Absolútny tlak vs. relatívny tlak: vzorec, príklady a návod na prevod

Kľúčové poznatky

• Relatívny tlak sa meria vzhľadom na aktuálny atmosférický tlak; absolútny tlak sa meria vzhľadom na dokonalé vakuum.
• Absolútny tlak = relatívny tlak + atmosférický tlak.
• Na úrovni mora je atmosférický tlak približne 101,3 kPa ≈ 1,013 bar ≈ 14,7 psi ≈ 760 mmHg.
• Väčšina mechanických tlakomerov zobrazuje relatívny tlak; vakuummetre a snímače absolútneho tlaku zobrazujú absolútny tlak.
• Pri medzinárodných projektoch vždy potvrďte, či uvedené jednotky „psi“, „bar“, „kPa“ alebo „MPa“ označujú relatívny alebo absolútny tlak.

Absolútny a relatívny tlak na rovnakej stupnici: relatívny tlak sa meria od atmosférického tlaku, absolútny tlak sa meria od dokonalého vakua.

Úvod

Absolútny tlak a prebytkový tlak sú dva rôzne spôsoby vyjadrenia tej istej fyzikálnej veličiny – a ich zámena má reálne dôsledky. Inžinieri a nákupní pracovníci, ktorí pracujú s manometrami, tlakovými snímačmi, vakuumovými prístrojmi alebo uzávermi, sa s týmto rozlíšením stretávajú každý deň.

Keď je referenčný bod nesprávny:

• Uzáver môže mať nesprávnu tlakovú triedu.
• Snímač môže byť vybraný s nesprávnym rozsahom.
• Vakuumový systém môže byť navrhnutý vzhľadom na nesprávny referenčný bod.

Tento sprievodca vysvetľuje rozdiel medzi absolútnym a prebytkovým tlakom, uvádza vzorec na prevod, preberá konkrétne príklady, poskytuje tabuľku prevodu jednotiek a ukazuje, ako sa toto rozlíšenie odrazí na výbere uzáverov a prístrojov.

1. Čo je prebytkový tlak?

Prebytkový tlak sa meria vzhľadom na aktuálny atmosférický tlak. Údaj na typickom mechanickom manometri je prebytkový tlak.

Príklad: tlak v aute pneumatiky 250 kPa sa zobrazuje ako 250 kPa (g) – teda o 250 kPa vyšší ako okolitá atmosféra.

Bežné aplikácie tlaku (g):

• Automobilové pneumatiky
• Systémy vodovodných potrubí
• Komprimované vzduchové potrubia
• Hydraulické systémy
• Väčšina mechanických tlakomerov

Štandardne sa hodnota tlaku uvedená bez prípony („a“ alebo „g“) považuje za tlak (g):

250 kPa = 250 kPa (g)

250 kPag = 250 kPa (g)

psig = libry na štvorcový palec (g)

2. Čo je absolútny tlak?

Absolútny tlak sa meria vzhľadom na dokonalé vakuum. Vyjadruje skutočný fyzikálny tlak plynu alebo kvapaliny a je to hodnota, ktorú potrebujete pri:

• Vákuové systémy
• Chemických a destilačných procesoch
• Kryogénnych systémoch
• Vysokopresných meraniach tlaku
• Absolútnych tlakových snímačoch

Príklad: ak ukazuje pneumatika automobilu 250 kPa prebytkového tlaku a lokálny atmosférický tlak je približne 101 kPa:

Absolútny tlak = Manometrický tlak + Atmosférický tlak

Absolútny tlak = 250 kPa + 101 kPa = 351 kPa

Takže absolútny tlak v pneumatike je približne 351 kPa absolútne, čo sa zapíše ako 351 kPa(abs) alebo 351 kPa(a).

3. Vzorec, ktorý tieto dve veličiny spája

Absolútny tlak = Manometrický tlak + Atmosférický tlak

Manometrický tlak = Absolútny tlak − Atmosférický tlak

Pri štandardných atmosférických podmienkach:

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

Tabuľka 1. Príklady prevodu z manometrického na absolútny tlak

4. Prečo je atmosférický tlak dôležitý

Na úrovni mora je atmosférický tlak približne:

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

Atmosférický tlak klesá s nadmorskou výškou:

Tabuľka 2. Približný atmosférický tlak v závislosti od nadmorskej výšky

Preto je dýchanie vo vysokohorských oblastiach náročnejšie – absolútny tlak kyslíka je nižší. Pre prístroje to má tieto praktické dôsledky:

• Odčítanie tlakového snímača s relatívnym (prebytkovým) tlakom sa môže meniť v závislosti od počasia a nadmorskej výšky.
• Tlakový snímač s absolútnym tlakom udržiava stabilnú nulovú hodnotu pri vákuu.
• Meranie vákua sa zvyčajne vyjadruje ako absolútny tlak.

5. Ako čítať mechanické tlakomery

Väčšina mechanických tlakomerov zobrazuje relatívny (prebytkový) tlak. Existujú tri bežné typy:

Tri bežné typy mechanických tlakomerov: na kladný tlak, kombinovaný a na čisté vákuum.

5.1 Tlakomer na kladný tlak

Typický rozsah: 0–100 kPa / 0–1 000 kPa / 0–10 bar. Ručička ukazuje 0 pri atmosférickom tlaku. Toto je najbežnejší typ pre čerpadlá, potrubia, stlačený vzduch a vodné systémy.

5.2 Zložený manometrický a výkonné tlakomer

Typický rozsah: −101 kPa až 0 až 700 kPa, alebo −1 bar až 0 až 10 bar. Nulová hodnota sa nachádza v strede stupnice a zodpovedá atmosférickému tlaku. Tieto tlakomery merajú výkonné tlaky na jednej strane a kladné manometrické tlaky na druhej strane.

5.3 Čistý výkonné tlakomer

Typický rozsah: −101 kPa až 0 kPa. Atmosférický tlak sa zobrazuje ako 0 kPa manometricky; úplný výkum sa zobrazuje ako −101 kPa manometricky, čo zodpovedá 0 kPa absolútne. Dnes sa výkum častejšie meria pomocou absolútnych tlakových snímačov než pomocou čisto mechanických výkonomerov.

6. Prevodná tabuľka jednotiek tlaku

Rôzne priemyselné odvetvia používajú rôzne jednotky tlaku. Bežné prevody:

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

Rýchla referenčná karta pre prevod jednotiek tlaku.

Tabuľka 3. Rýchly prevod tlaku

V mnohých trhoch ľudia považujú 1 bar za približne 1 kg/cm². Presnejšie povedané, 1 kgf/cm² = 0,980665 bar, avšak v bežnej technickej praxi sa často používa táto aproximácia.

7. Čo znamenajú psig a psia?

V anglických technických dokumentoch nájdete:

psig = libry na štvorcový palec (g)

psia = pounds per square inch absolute

Príklady pri atmosférickom tlaku 14,7 psi:

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

100 psia = 100 − 14,7 = 85,3 psig

psig vs psia: 100 psig = 114,7 psia pri atmosférickom tlaku 14,7 psi.

Toto je dôležité pri medzinárodných projektoch. Ak špecifikácia uvádza len „psi“, vždy upresnite, či sa týka tlaku relatívneho (gauge) alebo absolútneho.

8. Relatívny vs absolútny tlak pri výbere ventilov a prístrojov

U ventilov sa tlakové triedy často uvádzajú ako prebytkový tlak – avšak nie vždy. U prístrojov musí byť referenčný tlak jasne identifikovaný.

Tabuľka 4. Typický referenčný tlak podľa zariadenia

Pri výbere ventilu alebo prístroja skontrolujte:

• Je uvedená hodnota relatívna alebo absolútna?
• Aký je miestny atmosferický tlak?
• Je aplikácia nad alebo pod atmosferickým tlakom?
• Zodpovedá výstup prístroja riadiacemu systému?
• Aká jednotka sa používa – bar, kPa, MPa, psi, psig alebo psia?

9. Príklad z praxe: výber ventilu a snímača tlaku

Zákazník uvádza: prevádzkový tlak 0,6 MPa, služba pri vákuovom destilovaní, snímač tlaku. Tento technický popis je neúplný.

Ak sa myslel tlak 0,6 MPa relatívny:

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

Ak sa myslelo 0,6 MPa absolútneho tlaku:

Tlak vzhľadom na atmosféru = 0,6 MPa − 0,1013 MPa = 0,4987 MPa(g)

Rozdiel medzi týmito dvoma údajmi je približne 0,2026 MPa – teda zhruba 2 bar. Pri destilácii vo vákuu ide o chybu, ktorá nie je spôsobená zaokrúhľovaním; znamenala by nesprávny rozsah snímača a nesprávnu triedu ventilov.

10. Zhrnutie

• Tlak vzhľadom na atmosféru má za nulu atmosférický tlak.
• Absolútny tlak má za nulu dokonalé vákuum.
• Absolútny tlak = relatívny tlak + atmosférický tlak.
• Na hladine mora je atmosférický tlak približne 101,3 kPa ≈ 1,013 bar ≈ 14,7 psi.
• Väčšina mechanických tlakomerov zobrazuje tlak vzhľadom na atmosféru.
• Vacuummetre a snímače absolútneho tlaku zobrazujú absolútny tlak.
• psig = tlak vzhľadom na atmosféru; psia = absolútny tlak.
• Vždy potvrďte rozdiel medzi manometrickým a absolútnym tlakom pri medzinárodných projektoch.

Často kladené otázky

Aký je rozdiel medzi absolútnym a manometrickým tlakom?

Absolútny tlak sa meria od dokonalého vákua. Manometrický tlak sa meria od lokálneho atmosférického tlaku.

Ako prepočítam manometrický tlak na absolútny tlak?

Absolútny tlak = relatívny tlak + atmosférický tlak.

Ako prepočítam absolútny tlak na manometrický tlak?

Manometrický tlak = absolútny tlak − atmosférický tlak.

Je 100 psig rovnaké ako 100 psia?

Nie. Pri atmosférickom tlaku 14,7 psi: 100 psig = 114,7 psia a 100 psia = 85,3 psig.

Ukazujú mechanické tlakomery absolútny tlak?

Väčšina ukazuje manometrický tlak. Absolútne tlakomery existujú, ale v bežnom mechanickom meraní tlaku sú menej bežné.

Prečo sa v systémoch na vytváranie vákua používa absolútny tlak?

Vákuum je tlak nižší než atmosférický tlak. Absolútny tlak poskytuje jasnú nulovú referenčnú hodnotu od 0 kPa(abs) až po atmosférický tlak.

O firme Shanghai Xia Zhao Valve

Bezpečnostný ventil zo nehrdzavejúcej ocele s pružinovým zaťažením (fotografia produktu).

Trojdielny z nehrdzavejúcej ocele vláčik guľôčok s pákou na ovládanie (fotografia produktu).

Spoločnosť Shanghai Xia Zhao Valve dodáva priemyselné ventily, tlakové prístroje a riešenia pre riadenie tekutín zákazníkom po celom svete a slúži oblastiam úpravy vody, chemického spracovania, vykurovania, vetrania a klimatizácie (HVAC), ťažby a spracovania ropy a zemného plynu, výroby energie a systémov na vytváranie vákua.

Pri výbere ventilov alebo tlakových prístrojov pošlite nášmu technickému tímu vaše prevádzkové tlaky, druh média, teplotu a štandard pripojenia – a uveďte, či sú vaše tlakové hodnoty relatívne alebo absolútne.