Druckbehälter

Meine liebe Tochter ist manchmal vergesslich? Einmal vergaß er, dass er eine Getränkedose zum schnellen Abkühlen in den Gefrierschrank gestellt hatte. Später in dieser Nacht, als meine Frau etwas aus dem Gefrierschrank holte, war sie nicht angenehm überrascht, dass ein halbfester schwarzer Schmutz den größten Teil des Inneren des Gefrierschranks bedeckt hatte. Du hast es. Der Pop kann explodieren und seinen unter Druck stehenden Inhalt überall abschießen.

Sie haben vielleicht noch nicht viel darüber nachgedacht, aber überall um uns herum stehen Druckbehälter, von Limonaden über Aerosoldosen, Autoreifen, Warmwasserbereiter bis hin zu LPG-Tanks. Druckbehälter sind in industriellen Umgebungen wie Ölraffinerien, Kraftwerken und Fabriken noch offensichtlicher.

Wie der Name schon sagt, stehen Druckbehälter oder Druckbehälter unter starkem Druck, sodass sie nicht stärker als ihre schwächste Stelle sind. Ob es sich bei diesem Punkt um die Seiten handelt, wie im Fall der zerbrochenen Dose meiner Tochter, oder um die Enden, Lötstellen, Nieten oder andere Komponenten, die in den Bau des Bootes einfließen. Wie bei allem ist die Integrität von etwas nur so gut wie sein schwächster Teil. In einer industriellen Umgebung kann dies abhängig vom Inhalt des Behälters und der Schwere des Fehlers tödlich sein.

Was macht den Druck in einem Behälter zu hoch? Viele Faktoren könnten eine Rolle spielen, von einem Sicherheitsventil, das seine Funktion zur Entlastung von Überdruck nicht erfüllt, bis zum völligen Fehlen dieser Funktion. Viele von uns haben im naturwissenschaftlichen Grundschulunterricht gelernt, dass beim Erhitzen einer Substanz ihre Moleküle vibrieren und ihre Atome sich voneinander distanzieren wollen. Wenn diese Schwingung in einem geschlossenen Behälter stattfindet, wird verhindert, dass die erhitzten Atome die gewünschte Trennung durchführen. Das Ergebnis ist, dass der Druck steigt und damit auch die Neigung, die schwächsten Punkte zu verfehlen. Egal, ob es sich um einen langsamen Schlamm, einen temperamentvollen Sprudel oder eine regelrechte Explosion handelt, das Endergebnis ist im Allgemeinen dasselbe – es ist ein riesiges Durcheinander.

Das Verhalten von Gasen in unter Druck stehenden Gefäßen, die Hitze ausgesetzt sind, kann im Boyle-Charles-Gesetz zusammengefasst werden, das nach dem 17 benannt istth Der Wissenschaftler des Jahrhunderts, Robert Boyle, und ein 19th Wissenschaftler des Jahrhunderts namens Jacques Charles. Beide waren Pioniere in ihrer Untersuchung des Verhaltens von Gasen unter verschiedenen Bedingungen. Die Wissenschaft hinter ihren Beobachtungen kann in einer kleinen Formel zusammengefasst werden, die als Boyle-Charles-Gesetz für versiegelte Druckbehälter bekannt ist. Sieht es so aus:

P.1÷ T.1 = P.2÷ T.2

Dabei ist P der absolute Druck und T die absolute Temperatur.

Was ist absoluter Druck? Es ist der Druck, der gemessen wird, wenn Sie den Druck der Luft, in der wir leben, unserer Atmosphäre, die mit 14,7 PSI oder Pfund pro Quadratzoll gemessen wurde, zu dem Druck addieren, den Sie auf einem Manometer ablesen. Dieser maximale Druck wird in Pfund pro Quadratzoll absolut oder PSIA gemessen.

Was nun unter absoluter Temperatur zu verstehen ist, wird etwas anders berechnet. Dies bedeutet im Grunde, dass der Temperaturwert eines Thermometers um 460 Grad erhöht wird. Diese 460 Grad wirken als eine Art Modifizierungsfaktor, um die Gleichungen, die sich auf die Temperatur beziehen, bei 0 ° F oder darunter zu halten. Das Ergebnis wird in Grad Rankine angegeben und mit ° R bezeichnet.

Warum brauchen wir diesen Cheat-Faktor? Hier ist ein Beispiel. Wenn in der obigen Gleichung die Temperatur 0 ° F beträgt, würden Sie den Druck in der obigen Gleichung durch Null teilen. Das ist ein Nein-Nein in Mathe. Versuchen Sie, eine beliebige Zahl auf Ihrem Taschenrechner durch Null zu teilen, und sehen Sie, was ich meine.

Okay, für diejenigen unter Ihnen, die nicht zur Mathematik neigen, war das vielleicht nicht sehr klar. Versuchen wir einen anderen Ansatz.

Der wahrscheinlich beste Weg, um Ihnen zu zeigen, wie das Boyle-Charles-Gesetz funktioniert, ist das folgende Beispiel. Angenommen, Sie haben einen versiegelten Behälter, der mit Druckgas gefüllt ist. Das Gas hat eine Temperatur von 70 ° F und ein Manometer am Behälter zeigt 100 PSI an. Diese Druck- und Temperaturbedingung tritt also als P in die Boyle-Charles-Gesetzgleichung ein1 = (100 PSI + 14,7 PSI) = 114,7 PSIA und T.1 = (70 ° F + 460) = 530 ° R.

Lassen Sie uns nun einen komplizierenden Faktor einführen. Angenommen, Sie lassen den Container an einem heißen Tag in Ihrem Auto. Die Temperatur des Gases im Behälter steigt auf 150 ° F. Nun, diese Temperatur würde also als T in die Boyle-Charles-Gesetzgleichung eingehen2 = (150 ° F + 460) = 610 ° R. Angenommen, das Manometer ist beschädigt und die Nadel fällt heraus. Wie hoch wäre der Druck des Gases im Behälter bei dieser Temperatur? Verwenden wir die Boyle-Charles-Gesetzgleichung und eine kleine Algebra, um herauszufinden:

P.1÷ T.1 = P.2÷ T.2

114,7 PSIA ≤ 530 ° R = P.2÷ 610 ° R.

P.2 = (114,7 PSIA ≤ 530 ° R) × 610 ° R.

P.2 = 132 PSIA = 117,3 PSI

Dies bedeutet, dass die Integrität unseres Behälters zeigt, wenn das schwächste Glied in einem Behälter nicht mehr als 110 PSI Druck aushält und der Druck im Behälter in unserem Fall auf 117,3 PSI gestiegen ist. beschäftigt, verlobt. Wir werden zu unserem Fahrzeug zurückkehren und ein großes Durcheinander finden.

Wir werden unsere Diskussion über Druckbehälter, Lecks und wie sie in Zukunft verhindert werden können, fortsetzen.

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