Áp suất

1. Định nghĩa đơn vị đo áp suất

Đơn vị đo áp suất là một đại lượng vật lý dùng để xác định lực tác động lên một vật. Nói cách khác, đơn vị đo áp suất biểu thị mức độ “nén” hoặc “ép” của một lực lên một bề mặt vật thể nào đó. Trong kỹ thuật vật lý và công nghiệp, việc biết đổi đơn vị áp suất là điều rất quan trọng đối với các kỹ sư, giúp đánh giá độ bền của đường ống, van, bình chứa và hàng loạt thiết bị công nghiệp, đồng thời tính toán chính xác khi thiết kế hoặc vận hành hệ thống

2. Ký hiệu của đơn vị đo áp suất

Trong hệ đo lường quốc tế SI, mọi đơn vị đo đều được chuẩn hóa nhằm thống nhất cách tính toán đơn vị trên toàn thế giới và đơn vị đo áp suất cũng không ngoại lệ. Theo định nghĩa, đơn vị đo áp suất được biểu diễn bằng lực tác dụng lên một đơn vị diện tích theo phương vuông góc, vì vậy đổi đơn vị áp suất trong hệ SI được xây dựng xoay quanh lực Newton (N) và diện tích mét vuông (m²). Cụ thể:

• Đơn vị đo áp suất = lực / diện tích, ký hiệu là N/m² (Newton / diện tích mét vuông)

• Theo quy ước: 1 N/m² được gọi là Pascal (Pa) – đơn vị chuẩn của áp suất trong hệ SI

• Tên “Pascal” (Pa) được đặt theo nhà toán học và vật lý người Pháp Blaise Pascal sống ở thế kỷ XVII (17), người có nhiều đóng góp quan trọng trong nghiên cứu về chất lỏng và áp suất

• Do đơn vị Pa khá nhỏ, thực tế thường dùng các bội số của Pa như: kPa (kiloPascal), mPa (megaPascal),…

3. Các đơn vị đo áp suất thường gặp

Dù Pascal (Pa) là đơn vị đo áp suất chuẩn trong hệ SI, nhưng trong thực tế kỹ thuật, công nghiệp, cơ khí, thủy lực và cả y tế, nhiều hệ đơn vị đo áp suất khác vẫn được sử dụng song song. Mỗi đơn vị xuất hiện trong một bối cảnh riêng và thuận tiện cho từng lĩnh vực ứng dụng. Dưới đây là những đơn vị đo áp suất phổ biến nhất:

• Bar: đơn vị phổ biến trong công nghiệp (1 bar ≈ 100 Pa)

• Atm (Atmosphere): Đơn vị biểu diễn áp suất khí quyển tiêu chuẩn (1 atm = 101325 Pa)

• PSI (Pound trên inch vuông): Đơn vị đo áp suất dùng nhiều tại Anh và Mỹ (1PSI ≈ 6895 Pa)

• MmHg (Milimét thủy ngân): Thường dùng trong y tế để đo huyết áp (1 mmHG ≈ 133,322 Pa)

• Kg/cm² (Kilogram lực trên centimet vuông): Dùng nhiều trong ngành cơ khí và van thủy lực (1 kg/cm² ≈ 98066 Pa)

• Torr (Téc-lơ): Đơn vị đo áp suất nhỏ dùng trong lĩnh vực chân không (1 Torr ≈ 1 mmHg)

• kPA (Kilopascal): 1 kPa = 1000 Pa

• mPa (Megapascal): 1 mPa = 1000000 Pa

4. Bảng đổi đơn vị áp suất

Trong quá trình tính toán kỹ thuật, việc quy đổi đơn vị áp suất là điều không thể tránh khỏi, đặc biệt khi hệ SI và các hệ đo khác được sử dụng song song trong nhiều lĩnh vực. Để thuận tiện cho so sánh và chuyển đổi nhanh chóng, dưới đây là bảng tham khảo đổi đơn vị áp suất, được các kỹ sư của chúng tôi tổng hợp:

5. Đổi đơn vị áp suất chất lỏng

Trong chất lỏng và đặc biệt là nước, các thiết bị đường ống như van nước, phụ kiện và mặt bích, đơn vị đo áp suất chất lỏng không chỉ đo bằng Pa hay bar mà còn thường được biểu diễn dưới dạng m cột nước (mH₂O). Điều này xuất phát từ các công thức cơ bản của áp suất nước, nơi chiều cao cột nước quyết định trực tiếp mức áp suất tại điểm đo. Nhờ vậy, việc đổi đơn vị áp suất giữa Pa và mH₂O trở nên rất nhanh và trực quan theo công thức: p = d x h, trong đó:

• p: Áp suất (Pa)

• d: Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m³)

• h: Chiều cao cột chất lỏng (m)

Lấy ví dụ điển hình với nước, trọng lượng riêng của nước d ≈ 9800 N/m³, vì vậy áp suất tăng tuyến tính theo chiều cao cột nước. Từ đó ta có quan hệ quy đổi đơn vị áp suất quen thuộc như sau:

• Áp suất do 10 mét cột nước tạo ra: p = d x h = 9800 × 10 = 98000 Pa  ≈ 0.98 bar (xấp xỉ 1 bar)

• Ngược lại, với áp suất 1 bar (100000 Pa) ta sẽ tính được chiều cao cột nước: h = p / d = 100000 / 9800 ≈ 10,2 mH₂O (xấp xỉ 10 mét cột nước)

Trong thực tế lắp đặt rọ bơm Minh Hòa hoặc các hệ thống bơm hút sâu, kỹ thuật viên luôn phải tính đến chiều cao cột nước để đảm bảo máy bơm có thể hút được lượng nước cần thiết. Nếu chiều cao hút vượt quá giới hạn, áp suất cột nước sẽ vượt quá khả năng tạo chân không của bơm, khiến việc hút nước trở nên khó khăn hoặc không thể vận hành ổn định.

6. Đổi đơn vị áp suất trong các thiết bị công nghiệp 

Trong lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là các thiết bị đường ống như van, phụ kiện và mặt bích, áp suất làm việc không được thể hiện bằng các đơn vị tuyệt đối. Thay vào đó, các nhà sản xuất thường sử dụng cấp áp suất danh định để biểu thị khả năng chịu áp của thiết bị trong những điều kiện tiêu chuẩn:

Trên các dòng van như van bi Minh Hòa, van cửa đồng Minh Hòa, mức chịu áp thường được ghi dưới dạng PN (Pressure Nominal), chẳng hạn PN16, tương đương áp suất làm việc tối đa khoảng 16bar ở 20°C theo tiêu chuẩn châu Âu (EN/ISO)

Ngoài ra, nhiều loại van cầu hơi đồng Minh Hòa có mặt bích được sản xuất theo tiêu chuẩn JIS (Nhật Bản) lại sử dụng kí hiệu K như: 5K, 10K hoặc 16K, trong đó:

• 5K tương đương khoảng 5 bar

• 10K ≈ 10 bar

• 16K ≈ 16 bar

Do đó, khi đổi đơn vị áp suất trong công nghiệp, người dùng không chỉ cần quy đổi về bar, Pa hay psi, mà quan trọng hơn là hiểu ý nghĩa của cách đổi đơn vị áp suất như PN và K để đảm bảo thiết bị chịu được mức áp suất thực tế của hệ thống.

7. Ai là người cần biết đổi đơn vị áp xuất

Việc đổi đơn vị áp suất không chỉ phục vụ cho tính toán trong phòng thí nghiệm mà còn là kỹ năng thiết yếu trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và sản xuất. Những nhóm người cần nắm vững cách đổi đơn vị áp suất bao gồm:

• Kỹ sư cơ khí & thủy lực: Thường xuyên làm việc với PSI, bar, kg/cm² khi thiết kế bơm, xi lanh, đường ống áp lực

• Kỹ sư cấp thoát nước & HVAC: Cần quy đổi mH₂O, kPa và bar để tính cột áp bơm, áp lực ống và tổn thất đường dẫn

• Kỹ thuật viên vận hành trạm bơm, lò hơi, hệ thống khí nén: Liên tục theo dõi đồng hồ áp suất dùng nhiều đơn vị khác nhau

• Người làm về van và thiết bị đường ống: Như van bi, van cổng, rọ bơm, van an toàn… thường gặp PN, K, bar và phải đối chiếu với áp suất thực tế của hệ thống

• Nhà thầu cơ điện & MEP: Cần quy đổi để chọn đúng cấp áp suất cho vật tư (ống, mặt bích, van)

• Kỹ sư hóa chất & môi trường: Làm việc với áp suất chân không, mmHg, Torr hoặc áp suất bể chứa

• Nhân viên phòng thí nghiệm & y tế: Thường dùng mmHg, atm, kPa trong đo huyết áp hoặc thí nghiệm khí

• Học sinh phổ thông: Học sinh phổ thông học môn Vật lý và sinh viên kỹ thuật, thường phải đổi đơn vị trong các bài tập về áp suất chất lỏng, khí và cơ học

8. Kết luận

Đổi đơn vị áp suất là một kỹ năng tưởng đơn giản nhưng lại đóng vai trò cốt lõi trong cả học thuật lẫn ứng dụng thực tế. Từ những bài toán vật lý phổ thông, đến thiết kế đường ống, lựa chọn van công nghiệp hay vận hành hệ thống bơm – mọi công việc liên quan đến chất lỏng, khí nén và thiết bị áp lực đều đòi hỏi người dùng hiểu chính xác và biết cách quy đổi đơn vị áp suất