = relativní tlak + atmosférický tlak.
• Na úrovni moře činí atmosférický tlak přibližně 101,3 kPa ≈ 1,013 bar ≈ 14,7 psi ≈ 760 mmHg.
• Většina mechanických tlakoměrů udává relativní tlak; vakuummetry a převodníky absolutního tlaku udávají absolutní tlak.
• U mezinárodních projektů vždy ověřte, zda uvedené jednotky „psi“, „bar“, „kPa“ nebo „MPa“ označují relativní nebo absolutní tlak.

Absolutní a relativní tlak na stejné stupnici: relativní tlak se odečítá od atmosférického tlaku, absolutní tlak se odečítá od dokonalého vakuu.

Úvod

Absolutní tlak a přetlakový tlak jsou dva různé způsoby vyjádření téže fyzikální veličiny – a jejich zaměňování má reálné důsledky. Inženýři a nákupní manažeři, kteří pracují s manometry, tlakovými převodníky, vývěvami nebo ventily, se s tímto rozlišením setkávají každý den.

Když je referenční bod nesprávný:

• Ventil může být zařazen do nesprávné tlakové třídy.
• Převodník může být vybrán s nesprávným měřicím rozsahem.
• Vakuový systém může být navržen vzhledem k nesprávnému referenčnímu bodu.

Tento průvodce vysvětluje rozdíl mezi absolutním a přetlakovým tlakem, uvádí vzorec pro převod, řeší konkrétní příklady, poskytuje tabulku převodu jednotek a ukazuje, jak toto rozlišení ovlivňuje výběr ventilů a přístrojů.

1. Co je přetlakový tlak?

Přetlakový tlak se měří vzhledem k aktuálnímu atmosférickému tlaku. Údaj na typickém mechanickém manometru je přetlakový tlak.

Příklad: tlak v pneumatice automobilu 250 kPa se čte jako 250 kPa přetlaku – jinými slovy o 250 kPa vyšší než okolní atmosférický tlak.

Běžné aplikace přetlaku:

• Autopneumatiky
• Systémy vodovodních potrubí
• Potrubí stlačeného vzduchu
• Hydraulické systémy
• Většina mechanických tlakoměrů

Ve výchozím nastavení se hodnota tlaku uvedená bez přípony („a“ nebo „g“) obvykle považuje za přetlak:

250 kPa = 250 kPa přetlaku

250 kPag = 250 kPa přetlaku

psig = libry na čtvereční palec přetlaku

2. Co je absolutní tlak?

Absolutní tlak se měří vzhledem k dokonalému vakuu. Vyjadřuje skutečný fyzikální tlak plynu nebo kapaliny a je to hodnota, kterou potřebujete při:

• Vakuové systémy
• Chemických a destilačních procesech
• Kryogenních systémech
• Měření tlaku s vysokou přesností
• Absolutních tlakových snímačích

Příklad: pokud ukazuje tlak v pneumatice automobilu 250 kPa přetlaku a místní atmosférický tlak činí přibližně 101 kPa:

Absolutní tlak = Přetlak + Atmosférický tlak

Absolutní tlak = 250 kPa + 101 kPa = 351 kPa

Takže absolutní tlak v pneumatice činí přibližně 351 kPa absolutního tlaku, zapisuje se jako 351 kPa(abs) nebo 351 kPa(a).

3. Vzorec pro převod mezi oběma veličinami

Absolutní tlak = Přetlak + Atmosférický tlak

Přetlak = Absolutní tlak − Atmosférický tlak

Za standardních atmosférických podmínek:

Atmosférický tlak ≈ 101,3 kPa ≈ 1,013 bar ≈ 14,7 psi ≈ 760 mmHg

Tabulka 1. Příklady převodu z přetlaku na absolutní tlak

4. Proč je důležitý atmosférický tlak

Na úrovni moře činí atmosférický tlak přibližně:

101,3 kPa = 1,013 bar = 14,7 psi = 760 mmHg

Atmosférický tlak klesá s nadmořskou výškou:

Tabulka 2. Přibližný atmosférický tlak v závislosti na nadmořské výšce

To je důvod, proč je dýchání ve vysoké nadmořské výšce obtížnější – absolutní tlak kyslíku je nižší. Pro přístroje to má tyto praktické důsledky:

• Údaj převodníku tlaku vzhledem k atmosférickému tlaku se může měnit v závislosti na počasí a nadmořské výšce.
• Převodník absolutního tlaku udržuje stabilní nulu v podmínkách vakua.
• Měření vakua se obvykle vyjadřuje jako absolutní tlak.

5. Jak číst mechanické tlakoměry

Většina mechanických tlakoměrů ukazuje tlak vzhledem k atmosférickému tlaku. Existují tři běžné typy:

Tři běžné typy mechanických tlakoměrů: kladný tlak, kombinovaný tlak / vakuum a čisté vakuum.

5.1 Tlakoměr kladného tlaku

Typický rozsah: 0–100 kPa / 0–1 000 kPa / 0–10 bar. Ručička ukazuje 0 při atmosférickém tlaku. Tento typ je nejčastěji používán u čerpadel, potrubí, stlačeného vzduchu a vodních systémů.

5.2 Kombinovaný tlakoměr / vakuumetr

Typický rozsah: −101 kPa až 0 až 700 kPa, nebo −1 bar až 0 až 10 bar. Nula leží uprostřed stupnice a odpovídá atmosférickému tlaku. Tyto manometry měří vakuum na jedné straně a kladný přetlak na straně druhé.

5.3 Čistý vakuumetr

Typický rozsah: −101 kPa až 0 kPa. Atmosférický tlak se zobrazuje jako 0 kPa přetlaku; úplné vakuum se zobrazuje jako −101 kPa přetlaku, což odpovídá 0 kPa absolutního tlaku. Dnes se vakuum častěji měří pomocí absolutních tlakových převodníků než čistě mechanickými vakuumetry.

6. Převodní tabulka tlakových jednotek

Různé průmyslové odvětví používají různé tlakové jednotky. Běžné převody:

1 Torr = 1 mmHg ≈ 133 Pa

1 mbar = 0,001 bar = 100 Pa

1 bar = 100 kPa = 0,1 MPa

1 bar ≈ 14,5 psi

1 MPa = 10 bar ≈ 145 psi

1 psi ≈ 6,895 kPa

Karty s rychlým převodem jednotek tlaku.

Tabulka 3. Rychlé převody tlaku

Ve mnoha trzích lidé považují 1 bar za přibližně 1 kg/cm². Přesněji řečeno je 1 kgf/cm² = 0,980665 bar, avšak tato aproximace je běžná v každodenní inženýrské praxi.

7. Co znamenají jednotky psig a psia?

V anglických technických dokumentech se objevují následující značky:

psig = libry na čtvereční palec přetlaku

psia = libry na čtvereční palec absolutního tlaku

Příklady při atmosférickém tlaku 14,7 psi:

100 psig = 100 + 14,7 = 114,7 psia

100 psia = 100 − 14,7 = 85,3 psig

porovnání psig a psia: 100 psig = 114,7 psia při atmosférickém tlaku 14,7 psi.

Toto je důležité u mezinárodních projektů. Pokud specifikace uvádí pouze „psi“, vždy upřesněte, zda se jedná o tlak měřený vzhledem k atmosférickému tlaku (gauge) nebo absolutní tlak.

8. Tlak měřený vzhledem k atmosférickému tlaku vs. absolutní tlak při výběru armatur a přístrojů

U armatur jsou tlakové třídy často udávány jako tlak měřený vzhledem k atmosférickému tlaku – avšak ne vždy. U přístrojů musí být referenční tlak jasně určen.

Tabulka 4. Typické referenční tlaky podle zařízení

Při výběru ventilu nebo přístroje zkontrolujte:

• Je uvedená hodnota relativního nebo absolutního tlaku?
• Jaký je místní atmosférický tlak?
• Je aplikace nad nebo pod atmosférickým tlakem?
• Výstup přístroje odpovídá řídicímu systému?
• Jaká jednotka se používá — bar, kPa, MPa, psi, psig nebo psia?

9. Praktický příklad: výběr ventilu a převodníku tlaku

Zákazník uvádí: provozní tlak 0,6 MPa, služba vakuové destilace, převodník tlaku. Tato specifikace je neúplná.

Pokud je míněn tlak 0,6 MPa přetlakový (gauge):

Absolutní tlak = 0,6 MPa + 0,1013 MPa = 0,7013 MPa(a)

Pokud je míněn tlak 0,6 MPa absolutní:

Přetlak = 0,6 MPa − 0,1013 MPa = 0,4987 MPa(g)

Rozdíl mezi oběma hodnotami činí přibližně 0,2026 MPa — zhruba 2 bar. U služby vakuové destilace to není zaokrouhlovací chyba; znamenalo by to nesprávný rozsah převodníku tlaku a nesprávnou třídu ventilu.

10. Shrnutí

• Měření přetlaku vychází z atmosférického tlaku jako nulového bodu.
• Měření absolutního tlaku vychází z dokonalého vakua jako nulového bodu.
• Absolutní tlak = relativní tlak + atmosférický tlak.
• Na úrovni moře činí atmosférický tlak přibližně 101,3 kPa, což odpovídá přibližně 1,013 baru nebo 14,7 psi.
• Většina mechanických tlakoměrů zobrazuje přetlak.
• Vývěvy a snímače absolutního tlaku měří absolutní tlak.
• psig = přetlak; psia = absolutní tlak.
• V mezinárodních projektech je vždy nutné ověřit, zda se jedná o přetlak nebo absolutní tlak.

Často kladené otázky

Jaký je rozdíl mezi absolutním tlakem a přetlakem?

Absolutní tlak se měří od dokonalého vakua. Přetlak se měří od lokálního atmosférického tlaku.

Jak převést přetlak na absolutní tlak?

Absolutní tlak = relativní tlak + atmosférický tlak.

Jak převést absolutní tlak na přetlak?

Přetlak = absolutní tlak − atmosférický tlak.

Je 100 psig to stejné jako 100 psia?

Ne. Při atmosférickém tlaku 14,7 psi platí: 100 psig = 114,7 psia a 100 psia = 85,3 psig.

Ukazují mechanické tlakoměry absolutní tlak?

Většina ukazuje přetlak. Absolutní tlakoměry existují, ale v běžném mechanickém měření tlaku jsou méně běžné.

Proč systémy pod tlakem používají absolutní tlak?

Podtlak je nižší než atmosférický tlak. Absolutní tlak poskytuje jasnou nulovou referenční hodnotu od 0 kPa(abs) až po atmosférický tlak.

O společnosti Shanghai Xia Zhao Valve

Pružinový bezpečnostní ventil z nerezové oceli (fotografie produktu).

Třídílný z nerezové oceli válcové ventily s pákovou rukojetí (fotografie výrobku).

Společnost Shanghai Xia Zhao Valve dodává průmyslové uzavírací klapky, tlakové přístroje a řešení pro řízení tekutin zákazníkům po celém světě; její zákazníci působí v oblasti úpravy vody, chemického průmyslu, vytápění, ventilace a klimatizace (HVAC), těžby ropy a zemního plynu, výroby elektrické energie a vakuových systémů.

Pro výběr uzavírací klapky nebo tlakového přístroje zašlete našemu technickému týmu údaje o provozním tlaku, pracovním prostředí, teplotě a standardu připojení – a uveďte, zda se jedná o tlakové hodnoty relativní (manometrické) nebo absolutní.