La gravedad °API es una medida inversa de la densidad de los hidrocarburos líquidos. Se relaciona con la gravedad específica en la condición de referencia para productos petrolíferos de 60°F/60°F (15,56°C/15,56°C) mediante:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}}-131.5 ]
La conversión inversa es:
[ \mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
Se requieren temperaturas de referencia estándar porque los líquidos de hidrocarburos se expanden y contraen con la temperatura, lo que modifica su densidad y volumen medidos.
Cuanto mayor es la gravedad °API, menor es la gravedad específica y más ligero es el hidrocarburo. La condición de referencia de 60°F/60°F permite que las mediciones de densidad, las lecturas del hidrómetro, los balances de materia y los cálculos de flujo sean comparables y reproducibles.
Cómo se relaciona la gravedad °API con la gravedad específica
La gravedad °API es una escala de densidad inversa
La gravedad específica compara la densidad de un líquido con la densidad del agua bajo condiciones definidas. La gravedad API transforma esa relación en una escala de la industria petrolera en la que los valores más altos representan líquidos más ligeros.
Por ejemplo, un líquido con una gravedad específica de 0.80 tiene:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{0.80}-131.5=45.4^\circ\mathrm{API} ]
Un líquido con una gravedad específica de 0.95 tiene aproximadamente 17.4°API, por lo que es considerablemente más pesado que el líquido con gravedad específica de 0.80.
La conversión funciona en ambas direcciones
Utilice la ecuación API cuando se conozca la gravedad específica y se necesite la gravedad API:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}}-131.5 ]
Utilice la ecuación reorganizada cuando se informe la gravedad API y se necesite la gravedad específica para los cálculos:
[ \mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
El valor de gravedad específica debe corresponder a la misma condición de referencia utilizada por la escala API.
Qué indica la escala en las operaciones unitarias
Los hidrocarburos con mayor API generalmente tienen menor densidad y suelen comportarse como fracciones petrolíferas más ligeras. Los hidrocarburos con menor API tienen mayor densidad y pueden requerir cálculos diferentes de energía, hidráulica y separación.
La gravedad API por sí sola no caracteriza completamente una mezcla de hidrocarburos. Es un indicador útil de densidad, pero la predicción precisa de propiedades como el comportamiento de ebullición, la capacidad calorífica o el calor latente requiere datos adicionales de composición o caracterización.
Por qué se requieren temperaturas de referencia
La densidad del líquido cambia con la temperatura
Cuando se calienta un líquido, normalmente se expande. Su masa permanece esencialmente constante, pero su volumen aumenta, por lo que su densidad disminuye.
Cuando se enfría, generalmente ocurre lo contrario. Por lo tanto, una muestra produce diferentes lecturas de densidad, gravedad específica y del hidrómetro aparente a diferentes temperaturas.
La relación requiere condiciones definidas
La notación gravedad específica a 60°F/60°F identifica la condición de referencia para ambos líquidos en la comparación de densidades:
- La primera temperatura se refiere a la muestra de hidrocarburo.
- La segunda temperatura se refiere al agua de referencia.
El uso de una condición definida evita que el resultado cambie simplemente porque la medición se realizó a una temperatura diferente.
Las condiciones de referencia favorecen mediciones coherentes
Una temperatura estándar permite comparar mediciones realizadas por diferentes operadores, laboratorios y plantas piloto. Sin esa norma, dos muestras idénticas de hidrocarburos podrían parecer tener diferentes gravedades API simplemente porque se midieron a diferentes temperaturas.
Por eso, las lecturas del hidrómetro tomadas fuera de 60°F deben corregirse a la condición de referencia estándar antes de informar la gravedad API.
Por qué esto es importante en la capacitación en plantas piloto
Los balances de materia dependen de una densidad coherente
Los balances de materia a escala piloto suelen combinar mediciones basadas en masa y en volumen. Para convertir entre ellas se necesita un valor confiable de densidad o gravedad específica.
Si la densidad no se corrige a una condición de referencia coherente, los valores calculados de flujo másico, inventario y recuperación pueden contener errores sistemáticos.
Los cálculos de flujo dependen de las propiedades del fluido
La densidad afecta el comportamiento del flujo de líquidos y aparece en cálculos relacionados con la caída de presión, el desempeño de las bombas, la carga hidrostática y el momento del fluido.
El uso de una gravedad específica derivada de API en la condición de referencia correcta proporciona una base coherente para estimar estas cantidades, aunque todavía pueden requerirse correcciones a la temperatura de operación para las condiciones reales del proceso.
Las estimaciones de separación y carga térmica requieren más que la gravedad API
En la capacitación sobre destilación y extracción, la gravedad API ayuda a caracterizar la alimentación y a distinguir el material de hidrocarburos más ligero del más pesado. Puede respaldar la estimación preliminar de propiedades y la comparación entre materias primas.
Sin embargo, la gravedad API no debe considerarse un sustituto de un análisis completo de composición o de puntos de ebullición cuando se requieren cálculos precisos de equilibrio vapor-líquido, carga térmica o separación.
Comprensión de las compensaciones
Un solo número no describe toda la mezcla
Dos mezclas de hidrocarburos pueden tener la misma gravedad API y, al mismo tiempo, diferir en composición, volatilidad, viscosidad o intervalo de ebullición. Por lo tanto, la gravedad API es una propiedad útil para la evaluación preliminar y la notificación, pero no constituye un modelo completo del proceso.
La temperatura de referencia no equivale a la temperatura de operación
Informar la gravedad específica a 60°F/60°F estandariza la propiedad, pero el fluido en una operación unitaria puede estar mucho más caliente o más frío. Los cálculos de ingeniería deben utilizar correcciones de temperatura adecuadas o datos de propiedades físicas dependientes de la temperatura al modelar las condiciones reales del equipo.
Las lecturas del hidrómetro sin corregir pueden inducir a error
Una lectura del hidrómetro tomada a una temperatura no estándar es una medición aparente a esa temperatura. Informarla directamente como gravedad API estándar puede clasificar incorrectamente el líquido e introducir errores en los cálculos de flujo, balances y equipos.
La coherencia de las unidades sigue siendo importante
La relación API es adimensional, pero la convención de referencia no es opcional. Confundir la gravedad específica a 60°F/60°F con un valor medido a otra temperatura, o utilizar una referencia de agua incoherente, invalida la conversión.
Aplicación correcta de la relación
Utilice la conversión como parte de un procedimiento más amplio de medición de propiedades, en lugar de considerarla un paso aritmético aislado.
- Si su objetivo principal es la conversión de propiedades: Utilice (\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=141.5/(131.5+^\circ\mathrm{API})), y verifique que el valor API y la gravedad específica utilicen la misma condición de referencia de 60°F/60°F.
- Si su objetivo principal es la precisión de la medición: Corrija las lecturas del hidrómetro o de densidad tomadas a otras temperaturas antes de informar la gravedad API estándar.
- Si su objetivo principal son los balances de materia y energía: Utilice la gravedad específica estandarizada para una conversión coherente entre masa y volumen; después, aplique los datos de propiedades a la temperatura de operación cuando el cálculo del equipo lo requiera.
- Si su objetivo principal es el diseño de procesos de separación: Considere la gravedad API como un indicador importante de densidad, pero complétela con datos de composición, intervalo de ebullición y otras propiedades.
Comprender tanto la relación inversa de la API como su base en la temperatura de referencia hace que las mediciones de hidrocarburos sean confiables en las operaciones unitarias de ingeniería química.
Tabla resumen:
| Punto clave | Importancia práctica |
|---|---|
| Relación °API | °API = 141.5 / SG₆₀/₆₀ - 131.5 |
| Conversión inversa | SG₆₀/₆₀ = 141.5 / (131.5 + °API) |
| Significado de la escala | Un °API más alto indica una densidad menor y un hidrocarburo más ligero. |
| Condición de referencia | 60°F/60°F estandariza la comparación entre el hidrocarburo y el agua. |
| Efecto de la temperatura | El calentamiento expande el líquido y reduce su densidad medida. |
| Valor en la planta piloto | Una densidad coherente respalda los balances de materia, los cálculos de flujo y el análisis de equipos. |
| Limitación importante | La gravedad API no sustituye los datos de composición, intervalo de ebullición o propiedades dependientes de la temperatura. |
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