Grade areometrice
Scări din afara SI pentru densitatea lichidelor · mărime: densitate relativă la 60 °F
Bursa petrolului este alcătuită astfel încât marfa grea se dovedește a fi cea ieftină: bitumul din Athabasca se vinde cu discont, iar țițeiul ușor din Texas cu primă, și toată această diferență de preț stă în contract într-un singur număr, în grade API. Scara lor merge invers față de rânduiala obișnuită a lucrurilor, fiindcă, cu cât lichidul este mai dens, cu atât mai puține grade îi revin. Zeroul a căzut pe un lichid mai greu decât apa, iar apei înseși i s-au dat exact zece.
Același plutitor de sticlă poartă încă două scări, moștenite de la alte meșteșuguri: chimistul citește pe tijă grade Baumé, iar tăbăcarul și vopsitorul, grade Twaddell. Toate trei vorbesc despre același lucru, despre adâncimea la care instrumentul s-a cufundat în lichid, dar fiecare o face cu numerele ei și în intervalul ei, dincolo de care pur și simplu tace.
01 · Definiție
Toate cele trei grade nu sunt altceva decât densitate relativă rescrisă, adică raportul dintre densitatea lichidului și cea a apei, luate amândouă la aceeași temperatură de 60 °F. Instrumentul este în toate cele trei cazuri același, un plutitor de sticlă cu o scară pe tijă, iar ele se deosebesc doar prin formula după care acea scară a fost trasată pe sticlă.
Areometrul se cufundă cu atât mai adânc cu cât lichidul este mai ușor, fiindcă dislocă exact propria greutate, iar adâncimea de cufundare se dovedește proporțională nu cu densitatea, ci cu inversul ei. De aici forma formulelor: la gradul API și la ramura ușoară a lui Baumé densitatea stă la numitor, astfel încât numerele cresc spre lichidele ușoare, în vreme ce Twaddell nu are numitor deloc — scara lui este liniară în densitate și se numără de la apă numai în sus.
Scara lui Baumé are două ramuri, una grea și una ușoară, iar pe instrument se arată întotdeauna care dintre ele este trasată. Amândouă pornesc de la apă, dar apoi se despart: cea grea duce spre acizi și baze, cea ușoară spre alcooluri și combustibil. Să le încurci este mai ușor decât pare, iar pe un acid tare greșeala la alegerea ramurii ajunge la zece grade.
Numărul de pe scară are sens numai împreună cu temperatura la care a fost citit: sticla este gradată pentru 60 °F, iar o probă caldă dă inevitabil o densitate mai mică decât cea reală. În comerțul petrolier corecția nu se apreciază din ochi, ci se ia din tabelele ASTM D1250 — mai întâi citirea se aduce la cele șaizeci de grade de referință și abia apoi se socotesc volumul și banii.
Deplasați densitatea: plutitorul se ridică sau se scufundă, iar cele trei scări îi citesc poziția fiecare în felul ei. Fiecare are zona ei oarbă, iar acolo unde două scări încă lucrează, a treia nu mai arată nimic.
Linia verde sunt gradele API: scad pe măsură ce densitatea crește. Cea portocalie sunt gradele Twaddell, care dimpotrivă cresc. Liniile se intersectează la apă, unde API dă zece, iar Twaddell zero, și apoi se despart în sensuri opuse: o scară este gradată pentru petrol, mai ușor decât apa, cealaltă pentru acizi și baze, care sunt mai grele. Un instrument cu ambele scări pe aceeași tijă nu face nimeni, fiindcă intervalul lor comun este prea mic.
02 · Conversie
Introduceți o citire, iar fișa le va da pe celelalte
Toate scările se reduc la o singură densitate relativă la 60 °F și de aceea se convertesc una în alta exact. Neexactitatea apare doar acolo unde citirea a fost luată la altă temperatură și nu a fost adusă la referință după tabel.
Modulul ramurii grele a lui Baumé a fost luat diferit de la o țară la alta — 144,3, 145 sau 146,3 — iar selectorul modulului este scos în reglajele fine ale fișei: pe un acid tare diferența se vede încă de la prima cifră.
Cincisprezece grade și jumătate Celsius nu sunt un număr rotund și nici capriciul cuiva: sunt exact 60 °F, cele șaizeci de grade cunoscute ale termometrului american pe care se sprijină toată aritmetica petrolului. O probă caldă arată mai multe grade API decât sunt în realitate, iar la o partidă cât un petrolier această diferență se socotește deja în bani; de aceea citirea se aduce mai întâi la referință și abia apoi se înmulțește cu volumul.
| Notă | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Ordine de mărime
scară logaritmică: de la aer la osmiu04 · Instrumente de măsură
Cu ce se măsoară densitatea unui lichid
Un plutitor cu alice în pântece și cu o scară pe tijă: se citește diviziunea care a coincis cu nivelul lichidului. Un singur instrument cuprinde o bandă îngustă de densități, de aceea se vând în seturi de șase până la nouă bucăți în cutie. Metoda este descrisă în ASTM D1298 și rămâne și astăzi valabilă la recepția petrolului.
Un vas de volum cunoscut se cântărește gol și plin, ținut în termostat. Dintre metodele mecanice aceasta este cea mai exactă: a cincea cifră a densității se obține cu siguranță. Prețul este timpul, la o probă se duce cam o jumătate de oră — în schimb tocmai cu picnometrul se verifică areometrele înseși.
Un tub îndoit este pus să vibreze pe frecvența proprie, iar cu cât conținutul lui este mai dens, cu atât oscilează mai încet. Densitatea instrumentul o calculează din perioada oscilației și o aduce singur la 60 °F. Este nevoie de un mililitru de probă, iar răspunsul se așteaptă o jumătate de minut — în laborator un astfel de aparat a înlocuit demult plutitorul.
Într-o conductă densitatea este necesară fără întrerupere, iar acolo se montează un debitmetru masic: pune în vibrație două bucle și, după răsucirea lor, determină deodată debitul masic și densitatea. Gradele API aparatul le dă pe loc, așa că cifra ajunge în raportul comercial fără probă și fără om.
05 · Reguli de scriere
Un număr fără ramură și fără grade Fahrenheit nu înseamnă nimic
Semnul de grad se pune înaintea literelor și lipit de ele, în timp ce valoarea se desparte printr-un spațiu. La Baumé trebuie indicată întotdeauna ramura, cea grea sau cea ușoară. La gradul API temperatura poate fi omisă numai fiindcă este mereu aceeași, 60 °F; dacă proba a fost măsurată la alta, acest lucru se menționează anume.
A treia scriere confundă mărimea cu scara ei: densitatea se măsoară în kilograme pe metru cub, în timp ce gradele API sunt un număr adimensional, calculat din densitate. A patra greșeală este cea mai frecventă în atelier: acidul sulfuric de 66 °Bé conține în jur de 93 % monohidrat, și nicidecum 66 %. Procentele coincid cu gradele doar la Brix și Plato, unde scara chiar așa a fost gândită.
06 · Unități vecine
După înțeles stau alături toate scările în care densitatea este rescrisă în numere comode pentru ramură: zahărul se socotește după Brix, mustul de struguri după Oechsle, petrolul după API — iar sub toate stă una și aceeași densitate relativă adimensională.
scara merge invers
două ramuri de la apă
liniară în densitate
Dintre fișele Simetrium cele mai apropiate sunt densitate în kg/m³, la care se reduc toate cele trei scări, grad Brix și grad Plato cu tabelele lor de zahăr, baril, în care petrolul se socotește în volum, și baril echivalent petrol, unde la volum se adaugă puterea calorifică.
07 · Secțiune istorică
Sarea, pielea și petrolul
Antoine Baumé grada tija după două puncte: apa curată i-a dat zeroul, iar o soluție din cincisprezece părți de sare la optzeci și cinci de părți de apă, cincisprezecele. Distanța dintre aceste semne a împărțit-o în părți egale și a ieșit o scară pe care spițerii au primit-o îndată.
Meșterul scoțian William Twaddell s-a lipsit de formulă: a pus un grad egal cu cinci miimi de densitate, așa că nu are ce să se calculeze. Băile de albire și de tăbăcire se țin într-o bandă îngustă deasupra apei, iar tăbăcarii și textiliștii vorbesc în grade Twaddell până astăzi.
Areometrele petroliere americane au fost gradate zeci de ani cu modulul 141,5, deși formula lui Baumé cerea 140. Biroul de standarde, descoperind nepotrivirea, a preferat să nu refacă sticla, ci să o legalizeze — așa a apărut scara API.
În laborator densitatea se ia demult cu tub vibrant, iar în conductă cu debitmetru masic, dar contractele pe petrol sunt scrise tot în grade API, iar prima pentru calitatea ușoară se socotește după ele. Scara și-a supraviețuit instrumentului: numerele au rămas aceleași, dar plutitor în acest lanț nu mai este.
O unitate care nu are nici etalon, nici zeroul la locul lui
Gradul API însuși nu poate fi verificat metrologic: se verifică densimetrul, iar gradul iese din densitate după formulă. În acest lanț trebuie controlate două mărimi, densitatea și temperatura, iar a doua cântărește mai mult decât prima. Țițeiul cald este mai ușor, îi ies mai multe grade și, prin urmare, după contract este mai scump; de aceea temperatura probei se notează împreună cu citirea, iar corecția se ia din tabele, nu se socotește din minte.
Zeroul acestei scări nu stă la apă, ci la densitatea 1,076, acolo unde apa a rămas demult în urmă. Așa a hotărât formula, gândită pentru lichide mai ușoare decât apa: zeroul ei s-a nimerit în afara oricărui înțeles fizic. Calitățile grele trec în grade negative, iar un minus în raportul comercial arată ciudat, dar este socotit cu totul obișnuit.
Catalog · unități de măsură
O fișă pentru fiecare mărime
Șapte unități fundamentale SI, douăzeci și două derivate cu nume propriu și mărimi din afara sistemului, fără de care n-ar funcționa nici tehnica, nici calendarul.