La temperatura cambia el valor medido, no la composición del fluido. En un laboratorio de procesos, una lectura de hidrómetro tomada por encima o por debajo de 60°F/60°F (15.56°C) es un valor aparente afectado por la expansión o contracción térmica. Por lo tanto, la lectura debe corregirse a la temperatura de referencia estándar antes de informar la gravedad Baumé o API, comparar muestras o utilizar el resultado en cálculos de proceso.
Las mediciones de gravedad Baumé y API se estandarizan convirtiendo la densidad observada o la gravedad específica a la temperatura de medición a su equivalente a 60°F/60°F. La gravedad específica estandarizada se utiliza luego para informar el valor final de la escala.
Por qué la temperatura cambia la lectura
Los líquidos más cálidos se vuelven menos densos
A medida que un líquido se calienta, generalmente se expande mientras su masa permanece esencialmente constante. Por lo tanto, su densidad y gravedad específica disminuyen.
Un hidrómetro colocado en un líquido más cálido se hunde más de lo que lo haría a la temperatura de referencia. La lectura aparente resultante puede indicar una densidad más baja y, dependiendo de la escala, un valor de gravedad más alto o más bajo que el resultado correctamente estandarizado.
Los líquidos más fríos se vuelven más densos
El enfriamiento generalmente contrae el líquido y aumenta su densidad. El hidrómetro flota más alto, produciendo una lectura aparente que corresponde a un líquido más denso.
Es por esto que dos muestras idénticas pueden producir diferentes lecturas sin corregir si se miden a diferentes temperaturas.
El hidrómetro mide la flotabilidad
Un hidrómetro no mide directamente la densidad de masa con un sensor electrónico. Flota en el punto donde la fuerza de flotabilidad del líquido equilibra su peso.
Debido a que la flotabilidad depende de la densidad del líquido, cualquier cambio en la densidad impulsado por la temperatura cambia la profundidad de inmersión del hidrómetro y la lectura de la escala.
Cómo se ven afectadas las mediciones Baumé
Baumé se deriva de la gravedad específica
La escala Baumé se basa históricamente en la gravedad específica, con relaciones separadas para líquidos más pesados que el agua y más ligeros que el agua.
La relación exacta de la escala depende del estándar del hidrómetro y de la aplicación, por lo que se debe utilizar la calibración del instrumento y el estándar aplicable al convertir la gravedad específica corregida a °Baumé.
La temperatura puede desplazar el °Baumé aparente
Para un líquido medido por encima de la temperatura de referencia, la menor densidad generalmente hace que el hidrómetro indique una lectura asociada con un líquido más ligero. Para un líquido medido por debajo de la temperatura de referencia, el aumento de densidad produce el desplazamiento aparente opuesto.
La dirección y el tamaño numérico del error en °Baumé dependen del coeficiente de expansión térmica del líquido y de si el instrumento es un hidrómetro Baumé para líquidos pesados o ligeros.
El resultado debe informarse en la condición de referencia
Un informe de laboratorio debe distinguir entre un °Baumé observado a la temperatura de medición y un °Baumé corregido por temperatura a 60°F/60°F.
El valor corregido es el resultado apropiado para comparar lotes, verificar especificaciones y aplicar relaciones de conversión estándar.
Cómo se ve afectada la gravedad API
La gravedad API se calcula a partir de la gravedad específica estandarizada
Para los productos derivados del petróleo, la gravedad API se calcula como:
[ ^\circ API = \frac{141.5}{SG_{60^\circ F/60^\circ F}} - 131.5 ]
Aquí, (SG_{60^\circ F/60^\circ F}) es la gravedad específica referenciada al agua a 60°F, considerando tanto el líquido como el agua de referencia en la condición estándar.
Una menor densidad produce una mayor gravedad API
Debido a que la gravedad API está inversamente relacionada con la gravedad específica, un hidrocarburo más cálido puede parecer tener una gravedad API más alta si su lectura observada se utiliza sin corrección.
Ese aumento aparente es causado por la expansión térmica, no por un cambio en la composición del hidrocarburo.
La estandarización es esencial en el trabajo petrolero
La gravedad API se utiliza en la transferencia de custodia, balances de materiales, especificaciones de productos y cálculos de procesos petroleros. Por lo tanto, los efectos de temperatura no corregidos pueden introducir errores en la conversión de volumen, estimaciones de densidad, cálculos de flujo y análisis de destilación o separación.
Cómo se estandarizan las lecturas
Medir y registrar la temperatura de la muestra
El analista primero registra la temperatura del líquido en el momento de la medición con el hidrómetro. La muestra debe estar bien mezclada y permitir que alcance una temperatura estable y uniforme.
El hidrómetro también debe ser apropiado para el rango de densidad esperado y utilizarse de acuerdo con sus requisitos de calibración.
Aplicar una corrección de temperatura reconocida
La gravedad específica observada o la lectura del hidrómetro se convierte al valor equivalente a 60°F/60°F (15.56°C) utilizando las tablas de corrección de temperatura, ecuaciones o métodos estándar aplicables.
La corrección tiene en cuenta principalmente la expansión térmica del líquido y también puede tener en cuenta la sustancia de referencia, la calibración del instrumento y la categoría del producto.
Convertir el valor corregido a la escala de informe
Para la gravedad API, la gravedad específica corregida se sustituye en la relación API.
Para Baumé, la gravedad específica corregida se convierte utilizando la relación de escala Baumé apropiada para el instrumento y la clase de líquido.
Informar tanto las condiciones observadas como las corregidas
Un registro de laboratorio de procesos defendible debe incluir:
- La lectura observada del hidrómetro.
- La temperatura del líquido durante la medición.
- La escala de medición y la identificación del instrumento.
- El método de corrección o estándar utilizado.
- El valor corregido a 60°F/60°F o 15.56°C/15.56°C.
- Cualquier limitación relevante de la muestra o de la calibración.
Esto hace que el resultado sea reproducible y evita que un valor corregido se confunda con una lectura directa a la temperatura de referencia.
Por qué las temperaturas de referencia son importantes en los laboratorios de procesos
Hacen que las mediciones sean comparables
Un valor de densidad o gravedad tiene un significado limitado a menos que se conozca su temperatura de referencia. La estandarización permite comparar los resultados de diferentes operadores, laboratorios, plantas piloto y fechas de producción sobre la misma base.
Apoyan balances de masa precisos
Muchos cálculos de plantas piloto comienzan con la densidad medida, la gravedad específica o estimaciones de composición basadas en la gravedad. El uso de valores tomados a temperaturas inconsistentes puede distorsionar las conversiones de volumen a masa y producir discrepancias aparentes en el balance de materiales.
Mejoran los cálculos de flujo y equipos
La densidad afecta la presión hidrostática, la carga de la bomba, el número de Reynolds, las pérdidas por fricción y la interpretación de los medidores de flujo. Un valor estandarizado proporciona una base consistente para los cálculos, mientras que la temperatura operativa real sigue siendo necesaria para determinar el comportamiento en el proceso.
Apoyan la calibración del hidrómetro
Los hidrómetros están calibrados para una temperatura de referencia definida. Leer el instrumento a otra temperatura sin corrección implica utilizarlo fuera de su condición de calibración establecida.
Comprender las compensaciones
Las tablas de corrección dependen del producto
Un factor de corrección universal único no es confiable para todos los líquidos. La expansión térmica varía con la composición, la concentración, la presión y la temperatura.
Los hidrocarburos, las soluciones acuosas, las mezclas de alcohol y las soluciones químicas concentradas pueden requerir diferentes datos de corrección.
Un valor corregido no es la densidad operativa
El valor estandarizado API o Baumé es útil para informes y comparación, pero no reemplaza la densidad del fluido en las condiciones reales del proceso.
Para cálculos de bombas, tuberías, transferencia de calor y separadores, los ingenieros pueden necesitar tanto la gravedad estandarizada como la densidad a la temperatura operativa del equipo.
La técnica de medición sigue siendo importante
La corrección de temperatura no puede reparar un muestreo deficiente, gradientes de temperatura, burbujas adheridas al hidrómetro, contaminación, una lectura incorrecta del menisco o un instrumento que está fuera de calibración.
El hidrómetro debe estar limpio, flotando verticalmente, libre de burbujas y leído en el menisco correcto de acuerdo con el procedimiento aplicable.
Las convenciones de referencia deben ser consistentes
La notación 60°F/60°F identifica una condición de referencia tanto para el líquido medido como para el agua de comparación. Mezclar esta convención con otra temperatura de referencia, como 15°C o 20°C, puede crear errores sistemáticos de conversión.
Tomar la decisión correcta para su objetivo
Utilice el enfoque de medición que coincida con la decisión de ingeniería que se está tomando.
- Si su enfoque principal es el informe estandarizado de productos: Mida la temperatura de la muestra, aplique la corrección aplicable a 60°F/60°F e informe el valor Baumé o API corregido con su condición de referencia.
- Si su enfoque principal es la simulación de procesos o balances de masa: Utilice la gravedad estandarizada para obtener propiedades de material consistentes, mientras utiliza por separado la densidad a temperatura operativa donde el modelo de proceso lo requiera.
- Si su enfoque principal es el flujo de petróleo o cálculos de custodia: Utilice las tablas de corrección petrolera aprobadas o el método estándar y la relación API basada en (SG_{60^\circ F/60^\circ F}).
- Si su enfoque principal son las soluciones acuosas o químicas: Utilice datos de corrección específicos para la composición de la solución en lugar de aplicar un factor de corrección petrolero.
- Si su enfoque principal es el control de calidad de laboratorio: Registre la temperatura, los detalles del instrumento, la lectura observada, el método de corrección y el resultado corregido para que otro analista pueda reproducir la medición.
La medición confiable de la gravedad proviene de tratar la temperatura como parte de la medición misma, no como un detalle incidental del laboratorio.
Tabla resumen:
| Área clave | Perspectiva principal |
|---|---|
| Efecto de la temperatura | Los líquidos cálidos se expanden y se vuelven menos densos; los líquidos fríos se contraen y se vuelven más densos. |
| Lectura del hidrómetro | La flotabilidad cambia con la densidad del fluido, desplazando la lectura aparente. |
| Condición de referencia | Estandarice los resultados a 60°F/60°F (15.56°C/15.56°C). |
| Gravedad API | Calcule usando la gravedad específica corregida: °API = 141.5 / SG₆₀°F/₆₀°F − 131.5. |
| Escala Baumé | Convierta la gravedad específica corregida usando la escala apropiada para líquidos pesados o ligeros. |
| Método de corrección | Utilice tablas de temperatura, ecuaciones o estándares reconocidos y específicos para el producto. |
| Informes | Registre la lectura observada, la temperatura de la muestra, los detalles del instrumento, el método de corrección y el valor corregido. |
| Aplicaciones de proceso | Utilice la gravedad estandarizada para comparación e informes, y la densidad a temperatura operativa para cálculos de equipos. |
| Calidad de medición | Controle el muestreo, la mezcla, las burbujas, la lectura del menisco, la limpieza del instrumento y la calibración. |
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