Areometriasteet
SI-järjestelmän ulkopuoliset nesteiden tiheysasteikot · suure: suhteellinen tiheys 60 °F:ssa
Öljypörssi on rakennettu niin, että raskas tavara osoittautuu halvaksi: Athabascan bitumi myydään alennuksella ja kevyt texasilainen laatu lisähinnalla, ja koko tämä hintaero on kirjattu sopimukseen yhtenä ainoana lukuna, API-asteina. Niiden asteikko kulkee vastoin tavanomaista järjestystä, sillä mitä tiheämpää neste on, sitä vähemmän asteita sille lankeaa. Nolla osui vettä raskaammalle nesteelle, ja vedelle itselleen annettiin tasan kymmenen.
Samalla lasikoholla on vielä kaksi asteikkoa, jotka se on perinyt muilta ammateilta: kemisti lukee varresta Baumé-asteita, nahkuri ja värjäri Twaddell-asteita. Kaikki kolme puhuvat samasta asiasta, siitä syvyydestä, johon laite on vajonnut nesteeseen, mutta kukin tekee sen omilla luvuillaan ja omalla alueellaan, jonka ulkopuolella se yksinkertaisesti vaikenee.
01 · Määritelmä
Kaikki kolme astetta ovat vain uudelleen kirjoitettua suhteellista tiheyttä, siis nesteen tiheyden suhdetta veden tiheyteen, molemmat samassa 60 °F:n lämpötilassa otettuina. Laite on kaikissa kolmessa tapauksessa sama, lasikoho ja asteikko varressa, ja ne eroavat vain siinä, minkä kaavan mukaan asteikko on piirretty lasiin.
Areometri vajoaa sitä syvemmälle mitä kevyempää neste on, sillä se syrjäyttää täsmälleen oman painonsa, ja uppoaman syvyys osoittautuu verrannolliseksi ei tiheyteen vaan sen käänteislukuun. Tästä johtuu kaavojen muoto: API-asteessa ja Baumén kevyessä haarassa tiheys on nimittäjässä, joten luvut kasvavat kevyitä nesteitä kohti, kun taas Twaddellilla ei ole nimittäjää lainkaan — hänen asteikkonsa on lineaarinen tiheyden suhteen ja lasketaan vedestä vain ylöspäin.
Baumén asteikolla on kaksi haaraa, raskas ja kevyt, ja laitteessa lukee aina, kumpi niistä on merkitty. Molemmat alkavat vedestä mutta erkanevat sen jälkeen: raskas johtaa happoihin ja emäksiin, kevyt sprihin ja polttoaineeseen. Niiden sekoittaminen on helpompaa kuin miltä näyttää, ja väkevässä hapossa haaran valinnan virhe yltää kymmeneen asteeseen.
Itse asteikon luku on mielekäs vain yhdessä sen lämpötilan kanssa, jossa se on otettu: lasi on jaotettu 60 °F:lle, ja lämmin näyte antaa väistämättä liian pienen tiheyden. Öljykaupassa korjausta ei arvioida silmämääräisesti vaan otetaan taulukoista ASTM D1250 — ensin lukema palautetaan vertailun kuuteenkymmeneen asteeseen ja vasta sitten lasketaan tilavuus ja raha.
Siirrä tiheyttä: koho nousee tai uppoaa, ja kolme asteikkoa lukevat sen aseman kukin omalla tavallaan. Jokaisella niistä on oma sokea alueensa, ja siellä missä kaksi asteikkoa vielä toimii, kolmas ei enää näytä mitään.
Vihreä viiva on API-asteet: ne laskevat tiheyden kasvaessa. Oranssi on Twaddell-asteet, jotka päinvastoin kasvavat. Viivat leikkaavat toisensa vedessä, jossa API antaa kymmenen ja Twaddell nollan, ja erkanevat sen jälkeen vastakkaisiin suuntiin: toinen asteikko on jaotettu öljylle, joka on vettä kevyempää, toinen hapoille ja emäksille, jotka ovat raskaampia. Laitetta, jossa olisi molemmat asteikot samassa varressa, ei valmista kukaan, koska niiden yhteinen alue on liian pieni.
02 · Muunnos
Syötä yksi lukema — lehti antaa loput
Kaikki asteikot palautuvat samaan suhteelliseen tiheyteen 60 °F:ssa, ja siksi ne muunnetaan toisikseen tarkasti. Epätarkkuutta syntyy vain siellä, missä lukema on otettu toisessa lämpötilassa eikä sitä ole palautettu vertailuun taulukon mukaan.
Baumén raskaan haaran moduuli otettiin eri maissa erilaisena — 144,3, 145 tai 146,3 — ja moduulin valitsin on sijoitettu lehden hienosäätöihin: väkevässä hapossa ero näkyy jo ensimmäisessä numerossa.
Viisitoista ja puoli celsiusastetta ei ole pyöreä luku eikä kenenkään oikku: se on tasan 60 °F, tutut kuusikymmentä astetta amerikkalaisessa lämpömittarissa, joihin koko öljyn laskenta nojaa. Lämmin näyte näyttää enemmän API-asteita kuin todellisuudessa on, ja tankkerin kokoisessa erässä tuo ero lasketaan jo rahassa; siksi lukema palautetaan ensin vertailuun ja kerrotaan vasta sitten tilavuudella.
| Huomautus | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Suuruusluokat
logaritminen asteikko: ilmasta osmiumiin04 · Mittalaitteet
Millä nesteen tiheys määritetään
Koho, jonka vatsassa on haulia ja varressa asteikko: luetaan se jakoviiva, joka osuu nesteen pinnan kohdalle. Yksi laite kattaa kapean tiheyskaistan, siksi niitä myydään sarjoina kuudesta yhdeksään kappaletta kotelossa. Menetelmä on kuvattu standardissa ASTM D1298 ja on yhä pätevä öljyn vastaanotossa.
Tunnetun tilavuuden astia punnitaan tyhjänä ja täytenä, termostaatissa pidettynä. Mekaanisista tavoista tämä on tarkin: tiheyden viides numero saadaan varmasti. Hintana on aika, yhteen näytteeseen kuluu noin puoli tuntia — mutta juuri pyknometrillä kalibroidaan areometrit itse.
Taivutettua putkea värähdytetään sen ominaistaajuudella, ja mitä tiheämpää sisältö on, sitä hitaammin se värähtelee. Tiheyden laite laskee värähdysajasta ja palauttaa sen itse 60 °F:iin. Näytettä tarvitaan millilitra, vastausta odotetaan puoli minuuttia — laboratoriossa tällainen laite on jo aikoja sitten syrjäyttänyt kohon.
Putkilinjassa tiheyttä tarvitaan jatkuvasti, ja sinne asennetaan massavirtamittari: se värähdyttää kahta silmukkaa ja määrittää niiden kiertymästä yhdellä kertaa massavirran ja tiheyden. API-asteet laite antaa saman tien, joten luku päätyy tavararaporttiin ilman näytettä ja ilman ihmistä.
05 · Kirjoitussäännöt
Luku ilman haaraa ja ilman Fahrenheit-asteita ei merkitse mitään
Astemerkki asetetaan kirjainten eteen kiinni niihin, ja arvo erotetaan välilyönnillä. Baumélla on aina ilmoitettava haara, raskas tai kevyt. API-asteessa lämpötilan saa jättää pois vain siksi, että se on aina sama, 60 °F; jos näyte on mitattu toisessa, se mainitaan erikseen.
Kolmas merkintätapa sekoittaa suureen sen asteikkoon: tiheys mitataan kilogrammoina kuutiometriä kohti, kun taas API-asteet ovat dimensioton luku, laskettu tiheydestä. Neljäs virhe on verstaalla yleisin: 66 °Bé:n rikkihappo sisältää noin 93 % monohydraattia eikä suinkaan 66 %. Prosentit osuvat yhteen asteiden kanssa vain Brixillä ja Platolla, joilla asteikko on juuri niin tarkoitettu.
06 · Naapuriyksiköt
Merkitykseltään lähellä ovat kaikki ne asteikot, joissa tiheys on kirjoitettu alalle sopiviksi luvuiksi: sokeri lasketaan Brixin mukaan, rypälemehu Oechslen mukaan, öljy API:n mukaan — ja niiden kaikkien alla on yksi ja sama dimensioton suhteellinen tiheys.
asteikko kulkee käänteisesti
kaksi haaraa vedestä
lineaarinen tiheyden suhteen
Simetriumin korteista lähinnä ovat tiheys yksikössä kg/m³, johon kaikki kolme asteikkoa palautuvat, Brix-aste ja Plato-aste sokeritaulukkoineen, tynnyri, jossa öljy lasketaan tilavuutena, ja öljyekvivalenttitynnyri, jossa tilavuuteen lisätään palamislämpö.
07 · Historiallinen osa
Suola, nahka ja öljy
Antoine Baumé jaotti varren kahden pisteen mukaan: puhdas vesi antoi hänelle nollan, ja liuos, jossa oli viisitoista osaa suolaa kahdeksaakymmentäviittä vesiosaa kohti, antoi viisitoista. Näiden merkkien välin hän jakoi tasan, ja siitä syntyi asteikko, jonka apteekkarit ottivat heti käyttöön.
Skotlantilainen mestari William Twaddell tuli toimeen ilman kaavaa: hän asetti yhden asteen viideksi tuhannesosaksi tiheyttä, joten mitään ei tarvitse laskea. Valkaisu- ja parkitusliemet pidetään kapealla kaistalla veden yläpuolella, ja nahkurit ja tekstiiliväki puhuvat Twaddell-asteina vielä tänäkin päivänä.
Amerikkalaisia öljyareometreja jaotettiin vuosikymmenten ajan moduulilla 141,5, vaikka Baumén kaava vaati 140:tä. Standardivirasto piti eron havaittuaan parempana olla tekemättä lasia uudelleen ja vahvistaa se sen sijaan säädöksellä — näin syntyi API-asteikko.
Tiheys otetaan laboratoriossa jo kauan sitten värähtelevällä putkella ja linjassa massavirtamittarilla, mutta öljysopimukset on yhä kirjoitettu API-asteina, ja kevyen laadun lisähinta lasketaan niiden mukaan. Asteikko on elänyt laitteensa yli: luvut ovat samat, mutta kohoa ei tässä ketjussa enää ole.
Yksikkö, jolla ei ole normaalia eikä nollaa oikealla paikallaan
Itse API-astetta ei voi kalibroida: kalibroidaan tiheysmittari, ja aste seuraa tiheydestä kaavan mukaan. Tässä ketjussa on tarkastettava kaksi suuretta, tiheys ja lämpötila, joista jälkimmäinen on tärkeämpi kuin edellinen. Lämmin öljy on kevyempää, siitä tulee enemmän asteita, ja siten se on sopimuksen mukaan kalliimpaa; siksi näytteen lämpötila kirjataan yhdessä lukeman kanssa, ja korjaus otetaan taulukoista eikä lasketa päässä.
Tämän asteikon nolla ei ole vedessä vaan tiheydessä 1,076, siellä missä vesi on jo kauan sitten jäänyt taakse. Näin määräsi kaava, joka oli tarkoitettu vettä kevyemmille nesteille: sen nolla päätyi kaiken fysikaalisen merkityksen ulkopuolelle. Raskaat laadut menevät negatiivisiin asteisiin, ja miinus tavararaportissa näyttää oudolta mutta on täysin tavanomainen.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi johdettua omine nimineen ja järjestelmän ulkopuolisia suureita, joita ilman ei toimisi tekniikka eikä kalenteri.