Convertitore di Permeabilità
Convertitore di Permeabilità
Converti tra 4 diversi tipi di unità di permeabilità con precisione scientifica. Le permeabilità magnetica (H/m), dei fluidi (darcy), dei gas (barrer) e del vapore (perm) misurano proprietà fisiche fondamentalmente diverse e non possono essere convertite tra i tipi.
Cos'è la Permeabilità?
La permeabilità misura la facilità con cui qualcosa passa attraverso un materiale, ma questa semplice definizione nasconde un fatto cruciale: esistono QUATTRO tipi completamente diversi di permeabilità in fisica e ingegneria, ognuno dei quali misura quantità fisiche diverse.
I Quattro Tipi di Permeabilità
Permeabilità Magnetica (μ)
Misura la facilità con cui il flusso magnetico passa attraverso un materiale. Mette in relazione la densità del flusso magnetico (B) con l'intensità del campo magnetico (H).
Unità: H/m, μH/m, nH/m, permeabilità relativa (μᵣ)
Formula: B = μ × H
Applicazioni: Elettromagneti, trasformatori, schermatura magnetica, induttori, macchine per la risonanza magnetica
Esempi: Vuoto (μᵣ = 1), Ferro (μᵣ = 5,000), Permalloy (μᵣ = 100,000)
Permeabilità ai Fluidi (k)
Misura la facilità con cui i fluidi (petrolio, acqua, gas) fluiscono attraverso mezzi porosi come roccia o suolo. Fondamentale per l'ingegneria petrolifera.
Unità: darcy (D), millidarcy (mD), nanodarcy (nD), m²
Formula: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Applicazioni: Giacimenti di petrolio/gas, flusso delle acque sotterranee, drenaggio del suolo, caratterizzazione delle rocce
Esempi: Scisto (1-100 nD), Arenaria (10-1000 mD), Ghiaia (>10 D)
Permeabilità ai Gas (P)
Misura la velocità con cui gas specifici vengono trasmessi attraverso polimeri, membrane o materiali di imballaggio. Utilizzata nell'imballaggio e nella scienza delle membrane.
Unità: barrer, GPU (unità di permeazione del gas), mol·m/(s·m²·Pa)
Formula: P = (N × L) / (A × Δp × t)
Applicazioni: Imballaggi alimentari, membrane per la separazione dei gas, rivestimenti protettivi, tute spaziali
Esempi: HDPE (0.5 barrer per O₂), Gomma siliconica (600 barrer per O₂)
Permeabilità al Vapore Acqueo
Misura il tasso di trasmissione dell'umidità attraverso materiali da costruzione, tessuti o imballaggi. Fondamentale per il controllo dell'umidità e la scienza dell'edilizia.
Unità: perm, perm-inch, g/(Pa·s·m²)
Formula: WVTR = permeanza × differenza di pressione del vapore
Applicazioni: Barriere al vapore per edifici, tessuti traspiranti, gestione dell'umidità, imballaggi
Esempi: Polietilene (0.06 perm), Compensato (0.7 perm), Cartongesso non verniciato (20-50 perm)
Fatti Rapidi
Non è Possibile Convertire tra i Tipi
Permeabilità magnetica (H/m) ≠ Permeabilità ai fluidi (darcy) ≠ Permeabilità ai gas (barrer) ≠ Permeabilità al vapore (perm). Misurano fenomeni fisici diversi!
Gamma Estrema
La permeabilità ai fluidi si estende su 21 ordini di grandezza: dallo scisto compatto (10⁻⁹ darcy) alla ghiaia (10¹² darcy)
Confusione sul Nome dell'Unità
La parola 'permeabilità' è usata per tutti e quattro i tipi, ma sono quantità completamente diverse. Specifica sempre di quale tipo si tratta!
Specifico del Materiale
La permeabilità ai gas dipende SIA dal materiale SIA dal tipo di gas. La permeabilità all'ossigeno ≠ la permeabilità all'azoto per lo stesso materiale!
Permeabilità Magnetica (μ)
La permeabilità magnetica descrive come un materiale risponde a un campo magnetico. È il rapporto tra la densità del flusso magnetico (B) e l'intensità del campo magnetico (H).
Formula: B = μ × H = μ₀ × μᵣ × H
B = densità del flusso magnetico (T), H = intensità del campo magnetico (A/m), μ = permeabilità (H/m), μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m (spazio libero), μᵣ = permeabilità relativa (adimensionale)
Categorie di Materiali
| Tipo | Permeabilità Relativa | Esempi |
|---|---|---|
| Diamagnetico | μᵣ < 1 | Bismuto (0.999834), Rame (0.999994), Acqua (0.999991) |
| Paramagnetico | 1 < μᵣ < 1.01 | Alluminio (1.000022), Platino (1.000265), Aria (1.0000004) |
| Ferromagnetico | μᵣ >> 1 | Ferro (5,000), Nichel (600), Permalloy (100,000) |
Permeabilità ai Fluidi (Darcy)
La permeabilità ai fluidi misura la facilità con cui i fluidi scorrono attraverso rocce o suoli porosi. Il darcy è l'unità standard nell'ingegneria petrolifera.
Formula: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Q = portata (m³/s), k = permeabilità (m²), A = area della sezione trasversale (m²), ΔP = differenza di pressione (Pa), μ = viscosità del fluido (Pa·s), L = lunghezza (m)
Cos'è un Darcy?
1 darcy è la permeabilità che consente a 1 cm³/s di un fluido (viscosità di 1 centipoise) di fluire attraverso una sezione trasversale di 1 cm² sotto un gradiente di pressione di 1 atm/cm.
Equivalente SI: 1 darcy = 9.869233 × 10⁻¹³ m²
Intervalli di permeabilità nell'ingegneria petrolifera
| Categoria | Permeabilità | Descrizione | Esempi: |
|---|---|---|---|
| Ultra-compatto (Scisto) | 1-100 nanodarcy (nD) | Richiede la fratturazione idraulica per una produzione economica | Scisto di Bakken, scisto di Marcellus, scisto di Eagle Ford |
| Gas/Petrolio Compatto | 0.001-1 millidarcy (mD) | Difficile da produrre, necessita di stimolazione | Arenarie compatte, alcuni carbonati |
| Giacimento Convenzionale | 1-1000 millidarcy | Buona produttività di petrolio/gas | La maggior parte dei giacimenti commerciali di arenaria e carbonato |
| Giacimento Eccellente | 1-10 darcy | Produttività eccellente | Arenarie di alta qualità, carbonati fratturati |
| Estremamente Permeabile | > 10 darcy | Portate molto elevate | Ghiaia, sabbia grossolana, roccia molto fratturata |
Permeabilità ai Gas (Barrer)
La permeabilità ai gas misura la velocità con cui gas specifici vengono trasmessi attraverso polimeri e membrane. Il barrer è l'unità standard, intitolata al fisico Richard Barrer.
Formula: P = (N × L) / (A × Δp × t)
P = permeabilità (barrer), N = quantità di gas trasmesso (cm³ a STP), L = spessore del materiale (cm), A = area (cm²), Δp = differenza di pressione (cmHg), t = tempo (s)
Cos'è un Barrer?
1 barrer = 10⁻¹⁰ cm³(STP)·cm/(s·cm²·cmHg). Misura il volume di gas (a temperatura e pressione standard) che permea attraverso un'unità di spessore per unità di area, per unità di tempo, per unità di differenza di pressione.
Unità alternative: 1 barrer = 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa)
Esempio: Gomma siliconica: H₂ (550 barrer), O₂ (600 barrer), N₂ (280 barrer), CO₂ (3200 barrer)
Applicazioni
| Campo | Applicazione | Esempi |
|---|---|---|
| Imballaggi Alimentari | La bassa permeabilità all'O₂ conserva la freschezza | EVOH (0.05 barrer), PET (0.05-0.2 barrer) |
| Separazione dei Gas | L'alta permeabilità separa i gas (O₂/N₂, CO₂/CH₄) | Gomma siliconica, poliimmidi |
| Imballaggi Medici | Le pellicole barriera proteggono dall'umidità/ossigeno | Blister, flaconi farmaceutici |
| Rivestimenti per Pneumatici | La bassa permeabilità all'aria mantiene la pressione | Gomma alobutilica (30-40 barrer) |
Permeabilità al Vapore Acqueo (Perm)
La permeabilità al vapore acqueo misura la trasmissione di umidità attraverso i materiali. È fondamentale per la scienza dell'edilizia, per prevenire muffe, condense e danni strutturali.
Formula: WVTR = permeanza × (p₁ - p₂)
WVTR = tasso di trasmissione del vapore acqueo, permeanza = permeabilità/spessore, p₁, p₂ = pressioni del vapore su ciascun lato
Cos'è un Perm?
US Perm: 1 perm (USA) = 1 grano/(h·ft²·inHg) = 5.72135 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²)
Metric Perm: 1 perm (metrico) = 1 g/(Pa·s·m²) = 57.45 perm-inch (USA)
Nota: Il perm-inch include lo spessore; il perm è la permeanza (già divisa per lo spessore)
Classificazioni dei materiali da costruzione
| Categoria | Descrizione | Esempi: |
|---|---|---|
| Barriere al Vapore (< 0.1 perm) | Bloccano quasi tutta la trasmissione di umidità | Foglio di polietilene (0.06 perm), foglio di alluminio (0.0 perm), carta da parati in vinile (0.05 perm) |
| Ritardanti al Vapore (0.1-1 perm) | Rallentano significativamente l'umidità, ma non sono una barriera completa | Vernice a base di olio (0.3 perm), carta kraft (0.4 perm), compensato (0.7 perm) |
| Semi-Permeabile (1-10 perm) | Consentono una certa trasmissione di umidità | Vernice al lattice (1-5 perm), pannelli OSB (2 perm), carta da costruzione (5 perm) |
| Permeabile (> 10 perm) | Consentono liberamente la trasmissione di umidità | Cartongesso non verniciato (20-50 perm), isolamento in fibra di vetro (>100 perm), guaina traspirante (>50 perm) |
Clima freddo: Nei climi freddi, le barriere al vapore vanno posizionate sul lato caldo (interno) per impedire all'umidità interna di condensare nelle cavità fredde delle pareti.
Clima caldo umido: Nei climi caldi e umidi, le barriere al vapore dovrebbero essere all'esterno OPPURE si dovrebbero usare pareti permeabili per consentire l'asciugatura in entrambe le direzioni.
Tabelle di Conversione Rapida
Permeabilità Magnetica
| Da | A |
|---|---|
| 1 H/m | 1,000,000 μH/m |
| 1 H/m | 795,774.7 μᵣ |
| μ₀ (vuoto) | 1.257 × 10⁻⁶ H/m |
| μ₀ (vuoto) | 1.257 μH/m |
| μᵣ = 1000 (ferro) | 0.001257 H/m |
Permeabilità ai Fluidi (Darcy)
| Da | A |
|---|---|
| 1 darcy | 1,000 millidarcy (mD) |
| 1 darcy | 9.869 × 10⁻¹³ m² |
| 1 millidarcy | 10⁻⁶ darcy |
| 1 nanodarcy | 10⁻⁹ darcy |
| 1 m² | 1.013 × 10¹² darcy |
Permeabilità ai Gas
| Da | A |
|---|---|
| 1 barrer | 10,000 GPU |
| 1 barrer | 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa) |
| 1 GPU | 10⁻⁴ barrer |
| 100 barrer | Buona barriera |
| > 1000 barrer | Cattiva barriera (alta permeabilità) |
Permeabilità al Vapore Acqueo
| Da | A |
|---|---|
| 1 perm (USA) | 5.72 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²) |
| 1 perm-inch | 1.459 × 10⁻¹² kg·m/(Pa·s·m²) |
| 1 perm (metrico) | 57.45 perm-inch (USA) |
| < 0.1 perm | Barriera al vapore |
| > 10 perm | Permeabile al vapore |
Domande Frequenti
Posso convertire darcy in barrer o perm?
No! Misurano proprietà fisiche completamente diverse. La permeabilità ai fluidi (darcy), la permeabilità ai gas (barrer), la permeabilità al vapore (perm) e la permeabilità magnetica (H/m) sono quattro quantità distinte che non possono essere convertite tra loro. Usa il filtro di categoria nel convertitore.
Perché la permeabilità ai gas dipende dal tipo di gas?
Gas diversi hanno dimensioni molecolari e interazioni con i materiali diverse. H₂ e He permeano più velocemente di O₂ o N₂. Specifica sempre il gas: 'permeabilità a O₂ = 0.5 barrer', non solo 'permeabilità = 0.5 barrer'.
Qual è la differenza tra perm e perm-inch?
Perm-inch è la permeabilità (una proprietà del materiale indipendente dallo spessore). Perm è la permeanza (dipende dallo spessore). Relazione: permeanza = permeabilità/spessore. Usa perm-inch per confrontare i materiali.
Come usano i darcy gli ingegneri petroliferi?
La permeabilità del giacimento determina le portate di petrolio/gas. Un giacimento da 100 mD potrebbe produrre 500 barili/giorno; un giacimento di gas compatto da 1 mD richiede la fratturazione idraulica. Le formazioni di scisto (1-100 nD) sono estremamente compatte.
Perché la permeabilità relativa (μᵣ) è adimensionale?
È un rapporto che confronta la permeabilità di un materiale con la permeabilità del vuoto (μ₀). Per ottenere la permeabilità assoluta in H/m: μ = μ₀ × μᵣ = 1.257×10⁻⁶ × μᵣ H/m. Per il ferro (μᵣ = 5000), μ = 0.00628 H/m.
Un'alta permeabilità è sempre un bene?
Dipende dall'applicazione! Un alto valore di darcy è buono per i pozzi di petrolio ma cattivo per il contenimento. Un alto valore di barrer è buono per i tessuti traspiranti ma cattivo per gli imballaggi alimentari. Considera il tuo obiettivo ingegneristico: barriera (bassa) o flusso (alta).
Cosa determina il posizionamento della barriera al vapore di un edificio?
Il clima! I climi freddi richiedono barriere al vapore sul lato caldo (interno) per impedire all'umidità interna di condensare nelle pareti fredde. I climi caldi e umidi richiedono barriere all'esterno O pareti permeabili per consentire l'asciugatura in entrambe le direzioni. Un posizionamento errato causa muffe e marciume.
Quali materiali hanno la permeabilità più alta/bassa?
Magnetica: Supermalloy (μᵣ~1M) vs. vuoto (μᵣ=1). Fluidi: Ghiaia (>10 D) vs. scisto (1 nD). Gas: Silicone (3000+ barrer per CO₂) vs. pellicole metallizzate (0.001 barrer). Vapore: Fibra di vetro (>100 perm) vs. foglio di alluminio (0 perm).
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