Pracuję na dużym obiekcie przemysłowym. Wraz ze współpracownikami mamy inne zdania na temat procesu załadunku zbiornika o przekroju walca ciekłym azotem o temperaturze około -195 stopni C. Zbiornik zawsze jest zapełniony od dołu ciekłym azotem, a u góry mamy poduszkę gazową. Według mnie tankując ten zbiornik od dołu podnosimy w nim ciśnienie – działa to na zasadzie tłoka. Gdy tankujemy zbiornik od góry, gdzie mamy poduszkę gazową, to obniżamy ciśnienie, bo skraplamy gazowy azot, cząstki są bliżej siebie i ciśnienie spada. Swoje obserwacje potwierdzam wielokrotnym załadunkiem tego zbiornika. Niektórzy koledzy twierdzą, że ciśnienie się podnosi gdy tankujemy zbiornik od góry, bo ciekły azot wchodzi w strefę gazową gdzie jest większa temperatura i dochodzi do odparowywania. Ale wynika z tego, że tankując od dołu też podniesiemy ciśnienie, bo zadziała efekt tłoka. Jest to sprzeczne z doświadczeniem, bo lejąc jednym z nalewów na pewno ciśnienie spadnie – niestety nie mamy pewności którym nalewem (czy górnym czy dolnym) lejemy.
Jak zmienia się ciśnienie przy napełnianiu zbiornika azotem?
Pytanie
Odpowiedź
W istocie należy spodziewać się, że przy dopełnianiu pojemnika poprzez dolewanie azotu od dołu ciśnienie w pojemniku wzrośnie. Tak jak Pan pisze, podnoszący się poziom cieszy będzie działał na pary azotu znajdujące się nad jego powierzchnią jak tłok.
Jednak w przypadku nalewania od góry także spodziewałbym się wzrostu ciśnienia. Nawet gdyby nalewany od góry ciekły azot ochłodził w sposób istotny azot gazowy, to po odebraniu w ten sposób energii od azotu gazowego sam by odparował (znajduje się wszak w temperaturze wrzenia). Powiększyłoby to liczbę cząstek w stanie gazowym i dało wkład do wzrostu ciśnienia. Spodziewałbym się, że owe powiększenie objętości gazu wynikające z powiększenia liczby cząstek dominowałoby nad efektem obniżenia objętości wynikającego z obniżenia temperatury i efektywnie ciśnienie by wzrosło. (Oczywiście, gdyby ochłodzić gaz znajdujący się wewnątrz zbiornika np. przez polewanie zewnętrznych ścianek zbiornika ciekłym azotem, to ciśnienie w zbiorniku by spadło. Tutaj jednak następuje konkurencja miedzy ochładzaniem gazu, a dodawaniem do niego nowych cząstek, a dochodzi jeszcze wspomniany efekt tłoka.) Wydaje mi się przy tym, że lanie azotu od góry nie powinno powodować istotnego ochłodzenia i obniżenia objętości gazu – zapewne jest on lany jest wąskim strumieniem i powierzchnia kontaktu obu faz, ciekłej i gazowej, jest mała.
Podsumowując, w obu przypadkach, przy dolewaniu azotu do zbiornika zarówno od dołu i jak i od góry, spodziewałbym się wzrostu ciśnienia. Interpretacja opisywanych przez Pana efektów, która mi się nasuwa jest taka, że być może sekret tkwi w samej konstrukcji zbiornika. Czy jest wykluczone, że umieszczono w nim układ, który ma zadanie kompensować wzrost ciśnienia i działa on tylko przy nalewaniu jednym z wlewów?