Stupne hustomera
Stupnice hustoty kvapalín mimo SI · veličina: relatívna hustota pri 60 °F
Ropná burza je zariadená tak, že ťažký tovar sa ukáže byť lacným: athabaský bitúmen sa predáva so zľavou a ľahký texaský druh s príplatkom, a celý tento cenový rozdiel je v zmluve zapísaný jediným číslom, stupňami API. Ich stupnica beží obrátene oproti obvyklému poriadku vecí, lebo čím hustejšia kvapalina, tým menej stupňov jej pripadne. Nula padla na kvapalinu ťažšiu než voda, kým vode samej bolo pridelených presne desať.
Ten istý sklenený plavák nesie ešte dve stupnice, zdedené po iných remeslách: chemik číta na drieku stupne Baumé, garbiar a farbiar stupne Twaddell. Všetky tri hovoria o jednom a tom istom, o hĺbke, do ktorej sa prístroj ponoril do kvapaliny, ale každá to robí svojimi číslami a vo svojom rozsahu, za ktorého hranicami jednoducho mlčí.
01 · Definícia
Všetky tri stupne nie sú nič iné než prepísaná relatívna hustota, teda pomer hustoty kvapaliny k hustote vody, oboch vzatých pri tej istej teplote 60 °F. Prístroj je vo všetkých troch prípadoch ten istý, sklenený plavák so stupnicou na drieku, a líšia sa len tým, podľa ktorého vzorca bola táto stupnica nanesená na sklo.
Hustomer sa ponorí tým hlbšie, čím ľahšia je kvapalina, pretože vytláča presne svoju vlastnú váhu, a hĺbka ponoru sa ukazuje byť úmerná nie hustote, ale jej prevrátenej hodnote. Odtiaľ podoba vzorcov: pri stupni API a pri ľahkej vetve Baumé stojí hustota v menovateli, takže čísla rastú smerom k ľahkým kvapalinám, kým Twaddell menovateľ nemá vôbec — jeho stupnica je lineárna v hustote a počíta sa od vody len nahor.
Baumého stupnica má dve vetvy, ťažkú a ľahkú, a na prístroji je vždy uvedené, ktorá z nich je nanesená. Obe začínajú pri vode, ale ďalej sa rozchádzajú: ťažká vedie ku kyselinám a lúhom, ľahká k liehom a palivu. Zameniť ich je ľahšie, než sa zdá, a na silnej kyseline dosahuje chyba vo voľbe vetvy desať stupňov.
Samo číslo na stupnici má zmysel len spolu s teplotou, pri ktorej bolo odčítané: sklo je delené pre 60 °F a teplá vzorka nevyhnutne dáva nižšiu hustotu. V ropnom obchode sa oprava naň neodhaduje od oka, ale berie z tabuliek ASTM D1250 — najprv sa údaj prevedie na vzťažných šesťdesiat stupňov a až potom sa počíta objem a peniaze.
Posúvajte hustotu: plavák vypláva alebo klesá a tri stupnice čítajú jeho polohu každá po svojom. Každá z nich má svoje slepé pásmo, a tam, kde dve stupnice ešte pracujú, tretia už neukazuje nič.
Zelená čiara sú stupne API: klesajú s tým, ako hustota rastie. Oranžová sú stupne Twaddell, ktoré naopak rastú. Čiary sa pretínajú pri vode, kde API dáva desať a Twaddell nulu, a ďalej sa rozbiehajú na opačné strany: jedna stupnica je delená pre ropu, ktorá je ľahšia než voda, druhá pre kyseliny a lúhy, ktoré sú ťažšie. Prístroj s oboma stupnicami na jednom drieku nevyrába nikto, pretože ich spoločný rozsah je príliš malý.
02 · Prevod
Zadajte jeden údaj — list dá ostatné
Všetky stupnice sa zbiehajú k jednej relatívnej hustote pri 60 °F, a preto sa navzájom prevádzajú presne. Nepresnosť vzniká len tam, kde bol údaj odčítaný pri inej teplote a nebol podľa tabuľky prevedený na vzťažnú hodnotu.
Modul ťažkej vetvy Baumé sa v rôznych krajinách bral rôzne — 144,3, 145 alebo 146,3 — a prepínač modulu je vyvedený do jemných nastavení listu: na silnej kyseline je rozdiel vidieť už v prvej číslici.
Pätnásť a pol stupňa Celzia nie je okrúhle číslo ani niečí rozmar: je to presne 60 °F, známych šesťdesiat stupňov amerického teplomera, o ktoré sa opiera celá ropná aritmetika. Teplá vzorka ukazuje viac stupňov API, než ich v skutočnosti je, a pri dávke o veľkosti tankera sa tento rozdiel počíta už v peniazoch, preto sa údaj najprv prevedie na vzťažnú hodnotu a až potom násobí objemom.
| Poznámka | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Rády veličín
logaritmická stupnica: od vzduchu k osmiu04 · Meracie prístroje
Čím sa meria hustota kvapaliny
Plavák s brokmi v bruchu a so stupnicou na drieku: číta sa ten dielik, ktorý sa zhodol s hladinou kvapaliny. Jeden prístroj pokrýva úzky pás hustôt, preto sa predávajú v súpravách po šesť až deväť kusov v puzdre. Metóda je opísaná v ASTM D1298 a dodnes zostáva platnou pri preberaní ropy.
Nádoba známeho objemu sa váži prázdna a plná, držaná v termostate. Z mechanických spôsobov je tento najpresnejší: piata číslica hustoty sa získa spoľahlivo. Cenou je čas, na jednu vzorku padne asi pol hodiny — zato práve pyknometrom sa overujú samotné hustomery.
Ohnutá trubica sa rozkmitá na vlastnej frekvencii, a čím hustejší je jej obsah, tým pomalšie kmitá. Hustotu prístroj vypočíta z doby kmitu a sám ju prevedie na 60 °F. Vzorky treba mililiter, na odpoveď sa čaká pol minúty — v laboratóriu takýto prístroj plavák dávno vytlačil.
V potrubí je hustota potrebná nepretržite, a tam sa osádza hmotnostný prietokomer: rozkmitá dve slučky a z ich skrútenia určí naraz hmotnostný prietok aj hustotu. Stupne API prístroj vydá hneď, takže číslo sa dostane do obchodnej správy bez vzorky a bez človeka.
05 · Pravidlá zápisu
Číslo bez vetvy a bez stupňov Fahrenheita neznamená nič
Znak stupňa sa kladie pred písmená a tesne k nim, kým hodnota sa oddeľuje medzerou. Pri Baumé je nutné vždy uviesť vetvu, ťažkú alebo ľahkú. Pri stupni API je dovolené teplotu vynechať len preto, že je vždy tá istá, 60 °F; ak je vzorka zmeraná pri inej, uvádza sa to osobitne.
Tretí zápis zamieňa veličinu s jej stupnicou: hustota sa meria v kilogramoch na kubický meter, kým stupne API sú bezrozmerné číslo, vypočítané z hustoty. Štvrtá chyba je v prevádzke najčastejšia: kyselina sírová s 66 °Bé obsahuje asi 93 % monohydrátu, a nie 66 %. Percentá sa zhodujú so stupňami len pri Brixovi a Platovi, kde je stupnica takto zamýšľaná.
06 · Susedné jednotky
Významom stoja nablízku všetky stupnice, v ktorých je hustota prepísaná do čísel pohodlných pre odvetvie: cukor sa počíta podľa Brixa, hroznový mušt podľa Oechsleho, ropa podľa API — a pod nimi všetkými leží jedna a tá istá bezrozmerná relatívna hustota.
stupnica beží obrátene
dve vetvy od vody
lineárna v hustote
Z listov Simetria najbližšie stoja hustota v kg/m³, na ktorú sa všetky tri stupnice prevádzajú, stupeň Brix a stupeň Plato s ich cukornými tabuľkami, barel, v ktorom sa ropa počíta objemom, a barel ropného ekvivalentu, kde sa k objemu pridáva spalné teplo.
07 · Historický oddiel
Soľ, koža a ropa
Antoine Baumé delil driek podľa dvoch bodov: čistá voda mu dala nulu a roztok z pätnástich dielov soli na osemdesiatpäť dielov vody pätnásť. Vzdialenosť medzi týmito značkami rozdelil rovnomerne, a vznikla stupnica, ktorú lekárnici prijali okamžite.
Škótsky majster William Twaddell sa zaobišiel bez vzorca: položil jeden stupeň rovný piatim tisícinám hustoty, takže niet čo počítať. Bieliace a činiace kúpele sa držia v úzkom páse nad vodou, a garbiari s textilákmi hovoria v stupňoch Twaddell dodnes.
Americké ropné hustomery sa desiatky rokov ciachovali s modulom 141,5, hoci Baumého vzorec žiadal 140. Úrad pre normy, keď rozpor objavil, dal prednosť tomu sklo nepredrábať, ale ho uzákoniť — tak vznikla stupnica API.
Hustota sa v laboratóriu dávno berie kmitajúcou trubicou a v potrubí prietokomerom, ale zmluvy na ropu sú stále písané v stupňoch API a príplatok za ľahký druh sa počíta podľa nich. Stupnica prežila svoj prístroj: čísla zostali tie isté, plavák v tejto reťazi už nie je.
Jednotka, ktorá nemá ani etalón, ani nulu na svojom mieste
Overiť samotný stupeň API nemožno: overuje sa hustomerné čidlo a stupeň vychádza z hustoty podľa vzorca. Kontrolovať treba v tejto reťazi dve veličiny, hustotu a teplotu, pričom druhá je dôležitejšia než prvá. Teplá ropa je ľahšia, stupňov jej vyjde viac, a teda je podľa zmluvy drahšia; preto sa teplota vzorky zapisuje spolu s údajom a oprava sa berie z tabuliek, nie počíta spamäti.
Nula tejto stupnice nestojí pri vode, ale pri hustote 1,076, tam, kde voda dávno zostala za chrbtom. Tak rozhodol vzorec, zamýšľaný pre kvapaliny ľahšie než voda: jeho nula sa ocitla mimo akéhokoľvek fyzikálneho zmyslu. Ťažké druhy odchádzajú do záporných stupňov a mínus v obchodnej správe vyzerá čudne, ale považuje sa za celkom bežné.
Katalóg · meracie jednotky
List pre každú veličinu
Sedem základných jednotiek SI, dvadsaťdva odvodených s vlastnými menami a veličiny mimo sústavy, bez ktorých by nefungovala ani technika, ani kalendár.