درجات مقياس الكثافة
مقاييس كثافة السوائل خارج النظام الدولي · الكمية: الكثافة النسبية عند 60 °F
بورصة النفط مبنية بحيث تكون البضاعة الثقيلة هي الرخيصة: بيتومين Athabasca يُباع بخصم، والخام الخفيف التكساسي بعلاوة، وكل فارق السعر هذا مكتوب في العقد برقم واحد، بدرجات API. مقياسها يسير عكس النظام المألوف للأشياء، لأنه كلما ازدادت كثافة السائل قلّت الدرجات التي تناله. وقع الصفر على سائل أثقل من الماء، أما الماء نفسه فخُصّص له عشر درجات بالضبط.
العوامة الزجاجية نفسها تحمل مقياسين آخرين ورثتهما عن حِرَف أخرى: الكيميائي يقرأ على الساق درجات Baumé، والدبّاغ والصبّاغ درجات Twaddell. الثلاثة تتحدث عن الشيء نفسه، عن العمق الذي غاص إليه الجهاز في السائل، لكن كلًّا منها يفعل ذلك بأرقامه وفي مداه، وخارج ذلك المدى يصمت ببساطة.
01 · التعريف
الدرجات الثلاث ليست سوى كثافة نسبية أُعيدت كتابتها، أي نسبة كثافة السائل إلى كثافة الماء، مأخوذتين عند الحرارة نفسها 60 °F. الجهاز في الحالات الثلاث واحد، عوامة زجاجية بمقياس على الساق، ولا تختلف إلا في الصيغة التي رُسم بها ذلك المقياس على الزجاج.
يغوص مقياس الكثافة أعمق كلما كان السائل أخف، لأنه يزيح وزنه هو بالضبط، ويتبيّن أن عمق الغوص يتناسب لا مع الكثافة بل مع مقلوبها. من هنا شكل الصيغ: في درجة API وفي الفرع الخفيف عند Baumé تقف الكثافة في المقام، فتتزايد الأرقام نحو السوائل الخفيفة، بينما لا مقام لدى Twaddell إطلاقًا — فمقياسه خطي بالنسبة إلى الكثافة ويُعدّ من الماء صعودًا فقط.
لمقياس Baumé فرعان، ثقيل وخفيف، وعلى الجهاز يُبيَّن دائمًا أيّهما مرسوم. كلاهما يبدأ من الماء ثم يفترقان: الثقيل يقود إلى الأحماض والقواعد، والخفيف إلى الكحوليات والوقود. الخلط بينهما أسهل مما يبدو، وعلى حمض قوي يبلغ خطأ اختيار الفرع عشر درجات.
الرقم على المقياس لا معنى له إلا مع درجة الحرارة التي أُخذ عندها: الزجاج مدرَّج لـ60 °F، والعينة الدافئة تعطي حتمًا كثافة أقل من الحقيقية. في تجارة النفط لا يُقدَّر التصحيح بالنظر، بل يُؤخذ من جداول ASTM D1250 — تُرَدّ القراءة أولًا إلى الستين درجة المرجعية، وبعد ذلك فقط يُحسب الحجم والمال.
حرّك الكثافة: ترتفع العوامة أو تغرق، وتقرأ المقاييس الثلاثة موضعها كلٌّ على طريقته. لكل منها منطقة عمياء، وحيث ما زال مقياسان يعملان لا يُظهر الثالث شيئًا.
الخط الأخضر هو درجات API: تنخفض كلما ازدادت الكثافة. والبرتقالي هو درجات Twaddell التي تتزايد على العكس. يتقاطع الخطان عند الماء، حيث يعطي API عشرة وTwaddell صفرًا، ثم يفترقان في اتجاهين متعاكسين: مقياس مدرَّج للنفط الأخف من الماء، وآخر للأحماض والقواعد الأثقل منه. ولا أحد يصنع جهازًا يحمل المقياسين على ساق واحدة، لأن المدى المشترك بينهما ضيق أكثر مما ينبغي.
02 · التحويل
أدخل قراءة واحدة، وستعطيك البطاقة البقية
تؤول المقاييس كلها إلى كثافة نسبية واحدة عند 60 °F، ولذلك تتحول بعضها إلى بعض بدقة. ولا يظهر الخطأ إلا حيث أُخذت القراءة عند حرارة أخرى ولم تُردّ إلى المرجع وفق الجدول.
أُخذ معامل الفرع الثقيل عند Baumé مختلفًا من بلد إلى آخر — 144,3 أو 145 أو 146,3 — ووُضع مبدّل المعامل في الضبط الدقيق للبطاقة: على حمض قوي يظهر الفارق من الرقم الأول.
خمس عشرة درجة مئوية ونصف ليست رقمًا مستديرًا ولا نزوة أحد: هي 60 °F بالضبط، الستون درجة المألوفة على الميزان الأمريكي التي يقوم عليها حساب النفط كله. العينة الدافئة تُظهر درجات API أكثر مما هي في الواقع، وفي شحنة بحجم ناقلة يُحسب هذا الفارق بالمال؛ لذلك تُرَدّ القراءة أولًا إلى المرجع ثم تُضرب في الحجم.
| ملاحظة | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · مراتب العِظَم
مقياس لوغاريتمي: من الهواء إلى الأوزميوم04 · أدوات القياس
بماذا تُقاس كثافة السائل
عوامة في بطنها خردق وعلى ساقها مقياس: تُقرأ العلامة التي وافقت مستوى السائل. الجهاز الواحد يغطي شريطًا ضيقًا من الكثافات، ولذلك تُباع أطقمًا من ست إلى تسع قطع في علبة. الطريقة موصوفة في ASTM D1298 ولا تزال معتمدة عند استلام النفط.
يُوزن وعاء معلوم الحجم فارغًا وممتلئًا، محفوظًا في منظّم حرارة. وهذه أدق الطرق الميكانيكية: يُؤخذ الرقم الخامس من الكثافة بثقة. والثمن هو الوقت، إذ تستغرق العينة الواحدة نحو نصف ساعة — في المقابل، بالبكنومتر تحديدًا تُعاير مقاييس الكثافة نفسها.
يُهتزّ أنبوب منحنٍ عند تردده الذاتي، وكلما كان ما فيه أكثف تباطأ اهتزازه. يحسب الجهاز الكثافة من زمن الاهتزاز ويردّها بنفسه إلى 60 °F. يلزم مليلتر واحد من العينة، ويُنتظر الجواب نصف دقيقة — وفي المختبر أزاح مثل هذا الجهاز العوامة منذ زمن بعيد.
في خط الأنابيب تلزم الكثافة على نحو متصل، وهناك يُركَّب مقياس تدفق كتلي: يهزّ حلقتين ويحدد من التوائهما دفعةً واحدة التدفق الكتلي والكثافة. ويعطي الجهاز درجات API فورًا، فيصل الرقم إلى التقرير التجاري بلا عينة وبلا إنسان.
05 · قواعد الكتابة
رقم بلا فرع وبلا درجات فهرنهايت لا يعني شيئًا
توضع علامة الدرجة قبل الحروف وملتصقة بها، أما القيمة فتُفصل بمسافة. وعند Baumé يجب دائمًا ذكر الفرع، الثقيل أو الخفيف. وفي درجة API يجوز إسقاط درجة الحرارة فقط لأنها واحدة دائمًا، 60 °F؛ فإن قيست العينة عند غيرها ذُكر ذلك صراحة.
الكتابة الثالثة تخلط الكمية بمقياسها: الكثافة تُقاس بالكيلوغرام لكل متر مكعب، أما درجات API فرقم عديم الأبعاد محسوب من الكثافة. والخطأ الرابع هو الأشيع في الورشة: حمض الكبريتيك عند 66 °Bé يحتوي نحو 93 % من أحادي الهيدرات، ولا 66 % بحال. ولا تتطابق النسب المئوية مع الدرجات إلا عند Brix وPlato، حيث صُمّم المقياس هكذا أصلًا.
06 · الوحدات المجاورة
تقترب في المعنى كل المقاييس التي أُعيدت فيها كتابة الكثافة بأرقام تناسب الصناعة: السكر يُحسب بـBrix، ومسطار العنب بـOechsle، والنفط بـAPI — وتحتها جميعًا تقوم كثافة نسبية واحدة عديمة الأبعاد.
المقياس يسير معكوسًا
فرعان من الماء
خطي بالنسبة إلى الكثافة
من بطاقات Simetrium الأقرب هي الكثافة بوحدة kg/m³، التي تُرَدُّ إليها المقاييس الثلاثة، درجة Brix و درجة Plato بجداولها السكرية، برميل، الذي يُحسب فيه النفط بالحجم، و برميل مكافئ نفطي، حيث تُضاف إلى الحجم حرارة الاحتراق.
07 · القسم التاريخي
الملح والجلد والنفط
درّج Antoine Baumé الساق بنقطتين: أعطاه الماء النقي الصفر، وأعطاه محلول من خمسة عشر جزءًا من الملح إلى خمسة وثمانين جزءًا من الماء الخمسة عشر. وقسّم المسافة بين هاتين العلامتين بالتساوي، فخرج مقياس تلقّاه الصيادلة على الفور.
استغنى الصانع الاسكتلندي William Twaddell عن الصيغة: جعل الدرجة الواحدة خمسة آلاف من الكثافة، فلم يبقَ ما يُحسب. وتُحفظ حمامات التبييض والدباغة في شريط ضيق فوق الماء، ولا يزال الدبّاغون وأهل النسيج يتكلمون بدرجات Twaddell إلى اليوم.
دُرِّجت مقاييس الكثافة النفطية الأمريكية عشرات السنين بمعامل 141,5، مع أن صيغة Baumé كانت تقتضي 140. ولما اكتشف مكتب المعايير الاختلاف، آثر ألّا يعيد صنع الزجاج بل أن يقنّنه — وهكذا وُلد مقياس API.
صارت الكثافة تُؤخذ في المختبر منذ زمن بالأنبوب المهتز، وفي الأنبوب بمقياس التدفق الكتلي، غير أن عقود النفط لا تزال مكتوبة بدرجات API، وعليها تُحسب علاوة الرتبة الخفيفة. عاش المقياس بعد جهازه: بقيت الأرقام كما هي، ولم تعد في هذه السلسلة عوامة.
وحدة لا معيار لها ولا صفرها في موضعه
لا يمكن معايرة درجة API نفسها: يُعاير مقياس الكثافة، وتخرج الدرجة من الكثافة وفق الصيغة. وفي هذه السلسلة يجب فحص كميتين، الكثافة ودرجة الحرارة، والثانية أرجح من الأولى. النفط الدافئ أخف، فتخرج له درجات أكثر، ومن ثم يكون بحسب العقد أغلى؛ لذلك تُدوَّن حرارة العينة مع القراءة، ويُؤخذ التصحيح من الجداول لا من الذاكرة.
صفر هذا المقياس لا يقع عند الماء بل عند الكثافة 1,076، حيث صار الماء وراءنا منذ حين. هكذا قضت الصيغة الموضوعة لسوائل أخف من الماء: وقع صفرها خارج كل معنى فيزيائي. والرتب الثقيلة تمضي إلى درجات سالبة، وإشارة الناقص في التقرير التجاري تبدو غريبة، لكنها تُعدّ أمرًا عاديًا تمامًا.
الفهرس · وحدات القياس
جواز لكل كمية
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون مشتقة لها أسماؤها، ومقادير خارج النظام لا تقوم بدونها لا التقنية ولا التقويم.