Stupně hustoměru
Stupnice hustoty kapalin mimo SI · veličina: relativní hustota při 60 °F
Ropná burza je zařízena tak, že těžké zboží se ukáže být levným: athabaský bitumen se prodává se slevou a lehký texaský druh s příplatkem, a celý tento cenový rozdíl je ve smlouvě zapsán jediným číslem, stupni API. Jejich stupnice běží obráceně proti obvyklému pořádku věcí, neboť čím hustší kapalina, tím méně stupňů jí připadne. Nula padla na kapalinu těžší než voda, zatímco vodě samé bylo přiděleno přesně deset.
Tentýž skleněný plovák nese ještě dvě stupnice, zděděné po jiných řemeslech: chemik čte na dříku stupně Baumé, koželuh a barvíř stupně Twaddell. Všechny tři mluví o jednom a tomtéž, o hloubce, do níž se přístroj ponořil do kapaliny, ale každá to dělá svými čísly a ve svém rozsahu, za jehož hranicemi prostě mlčí.
01 · Definice
Všechny tři stupně nejsou nic jiného než přepsaná relativní hustota, tedy poměr hustoty kapaliny k hustotě vody, obou vzatých při téže teplotě 60 °F. Přístroj je ve všech třech případech týž, skleněný plovák se stupnicí na dříku, a liší se jen tím, podle kterého vzorce byla tato stupnice na sklo nanesena.
Hustoměr se ponoří tím hlouběji, čím lehčí je kapalina, protože vytlačuje přesně svou vlastní váhu, a hloubka ponoru se ukazuje být úměrná nikoli hustotě, nýbrž její převrácené hodnotě. Odtud podoba vzorců: u stupně API a u lehké větve Baumé stojí hustota ve jmenovateli, takže čísla rostou směrem k lehkým kapalinám, kdežto Twaddell jmenovatel nemá vůbec — jeho stupnice je lineární v hustotě a počítá se od vody jen vzhůru.
Baumého stupnice má dvě větve, těžkou a lehkou, a na přístroji je vždy uvedeno, která z nich je nanesena. Obě začínají u vody, ale dále se rozcházejí: těžká vede ke kyselinám a louhům, lehká k lihům a palivu. Zaměnit je je snazší, než se zdá, a na silné kyselině dosahuje chyba ve volbě větve deseti stupňů.
Samo číslo na stupnici má smysl jen spolu s teplotou, při níž bylo odečteno: sklo je děleno pro 60 °F a teplý vzorek nevyhnutelně dává nižší hustotu. V ropném obchodu se oprava na to neodhaduje od oka, nýbrž bere z tabulek ASTM D1250 — nejprve se údaj převede na vztažných šedesát stupňů a teprve potom se počítá objem a peníze.
Posouvejte hustotu: plovák vyplouvá nebo klesá a tři stupnice čtou jeho polohu každá po svém. Každá z nich má své slepé pásmo, a tam, kde dvě stupnice ještě pracují, třetí už neukazuje nic.
Zelená čára jsou stupně API: klesají s tím, jak hustota roste. Oranžová jsou stupně Twaddell, které naopak rostou. Čáry se protínají u vody, kde API dává deset a Twaddell nulu, a dále se rozbíhají na opačné strany: jedna stupnice je dělena pro ropu, jež je lehčí než voda, druhá pro kyseliny a louhy, které jsou těžší. Přístroj s oběma stupnicemi na jednom dříku nevyrábí nikdo, protože jejich společný rozsah je příliš malý.
02 · Převod
Zadejte jeden údaj — list dá ostatní
Všechny stupnice se sbíhají k jedné relativní hustotě při 60 °F, a proto se navzájem převádějí přesně. Nepřesnost vzniká jen tam, kde byl údaj odečten při jiné teplotě a nebyl podle tabulky převeden na vztažnou hodnotu.
Modul těžké větve Baumé se v různých zemích bral různě — 144,3, 145 nebo 146,3 — a přepínač modulu je vyveden do jemných nastavení listu: na silné kyselině je rozdíl vidět už v první číslici.
Patnáct a půl stupně Celsia není kulaté číslo ani něčí rozmar: je to přesně 60 °F, známých šedesát stupňů amerického teploměru, o něž se opírá celá ropná aritmetika. Teplý vzorek ukazuje více stupňů API, než jich ve skutečnosti je, a u dávky o velikosti tankeru se tento rozdíl počítá již v penězích, proto se údaj nejprve převede na vztažnou hodnotu a teprve potom násobí objemem.
| Poznámka | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Řády veličin
logaritmická stupnice: od vzduchu k osmiu04 · Měřicí přístroje
Čím se měří hustota kapaliny
Plovák s broky v bříšku a se stupnicí na dříku: čte se ten dílek, který se shodl s hladinou kapaliny. Jeden přístroj pokryje úzký pás hustot, proto se prodávají v sadách po šesti až devíti kusech v pouzdře. Metoda je popsána v ASTM D1298 a dodnes zůstává platnou při přejímce ropy.
Nádoba známého objemu se váží prázdná a plná, držená v termostatu. Z mechanických způsobů je tento nejpřesnější: pátá číslice hustoty se získá spolehlivě. Cenou je čas, na jeden vzorek padne asi půl hodiny — zato právě pyknometrem se ověřují samotné hustoměry.
Ohnutá trubice se rozkmitá na vlastní frekvenci, a čím hustší je její obsah, tím pomaleji kmitá. Hustotu přístroj vypočte z doby kmitu a sám ji převede na 60 °F. Vzorku je třeba mililitr, na odpověď se čeká půl minuty — v laboratoři takový přístroj plovák dávno vytlačil.
V potrubí je hustota potřeba nepřetržitě, a tam se osazuje hmotnostní průtokoměr: rozkmitá dvě smyčky a z jejich zkroucení určí zároveň hmotnostní průtok i hustotu. Stupně API přístroj vydá hned, takže číslo se dostane do obchodní zprávy bez vzorku a bez člověka.
05 · Pravidla zápisu
Číslo bez větve a bez stupňů Fahrenheita neznamená nic
Znak stupně se klade před písmena a těsně k nim, zatímco hodnota se odděluje mezerou. U Baumé je nutné vždy uvést větev, těžkou nebo lehkou. U stupně API je dovoleno teplotu vynechat jen proto, že je vždy táž, 60 °F; je-li vzorek změřen při jiné, uvádí se to zvlášť.
Třetí zápis zaměňuje veličinu s její stupnicí: hustota se měří v kilogramech na krychlový metr, kdežto stupně API jsou bezrozměrné číslo, vypočtené z hustoty. Čtvrtá chyba je v provozu nejčastější: kyselina sírová o 66 °Bé obsahuje asi 93 % monohydrátu, a nikoli 66 %. Procenta se shodují se stupni jen u Brixe a Plata, kde je stupnice takto zamýšlena.
06 · Sousední jednotky
Významem stojí poblíž všechny stupnice, v nichž je hustota přepsána do čísel pohodlných pro obor: cukr se počítá podle Brixe, hroznový mošt podle Oechsleho, ropa podle API — a pod nimi všemi leží jedna a tatáž bezrozměrná relativní hustota.
stupnice běží obráceně
dvě větve od vody
lineární v hustotě
Z listů Simetria nejblíže stojí hustota v kg/m³, na niž se všechny tři stupnice převádějí, stupeň Brix a stupeň Plato s jejich cukernými tabulkami, barel, v němž se ropa počítá objemem, a barel ropného ekvivalentu, kde se k objemu přidává spalné teplo.
07 · Historický oddíl
Sůl, kůže a ropa
Antoine Baumé dělil dřík podle dvou bodů: čistá voda mu dala nulu a roztok z patnácti dílů soli na osmdesát pět dílů vody patnáct. Vzdálenost mezi těmito značkami rozdělil rovnoměrně, a vznikla stupnice, kterou lékárníci přijali okamžitě.
Skotský mistr William Twaddell se obešel bez vzorce: položil jeden stupeň rovný pěti tisícinám hustoty, takže není co počítat. Bělicí a činicí lázně se drží v úzkém pásu nad vodou, a koželuzi s textiláky mluví ve stupních Twaddell dodnes.
Americké ropné hustoměry se desítky let cejchovaly s modulem 141,5, ačkoli Baumého vzorec žádal 140. Úřad pro normy, když rozpor objevil, dal přednost tomu sklo nepředělávat, nýbrž je uzákonit — tak vznikla stupnice API.
Hustota se v laboratoři dávno bere kmitající trubicí a v potrubí průtokoměrem, ale smlouvy na ropu jsou stále psány ve stupních API a příplatek za lehký druh se počítá podle nich. Stupnice přežila svůj přístroj: čísla zůstala táž, plovák v tomto řetězci už není.
Jednotka, která nemá ani etalon, ani nulu na svém místě
Ověřit samotný stupeň API nelze: ověřuje se hustoměrné čidlo a stupeň vychází z hustoty podle vzorce. Kontrolovat je v tomto řetězci třeba dvě veličiny, hustotu a teplotu, přičemž druhá je důležitější než první. Teplá ropa je lehčí, stupňů jí vyjde více, a tedy je podle smlouvy dražší; proto se teplota vzorku zapisuje spolu s údajem a oprava se bere z tabulek, nikoli počítá zpaměti.
Nula této stupnice nestojí u vody, nýbrž u hustoty 1,076, tam, kde voda dávno zůstala za zády. Tak rozhodl vzorec, zamýšlený pro kapaliny lehčí než voda: jeho nula se ocitla stranou jakéhokoli fyzikálního smyslu. Těžké druhy odcházejí do záporných stupňů a minus v obchodní zprávě vypadá podivně, ale považuje se za zcela běžné.
Katalog · měřicí jednotky
List pro každou veličinu
Sedm základních jednotek SI, dvaadvacet odvozených s vlastními jmény a veličiny mimo soustavu, bez nichž by nefungovala ani technika, ani kalendář.