A gravidade °API é uma medida inversa da densidade de hidrocarbonetos líquidos. Ela está relacionada à gravidade específica na condição de referência do petróleo de 60°F/60°F (15,56°C/15,56°C) por:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{gr.\ esp.}_{60/60}}-131.5 ]
A conversão inversa é:
[ \mathrm{gr.\ esp.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
Temperaturas de referência padrão são necessárias porque os hidrocarbonetos líquidos se expandem e se contraem com a temperatura, alterando sua densidade e volume medidos.
Quanto maior a gravidade °API, menor a gravidade específica e mais leve é o hidrocarboneto. A condição de referência de 60°F/60°F torna as medições de densidade, leituras de hidrômetro, balanços de massa e cálculos de fluxo comparáveis e reproduzíveis.
Como a Gravidade °API se Relaciona com a Gravidade Específica
A Gravidade °API é uma Escala de Densidade Inversa
A gravidade específica compara a densidade de um líquido com a densidade da água sob condições definidas. A gravidade API transforma essa proporção em uma escala da indústria petrolífera na qual valores maiores representam líquidos mais leves.
Por exemplo, um líquido com gravidade específica de 0,80 tem:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{0.80}-131.5=45.4^\circ\mathrm{API} ]
Um líquido com gravidade específica de 0,95 tem aproximadamente 17,4°API, tornando-o substancialmente mais pesado do que o líquido com gravidade específica de 0,80.
A Conversão Funciona em Ambas as Direções
Use a equação API quando a gravidade específica for conhecida e a gravidade API for necessária:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{gr.\ esp.}_{60/60}}-131.5 ]
Use a equação rearranjada quando a gravidade API for informada e a gravidade específica for necessária para cálculos:
[ \mathrm{gr.\ esp.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
O valor da gravidade específica deve corresponder à mesma condição de referência usada pela escala API.
O que a Escala Indica nas Operações Unitárias
Hidrocarbonetos com API mais alto geralmente têm menor densidade e frequentemente se comportam como frações de petróleo mais leves. Hidrocarbonetos com API mais baixo têm maior densidade e podem exigir cálculos diferentes de energia, hidráulica e separação.
A gravidade API por si só não caracteriza totalmente uma mistura de hidrocarbonetos. É um indicador de densidade útil, mas a previsão precisa de propriedades como comportamento de ebulição, capacidade térmica ou calor latente requer dados adicionais de composição ou caracterização.
Por que Temperaturas de Referência são Necessárias
A Densidade do Líquido Muda com a Temperatura
Quando um líquido é aquecido, ele geralmente se expande. Sua massa permanece essencialmente constante, mas seu volume aumenta, portanto sua densidade diminui.
Quando é resfriado, o inverso geralmente ocorre. Uma amostra, portanto, produz diferentes leituras de densidade, gravidade específica e leituras aparentes de hidrômetro em diferentes temperaturas.
A Proporção Requer Condições Definidas
A notação gravidade específica a 60°F/60°F identifica a condição de referência para ambos os líquidos na comparação de densidade:
- A primeira temperatura refere-se à amostra de hidrocarboneto.
- A segunda temperatura refere-se à referência de água.
Usar uma condição definida evita que o resultado mude apenas porque a medição foi realizada em uma temperatura diferente.
Condições de Referência Apoiam Medições Consistentes
Uma temperatura padrão permite que medições de diferentes operadores, laboratórios e plantas-piloto sejam comparadas. Sem esse padrão, duas amostras idênticas de hidrocarbonetos poderiam parecer ter gravidades API diferentes simplesmente porque foram medidas em temperaturas diferentes.
É por isso que as leituras de hidrômetro feitas fora de 60°F devem ser corrigidas para a condição de referência padrão antes de relatar a gravidade API.
Por que Isso Importa no Treinamento em Plantas-Piloto
Balanços de Massa Dependem de Densidade Consistente
Balanços de massa em escala piloto frequentemente combinam medições baseadas em massa e baseadas em volume. A conversão entre elas requer um valor confiável de densidade ou gravidade específica.
Se a densidade não for corrigida para uma condição de referência consistente, os valores calculados de fluxo de massa, inventário e recuperação podem conter erros sistemáticos.
Cálculos de Fluxo Dependem das Propriedades do Fluido
A densidade afeta o comportamento do fluxo de líquido e aparece em cálculos envolvendo queda de pressão, desempenho de bombas, carga hidrostática e momento do fluido.
Usar uma gravidade específica derivada de API na condição de referência correta fornece uma base consistente para estimar essas quantidades, embora correções de temperatura operacional ainda possam ser necessárias para as condições reais do processo.
Estimativas de Separação e Carga Térmica Precisam de Mais do que Gravidade API
No treinamento de destilação e extração, a gravidade API ajuda a caracterizar a alimentação e distinguir material de hidrocarboneto mais leve do mais pesado. Pode apoiar a estimativa preliminar de propriedades e a comparação entre matérias-primas.
No entanto, a gravidade API não deve ser tratada como um substituto para uma análise completa de composição ou ponto de ebulição quando cálculos precisos de equilíbrio vapor-líquido, carga térmica ou separação são necessários.
Entendendo as Compensações
Um Número Único Não Descreve a Mistura Inteira
Duas misturas de hidrocarbonetos podem ter a mesma gravidade API enquanto diferem em composição, volatilidade, viscosidade ou faixa de ebulição. A gravidade API é, portanto, uma propriedade útil de triagem e relatório, não um modelo de processo completo.
Temperatura de Referência Não é Igual à Temperatura Operacional
Relatar a gravidade específica a 60°F/60°F padroniza a propriedade, mas o fluido em uma operação unitária pode estar muito mais quente ou mais frio. Cálculos de engenharia devem usar correções de temperatura adequadas ou dados de propriedades físicas dependentes da temperatura ao modelar as condições reais do equipamento.
Leituras de Hidrômetro Não Corrigidas Podem Induzir ao Erro
Uma leitura de hidrômetro feita em uma temperatura não padrão é uma medição aparente naquela temperatura. Relatá-la diretamente como gravidade API padrão pode classificar incorretamente o líquido e introduzir erros nos cálculos de fluxo, balanço e equipamentos.
A Consistência das Unidades Ainda Importa
A relação API é adimensional, mas a convenção de referência não é opcional. Confundir a gravidade específica a 60°F/60°F com um valor medido em outra temperatura, ou usar uma referência de água inconsistente, compromete a conversão.
Aplicando a Relação Corretamente
Use a conversão como parte de um procedimento mais amplo de medição de propriedades, em vez de um passo aritmético isolado.
- Se seu foco principal é a conversão de propriedades: Use (\mathrm{gr.\ esp.}_{60/60}=141.5/(131.5+^\circ\mathrm{API})), e verifique se o valor API e a gravidade específica usam a mesma condição de referência de 60°F/60°F.
- Se seu foco principal é a precisão da medição: Corrija as leituras de hidrômetro ou densidade feitas em outras temperaturas antes de relatar a gravidade API padrão.
- Se seu foco principal são os balanços de massa e energia: Use a gravidade específica padronizada para uma conversão massa-volume consistente, depois aplique dados de propriedades de temperatura operacional onde o cálculo do equipamento exigir.
- Se seu foco principal é o projeto de processos de separação: Trate a gravidade API como um indicador de densidade importante, mas complemente-o com dados de composição, faixa de ebulição e outras propriedades.
Entender tanto a relação inversa API quanto sua base de temperatura de referência torna as medições de hidrocarbonetos confiáveis em todas as operações unitárias de engenharia química.
Tabela Resumo:
| Ponto-chave | Significado prático |
|---|---|
| Relação °API | °API = 141.5 / GE₆₀/₆₀ - 131.5 |
| Conversão inversa | GE₆₀/₆₀ = 141.5 / (131.5 + °API) |
| Significado da escala | °API mais alto indica menor densidade e um hidrocarboneto mais leve. |
| Condição de referência | 60°F/60°F padroniza a comparação entre hidrocarboneto e água. |
| Efeito da temperatura | O aquecimento expande o líquido e reduz sua densidade medida. |
| Valor em planta-piloto | Densidade consistente apoia balanços de massa, cálculos de fluxo e análise de equipamentos. |
| Limitação importante | A gravidade API não substitui dados de composição, faixa de ebulição ou propriedades dependentes da temperatura. |
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