Drukmeting

Statische druk en dynamische druk in vloeistoffen

De natuurkundige wetten van de vloeistofmechanica zijn van toepassing op beide toestanden, d.w.z. wanneer een vloeistof in rust is en wanneer een vloeistof beweegt. Er wordt hier onderscheid gemaakt tussen statische druk en dynamische druk.

Werking van statische druk en dynamische druk

Wanneer vloeistoffen in rust zijn, d.w.z. wanneer er geen stroming is, werkt alleen de statische druk (p stat) op hen in, en wel gelijkmatig in alle richtingen.

Zodra het medium stroomt, b.v. in (pijp)leidingen, worden de omstandigheden gecompliceerder. De kinetische energie in de vloeistof vergroot het effect van de kracht in de richting van de stroming. Als deze kracht tegen een object in de stroming botst, werkt er een druk op het oppervlak: dit wordt dynamische druk (pdyn) genoemd. Deze wordt berekend uit de dichtheid ρ en de snelheid v van het medium:


Er is geen extra kracht die haaks op de stroming werkt. Alleen de statische druk werkt hier. De som van beide drukken wordt de totale druk (pges) genoemd.

Voor welke toepassingen is deze druk relevant?

Voor de meeste drukmetingen is de statische druk van belang. Een uitzondering vormen de metingen van de stroomsnelheid, die via de dynamische druk wordt berekend. Voorbeelden van toepassingen zijn snelheidsmetingen bij vliegtuigen of de registratie van de windsnelheid op windturbines. In beide gevallen wordt de Prandtl pitotbuis gebruikt, waarbij de statische druk de totale druk tegenwerkt, zodat de zuivere pitotdruk wordt weergegeven.

(1) Statische druk
Druksensor voor statische drukmeting

(2) Statische druk en dynamische druk
Pitotbuit om totale druk te meten

(3) Tegendruk
Prandtl’s pitotbuis voor het meten van de dynamische druk (tegendruk)

Wet van Bernoulli

Om bij de definitie van totale druk te blijven, is het belangrijk om de fundamentele wet van de hydrodynamica te noemen, namelijk de wet van Bernoulli. Dit veronderstelt terecht dat de som van statische en dynamische druk constant is, langs iedere stroomlijn.


p + ρgh + (ρ × v2)/2 = constant

Het deel p + ρgh is verantwoordelijk voor de statische druk en het deel van de formule (ρ × v2)/2 voor de dynamische druk. Aangezien de som van de twee drukken een constante, onveranderlijke waarde heeft, kan worden aangenomen dat de  pstat-druk zal afnemen naarmate de vloeistofsnelheid toeneemt. Met behulp van bovenstaande wet kan men bijvoorbeeld de snelheid van vloeistof die de opening op de bodem van een tank verlaat op basis van de hoogte van de vloeistofkolom in de tank berekenen.

Toepassingsvoorbeeld

De statische druk in een cv-installatie is een uiterst belangrijk onderdeel voor de goede werking van de installatie. De statische druk moet dus lager zijn dan de openingsdruk van de veiligheidsklep en tegelijkertijd hoger dan de minimale noodzakelijke systeemdruk om ook de hoger gelegen onderdelen te kunnen voeden. Het kennen van de systeemdruk is essentieel om systeemfouten en een vermindering van de verwarmingscapaciteit te voorkomen.