Áp suất là gì? Đây là câu hỏi mà những nhà chuyên môn, người bán hàng kỹ thuật cần nắm rõ. Trong công nghiệp nói chung, đặc biệt là trong các hệ thống đường ống, các thiết bị máy móc, các nồi hơi, lò áp suất,… chúng ta thường bắt gặp thuật ngữ ” Áp suất”. Hãy cùng tham khảo bài chia sẻ để hiểu thêm về đơn vị đo này!
Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường nghe đến các khái niệm như áp suất khí quyển, áp suất dưới đáy biển,… Vậy áp suất thực chất là gì? Áp suất, trong tiếng Anh gọi là Pressure và thường được ký hiệu bằng chữ cái “P“. Áp suất là một đại lượng vật lý, được định nghĩa – được tính – được đo, được hiểu lực tác dụng vuông góc lên bề mặt của vật thể trên một đơn vị diện tích
Theo hệ đo lường quốc tế (Système International d’unités – SI), áp suất được tính bằng đơn vị Newton trên mét vuông (N/m²) và được gọi là Pascal (ký hiệu Pa). Đơn vị này được đặt theo tên của Blaise Pascal, một nhà toán học và nhà vật lý học người Pháp nổi tiếng ở thế kỷ 17
Vậy áp suất của 1 Pa có lực tác dụng như thế nào? Áp suất 1Pa rất nhỏ, xấp xỉ bằng áp suất tác dụng lên mặt bàn của một đồng đô la. Chính vì vậy, trong đơn vị đo của áp suất người ta thường sử dụng 1kPa = 1000Pa.
Như đã giải thích ở nội dung trên, chúng ta đã hiểu áp suất là gì. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp khác nhau, chúng ta bắt gặp 2 thuật ngữ ” Áp suất ” và ” Áp lực “. Chúng có khác nhau không? Đơn vị đo giống nhau hay khác nhau, thực tế và ứng dụng như thế nào? Để hiểu và nắm bắt rõ áp lực là gì, chúng ta cần hiểu về lực là gì
Trong chương trình vật lý phổ thông, lực (tiếng Anh là Force) được định nghĩa là tác động khiến vật thể thay đổi vận tốc, hình dạng hoặc trạng thái. Ví dụ như kéo, đẩy, ép,… Lực là đại lượng có hướng (đại lượng vectơ), có độ lớn và hướng xác định. Đơn vị đo lực theo hệ quốc tế SI là newton (N), ký hiệu là F.
Theo định luật này, một vật đang đứng yên hoặc chuyển động đều sẽ tiếp tục như vậy nếu không có lực tác dụng hoặc tổng hợp lực tác dụng lên nó bằng 0. Nói cách khác, để thay đổi chuyển động của vật, phải có lực tác động. Tốc độ biến thiên vận tốc của vật Δv trong khoảng thời gian Δt chính là gia tốc a của vật đó:
• a = Δv / Δt = (vf – vi)/(tf – ti). Trong đó, vf và vi là tốc độ của vật tại thời điểm tf và ti
Gia tốc của vật tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên nó và tỉ lệ nghịch với khối lượng vật. Công thức: F = m x a. Trong đó:
• F: là lực tác động (N)
• m: là khối lượng vật (kg)
• a: là gia tốc (m/s²)
Vậy mối liên quan giữa lực và áp suất là gì? Hãy xem nội dung tiếp theo để hiểu rõ
Áp lực là lực tác động vuông góc lên một bề mặt, chia cho diện tích của bề mặt đó. Nói cách khác, áp lực cho biết lực tác dụng trên mỗi đơn vị diện tích. Công thức tính là:
• FA = F ÷ A. Trong đó FA: Áp lực; F: Lực tác dụng lên diện tích chịu lực A; A: Diện tích chịu lực
Đến đây chúng ta thấy rằng áp suất và áp lực có vẻ giống nhau. Nhưng thực sự thì có sự khác nhau, vậy sự khác nhau giữa áp lực và áp suất là gì và sự khác nhau đó có gì đặc biệt, tại sao lại có 2 thuật ngữ cùng mô tả về lực tác động lên một đơn vị diện tích
Chúng ta đã phân tích ” Áp suất là gì ” và ” Áp lực là gì ” hãy cùng so sánh để thấy điểm giống và khác nhau của áp lực và áp suất là gì:
• Cùng là lực tác dụng tính trên một đơn vị diện tích
• Có chung công thức tính: Áp lực = Lực tác dụng vuông góc ÷ Diện tích bị tác dụng lực
• Áp lực dùng để chỉ lực tác dụng của vật thể rắn trên một đơn vị diện tích, còn áp suất dùng để chỉ lực tác dụng của vật thể lỏng (chất lỏng nói chung, nước, hơi, khí,…)
• Nói tới áp lực chúng ta sẽ liên tưởng ngay tới lực tác động Newton, còn nhắc tới áp suất người ta nhớ đến Pascal
Việc đo áp suất, được sử dụng bằng các loại đồng hồ đo áp suất khác nhau, tuy nhiên các đồng hồ đo này đều được sản xuất và tính toán để có được độ chính xác cao, dựa trên công thức tính áp suất
Với áp lực, trong nhiều trường hợp còn được gọi là áp suất chất rắn. Như đã trình bày ở phần trước áp suất chất rắn được tính bằng công thức:
• FA = F ÷ A
Khác với chất rắn chỉ tác dụng áp lực theo phương vuông góc với bề mặt tiếp xúc, chất lỏng lại gây áp suất theo mọi phương, lên đáy bình, thành bình và cả các vật nằm trong lòng chất lỏng. Do đó, áp suất chất lỏng được tính theo công thức: P =D × H. Trong đó:
• P – Áp suất chất lỏng, đơn vị là N/m² (Pa) hoặc các đơn vị quy đổi khác.
• D – Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m³), ví dụ: nước, dầu, xăng có giá trị khác nhau.
• H – Chiều sâu từ mặt thoáng của chất lỏng đến vị trí cần tính áp suất (m).
Ví dụ: Trọng lượng riêng của nước ở nhiệt độ 4oC là 1000kg/m3. Như vậy áp suất của nước ở nhiệt độ này và sâu 100m sẽ là 100.000Kg/m2, quy đổi bằng tương đương 10Kg/cm2 (Vì 1m2 = 10000cm2), trong tiêu chuẩn mặt bích JIS thường được viết tắt là 10K.
Áp suất khí quyển, hay còn gọi “áp suất không khí” là loại áp suất gì. Đây là thuật ngữ thân thuộc nhất về áp suất, áp suất này được gây ra bởi trọng lượng của không khí. Thoạt nghĩ rất đơn giản, tuy nhiên nhiều người chưa hiểu rõ và chi tiết áp suất đó là gì
Chân không: Trong thuật ngữ và lý thuyết cổ điển là không gian mà ở đó không chứa bất kỳ vật chất nào. Như vậy, chân không chỉ có thể tích mà không có khối lượng, do trọng lượng bằng 0, nên chân không có giá trị áp suất bằng 0 và còn được gọi là áp suất tuyệt đối
• Áp suất không khí là lực do không khí xung quanh chúng ta tác dụng, chủ yếu gồm 78% nitơ, 21% oxy và khoảng 1% khí khác (argon chiếm phần lớn). Dù nhẹ, không khí vẫn có trọng lượng và chịu lực hút Trái Đất, tạo nên áp suất.
• Ở độ cao khoảng 11 km, lớp không khí này bao quanh bề mặt Trái Đất; ranh giới giữa khí quyển và vũ trụ nằm ở khoảng 100 km. Áp suất khí quyển tiêu chuẩn được quy định là 101 325 Pa (≈ 1 bar), tương đương 760 mmHg, 29,92 inHg hoặc 14,696 psi.
• Khác với áp suất chất rắn hay chất lỏng, áp suất khí quyển không có công thức tính chung, mà thay đổi theo độ cao, nhiệt độ và độ ẩm.
Thuật ngữ “áp suất” có thể còn xa lạ với nhiều người, nhưng thực tế chúng ta đã trải nghiệm nó rất nhiều lần. Những ai thường xuyên đi máy bay, di chuyển bằng thang máy lên xuống các tòa nhà cao tầng, hoặc tham gia các trò chơi cảm giác mạnh như tàu lượn siêu tốc, bay lượn trên biển… đều từng cảm nhận rõ rệt áp suất không khí.
Khi cơ thể thay đổi độ cao đột ngột, đôi tai có thể bị ù, cổ họng hơi rát, thậm chí cảm thấy chóng mặt, đau đầu hoặc đau khớp. Một số tình huống thường gặp:
• Chơi tàu lượn trên cao
• Đi máy bay khi cất cánh hoặc hạ cánh
• Lên xuống nhanh bằng thang máy ở tòa nhà cao tầng
Trong hệ đo lường quốc tế (SI), đơn vị đo áp suất là Pascal (Pa). Tuy nhiên, ở các quốc gia hoặc khu vực khác nhau, đặc biệt là những nước có nền công nghiệp phát triển, có thể sử dụng các đơn vị áp suất khác nhau. Việc lựa chọn đơn vị còn phụ thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, đặc tính hệ thống và loại chất lỏng hoặc khí được đo. Đáng chú ý:
• Với chất lỏng, người ta thường dùng các đơn vị như áp suất cột nước hoặc áp suất thủy ngân
• Với khí quyển, áp suất được phân thành áp suất khí quyển vật lý và áp suất khí quyển kỹ thuật
Trong nhiều trường hợp, đồng hồ đo áp suất hiển thị giá trị theo một đơn vị nhất định, nhưng khi tính toán hệ thống hoặc áp suất thực tế, chúng ta lại cần đơn vị khác. Sự khác biệt này khiến việc quy đổi đơn vị áp suất trở nên cần thiết. Việc quy đổi có thể thực hiện bằng nhiều cách: Áp dụng công thức tính toán, tra bảng quy đổi có sẵn hoặc sử dụng phần mềm hỗ trợ để chuyển đổi nhanh chóng từ đơn vị này sang đơn vị khác.
Dưới đây là bảng quy đổi đơn vị áp suất được sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia và trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
Trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là trong các công việc liên quan trực tiếp đến áp suất. Việc hiểu áp suất là gì, biết rõ đơn vị đo áp suất, cũng như các giá trị liên quan có vai trò quan trọng:
• Giúp cho người vận hành, khai thác hệ thống và các thiết bị trên hệ thống một cách an toàn
• Hiểu và sử dụng đồng hồ đo áp suất đúng cách
• Kiểm tra và giám sát hệ thống, không xảy ra các hư hỏng do áp suất thực tế cao hơn áp suất giới hạn
• Trong mua bán các loại thiết bị đo, lựa chọn chủng loại và đơn vị hiển thị áp suất đúng với yêu cầu
• Lựa chọn các đồng hồ áp suất có giới hạn làm việc cao hơn áp suất hệ thống, cũng như phạm vi nhiệt độ rộng hơn nhiệt độ lưu chất và nhiệt độ môi trường
Để đo được áp suất của bất kỳ chất lỏng thuộc hệ thống bất kỳ nào, người ta sử dụng các đồng hồ đo áp suất. Hiện nay, có rất nhiều chủng loại đồng hồ đo áp suất khác nhau, được phân chia theo nhiều cách. Tuy nhiên phổ biến nhất có 12 loại, được phân chia như dưới đây:
Trong thực tế, đã có nhiều trường hợp xảy ra các vụ nổ, hỏng hóc hệ thống do áp suất thực tế vượt quá áp suất giới hạn của hệ thống. Để khắc phục điều này, các nhà thiết kế đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau
• Khi tìm hiểu Van an toàn , chúng ta đã biết rõ công dụng của van là bảo vệ hệ thống và máy móc thiết bị trên hệ thống, không vượt qua áp suất định mức. Khi áp suất của hệ thống vượt qua áp suất định mức, van tự mở và cho xả bớt một lượng lưu chất
• Tại thị trường Việt Nam có nhiều thương hiệu và loại van an toàn khác nhau, tuy nhiên hãy quý độc giả nên lựa chọn các đơn vị có kinh nghiệm kỹ thuật để có được những tư vấn chính xác, phù hợp với yêu cầu của hệ thống.
• Có nhiều loại van giảm áp khác nhau, tuy nhiên phổ biến hơn cả vẫn là các loại van giảm áp được nhập khẩu từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Italya và Đài Loan
