Psi là gì

Psi – viết tắt của pounds per square inch- là đơn vị đo áp lực thường được sử dụng để đo áp suất của khí (áp suất khí nén) hoặc chất lỏng (áp suất thủy lực). Psi cũng được sử dụng như một thước đo độ bền kéo, được định nghĩa là khả năng chống lực kéo và cường độ mô đun đàn hồi – là khả năng chống biến dạng, điều khiển độ cứng của vật liệu.

Trong áp suất khí nén và thủy lực, psi thể hiện lực tác dụng lên bình chứa của nó bằng hai chất lỏng tương đối. Trong đo áp suất lỏng, sử dụng psi thường liên quan đến khí quyển.

Đối với đo độ bền kéo trong vật liệu đơn vị Kpsi (hàng ngàn) là phổ biển và để đo mô đun đàn hồi của vật liệu đơn vị Mpsi (hàng triệu) là phổ biến.

Đồng hồ đo áp suất được sử dụng trong các thiết bị cho xe cộ, máy khí nén và thủy lực cũng như các hệ thống công nghiệp và an toàn. Trong năng lượng khí nén máy đo psi tương đương với máy đo nhiên liệu.

PSI và PSIA, PSIG

Psi là đơn vị đo thường được sử dụng ở Mỹ cho các thiết bị gia dụng, thương mại và công nghiệp. Các dụng cụ đo áp suất như đồng hồ đo áp suất và cảm biến thường hiển thị các phép đo trong psi. Hai biến thể của psi thường được sử dụng là PSIA và PSIG.

PSIG là thuật ngữ cho áp suất được chỉ đinh bởi một máy đo hoặc thiết bị đo áp suất khác. Nó cho thấy sự khác biệt giữa áp suất trong đường ống hoặc bể chứa và áp suất của khí quyển (atm).

PSIA là thuật ngữ mô tả áp suất tuyệt đối trong psi bao gồm cả áp lực của khí quyển. Áp lực tuyệt đối đôi khi còn được gọi là áp lực tổng cộng.

Cách tính PSIG và PSIA

Lưu ý rằng PSIG luôn thấp hơn PSIA. Công thức để mô tả mối quan hệ là:

PSIG+ 1 atm = PSIA và PSIA – 1 atm = PSIG ( atm là áp suất khí quyển).

Dễ dàng để tính toán PSIA hoặc PSIG hoặc chuyển đổi giữa 2 loại này.

Có thể sử dụng giá trị áp suất khí quyển thực tế cho vị trí của mình nếu có hoặc cũng có thể sử dụng 14,7 psi (áp suất khí quyển gần đúng ở mực nước biển) làm giá trị tiêu chuẩn để chuyển đổi PSIG sang PSIA và ngược lại (trừ khi bạn sống ở độ cao hoặc trong một thung lung sâu giá trị mực nước biển sẽ thay đổi). Nói cách khác, vì áp suất khí quyển ở mực nước biển là 14,7 PSIA, trừ đi PSIA 14,7 từ áp suất atm 14,7 bằng 0 PSIG.

Ví dụ áp suất tuyệt đối ở mực nước biển là 14,7 PSIA và áp suất tuyệt đối ở độ cao 1000 feet là 14,18 PSIA. Ở độ cao cao hơn có ít áp suất hơn do đó nếu đồng hồ đo áp suất tuyệt đối đươc đọc ở độ cao 1000 feet, số độ của nó sẽ gần bằng 0,5 PSI (14,7 – 14,18 = 0,52) so với áp kế từ áp kế tiêu chuẩn.

                                    Đồng hồ đo áp lực đơn vị psi

Cách chuyển đổi PSI sang KPa

Do sự tuân thủ của Mỹ và các quốc gia khác với hệ thống đo lường quốc tế, các nhà khoa học trên thế giới thấy phải chuyển đổi giữa các đơn vị trong hệ thống đó và các đơn vị trong hệ thống SI hay hệ mét phổ biển hơn nhiều. Khi đo áp suất không khí, áp suất thủy lực và các đại lượng liên quan đến khả năng chịu ứng suất của kim loại, pascal là đơn vị rất nhỏ so với PSI, vì vậy khi đo bằng đơn vị SI việc đo bằng kilopascals (kPa) là phổ biến hơn. Một kilopascal tương đương với 1000 pascals.

Kilopascal (kPa) chính xác là gì

Pascal (Pa) được đặt theo tên của Blaise Pascal, một nhà khoa học và toán học người Pháp, người đã làm việc nhiều về các vấn đề liên quan đến thủy lực. Áp suất bằng lực trên một đơn vị diện tích và trong hệ mét, lực được đo bằng Newton. Đơn vị chiều dài là mét, đơn vị diện tích là m².

1 pascal bằng 1 Newton trên m² (N/m²)

Pascal là một đơn vị nhỏ khi so sánh với các đơn vị áp suất khác chẳng hạn như PSI hoặc bar. Nó là áp lực tác động bởi 1 pound lực lan rộng trên diện tích 1 inch vuông tương đương 6,895 Newton trải rộng trên 1 mét vuông. Nói cách khác 1 PSI = 6.895 Pa

Bởi vì Pascal rất nhỏ, sử dụng cho các phép đo áp suất thấp chẳng hạn như chênh lệch áp suất trong các hệ thống thông gió. Vì vậy để dễ dàng định lượng hơn trong các phép đo bằng cách sử dụng kilopascal (10³ Pa) hoặc megapixelpascal (10⁶ Pa).

Kilopascal thường được sử dụng trong các phép đo trong khí quyển, megapixelascal thích hợp hơn cho các hệ thống có áp lực cực lớn chẳng hạn như hệ thống thủy lực.

Để chuyển đổi PSI thành kPa  cần nhớ 1 PSI = 6.895 Pascals, 1 kPa = 1000 pascals như vậy 1 kPa=0,145 PSI

Ví dụ: Áp suất không khí trong lốp xe khoảng 33 PSI tính áp suất đó trong bar và kPa

1 bar = 14,6 PSI  nên 1 PSI = 1/14,6 = 0,068 bar, 33 PSI = 33×0,068 bar = 2,26 bar

1 PSI = 6,895 kPa, 33 PSI = 227,54 kPa

Cách tính PSI trong bể chứa nước trên cao

Để tính áp suất ở đáy bể chứa nước trên cao, bạn có thể thực hiện với một quy tắc đơn giản: 1 feet nước tạo ra 0,433 psi áp lực và phải mất 2,31 feet nước để tạo ra 1 psi áp lực. Từ đó bạn có thể tìm ra psi của bất kỳ bể chứa nước trên cao nào.

Nguyên tắc tính toán: Sử dụng công thức tính áp lực P = 0,433 x chiều cao nước tính bằng feet.

Áp lực nước tại bất kỳ điểm nào trong bể được tính bằng 0,433 nhân với chiều cao của nước

Tìm chiều cao của bể nước

Chuyển đổi inch thành feet, 1 feet = inch/12, ví dụ 7 inch = 0,583 feet

Tính toán số PSI

Sử dụng quy tắc 0,433 PSI của một feet nước, hay 2,31 feet nước tạo ra 1 PSI

Ví dụ: Tính PSI được tạo ra bởi tháp nước cao 100 feet

P = 0,433 x 100 feet = 43,3 PSI

Công thức này thường được sử dụng để tìm áp suất đầu ra từ bể nhưng cũng có thể sử dụng để tìm áp suất tại bất kỳ điểm nào trong bể bằng cách đo khoảng cách từ điểm đó trong bể đến mặt nước

Cách tính lưu lượng nước GPM từ PSI

Tốc độ dòng chảy của nước tính bằng GPM có thể được tính toán từ phương trình Bernoulli. Nếu áp suất được tính bằng psi tại 2 vị trí dọc theo đường ống thì phương trình Bernoulli có thể được sử dụng để xác định vận tốc của nước. Phương trình Bernoulli nói rằng vận tốc được xác định bằng cách tính chênh lệch áp suất giữa 2 điểm nhân với 2 chia cho mật độ của nước sau đó lấy căn bậc hai. Sau đó bạn có được tốc độ dòng chảy bằng cách nhân vận tốc với diện tích mặt cắt ngang của đường ống.

Tính toán này giả định rằng diện tích mặt của bể quá lớn so với diện tích mặt cắt của ống mà nếu chia diện tích của ống theo diện tích của bể, tỷ lệ sẽ gần bằng không.

Tính toán này giả định rằng không có sự mất mát của tốc độ dòng chảy do ma sát và tốc độ dòng chảy đủ nhanh .

Ví dụ: Tính toán tốc độ dòng nước thoát ra từ bể qua một đường ống có diện tích mặt cắt ngang là 0,5 feet vuông. Áp suất bên trong bể là 94 psi và áp suất ở lối ra là áp suất khí quyển hay 14,7 psi

Các bước tính toán như sau:

Bước 1: Tính chênh lệch áp suất giữa áp suất bể và lối ra của đường ống

Trừ 14,7 từ 94 bằng 79,3 psi

Bước 2: Chuyển đổi psi sang pound per square foot.

Nhân 79,3 psi với 144 inch vuông mỗi foot vuông tương đương 11.419 pound mỗi foot vuông

Bước 3: Nhân với 2 bằng 22.838 và chia cho mật độ của nước.

Chia 22.838 cho 62.4 pound mỗi feet khối tương đương với 366

Bước 4: Lấy cặn bậc hai của 366 tương đương 19,1 feet mỗi giây

Bước 5: Nhân vận tốc 19,1 feet mỗi giây với diện tích mặt cắt ngang của ống 

0,5 feet vuông tương đương 9,57 feet khối mỗi giây.

Bước 6: Chuyển đổi feet khối mỗi giây thành gallon mỗi phút bằng cách nhân với 448,8 tương đương 4290 GPM

Cách tính áp lực nước từ thể tích bể

Tính áp lực của hình trụ thẳng đứng

Xác định áp lực nước ở đáy của một hình trụ đầy đủ thẳng đứng bằng cách chia thể tích cho tích của pi (3,14), nhân với bán kính bình phương, ra chiều cao.

Nếu chiều cao tính bằng feet thì nhân với 0,4333 để có được pound trên mỗi inch vuông psi. Nếu chiều cao tính bằng mét nhân với 1,422 để có psi

Tính áp lưc nước ở đáy bể hình cầu

Tính áp lực nước ở đáy bể hình cầu đầy đủ bằng cách nhân thể tích với 3 chia cho tích của 4 và số pi. Lấy căn bậc 3 của kết quả và nhân đôi, sau đó nhân với 0,4333 hoặc 1,422 để có psi.

Ví dụ: Một bể hình cầu có thể tích 113.100 feet khối chứa đấy nước có áp lực ở đáy:

113.100x 3/4 sau đó lấy căn bậc 3 rồi nhân với 2 và nhân với 0,4333 = 26.00 psi.

Cách tính tốc độ dòng chảy của chất lỏng với kích thước và áp suất ống

Sự sụt giảm áp suất cao hơn tác động lên đường ống tạo ra tốc độ dòng chảy cao hơn. Một ống rộng hơn cũng tạo ra lưu lượng thể tích cao hơn và một ống ngắn hơn cho phép giảm áp suất tương tự cho một lực lớn hơn.

Yếu tố cuối cùng kiểm soát độ nhớt của đường ống là dộ nhớt của chất lỏng.

Cách tính như sau:

• Bước 1: Bình phương bán kính của ống ví dụ bán kính 0,05 mét bình phương = 0,0025
• Bước 2: Nhân với áp suất giảm trên đường ống, được đo bằng pascal, ví dụ áp suất giảm 80.000 pascal: 0,0025x 80.000 = 200
• Bước 3: Nhân với số pi: 3,14x 0,0025 = 0,00785 (Đây là diện tích cắt ngang của ống)
• Bước 4: Nhân diện tích với kết quả ở bước 2: 0,00785x 200 = 1,57
• Bước 5: Nhân chiều dài của ống với 8. Ví dụ chiều dài là 30 mét: 30×8=240
• Bước 6: Nhân kết quả với độ nhớt của chất lỏng, nếu chất lỏng là nước, độ nhớt của nó là 0,01 do đó 240x 0,01 = 2,4
• Bước 7: Chia kết quả ở bước 4 cho kết quả ở bước 6: 1,57/2,4 = 0,654.
• Như vậy tốc độ dòng chảy của ống là 0,654 mét khối mỗi giây