Áp suất là gì? Phân loại, đơn vị, và công thức tính

Chúng ta hầu như ai cũng đã từng nghe nhắc đến áp suất, ở đời sống thì áp suất khí quyển còn đối với kỹ thuật là áp suất của chất hay máy móc. Thuật ngữ ngày rất thường được dùng nhưng không phải ai cũng có thể hiểu được nó là gì? Những công thức tính toán đơn giản hay những thiết bị đo chuyên dụng. Vì thế trong nội dung bài viết này, chúng tôi sẽ tổng hợp một số thông tin cơ bản để các bạn tiện tham khảo.

Áp suất là gì?

Trước hết, áp suất trong tiếng anh là pressure. Nó chính là tác dụng của áp lực lên diện tích bị ép hoặc nói cách khác đơn giản hơn nó là lực tác dụng vuông góc trên 1 đơn vị diện tích áp suất cụ thể. Nếu diện tích tiếp xúc càng nhỏ thì áp suất lại càng lớn.

Áp suất được ký hiệu là P và đơn vị tính của nó là N/m2. Tuy nhiên tùy thuộc vào khu vực hay máy móc mà đơn vị áp suất có thể là bar như ở Châu Âu hay PSI ở châu Mỹ hoặc Pa ở châu Á.

1 Pa (pascal) rất nhỏ, chỉ bằng lực tác động của 1 tờ tiền lên mặt bàn phẳng.

Các loại áp suất và công thức tính

Chúng ta có 6 loại áp suất thường gặp nhất đó là: chất rắn, chất lỏng và chất khí, áp suất dư, áp suất tuyệt đối, áp suất từng phần… Và công thức để tính áp suất như sau.

Áp suất chất rắn

Áp suất này chỉ xuất hiện khi chất rắn này có áp lực tác động lên 1 một bề mặt có diện tích nhất định. Có một điều lưu ý đó là: Áp suất của chất rắn chỉ có thể tác dụng lên vật ở bề mặt tiếp xúc.

Ứng dụng áp suất chất rắn thường dùng trong xây dựng công trình với giai đoạn xây móc, đón cọc, đổ tầng hoặc dùng trong y tế hay chế biến thực ẩm…

Công thức tính áp suất của chất rắn sẽ là:

P = F / S

Trong đó:

+ P: Là áp suất của chất rắn có đơn vị tính là MP, Pa, bar, Psi, mmHg…

+ F: Là lực tác động vuông góc lên bề mặt diện tích nhất định.

+ S: Diện tích của bề mặt đó, có đơn vị là: cm2, m2, mm2.

Áp suất chất lỏng và áp suất chất khí

Chắc hẳn các bạn cũng thắc mắc là tại sao chúng tôi không tách riêng để nói về công thức của chất khí, chất lỏng. Bởi vì trên thực tế, tính chất của khí và chất lỏng nó tương tự nhau.

Áp suất chất lỏng là gì ? Áp suất của chất lỏng chính là lực đẩy của chất lỏng dịch chuyển ở bên trong đường ống. Nếu lực đẩy của dòng chất lỏng càng lớn thì áp suất cản càng lớn. Nếu lực đẩy của dòng chất lỏng càng nhỏ thì áp suất cản cũng càng nhỏ. Chất lỏng có thể là nước lạnh, nước nóng, dầu, nhớt…

Áp suất của chất khí chính là luồng khí di chuyển bên trong đường ống. Đó có thể là khí nén, gas, hơi…Dòng khí di chuyển càng nhanh thì áp lực tạo ra càng lớn và ngược lại.

Công thức tính của áp suất chất khí, chất lỏng là:

P = d * h

Trong đó:

+ P: Áp suất ở đáy của cột chất khí, chất lỏng.

+ d: Trọng lượng riêng của khí nén hay chất lỏng, có đơn vị là N/m2.

+ h: Chính là chiều cao của cột chất lỏng hoặc khí, có đơn vị là m, mm, cm.

Áp suất riêng phần

Khái niệm áp suất riêng phần sẽ được hiểu đơn giản đó là áp suất của 1 chất khí được hình thành và có trong thành phần hỗn hợp khí.

Áp suất này xuất hiện từ rất lâu đời và được nói đến trong định luật Dalton như sau: Tổng áp suất của hỗn hợp khí không phản ứng bằng tổng các áp suất từng phần của những khí riêng lẻ nếu xét trong hỗn hợp khí gồm nhiều chất khí không phản ứng với nhau.

Áp suất riêng phần sẽ được tính bằng công thức:

Pi = xi * p

Trong đó:

+ Pi chính là áp suất riêng từng phần của khí.

+ xi: Chính là mol xi của cấu tử i trong 1 hỗn hợp khí cần tính.

+ p: Là áp suất toàn phần.

Áp suất dư

Ngoài tên gọi là áp suất dư thì chúng ta có thể gọi nó là áp suất tương đối. Nó chính là áp lực tại một điểm bên trong chất thủy lực, chất khí hoặc chất lỏng. Áp suất này được xác định thông qua việc lấy mốc áp suất khí quyển ở các khu vực xung quanh

Áp suất dư luôn phải được các kỹ thuật viên tính toán theo công thức

Pd = P – Pa

Với:

+ Pd là áp suất dư.

+ P là áp suất tuyệt đối.

+ Pa là áp suất tương đối.

Áp suất tuyệt đối

Áp suất tuyệt đối được hiểu là tổng áp suất sử dụng có thể là khí quyển hoặc do cột chất lỏng thủy lực tác động lên 1 điểm ở bên trong lòng chất lỏng.

Áp suất này được coi là tiêu chuẩn nếu so sánh với môi trường 100% chân không. Người ta có thể tính áp suất tuyệt đối bằng áp suất khí quyển cộng với áp suất tương đối.

Công thức tính áp suất tuyệt đối là:

P = Pa + Pd

Trong đó:

+ P: Là áp suất khí quyển.

+ Pa: Là áp suất tương đối hay còn gọi là áp suất tuyệt đối.

+ Pd: Là áp suất tuyệt đối.

Đơn vị đo áp suất có thể là: bar, Mpa, Psi, kg/cm2…

Ý nghĩa của áp suất

Áp suất được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp hay đời sống của con người. Nó có ý nghĩa vô cùng quan trọng, xuất hiện ở trong bệnh viện, trường học, nhà máy hay trong máy bay và thậm chí là cơ thể của con người, cây xanh.

+ Trong lĩnh vực sinh học: Với 1 cây xanh, áp suất là nguồn lực để vận chuyển nước từ rễ đến cung cấp cho ngọn cây. Với con người, áp suất sẽ giữ hồng cầu không bị treo khi dùng dung dịch đẳng trương trong máu. Vì vậy mà áp suất ứng dụng trong y tế mạnh mẽ: cung cấp oxi cho người bệnh, các máy móc trong phòng phẫu thuật, phòng thí nghiệm…

+ Đối với ngành công nghiệp sản xuất, chế biến: Áp suất luôn là thành phần thiết yếu đối với các hệ thống của nhà máy xử lý nước thái, sản xuất hóa chất, luyện kim, cơ khí chế tạo, lọc dầu, chế biến thực phẩm…

+ Đối với đời sống con người: Áp suất khí nén giúp thổi sạch bụi bẩn, làm khô vật dụng, bơm căng các lốp xe, ứng dụng để nâng hạ vật nhỏ hoặc trung bình. Nó là phần không thể thiếu đối với máy bơm xe, máy nén khí…

Từng lĩnh vực khác nhau thì áp suất lại có nhiệm vụ khác nhau nhưng nhìn chung thì đều góp phần vận hành hệ thống, máy móc ổn định, an toàn và năng suất nhất. Và những thiết bị đo áp suất phải được lắp đặt để có thể kiểm soát mức áp và giúp con người điều chỉnh kịp thời.

Các đơn vị đo áp suất

Ở châu Á, chúng ta làm quen với 4 đơn vị đo áp suất thông dụng là: Bar, Pa, Mpa, Kpa.

Đơn vị đo áp suất Bar

Bar chính là một đơn vị đo áp suất tuy nhiên nó lại nằm ngoài hệ thống đơn vị quốc tế. Bar xuất hiện vào khoảng thời gian 1793 nhưng mãi đến năm 2004, Bar mới được công nhận là một đơn vị tại các nước châu Âu.

Theo như bảng quy đổi thì 1 bar = 14.5 Psi và = 750 mmHg

1 bar = 0.1 Mpa và = 100000 Pa

Đơn vị Pa

Pa là viết tắt của pascal, được đặt tên theo nhà vật lý học tìm ra nó. Nó là đơn vị đo lường áp suất thuộc hệ thống đơn vị đo lường áp suất quốc tế. Thực tế 1 Pa rất nhỏ, nó chỉ bằng áp lực của 1 đồng xu tiền nhỏ đặt trên mặt bàn.

1 Pa = 1N/m2

Pa được sử dụng nhiều nhất ở châu Á khi dùng để tính toán áp suất trong xây dựng, máy nén khí, bình nóng lạnh…

Đơn vị đo Mpa

Mpa là viết tắt của cụm từ Mega pascal. Đây là một đơn vị đo áp suất thuộc hệ thống đơn vị đo lường áp suất quốc tế và nó có quan hệ mật thiết với các đơn vị khác. Người ta sử dụng Mpa trong việc đo áp của các nồi hơi, lò sấy công nghiệp, trên các đồng hồ đo áp bởi vì nó lớn hơn rất nhiều lần so với Pa.

1 Mpa = 1000000Pa và = 1000 Kpa

Đơn vị đo áp suất Kpa

Kpa là từ viết tắt của kilopascal, là một đơn vị đo áp lực khá quen thuộc với dân kỹ thuật ở nhiều quốc gia. Tại Mỹ, bên cạnh việc sử dụng Psi thì nhiều người trong tính toán áp suất vẫn sử dụng Kpa.

1 Kpa = 1000 pa và = 0.14504 Psi

1 Kpa = 0.1 bar và = 7.5 mmHg

Sử dụng đơn vị áp Kpa sẽ giúp đơn giản các phép tính toán và đưa ra kết quả ngắn gọn.

Bảng quy đổi đơn vị đo áp suất

Bảng quy đổi này được chúng tôi bố trí đơn giản và dễ hiểu nhất với tất cả các đơn vị áp suất thông thường Psi, Mpa hay mmhg…Khách hàng có thể dễ dàng chọn và chuyển đổi theo đơn vị mà mình muốn.

Việc xác định mức áp ban đầu sẽ được thực hiện qua các thiết bị đo lường quen thuộc như: đồng hồ đo áp, cảm biến điện tử…

Đơn vị Pascal Bar At Atm Torr Psi 1 Pa 1 N/m2 10−5 1,0197×10−5 9,8692×10−6 7,5006×10−3 145,04×10−6 1Bar 100000 106 dyne/cm2 1,0197 0,98692 750,06 14,504 1At 98.066,5 0,980665 1 kgf/cm2 0,96784 735,56 14,223 1 Atm 101.325 1,01325 1,0332 1 atm 760 14,696 1 Torr 133,322 1,3332×10−3 1,3595×10−3 1,3158×10−3 ≡ 1 Torr

≈ 1 mmHg

19,337×10−3 1 Psi 6.894,76 68,948×10−3 70,307×10−3 68,046×10−3 51,715 1 lbf/in2

Hoặc khách hàng có thể tham khảo bảng quy đổi sau:

Cách điều chỉnh áp suất

Việc tăng hay giảm áp suất rất quan trọng bởi nó ảnh hưởng đến cả hệ thống và những thiết bị có liên quan nên người kỹ thuật phải tính toán và cân nhắc thật kỹ.

Cách làm tăng áp suất

Đối với một số hệ thống thì việc tăng áp suất chất lỏng là cần thiết để hoạt động được ổn định hiệu quả hơn.

+ Giảm diện tích bề mặt ép và tăng lực tác động theo hướng vuông góc.

+ Giữ nguyên diện tích bề mặt bị ép và tiến hành tăng lực tác động.

+ Tăng diện tích bề mặt ép và giữ áp suất ở nguyên mức.

Có một điều mà chúng tôi luôn lưu ý với khách hàng đó là: Nếu áp suất tăng quá cao vượt mức chịu đựng của lớp vỏ sẽ gây ra vụ nổ lớn, lực tác động sẽ phá hủy bề mặt của vật xung quanh. Nó gây hại cho sức khỏe và tính mạng con người, vỡ bể chứa, đổ bể các công trình… nên cần phải cẩn thận.

Cách làm giảm áp suất

Nếu áp suất tăng quá cao thì chúng ta phải tìm biện pháp để có thể điều chỉnh giảm áp suất. Có 3 cách mà chúng tôi thường sử dụng để giảm áp, đó là:

+ Giảm diện tích bề mặt bị ép và giữ nguyên áp lực.

+ Giảm đồng thời áp suất và diện tích bề mặt bị ép.

+ Giảm áp suất nhưng vẫn giữ nguyên diện tích bề mặt bị ép.

Các thiết bị đo phổ biến hiện nay

Áp suất là một yếu tố cực kỳ quan trọng để bạn có thể vận hành máy móc an toàn, năng suất. Chính vì thế mà việc chọn lựa, cân nhắc các thiết bị đo áp phải được thực hiện nghiêm túc. Bạn có thể chọn:

Đồng hồ đo áp suất

Đây là thiết bị cơ học, đóng vai trò phụ kiện trong hệ thống với nhiệm vụ đo và hiển thị mức áp suất của môi chất tại thời điểm đo. Người dùng chỉ cần quan sát chỉ thị của kim đo và kịp thời có điều chỉnh nếu bị hạ áp hoặc tăng áp suất quá mức.

Nó hoạt động dựa trên nguyên lý sự giãn nở của ống bourbon gắn ở bên trong bộ truyền động. Dải thang đo của đồng hồ rất rộng từ áp suất âm đến 1000 bar tùy loại.

Môi chất đo rất đa dạng: từ khí nén, hơi, nước lạnh, nước nóng cho đến nhớt, dầu, hóa chất, dung môi hữu cơ… Đồng hồ áp suất có tên tiếng anh là Pressure Gauge, được xem là giải pháp vừa đơn giản vừa tiết kiệm chi phí để hỗ trợ hệ thống làm việc an toàn, hiệu quả.

Một số loại đồng hồ hiện có trên thị trường: Đồng hồ chân sau, đồng hồ chân đứng, đồng hồ màng, đồng hồ dầu, đồng hồ không dầu… Tùy thuộc vào môi trường làm việc cũng như vị trí lắp mà người dùng có thể chọn loại đồng hồ có dầu chống hư kim khi rung lắc hoặc đồng hồ có chân sau vuông góc với mặt đồng hồ…

Nếu bạn quan tâm đến thiết bị này có thể tìm lại đọc bài phân tích chuyên sâu về loại, cấu tạo cũng như ứng dụng của đồng hồ đo áp lực mà chúng tôi đã chia sẻ nhé.

Cảm biến đo áp suất

Nếu đồng hồ là thiết bị cơ thì cảm biến đo áp suất là thiết bị điện tử. Chức năng của nó là thu tín hiệu áp suất chất khí, chất lỏng và chuyển sang tín hiệu điện.

Nguyên lý của thiết bị khá đơn giản: Nguồn áp suất tác động lên cảm biến, cảm biến sẽ đưa giá trị về vi xử lý. Sau khi đã xử lý tín hiệu sẽ đưa tín hiệu ra bên ngoài.

Một cảm biến đo áp suất sẽ có cấu tạo gồm: Bộ khuếch đại tín hiệu, bộ kết nối điện, màng cảm biến xuất ra tín hiệu, chân kết ren và vỏ ngoài làm bằng kim loại chống oxi hóa tốt.

Nếu ở những vị trí khó lắp đặt đồng hồ, không thuận tiện cho việc quan sát bằng mắt thường hoặc môi trường độc hại thì người ta sử dụng thiết bị này. Cảm biến chuyên dùng cho trong các nhà máy cơ khí chế tạo, luyện kim, sản xuất hóa chất…để thông báo tín hiệu áp suất giúp con người có thể kiểm soát và điều chỉnh áp sao cho hợp lý.

Cảm biến đo áp suất có mặt hiển thị đồng hồ điện tử

Thiết bị này là sự kết hợp của mặt hiện thị đồng hồ điện tử với cảm biến áp để có thể vừa đo mức áp vừa hiển thị áp dưới dạng số tại thời điểm đo. Nhờ có thiết bị này mà người dùng có thể đọc kết quả đo nhanh chóng, ghi chép và phân tích số liệu chính xác nhất.

Thiết bị này thường dùng ở các nhà máy sản xuất và lắp ráp ô tô, sản xuất xi măng, luyện thép, nhà máy giấy, phân bón…

Máy đo áp suất

Ưu điểm của máy đo áp suất đó là:Thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, dễ sử dụng, cho kết quả nhanh và chính xác. Sự ra đời ngày càng nhiều các máy đo áp suất với tích hợp nhiều tính năng mới như: Chuyển đổi đơn vị đo, có nhiều chế độ đo cho từng loại môi chất…

Máy đo áp lực sử dụng cảm biến áp suất là đầu đo để thu tín hiệu áp suất và sau đó chuyển thành tín hiệu điện năng cấp về thân máy. Tại đây, thông qua bộ phận xử lý sẽ cung cấp thông số áp suất cho người dùng.

Một máy đo chính hãng có thể cho bạn chọn đến 11 đơn vị đo áp, rất thuận tiện cho công việc của khách hàng. Máy đo áp suất rất cần thiết nhất là với việc thiết lập, điều chỉnh máy điện chạy bằng năng lượng, thử nghiệm cho máy bơm nước, áp suất lò hơi hay quạt gió.

Với những kiến thức cơ bản về áp suất mà chúng tôi vừa nêu ở trên, hy vọng bạn đã có thể tự tin tính toán và lựa chọn thiết bị đáp ứng các yêu cầu cho hệ thống làm việc của mình. Nếu có bất kỳ thắc mắc gì, bạn hãy liên hệ ngay với chúng tôi để được hỗ trợ giải đáp nhé.