Stopnie areometru
Skale gęstości cieczy spoza SI · wielkość: gęstość względna w 60 °F
Giełda naftowa urządzona jest tak, że towar ciężki okazuje się tanim: bitum z Athabaski sprzedaje się z upustem, a lekki gatunek teksaski z dopłatą, i cała ta różnica ceny zapisana jest w kontrakcie jedną liczbą, stopniami API. Ich skala biegnie odwrotnie do zwykłego porządku rzeczy, bo im gęstsza ciecz, tym mniej stopni jej przypada. Zero padło na ciecz cięższą od wody, samej zaś wodzie przyznano dokładnie dziesięć.
Ten sam szklany pływak nosi jeszcze dwie skale, odziedziczone po innych rzemiosłach: chemik czyta na trzonku stopnie Baumé, a garbarz i farbiarz stopnie Twaddella. Wszystkie trzy mówią o tym samym, o głębokości, na jaką przyrząd zanurzył się w cieczy, ale każda robi to własnymi liczbami i we własnym zakresie, poza którym po prostu milczy.
01 · Definicja
Wszystkie trzy stopnie to nic więcej niż przepisana gęstość względna, czyli stosunek gęstości cieczy do gęstości wody, obu wziętych w tej samej temperaturze 60 °F. Przyrząd jest we wszystkich trzech przypadkach ten sam, szklany pływak ze skalą na trzonku, a różnią się jedynie tym, według którego wzoru tę skalę naniesiono na szkło.
Areometr zanurza się tym głębiej, im lżejsza jest ciecz, ponieważ wypiera dokładnie własny ciężar, a głębokość zanurzenia okazuje się proporcjonalna nie do gęstości, lecz do jej odwrotności. Stąd postać wzorów: przy stopniu API i przy lekkiej gałęzi Baumé gęstość stoi w mianowniku, tak że liczby rosną ku cieczom lekkim, podczas gdy Twaddell mianownika nie ma wcale — jego skala jest liniowa względem gęstości i liczy się od wody tylko w górę.
Skala Baumé ma dwie gałęzie, ciężką i lekką, a na przyrządzie zawsze podano, która z nich jest naniesiona. Obie zaczynają się od wody, ale dalej się rozchodzą: ciężka prowadzi ku kwasom i zasadom, lekka ku alkoholom i paliwu. Pomylić je jest łatwiej, niż się wydaje, a na mocnym kwasie błąd w wyborze gałęzi sięga dziesięciu stopni.
Sama liczba na skali ma sens wyłącznie razem z temperaturą, w której ją odczytano: szkło jest wyskalowane na 60 °F, a ciepła próbka nieuchronnie daje gęstość zaniżoną. W handlu naftowym poprawki na to nie szacuje się na oko, lecz bierze z tablic ASTM D1250 — najpierw odczyt sprowadza się do odniesienia sześćdziesięciu stopni i dopiero potem liczy objętość i pieniądze.
Przesuwajcie gęstość: pływak wypływa albo tonie, a trzy skale czytają jego położenie każda po swojemu. Każda z nich ma swoją martwą strefę, i tam, gdzie dwie skale jeszcze działają, trzecia już nic nie pokazuje.
Zielona linia to stopnie API: opadają w miarę wzrostu gęstości. Pomarańczowa to stopnie Twaddella, które przeciwnie — rosną. Linie przecinają się przy wodzie, gdzie API daje dziesięć, a Twaddell zero, i dalej rozchodzą się w przeciwne strony: jedna skala jest wyskalowana pod ropę, lżejszą od wody, druga pod kwasy i zasady, które są cięższe. Przyrządu z obiema skalami na jednym trzonku nie robi nikt, bo ich wspólny zakres jest zbyt mały.
02 · Przeliczanie
Wpiszcie jeden odczyt, a karta poda pozostałe
Wszystkie skale schodzą się do jednej gęstości względnej w 60 °F i dlatego przeliczają się wzajemnie dokładnie. Niedokładność pojawia się tylko tam, gdzie odczyt wzięto w innej temperaturze i nie sprowadzono go do odniesienia według tablicy.
Moduł ciężkiej gałęzi Baumé brano w różnych krajach różnie — 144,3, 145 albo 146,3 — a przełącznik modułu wyniesiono do ustawień szczegółowych karty: na mocnym kwasie różnicę widać już przy pierwszej cyfrze.
Piętnaście i pół stopnia Celsjusza to ani liczba okrągła, ani czyjś kaprys: to dokładnie 60 °F, znajome sześćdziesiąt stopni amerykańskiego termometru, na których opiera się cała arytmetyka naftowa. Ciepła próbka pokazuje więcej stopni API, niż jest naprawdę, a przy partii wielkości tankowca różnicę tę liczy się już w pieniądzach; dlatego odczyt najpierw sprowadza się do odniesienia i dopiero potem mnoży przez objętość.
| Uwaga | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Rzędy wielkości
skala logarytmiczna: od powietrza do osmu04 · Przyrządy pomiarowe
Czym mierzy się gęstość cieczy
Pływak ze śrutem w brzuszku i skalą na trzonku: odczytuje się tę działkę, która zeszła się z poziomem cieczy. Jeden przyrząd obejmuje wąskie pasmo gęstości, dlatego sprzedaje się je kompletami po sześć do dziewięciu sztuk w futerale. Metodę opisano w ASTM D1298 i do dziś pozostaje ona ważna przy odbiorze ropy.
Naczynie o znanej objętości waży się puste i pełne, trzymając je w termostacie. Ze sposobów mechanicznych ten jest najdokładniejszy: piątą cyfrę gęstości bierze się pewnie. Ceną jest czas, na jedną próbkę idzie około pół godziny — za to właśnie piknometrem sprawdza się same areometry.
Wygiętą rurkę wprawia się w drgania o częstotliwości własnej, a im gęstsza jest jej zawartość, tym wolniej drga. Gęstość przyrząd oblicza z okresu drgań i sam sprowadza ją do 60 °F. Próbki trzeba mililitr, na odpowiedź czeka się pół minuty — w laboratorium taki przyrząd dawno wyparł pływak.
W rurociągu gęstość potrzebna jest bez przerwy i tam stawia się przepływomierz masowy: wprawia w drgania dwie pętle i po ich skręceniu wyznacza od razu przepływ masowy i gęstość. Stopnie API przyrząd podaje od ręki, tak że liczba trafia do raportu handlowego bez próbki i bez człowieka.
05 · Zasady zapisu
Liczba bez gałęzi i bez stopni Fahrenheita nic nie znaczy
Znak stopnia stawia się przed literami i łącznie z nimi, a wartość oddziela spacją. Przy Baumé trzeba zawsze podać gałąź, ciężką albo lekką. Przy stopniu API wolno pominąć temperaturę tylko dlatego, że jest zawsze ta sama, 60 °F; jeśli próbkę zmierzono w innej, zaznacza się to osobno.
Trzeci zapis myli wielkość z jej skalą: gęstość mierzy się w kilogramach na metr sześcienny, a stopnie API to liczba bezwymiarowa, obliczona z gęstości. Czwarty błąd jest w warsztacie najczęstszy: kwas siarkowy o 66 °Bé zawiera około 93 % monohydratu, a bynajmniej nie 66 %. Procenty pokrywają się ze stopniami tylko u Brixa i Plato, gdzie skalę tak właśnie pomyślano.
06 · Jednostki sąsiednie
Znaczeniowo blisko stoją wszystkie skale, w których gęstość przepisano na liczby wygodne dla branży: cukier liczy się według Brixa, moszcz winogronowy według Oechslego, ropę według API — a pod nimi wszystkimi leży jedna i ta sama bezwymiarowa gęstość względna.
skala biegnie odwrotnie
dwie gałęzie od wody
liniowa względem gęstości
Spośród kart Simetrium najbliżej stoją gęstość w kg/m³, do której sprowadzają się wszystkie trzy skale, stopień Brixa i stopień Plato z ich tablicami cukrowymi, baryłka, w którym ropę liczy się objętością, i baryłka ekwiwalentu ropy, gdzie do objętości dokłada się ciepło spalania.
07 · Dział historyczny
Sól, skóra i ropa
Antoine Baumé wyznaczał podziałkę trzonka według dwóch punktów: czysta woda dała mu zero, a roztwór z piętnastu części soli na osiemdziesiąt pięć części wody — piętnaście. Odległość między tymi znakami podzielił równo i wyszła skala, którą aptekarze przyjęli od razu.
Szkocki majster William Twaddell obszedł się bez wzoru: położył na stopień pięć tysięcznych gęstości, tak że nie ma czego liczyć. Kąpiele bielące i garbarskie trzyma się w wąskim paśmie nad wodą, a garbarze z włókiennikami mówią w stopniach Twaddella do dziś.
Amerykańskie areometry naftowe przez dziesiątki lat cechowano z modułem 141,5, choć wzór Baumégo wymagał 140. Biuro Norm, wykrywszy rozbieżność, wolało nie przerabiać szkła, lecz je uprawomocnić — tak powstała skala API.
Gęstość w laboratorium bierze się od dawna rurką drgającą, a w rurociągu przepływomierzem masowym, ale kontrakty na ropę wciąż pisane są w stopniach API i według nich liczy się dopłatę za gatunek lekki. Skala przeżyła swój przyrząd: liczby zostały te same, pływaka w tym łańcuchu już nie ma.
Jednostka, która nie ma ani wzorca, ani zera na swoim miejscu
Samego stopnia API nie da się zalegalizować: legalizuje się gęstościomierz, a stopień wychodzi z gęstości według wzoru. W tym łańcuchu sprawdzać trzeba dwie wielkości, gęstość i temperaturę, przy czym druga waży więcej niż pierwsza. Ciepła ropa jest lżejsza, stopni wychodzi jej więcej, a więc według kontraktu jest droższa; dlatego temperaturę próbki zapisuje się razem z odczytem, a poprawkę bierze z tablic, nie licząc jej w pamięci.
Zero tej skali stoi nie na wodzie, lecz na gęstości 1,076, tam, gdzie woda dawno została z tyłu. Tak rozporządził wzór pomyślany dla cieczy lżejszych od wody: jego zero znalazło się poza wszelkim sensem fizycznym. Gatunki ciężkie schodzą w stopnie ujemne, a minus w raporcie handlowym wygląda dziwnie, lecz uchodzi za rzecz całkiem zwyczajną.
Katalog · jednostki miary
Karta dla każdej wielkości
Siedem jednostek podstawowych SI, dwadzieścia dwie pochodne z własnymi nazwami i wielkości spoza układu, bez których nie działałaby ani technika, ani kalendarz.