تفاوت فشار گیج و ابسولوت چیست؟

فشار گیج و فشار ابسولوت دو روش متفاوت برای بیان فشار سیالات هستند که انتخاب اشتباه میان آن‌ها می‌تواند باعث خطا در اندازه‌گیری، انتخاب نادرست تجهیزات و اختلال در کنترل فرایند شود. فشار گیج مقدار فشار را نسبت به فشار اتمسفر محیط اندازه‌گیری می‌کند؛ بنابراین در شرایط عادی، گیج فشار عدد صفر را نشان می‌دهد. در مقابل، فشار ابسولوت یا فشار مطلق نسبت به خلأ کامل سنجیده می‌شود و فشار جو را نیز در مقدار اندازه‌گیری‌شده در نظر می‌گیرد.

تفاوت فشار گیج و ابسولوت بیشتر در نقطه مرجع اندازه‌گیری آن‌هاست. فشار گیج نسبت به فشار اتمسفر اندازه‌گیری شده و در هوای آزاد صفر است. اما فشار ابسولوت نسبت به خلا کامل اندازه‌گیری شده و مقدار آن در سطح دریا 1.013 BAR است. به‌طور کلی، فشار مطلق از مجموع فشار گیج و فشار اتمسفر به دست می‌آید. شناخت این تفاوت برای انتخاب و خرید ترانسمیتر فشار، گیج فشار، تجهیزات خلأ و ابزارهای اندازه‌گیری مورد استفاده در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، تأسیسات و فرایندهای صنعتی ضروری است. در ادامه این مقاله بررسی می‌کنیم فشار گیج و ابسولوت چیست، چه تفاوتی با یکدیگر دارند و هرکدام در چه کاربردهایی استفاده می‌شوند.

فشار گیج چیست؟

فشار گیج (Gauge Pressure) فشاری است که نسبت به فشار اتمسفر محلی اندازه‌گیری می‌شود. گیج فشار در هوای آزاد عدد صفر را نشان می‌دهد، چون فشار اتمسفر را به عنوان نقطه مبدا در نظر می‌گیرد. هر عددی که روی گیج فشار می‌خوانید، در واقع اختلاف فشار بین نقطه اندازه‌گیری و هوای محیط است.

نقطه مبدا

همان فشار اتمسفر محلی در حدود 1.013 BAR سطح دریا است. گیج فشار این نقطه را به عنوان صفر فرض کرده و هر چه بالاتر را فشار مثبت و هر چه پایین‌تر از آن را فشار منفی یا وکیوم نشان می‌دهد.

نمادگذاری

این فشار در محاسبات مهندسی با پسوند g مشخص می‌شود. اما اگر روی گیجی عدد bar نوشته شده، در واقع محاسبات را با مبنای barg انجام داده است.

تاثیر ارتفاع

فشار اتمسفر با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد. پس نقطه صفر فشار گیج در مناطق مختلف از سطح دریا تا شهرهای مرتفع اندکی متفاوت است.

مقادیر منفی

گیج هر مقدار فشار زیر اتمسفر را به شکل منفی نشان می‌دهد. این محدوده در فشار گیج با عنوان منطقه وکیوم معرفی می‌شود. معمولاً دقت گیج‌ فشار در منطقه وکیوم کم است و بهتر است که از گیج‌های تخصصی ابسولوت استفاده شود.

کاربردها

گیج فشار ابزار اندازه‌گیری در کاربردهای عمومی و فرایندهای صنعتی روزمره مانند طراحی پمپ‌ها، کمپرسورها، بویلرها، خطوط انتقال سیالات، تست فشار خطوط لوله، گیج پکیج و… است.

فشار ابسولوت چیست؟

فشار ابسولوت (Absolute Pressure) فشاری است که با مبدا صفر مطلق (خلاء کامل) اندازه‌گیری می‌شود. در این مقیاس نقطه صفر به معنای نبود کامل هر گونه فشار اعم از فشار فرایندی و یا اتمسفری است. به همین دلیل نقطه صفر گیج فشار یا همان فشار اتمسفریک در این مقیاس برابر با 1.013 بار (14.7 پاسکال) می‌شود. این مبدا ثابت و غیرقابل تغییر است تا فشار ابسولوت کاملاً مستقل از شرایط محیطی، ارتفاع از سطح دریا و نوسانات جوی اندازه‌گیری می‌شود.

نقطه مبدا

نقطه مبدا این فشار خلا کامل صفر BAR است. در این نقطه هیچ مولکول هوایی داخل محفظه وجود ندارد. در این صورت مخزنی که گیج فشار آن صفر است، همچنان به اندازه 1.013 بار فشار ابسولوت داخل آن وجود دارد.

نمادگذاری

برای تمایز دقیق از فشار گیج، این فشار را با پسوند a و عبارت‌هایی مانند psia، bara و یا Pa(a) نشان می‌دهند. البته در مباحث علمی و مهندسی طراحی سیستم‌های ترمودینامیکی وقتی صحبت از فشار می‌شود، معمولا منظور همین فشار ابسولوت است.

تاثیر ارتفاع

برخلاف گیج فشار، صفر ابسولوت مستقل از ارتفاع است. چه در کنار دریا باشید یا در نوک یک قله ۷۰۰۰ متری، فشار ابسولوت یک مخزن تغییری نمی‌کند. به همین دلیل برای محاسبات علمی و طراحی تجهیزات حساس از فشار ابسولوت استفاده می‌کنند.

کاربردها

فشار ابسولوت معیار طراحی سیستم‌های ترمودینامیکی بسیار حساس و دقیق است. از این فشار برای طراحی سیستم‌های وکیوم و تقطیر در خلا، محاسبات ترمودینامیکی گازها، سیکل‌های تبرید و محاسبه دانسیته در دماها با فشارهای مختلف، طراحی مخازن تحت فشار، طراحی کمپرسورهای چند مرحله‌ای، صنایع دارویی و غذایی و… استفاده می‌شود.

تفاوت اصلی فشار گیج و فشار مطلق

فشار گیج و فشار مطلق در نقطه مبدا متفاوت هستند. گیج به شکلی طراحی شده که فشار اتمسفر را صفر در نظر می‌گیرد و سپس هرچه بالاتر و یا پایین‌تر از آن را به عنوان فشارهای مثبت و منفی نشان می‌دهد. اما صفر در فشار مطلق (ابسولوت) شرایط خلاء کامل است و فشار اتمسفر را در حد یک BAR نشان می‌دهد. تفاوت فشار گیج و ابسولوت در ظاهر خیلی ساده است، اما بعید است در طراحی سیستم‌های فرایند همزمان به هر دو نیاز داشته باشید. در جدول زیر تفاوت فشار گیج و ابسولوت را با جزئیات فنی بررسی کرده‌ایم.

نوع و محدوده فشار نیز در انتخاب ابزار اندازه‌گیری اهمیت دارد. برای سیالات خورنده، ویسکوز یا دارای ذرات جامد، استفاده از گیج فشار دیافراگمی می‌تواند از تماس مستقیم مکانیزم اندازه‌گیری با سیال جلوگیری کرده و دقت و عمر تجهیز را افزایش دهد. همچنین در سیستم‌های تهویه، اتاق‌های تمیز، مشعل‌ها و خطوط گاز کم‌فشار، گیج فشار میلی بار برای اندازه‌گیری دقیق فشارهای بسیار پایین به کار می‌رود. در هر دو مورد، باید مشخص شود که فشار موردنظر بر مبنای گیج اندازه‌گیری می‌شود یا ابسولوت تا تجهیز متناسب با شرایط فرایند انتخاب شود.

رابطه بین فشار گیج، فشار اتمسفر و فشار ابسولوت

رابطه بین فشار گیج، اتمسفر و ابسولوت یک فرمول ساده خطی است:

P_abs = P_gauge + P_atm

در این فرمول عبارت‌های P_abs ، P_gauge و P_atm به ترتیب فشارهای ابسولوت، گیج و اتمسفر هستند. این فرمول ساده بیان می‌کند که خیلی راحت می‌توانید با اضافه کردن فشار اتمسفر به فشار گیج مقدار ابسولوت آن را محاسبه کنید. ولی چند نکته کلیدی هم وجود دارد:

نکته اول: اندازه‌گیری دقیق فشار اتمسفر الزامی است

در این فرمول P_atm یک مقدار همیشه ثابت 1.013 بار نیست. این مقدار فقط در سطح دریا و دمای ۱۵ درجه سانتیگراد محاسبه شده است. اما در ارتفاع‌های بالاتر و یا محیط‌های خیلی گرمتر یا خیلی سردتر مقدار فشار اتمسفر تغییر می‌کند. به عنوان مثال فشار اتمسفر در شهری مانند تهران حدوداً 0.8 بار است. همچنین مقدار این فشار با تغییرات آب و هوایی روزانه نیز نوسان دارد.

نکته دوم: تبدیل در شرایط عملیاتی

در شرایط عملیاتی باید مقدار فشار گیج یا ابسولوت را با در نظر گرفتن موقعیت جغرافیایی محاسبه کنید. به عنوان مثال اگر گیج فشاری در خطوط لوله مقدار ۴ بار را نشان می‌دهد و فشار اتمسفر در منطقه مرتفع ۲۰۰۰ متری مقدار 0.9 بار شده است، فشار ابسولوت 4.9 بار است. این اختلاف‌های کوچک در سیستم‌های دقیق و محاسبات ترمودینامیکی زمینه‌ساز خطاهای قابل توجهی هستند.

نکته سوم: تبدیل در شرایط وکیوم

وقتی گیج مقدار منفی در شرایط وکیوم را نشان می‌دهد، پس مقدار فشار داخل مخزن قطعاً از فشار اتمسفریک در محل جغرافیایی مورد نظر کمتر است. حالا فرض کنید تاسیسات واحد کارخانه‌ای در یک منطقه مرتفع ۳۰۰۰ متری باشد و گیج فشار مخزن رآکتور عدد 0.6- بار را نشان می‌دهد. در این صورت فشار ابسولوت را باید از اختلاف فشار وکیوم و اتمسفریک محل مرتفع محاسبه کنید. این یعنی هرچه عدد منفی گیج فشار بزرگتر باشد، فشار ابسولوت کمتر شده و به صفر نزدیک‌تر است.

نکته چهارم: تبدیل در فشارهای بالا

این فرمول در تمام فشارها از وکیوم تا بسیار بالا و چند صد BAR صادق است. اما اختلاف یک BAR در یک بازه چند صد تایی چندان تاثیری ندارد. به عنوان مثال تفاوت فشار گیج و ابسولوت در فرایندهای بالای ۲۰ بار فقط ۵ درصد است. به همین دلیل در بسیاری از کاربردهای فشار بالا این اختلاف نادیده گرفته می‌شود.

چگونه فشار اتمسفریک محل را پیدا کنید؟

فرمول ارتباط فشار گیج و ابسولوت خیلی سرراست است، اما هر مهندسی می‌داند که ماجرا به همین سادگی نیست. اگر در محاسبات خود نیاز به تبدیل فشار گیج به ابسولوت دارید از فشار اتمسفر استاندارد 1.013 بار استفاده نکنید، مگر اینکه در سطح دریا باشید. با توجه به تجربه همیشه برای محاسبات فشار اتمسفر محل نصب تجهیزات از داده‌های هواشناسی محل استفاده می‌کنم. زیرا بارومتر هواشناسی منطقه به خوبی مقدار فشار اتمسفریک موقعیت جغرافیایی محل را گزارش می‌دهد.

از طرفی توصیه می‌کنم که در سیستم‌های وکیوم هرگز از گیج‌های معمولی برای اندازه‌گیری دقیق استفاده نکنید. زیرا بارها تجربه کرده‌ام که دقت آنها در محدوده‌های منفی بسیار پایین است. بهتر است برای اندازه‌گیری فشار در محدوده وکیوم از ترنسمیتر فشار ابسولوت با رنج صفر الی یک bara استفاده کنید. همچنین همواره در مستندات فنی و دیتاشیت‌ها همیشه واحد فشار را با پسوند g یا a کاملاً دقیق مشخص کنید تا از سردرگمی و خطا در مراحل بعدی جلوگیری شود.

گیج فشار کدام فشار را نشان می‌دهد؟

گیج‌های فشار که در سطح بازار عرضه می‌شوند، همگی فشار گیج (Gauge Pressure) را نشان می‌دهند. این فشار همان اختلاف فشار بین نقطه اندازه‌گیری و فشار اتمسفر محیط است. به همین دلیل عقربه فشارسنج‌های معمول بازار در هوای آزاد روی مقدار صفر قرار می‌گیرد. زیرا هر دو سمت گیج از داخل لوله بوردون و بیرون آن تحت فشار اتمسفر قرار گرفته و اختلافشان صفر است.

در ساختمان داخلی گیج‌های معمولی یک لوله بوردون یا دیافراگم تعبیه شده است که از یک سمت به فرایند و از سمت دیگر به هوای آزاد محیط در ارتباط هستند. این ارتباط از طریق سوراخ تهویه پشت بدنه گیج انجام می‌شود. به همین دلیل اگر سوراخ تهویه پشت بدنه این گیج‌ها را بپوشانید، دیگر قادر به اندازه‌گیری دقیق فشار فرایند نیستند. گیج‌های خاصی که می‌توانند فشار ابسولوت را اندازه‌گیری کنند، بسیار گران قیمت‌تر از گیج‌های معمولی هستند و با مشخصه‌های فنی دقیقی معرفی می‌شوند تا هر کسی به راحتی آنها را از گیج‌های معمولی تشخیص دهد.

هنگام انتخاب سنسور فشار، گیج بخریم یا ابسولوت؟

بررسی تفاوت فشار گیج و ابسولوت نهایتاً برای آن است که در پروژه‌های واقعی به درستی آنها را از یکدیگر تفکیک کنید. انتخاب بین سنسور فشار گیج و ابسولوت، تصمیمی استراتژیک است که اگر اشتباه کنید تمام اندازه‌گیری‌های بعدی و ملاحظات مهندسی سیستم زیر سوال می‌رود. برای انتخاب باید به یک سوال ساده پاسخ دهید، اینکه آیا فشار اتمسفر در فرایند شما نقشی دارد یا خیر؟ اجازه دهید تا این انتخاب را در یک راهنمای مهندسی شده بررسی کنیم. 

چه زمانی سنسور گیج بخرید؟

خرید گیج فشار برای اکثر کاربردهای صنعتی روزمره انتخاب درستی است. هرجا که اختلاف فشار با محیط برای طراحی سیستم و فرایند مهم است و لزوماً نیازی به خود فشار مطلق ندارید، خرید گیج‌های معمولی کافی است. گیج‌ها ارزان‌، ساده‌ و فراوان‌تر هستند، اما یادتان باشد که در شهرهای مرتفع مانند تهران صفر گیج 0.8 بار ابسولوت است. باید این اختلاف را در تنظیم آلارم‌ها و سوئیچ‌های فشاری لحاظ کنید. همچنین اگر گیج را برای تست هیدروستاتیکی مخازن تهیه می‌کنید، حتماً از گیج‌های کلاس ۱ یا بالاتر استفاده کنید. یک گیج خیلی معمولی کلاس 2.5 یا ۴ مناسب فعالیت‌هایی مانند تست هیدرواستاتیکی نیست. در کل سنسور گیج برای موارد زیر کارایی دارد:

• پمپ‌ها و کمپرسورها برای اندازه‌گیری فشار خروجی
• بویلرها و مخازن ذخیره برای اندازه‌گیری فشار داخل مخزن
• تست فشار خطوط لوله
• تاسیسات و پکیج‌ها برای اندازه‌گیری فشار آب سیستم گرمایشی
• فرایندهایی که فشار بالای ۲۰ بار دارند.

چه زمانی سنسور ابسولوت بخرید؟

سنسور فشار ابسولوت برای کاربردهایی ضروری است که فشار اتمسفر به یک متغیر مزاحم تبدیل می‌شود و باید از معادلات مهندسی حذف گردد. چند سال پیش برای طراحی یک برج تقطیر وکیوم، فشار 0.1 بار ابسولوت را در نظر گرفته بودیم. اما متاسفانه روی نقشه P&ID فقط از عبارت PI بدون پسوند a استفاده کرده بودیم. در مرحله خرید یک گیج فشار معمولی بوردون با رنج 1- الی 3 بار را تهیه کردند. در تمام مدت این برج تحت فشار 0.1 گیج معمولی کار می‌کرد که مقدار آن تقریباً ۱.۱ ابسولوت می‌شد. در نتیجه حلال در دمایی بالاتر از حد انتظار فرایند تبخیر می‌شد و کسی نمی‌دانست مشکل از کجاست! اما باید بدانید که سنسور ابسولوت در کارکرد بهینه یک برج تقطیر میلیاردی هم نقش دارد. در کل برای شرایط زیر باید حتماً یک سنسور فشار ابسولوت تهیه کنید:

• طراحی سیستم‌های وکیوم و تقطیر در خلا
• محاسبات ترمودینامیکی و شبیه‌سازی فرایندی مانند معادله حالت گازها و یا محاسبه دانسیته گاز
• طراحی و بازرسی مخازن تحت فشار مطابق با استاندارد ASME ( اگر ضخامت دیواره مخزن را براساس فشار ابسولوت محاسبه کرده باشند)
• طراحی و عملیاتی کردن کمپرسورهای چند مرحله‌ای
• طراحی فرایندهای حساس به فشار اتمسفر مانند خشک‌کن‌های انجمادی در صنایع دارویی، بسته‌بندی تحت خلا در صنایع غذایی و…
• کالیبراسیون تجهیزات ابزار دقیق آزمایشگاهی
• طراحی تجهیزات اندازه‌گیری در ایستگاه هواشناسی و ارتفاع سنجی

شما می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره خرید با کارشناسان ما در فروشگاه پیکاتک تماس بگیرید. 02187700142

راهنمای انتخاب سریع

اگر نمی‌دانید گیج بخرید یا ابسولوت باید به فرایند نگاه کنید و با دقت ارزیابی نمایید که آیا به فشار اتمسفر در طراحی، راه‌اندازی و در کل کار با فرایند نیاز دارید یا خیر؟ جدول زیر یک چشم‌انداز کلی برای انتخاب سریع از میان سنسور گیج فشار یا ابسولوت است:

آیا از جزئیات فشار در فرایند صنعتی خودتان مطلع هستید؟

فشار گیج و فشار ابسولوت فقط در واحد متفاوت نیستند، بلکه دو طرز فکر متفاوت درباره اندازه‌گیری فشار هستند. یکی فشار را با نقطه صفر هوای آزاد اندازه می‌گیرد و دیگری از دریچه خلا مطلق کار می‌کند. انتخاب درست از میان این دو مرز باریک مهندسی شاهکار یا یک فاجعه تمام عیار است.

بررسی تفاوت فشار گیج و ابسولوت صرفاً برای افزایش دانش شما نیست، بلکه قرار است راهگشا در فعالیت‌های میدانی شما باشد. از این به بعد هر وقت در نقشه‌های P&ID با نماد تجهیزات فشار و اصطلاح PI مواجه شدید، لحظه‌ای مکث کنید و بپرسید که گیج یا ابسولوت؟

اگر در یک واحد صنعتی کار می‌کنید، توصیه می‌کنم همین حالا به تمام گیج‌ها و سنسورهای روی خط نگاه کنید. گیج‌های روی فرایند شما از چه نوعی هستند؟ آیا همگی آنها درست انتخاب شده‌اند؟ و یا یکی از آنها سال‌ها است که اطلاعات اشتباهی را اعلام می‌کند و کسی متوجه نشده است؟ شاید امروز وقت آن است که جواب این سوال را پیدا کنید. از طرفی اگر تجربه‌ای درباره اشتباه گرفتن این دو دارید، آن را در این صفحه با دیگر مهندسین به اشتراک بگذارید. هر تجربه شما می‌تواند راهگشای یک مهندس دیگر در پیچیده‌ترین شرایط فرایندی و انتخاب درست از میان فشار گیج یا ابسولوت باشد.

سوالات متداول

• آیا گیج فشار همان فشار داخل مخزن را نشان می‌دهد؟

خیر، گیج فشار همیشه در حال نشان دادن فشار داخل مخزن منهای فشار اتمسفر است. پس اگر گیج مقدار صفر را نشان می‌دهد، به معنای خلا مطلق نیست. بلکه فشار داخل مخزن تازه با فشار اتمسفر برابر شده است.

• آیا می‌شود از روی عدد گیج، مقدار فشار ابسولوت را حساب کرد؟

بله، کافی است فشار اتمسفر محل را به عدد گیج اضافه کنید. اما یادتان باشد که فشار محل لزوماً همیشه 1.013 بار نیست و با توجه به ارتفاع از سطح دریا تغییر می‌کند.

• فرق barg و bara در چیست؟

barg همان فشار گیج است که با در نظر گرفتن فشار اتمسفر محاسبه شده است. اما bara همان فشار ابسولوت است که با در نظر گرفتن نقطه صفر خلا محاسبه می‌شود.

• اگر به اشتباه فشار گیج را جای سنسور ابسولوت ببندیم، چه می‌شود؟

در چنین شرایطی در سیستم‌های وکیوم، گیج مقادیر منفی و بی‌دقتی را نشان داده و اپراتور را گمراه می‌کند. همچنین در محاسبات ترمودینامیک کل نتایج بی‌اعتبار هستند.