1. lecke 40. feladat

A Barátság I. kőolajvezeték hálózatnak a 2010‑es években felújított, Százhalombatta és Ipolyság (szlovákul Sahy) között húzódó \(117,3\ \mathrm{km}\)‑es szakasza \(450\ \mathrm{mm}\) belső átmérőjű. Évente \(6\) millió \(\mathrm{tonna}\) kőolaj szállítására képes, az üzemeltetési tervekben szereplő évi 8200 órás működés mellett. Magyarországon a csővezetékekben legnagyobbrészt az orosz Ural olajtípust szállítják, melynek átlagos tömegsűrűsége $864\ \mathrm{\displaystyle {{kg}\over {m^3}}}$.

a)  Mekkora átlagos sebességgel áramlik a csővezetékben a kőolaj?

$1,48\ \mathrm{\displaystyle {{m}\over {s}}}$

Jelöljük a keresett átlagos áramlási sebességet $v$‑vel (aminek mértékegysége $\mathrm{\displaystyle {{m}\over {s}}}$). Milyen összefüggés írható fel a $v$ áramlási sebesség és a $\Delta t$ idő alatt az átáramlott $V$ térfogat között? A $V$ térfogat:

$$V=A\cdot l=A\cdot v\cdot \Delta t$$

ahol $l$ a kőolaj által megtett út $\Delta t$ idő alatt, az $A$ pedig a csővezeték keresztmetszete (m2 egységben).

Az egész éves $8200$ órányi működés során átáramlott $V$ térfogat:

$$V_{\textit{éves}}=A\cdot v\cdot \Delta t$$

$$V_{\textit{éves}}=A\cdot v\cdot 8200\ \mathrm{h}$$

$$V_{\textit{éves}}=A\cdot v\cdot 8200\ \mathrm{h}\cdot 3600\ \mathrm{{{sec}\over {h}}}$$

$$V_{\textit{éves}}=A\cdot v\cdot 29\ 520\ 000\ \mathrm{s}$$

Számítsuk ki a keresztmetszetet a cső ismert $d$ átmérőjéből:

$$A=r^2π$$

$$A={\left({{d}\over {2}}\right)}^2π$$

$$A={\left({{0,45\ \mathrm{m}}\over {2}}\right)}^2π$$

$$A={\left(0,225\ \mathrm{m}\right)}^2π$$

$$A=0,159\ \mathrm{m^2}$$

Írjuk be ezt az éves átszállított térfogat egyenletébe:

$$V_{\textit{éves}}=A\cdot v\cdot 29\ 520\ 000\ \mathrm{s}$$

$$V_{\textit{éves}}=0,159\ \mathrm{m^2}\cdot v\cdot 29\ 520\ 000\ \mathrm{s}$$

$$V_{\textit{éves}}=4\ 694\ 953\ \mathrm{m^2s}\cdot v$$

Ugyanakkor tudjuk, hogy az éves átszállított mennyiség $6$ millió $\mathrm{tonna}$. Számítsuk át ezt térfogatba:

$$\varrho ={{m}\over {V}}$$

$$V_{\textit{éves}}={{m_{\textit{éves}}}\over {\varrho }}$$

$$V_{\textit{éves}}={{6\cdot {10}^6\ \mathrm{tonna}}\over {864\ \mathrm{\displaystyle {{kg}\over {m^3}}}}}$$

$$V_{\textit{éves}}={{6\cdot {10}^6\cdot {10}^3\ \mathrm{kg}}\over {864\ \mathrm{\displaystyle {{kg}\over {m^3}}}}}$$

$$V_{\textit{éves}}=6\ 944\ 444,4\ \mathrm{m^3}$$

A két éves térfogat azonos:

$$4\ 694\ 953\ \mathrm{m^2s}\cdot v=6\ 944\ 444,4\ \mathrm{m^3}$$

$$v=1,48\ \mathrm{{{m}\over {s}}}$$

ami kb. \(\displaystyle 5,3\ \mathrm{\frac{km}{h}}\) sebességet, vagyis egy tempósabb gyaloglást jelent.