Quando si misura la pressione ci sono numerosi fattori da considerare. Naturalmente, tra questi rientrano anche le proprietà della sostanza.
Una distinzione fondamentale è se si tratta di una sostanza comprimibile o incomprimibile. Per sostanze comprimibili si intendono quelle sostanze la cui densità, e quindi anche il volume, dipendono dalla pressione. Ciò vale per i gas. Le sostanze incomprimibili hanno un volume costante, indipendentemente dalla pressione. A questa categoria appartengono soprattutto i fluidi. Va però notato, che l’incomprimibilità rappresenta un caso ideale che non esiste nella realtà. Tuttavia, nella pratica, fluidi come l’acqua o l’olio idraulico sono considerati incomprimibili, poiché in prima approssimazione sono incomprimibili. Si considera, dunque, che in normali condizioni l’acqua nelle tubature è incomprimibile, poiché questo facilita enormemente i calcoli, rendendo trascurabili gli errori risultanti.
Un esempio a tal riguardo è il calcolo della portata volumetrica. Dal momento in cui i fluidi in prima approssimazione sono incomprimibili, cioè la densità non cambia, se a flusso volumetrico costante la sezione trasversale del flusso si allarga o si restringe (e quindi si ha una variazione di pressione), si applica la legge di continuità:
Q = A1 •v1 = A2 • v2
La legge di continuità così formulata non vale per i gas per via della loro comprimibilità.
In questo modo abbiamo già anticipato il prossimo punto. Anche la differenza tra la statica e la dinamica è importante. Con la statica si indica un equilibrio di forze. In questo caso, a causa della compensazione delle differenze di pressioni, non si ha alcun flusso.
Diversa, invece, è la situazione con la dinamica. In questo caso bisogna distinguere vari tipi di flusso:
- Flusso stazionario: un flusso stazionario si verifica quando la velocità di flusso è costante nel tempo.
- Flusso transitorio: si parla di flusso transitorio quando si verificano cambiamenti nel tempo. È il caso, ad esempio, delle pompe e delle aperture delle valvole. Si va da shock dinamici a picchi di pressione, che possono anche danneggiare i tubi.
- Flusso laminare: nel caso di flusso laminare il fluido scorre in strati non mescolati tra loro. Non si verificano turbolenze e i singoli strati possono presentare velocità diverse.
Anche l’attrito svolge un ruolo importante. Qui bisogna distinguere tra attrito esterno e attrito interno. Il primo si riferisce all’attrito che si verifica tra il fluido e una parete (ad esempio la parete interna del tubo attraverso cui scorre il fluido). L’attrito interno si trova ad esempio in un flusso laminare, dove i singoli strati del fluido si fanno attrito tra loro. L’attrito che agisce sul flusso dipende da diversi parametri e richiede calcoli complessi. I parametri sono la ruvidità della parete, la velocità del flusso, la densità e la viscosità. Quest’ultimo parametro dipende a sua volta dalla temperatura, cosa che complica ulteriormente il calcolo.
Ritorniamo alla differenza tra la statica e la dinamica: si parla di misurazione della pressione statica quando si vuole calcolare la pressione gravitazionale (chiamata anche pressione idrostatica). In questo caso per pressione si intende la pressione presente in un fluido fermo sotto l’influenza della forza di gravità. La pressione idrostatica viene per esempio misurata per determinare il livello di riempimento dei serbatoi. Anche qui la differenza tra sostanze comprimibili e sostanze incomprimibili è essenziale, poiché, ad esempio, il calcolo della pressione idrostatica dell’acqua è nettamente più facile del calcolo della pressione di un gas comprimibile.
La massa delle sostanze incomprimibile è data dalla densità per il volume, ovvero è uguale alla densità per l’area per l’altezza. Per calcolare la pressione idrostatica si applica:
p = F/ A = ρAhg/A = ρgh
ρ = pressione
F = forza
A = area
p = densità
h = altezza
g = accelerazione di gravità
In questa equazione la pressione è proporzionale alla profondità. La forma o la sezione trasversale del contenitore non svolge alcun ruolo. La pressione idrostatica, quindi, non dipende dal volume all’interno del contenitore, ma dal livello di riempimento. Questo fenomeno è conosciuto anche con il nome di paradosso idrostatico.
Immagine 1: paradosso idrostatico
Insomma, mentre la pressione statica viene utilizzata per misurare il livello di riempimento, la misurazione della pressione dinamica viene utilizzata per misurare la portata volumetrica o la portata molare. Per saperne di più leggi qui.