Βαθμοί αραιομέτρου
Κλίμακες πυκνότητας υγρών εκτός SI · μέγεθος: σχετική πυκνότητα στους 60 °F
Το πετρελαϊκό χρηματιστήριο είναι έτσι φτιαγμένο ώστε το βαρύ εμπόρευμα να βγαίνει φθηνό: η άσφαλτος της Athabasca πωλείται με έκπτωση, ενώ το ελαφρύ αργό του Τέξας με προσαύξηση, και όλη αυτή η διαφορά τιμής γράφεται στο συμβόλαιο με έναν μόνο αριθμό, σε βαθμούς API. Η κλίμακά τους τρέχει αντίθετα από τη συνηθισμένη τάξη των πραγμάτων, γιατί όσο πυκνότερο είναι το υγρό, τόσο λιγότεροι βαθμοί του αναλογούν. Το μηδέν έπεσε σε υγρό βαρύτερο από το νερό, ενώ στο ίδιο το νερό δόθηκαν ακριβώς δέκα.
Ο ίδιος γυάλινος πλωτήρας φέρει άλλες δύο κλίμακες, κληρονομιά από άλλα επαγγέλματα: ο χημικός διαβάζει στον στέλεχος βαθμούς Baumé, ο βυρσοδέψης και ο βαφέας βαθμούς Twaddell. Και οι τρεις μιλούν για το ίδιο πράγμα, για το βάθος στο οποίο βυθίστηκε το όργανο μέσα στο υγρό, αλλά καθεμιά το κάνει με τους δικούς της αριθμούς και στο δικό της εύρος, έξω από το οποίο απλώς σωπαίνει.
01 · Ορισμός
Και οι τρεις βαθμοί δεν είναι παρά σχετική πυκνότητα ξαναγραμμένη, δηλαδή ο λόγος της πυκνότητας του υγρού προς την πυκνότητα του νερού, παρμένων και των δύο στην ίδια θερμοκρασία των 60 °F. Το όργανο είναι και στις τρεις περιπτώσεις το ίδιο, γυάλινος πλωτήρας με κλίμακα στο στέλεχος, και διαφέρουν μόνο ως προς τον τύπο με τον οποίο χαράχτηκε η κλίμακα στο γυαλί.
Το αραιόμετρο βυθίζεται τόσο βαθύτερα όσο ελαφρύτερο είναι το υγρό, αφού εκτοπίζει ακριβώς το ίδιο του το βάρος, και το βάθος βύθισης αποδεικνύεται ανάλογο όχι με την πυκνότητα αλλά με το αντίστροφό της. Από εκεί και η μορφή των τύπων: στον βαθμό API και στον ελαφρύ κλάδο του Baumé η πυκνότητα βρίσκεται στον παρονομαστή, ώστε οι αριθμοί μεγαλώνουν προς τα ελαφρά υγρά, ενώ ο Twaddell δεν έχει παρονομαστή καθόλου — η κλίμακά του είναι γραμμική ως προς την πυκνότητα και μετριέται από το νερό μόνο προς τα πάνω.
Η κλίμακα του Baumé έχει δύο κλάδους, βαρύ και ελαφρύ, και στο όργανο αναγράφεται πάντοτε ποιος από τους δύο είναι χαραγμένος. Και οι δύο ξεκινούν από το νερό, αλλά έπειτα χωρίζουν: ο βαρύς οδηγεί στα οξέα και τις βάσεις, ο ελαφρύς στα οινοπνεύματα και το καύσιμο. Το να τους μπερδέψει κανείς είναι ευκολότερο απ' ό,τι φαίνεται, και σε ισχυρό οξύ το σφάλμα στην επιλογή κλάδου φτάνει τους δέκα βαθμούς.
Ο ίδιος ο αριθμός στην κλίμακα έχει νόημα μόνο μαζί με τη θερμοκρασία στην οποία ελήφθη: το γυαλί είναι διαβαθμισμένο για 60 °F, και ένα χλιαρό δείγμα δίνει αναπόφευκτα μικρότερη πυκνότητα. Στο πετρελαϊκό εμπόριο η διόρθωση δεν εκτιμάται με το μάτι, αλλά λαμβάνεται από τους πίνακες ASTM D1250 — πρώτα η ένδειξη ανάγεται στους εξήντα βαθμούς αναφοράς και μόνο έπειτα υπολογίζονται όγκος και χρήμα.
Μετακινήστε την πυκνότητα: ο πλωτήρας ανεβαίνει ή βυθίζεται, και οι τρεις κλίμακες διαβάζουν τη θέση του καθεμιά με τον τρόπο της. Καθεμιά έχει τη δική της τυφλή ζώνη, και εκεί όπου δύο κλίμακες ακόμη δουλεύουν, η τρίτη δεν δείχνει πια τίποτε.
Η πράσινη γραμμή είναι οι βαθμοί API: πέφτουν καθώς η πυκνότητα αυξάνεται. Η πορτοκαλί είναι οι βαθμοί Twaddell, που αντιθέτως ανεβαίνουν. Οι γραμμές τέμνονται στο νερό, όπου το API δίνει δέκα και ο Twaddell μηδέν, και έπειτα απομακρύνονται προς αντίθετες κατευθύνσεις: η μία κλίμακα είναι διαβαθμισμένη για πετρέλαιο, ελαφρύτερο από το νερό, η άλλη για οξέα και βάσεις, που είναι βαρύτερα. Όργανο με τις δύο κλίμακες στο ίδιο στέλεχος δεν φτιάχνει κανείς, γιατί το κοινό τους εύρος είναι πολύ μικρό.
02 · Μετατροπή
Δώστε μία ένδειξη και το δελτίο θα δώσει τις υπόλοιπες
Όλες οι κλίμακες ανάγονται σε μία σχετική πυκνότητα στους 60 °F, και γι' αυτό μετατρέπονται μεταξύ τους με ακρίβεια. Ανακρίβεια εμφανίζεται μόνο εκεί όπου η ένδειξη ελήφθη σε άλλη θερμοκρασία και δεν ανήχθη στην αναφορά κατά τον πίνακα.
Ο συντελεστής του βαρέος κλάδου του Baumé λαμβανόταν διαφορετικός κατά χώρα — 144,3, 145 ή 146,3 — και ο επιλογέας του βρίσκεται στις λεπτές ρυθμίσεις του δελτίου: σε ισχυρό οξύ η διαφορά φαίνεται ήδη στο πρώτο ψηφίο.
Δεκαπέντε και μισός βαθμοί Κελσίου δεν είναι ούτε στρογγυλός αριθμός ούτε ιδιοτροπία κανενός: είναι ακριβώς 60 °F, οι γνώριμοι εξήντα βαθμοί του αμερικανικού θερμομέτρου πάνω στους οποίους στηρίζεται όλη η πετρελαϊκή αριθμητική. Ένα χλιαρό δείγμα δείχνει περισσότερους βαθμούς API απ' όσους πράγματι υπάρχουν, και σε φορτίο μεγέθους δεξαμενόπλοιου η διαφορά αυτή μετριέται ήδη σε χρήμα· γι' αυτό η ένδειξη ανάγεται πρώτα στην αναφορά και μόνο έπειτα πολλαπλασιάζεται με τον όγκο.
| Σημείωση | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Τάξεις μεγέθους
λογαριθμική κλίμακα: από τον αέρα ως το όσμιο04 · Όργανα μέτρησης
Με τι μετριέται η πυκνότητα ενός υγρού
Πλωτήρας με σκάγια στην κοιλιά και κλίμακα στο στέλεχος: διαβάζεται η υποδιαίρεση που συνέπεσε με τη στάθμη του υγρού. Ένα όργανο καλύπτει στενή ζώνη πυκνοτήτων, γι' αυτό πωλούνται σε σειρές των έξι ως εννέα τεμαχίων σε θήκη. Η μέθοδος περιγράφεται στο ASTM D1298 και παραμένει ως σήμερα νόμιμη κατά την παραλαβή πετρελαίου.
Δοχείο γνωστού όγκου ζυγίζεται άδειο και γεμάτο, κρατημένο σε θερμοστάτη. Από τους μηχανικούς τρόπους αυτός είναι ο ακριβέστερος: το πέμπτο ψηφίο της πυκνότητας λαμβάνεται με βεβαιότητα. Το τίμημα είναι ο χρόνος, για ένα δείγμα χρειάζεται περίπου μισή ώρα — σε αντάλλαγμα, με το πυκνόμετρο ακριβώς διακριβώνονται τα ίδια τα αραιόμετρα.
Ένας κυρτός σωλήνας τίθεται σε ταλάντωση στη δική του συχνότητα, και όσο πυκνότερο είναι το περιεχόμενό του, τόσο πιο αργά ταλαντώνεται. Την πυκνότητα το όργανο την υπολογίζει από την περίοδο της ταλάντωσης και την ανάγει το ίδιο στους 60 °F. Δείγμα χρειάζεται ένα χιλιοστόλιτρο, η απάντηση περιμένεται μισό λεπτό — στο εργαστήριο ένα τέτοιο όργανο εκτόπισε προ πολλού τον πλωτήρα.
Σε έναν αγωγό η πυκνότητα χρειάζεται αδιάκοπα, και εκεί τοποθετείται μαζικό ροόμετρο: θέτει σε ταλάντωση δύο βρόχους και από τη συστροφή τους προσδιορίζει ταυτόχρονα τη μαζική παροχή και την πυκνότητα. Τους βαθμούς API το όργανο τους δίνει επιτόπου, ώστε ο αριθμός φτάνει στην εμπορική αναφορά χωρίς δείγμα και χωρίς άνθρωπο.
05 · Κανόνες γραφής
Ένας αριθμός χωρίς κλάδο και χωρίς βαθμούς Φαρενάιτ δεν σημαίνει τίποτε
Το σύμβολο του βαθμού μπαίνει πριν από τα γράμματα και κολλητά σε αυτά, ενώ η τιμή χωρίζεται με διάστημα. Στον Baumé πρέπει πάντοτε να δηλώνεται ο κλάδος, ο βαρύς ή ο ελαφρύς. Στον βαθμό API επιτρέπεται να παραλειφθεί η θερμοκρασία μόνο επειδή είναι πάντοτε η ίδια, 60 °F· αν το δείγμα μετρήθηκε σε άλλη, αυτό σημειώνεται ρητά.
Η τρίτη γραφή συγχέει το μέγεθος με την κλίμακά του: η πυκνότητα μετριέται σε χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο, ενώ οι βαθμοί API είναι αδιάστατος αριθμός, υπολογισμένος από την πυκνότητα. Το τέταρτο λάθος είναι το συχνότερο στο συνεργείο: το θειικό οξύ των 66 °Bé περιέχει περίπου 93 % μονοϋδρικού, και σε καμία περίπτωση 66 %. Τα ποσοστά συμπίπτουν με τους βαθμούς μόνο στον Brix και στον Plato, όπου η κλίμακα έτσι ακριβώς σχεδιάστηκε.
06 · Γειτονικές μονάδες
Κατά το νόημα κοντά βρίσκονται όλες οι κλίμακες στις οποίες η πυκνότητα έχει ξαναγραφτεί σε αριθμούς βολικούς για τον κλάδο: η ζάχαρη μετριέται κατά Brix, το γλεύκος σταφυλιού κατά Oechsle, το πετρέλαιο κατά API — και κάτω από όλες κείτεται μία και η αυτή αδιάστατη σχετική πυκνότητα.
η κλίμακα τρέχει αντίστροφα
δύο κλάδοι από το νερό
γραμμική ως προς την πυκνότητα
Από τα δελτία του Simetrium πλησιέστερα βρίσκονται πυκνότητα σε kg/m³, στην οποία ανάγονται και οι τρεις κλίμακες, βαθμός Brix και βαθμός Plato με τους ζαχαρικούς τους πίνακες, βαρέλι, στο οποίο το πετρέλαιο μετριέται κατ' όγκο, και ισοδύναμο βαρέλι πετρελαίου, όπου στον όγκο προστίθεται η θερμογόνος δύναμη.
07 · Ιστορικό μέρος
Το αλάτι, το δέρμα και το πετρέλαιο
Ο Antoine Baumé διαβάθμιζε το στέλεχος με δύο σημεία: το καθαρό νερό του έδωσε το μηδέν, και διάλυμα από δεκαπέντε μέρη αλατιού σε ογδόντα πέντε μέρη νερού το δεκαπέντε. Την απόσταση ανάμεσα σε αυτά τα σημάδια τη μοίρασε ίσα, και βγήκε μια κλίμακα που οι φαρμακοποιοί δέχτηκαν αμέσως.
Ο Σκωτσέζος τεχνίτης William Twaddell τα κατάφερε χωρίς τύπο: όρισε τον βαθμό ίσο με πέντε χιλιοστά της πυκνότητας, ώστε δεν υπάρχει τίποτε να υπολογιστεί. Τα λουτρά λεύκανσης και δέψης κρατιούνται σε στενή ζώνη πάνω από το νερό, και βυρσοδέψες με υφαντουργούς μιλούν σε βαθμούς Twaddell ως σήμερα.
Τα αμερικανικά πετρελαϊκά αραιόμετρα διαβαθμίζονταν επί δεκαετίες με συντελεστή 141,5, μολονότι ο τύπος του Baumé απαιτούσε 140. Το Γραφείο Προτύπων, όταν εντόπισε την απόκλιση, προτίμησε να μην ξαναφτιάξει το γυαλί αλλά να το νομιμοποιήσει — έτσι γεννήθηκε η κλίμακα API.
Στο εργαστήριο η πυκνότητα λαμβάνεται εδώ και καιρό με δονούμενο σωλήνα, και στον αγωγό με μαζικό ροόμετρο, όμως τα συμβόλαια για το πετρέλαιο εξακολουθούν να γράφονται σε βαθμούς API, και με αυτούς υπολογίζεται η προσαύξηση για την ελαφριά ποιότητα. Η κλίμακα επέζησε του οργάνου της: οι αριθμοί έμειναν οι ίδιοι, πλωτήρας όμως σε αυτή την αλυσίδα δεν υπάρχει πια.
Μονάδα που δεν έχει ούτε πρότυπο ούτε το μηδέν στη θέση του
Ο ίδιος ο βαθμός API δεν διακριβώνεται: διακριβώνεται το πυκνόμετρο, και ο βαθμός προκύπτει από την πυκνότητα κατά τον τύπο. Στην αλυσίδα αυτή πρέπει να ελέγχονται δύο μεγέθη, η πυκνότητα και η θερμοκρασία, και το δεύτερο βαρύνει περισσότερο από το πρώτο. Το χλιαρό πετρέλαιο είναι ελαφρύτερο, του βγαίνουν περισσότεροι βαθμοί, άρα κατά το συμβόλαιο είναι ακριβότερο· γι' αυτό η θερμοκρασία του δείγματος σημειώνεται μαζί με την ένδειξη, και η διόρθωση λαμβάνεται από πίνακες αντί να υπολογίζεται από μνήμης.
Το μηδέν αυτής της κλίμακας δεν βρίσκεται στο νερό, αλλά στην πυκνότητα 1,076, εκεί όπου το νερό έχει προ πολλού μείνει πίσω. Έτσι όρισε ο τύπος, φτιαγμένος για υγρά ελαφρύτερα από το νερό: το μηδέν του βρέθηκε έξω από κάθε φυσικό νόημα. Οι βαριές ποιότητες περνούν σε αρνητικούς βαθμούς, και ένα πλην στην εμπορική αναφορά φαίνεται παράξενο, θεωρείται όμως απολύτως συνηθισμένο.
Κατάλογος · μονάδες μέτρησης
Ένα δελτίο για κάθε μέγεθος
Επτά βασικές μονάδες SI, είκοσι δύο παράγωγες με δικό τους όνομα και μεγέθη εκτός συστήματος, χωρίς τα οποία δεν θα λειτουργούσε ούτε η τεχνική ούτε το ημερολόγιο.