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Temperatura y presión estándar

Las condiciones estándar de temperatura y presión ( CTP ) son diversos conjuntos de condiciones estándar para mediciones experimentales que permiten comparar diferentes conjunto...

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Las condiciones estándar de temperatura y presión ( CTP ) son diversos conjuntos de condiciones estándar para mediciones experimentales que permiten comparar diferentes conjuntos de datos. Las normas más utilizadas son las de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), aunque no son universalmente aceptadas. Otras organizaciones han establecido diversas definiciones.

En la industria y el comercio , las condiciones estándar de temperatura y presión suelen ser necesarias para expresar los volúmenes de gases y líquidos y cantidades relacionadas, como el caudal volumétrico (los volúmenes de gases varían significativamente con la temperatura y la presión): metros cúbicos estándar por segundo (Sm³ / s) y metros cúbicos normales por segundo (Nm³ / s).

Muchas publicaciones técnicas (libros, revistas, anuncios de equipos y maquinaria) simplemente indican "condiciones estándar" sin especificarlas, sustituyendo a menudo el término por "condiciones normales" o "CN". En casos especiales, esto puede generar confusión y errores. Las buenas prácticas siempre incorporan las condiciones de referencia de temperatura y presión. Si no se especifican, se asumen ciertas condiciones ambientales , como una presión cercana a 1 atm , 25 °C (77 °F) y 0 % de humedad .  

Definiciones

Definiciones principales

En química , la IUPAC cambió su definición de temperatura y presión estándar en 1982 : [ 1 ] [ 2 ]

  • Hasta 1982, las condiciones estándar de temperatura y presión (STP) se definían como una temperatura de 273,15 K (0,00 °C ; 32,00 °F ) y una presión absoluta de exactamente 1 atm (101.325,000 Pa ) .     
  • Desde 1982, las condiciones estándar de temperatura y presión (STP) se definen como una temperatura de 273,15 K (0,00 °C; 32,00 °F) y una presión absoluta de exactamente 1 bar (100.000,000 Pa) .     

La IUPAC también define la SATP (Temperatura y Presión Ambiente Estándar) como una temperatura de 298,15 K (25,00 °C ; 77,00 °F ) y una presión absoluta de exactamente 1 atm (101,325 kPa) . [ 3 ]     

El NIST utiliza una temperatura de 20 °C (293,15 K; 68,00 °F) y una presión absoluta de 1 atm (101,325 kPa) . [ 4 ] Este estándar también se denomina temperatura y presión normales (abreviado como TPN ). Sin embargo, una temperatura y presión comunes utilizadas por el NIST para experimentos termodinámicos son 298,15 K (25,00 °C; 77,00 °F) y 1 bar (100,000 kPa) . [ 5 ] [ 6 ] El NIST también utiliza 15 °C (288,15 K; 59,00 °F) para la compensación de temperatura de productos petrolíferos refinados , a pesar de señalar que estos dos valores no son exactamente consistentes entre sí. [ 7 ]             

Las condiciones de referencia estándar ISO 13443 para gas natural y fluidos similares son 288,15 K (15,00 °C; 59,00 °F) y 1 atm (101,325 kPa) ; [ 8 ] por el contrario, el Instituto Americano del Petróleo adopta 60 °F (15,56 °C; 288,71 K) . [ 9 ]        

Usos anteriores

Antes de 1918, muchos profesionales y científicos que utilizaban el sistema métrico definían las condiciones de referencia estándar de temperatura y presión para expresar volúmenes de gas como 15 °C (288,15 K ; 59,00 °F ) y 101,325 kPa (1,00 atm ; 760 Torr ) . Durante esos mismos años, las condiciones de referencia estándar más utilizadas por quienes empleaban los sistemas imperial o estadounidense eran 60 °F (15,56 °C; 288,71 K) y 14,696 psi (1,00 atm), debido a su uso casi universal en las industrias del petróleo y el gas a nivel mundial. Estas definiciones ya no son las más utilizadas en ninguno de los dos sistemas de unidades. [ 10 ]           

Uso actual

Actualmente, diversas organizaciones de todo el mundo utilizan diferentes definiciones de condiciones de referencia estándar. La tabla que aparece a continuación enumera algunas de ellas, pero existen más. Algunas de estas organizaciones utilizaron otros estándares en el pasado. Por ejemplo, el nuevo valor de la IUPAC [ 2 ] corresponde a la presión atmosférica media a una altitud de aproximadamente 112 metros, que se aproxima a la altitud media mundial de los asentamientos humanos (194 m) [ 11 ] , y sigue el sistema métrico ( el pascal es una unidad métrica, mientras que la atmósfera no lo es).

Las compañías de gas natural en Europa , Australia y Sudamérica han adoptado 15 °C (288,15 K ; 59,00 °F ) y 1 atm (101,325 kPa ) como sus condiciones de referencia de volumen de gas estándar , utilizadas como valores base para definir el metro cúbico estándar . [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] Además, la Organización Internacional de Normalización (ISO), la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) tienen cada uno más de una definición de condiciones de referencia estándar en sus diversas normas y reglamentos.     

Tabla comparativa

Atmósfera estándar internacional

En aeronáutica y dinámica de fluidos, la " Atmósfera Estándar Internacional " (ISA) es una especificación de presión, temperatura, densidad y velocidad del sonido a cada altitud. Al nivel medio del mar estándar , especifica una temperatura de 15 °C (59 °F) , una presión de 101 325 pascales (14,6959 psi) (1 atm ) y una densidad de 1,2250 kilogramos por metro cúbico (0,07647 lb/pie³ ) . También especifica un gradiente térmico de −6,5 °C (−11,7 °F) por km (aproximadamente −2 °C (−3,6 °F) por cada 1000 pies). [ 45 ] [ 46 ]          

La Atmósfera Estándar Internacional (ATE) representa las condiciones atmosféricas en latitudes medias. En Estados Unidos, esta información se especifica en la Atmósfera Estándar de EE. UU. , que es idéntica a la "Atmósfera Estándar Internacional" a todas las altitudes hasta los 65 000 pies sobre el nivel del mar.

Condiciones estándar de laboratorio

Debido a que muchas definiciones de temperatura y presión estándar difieren significativamente en temperatura de las temperaturas estándar de laboratorio (por ejemplo, 0  °C frente a ~28  °C), a menudo se hace referencia a "condiciones estándar de laboratorio" (un término elegido deliberadamente para ser diferente del término "condiciones estándar de temperatura y presión", a pesar de su casi identidad semántica cuando se interpreta literalmente). Sin embargo, lo que es una temperatura y presión de laboratorio "estándar" está inevitablemente condicionado por la geografía, dado que diferentes partes del mundo difieren en clima, altitud y grado de uso de calefacción/refrigeración en el lugar de trabajo. Por ejemplo, las escuelas en Nueva Gales del Sur , Australia, utilizan 25  °C a 100  kPa como condiciones estándar de laboratorio. [ 47 ] ASTM International ha publicado la norma ASTM E41 - Terminología relativa al acondicionamiento y cientos de condiciones especiales para materiales y métodos de ensayo particulares . Otras organizaciones de normalización también tienen condiciones de ensayo estándar especializadas.

Volumen molar de un gas

Es tan importante indicar las condiciones de referencia de temperatura y presión aplicables al expresar el volumen molar de un gas [ 48 ] como al expresar un volumen de gas o un caudal volumétrico. Indicar el volumen molar de un gas sin especificar las condiciones de referencia de temperatura y presión tiene poco sentido y puede generar confusión.

El volumen molar de los gases en condiciones normales de presión y temperatura (CNPT) y a presión atmosférica se puede calcular con una precisión generalmente suficiente mediante la ley de los gases ideales . El volumen molar de cualquier gas ideal se puede calcular en diversas condiciones de referencia estándar, como se muestra a continuación:

  • V m = 8,3145 × 273,15 / 101,325 = 22,414 dm³ / mol a 0 °C y 101,325 kPa   
  • V m = 8,3145 × 273,15 / 100,000 = 22,711 dm³  / mol a 0 °C y 100 kPa  
  • V m = 8,3145 × 288,15 / 101,325 = 23,645 dm³  / mol a 15 °C y 101,325 kPa  
  • V m = 8,3145 × 298,15 / 101,325 = 24,466 dm³  / mol a 25 °C y 101,325 kPa  
  • V m = 8,3145 × 298,15 / 100,000 = 24,790 dm³  / mol a 25 °C y 100 kPa  
  • V m = 10,7316 × 519,67 / 14,696 = 379,48  ft 3 /lbmol a 60  °F y 14,696  psi (o aproximadamente 0,8366  ft 3 /gramo mol)
  • V m = 10,7316 × 519,67 / 14,730 = 378,61 ft³  / lbmol a 60 °F y 14,73 psi  

La literatura técnica puede resultar confusa porque muchos autores no aclaran si utilizan la constante de los gases ideales R₀ o la constante específica de los gases R<sub> s</sub> . La relación entre ambas constantes es R <sub>s</sub> = R₀ / m , donde m es la masa molecular del gas.

La Atmósfera Estándar de los Estados Unidos (USSA) utiliza 8,31432  m³ · Pa/(mol·K) como valor de R. Sin embargo, la USSA reconoce en 1976 que este valor no es consistente con los valores de la constante de Avogadro y la constante de Boltzmann . [ 49 ]

Véase también

Notas explicativas

  1. 1 2 Ley de Inspección de Electricidad y Gas (de Canadá).
  2. ↑ La presión se especifica en 750 mmHg . Sin embargo, este valor depende de la temperatura, ya que el mercurio se expande al aumentar la temperatura. Aquí se proporcionan los valores para el rango de 0 a 20 °C.
  3. ↑ El valor estándar es de 29,92 inHg a una temperatura no especificada. Esto probablemente corresponde a una presión estándar de 101,325 kPa, convertida a aproximadamente 29,921 inHg a 32 °F (0 °C).

Referencias

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  2. 1 2 A. D. McNaught y A. Wilkinson (1997). «Presión estándar» . IUPAC. Compendio de terminología química (2.ª ed.). Oxford: Blackwell Scientific Publications. doi : 10.1351/goldbook.S05921 . ISBN  978-0-9678550-9-7.
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