PROPIEDADES FISICAS DEL
AIRE
LEYES BASICAS
¿Cuáles son los estados de la materia?:
Sólido
Líquido
Gas
Los cuales dependen de la presión y de la temperatura a la que
se encuentran sometidos.
Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde
finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse
cuenta de que en las relaciones entre
Presión
Volumen
Temperatura
De una muestra de gas se podría obtener una fórmula que
sería válida para todos los gases.
Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad
de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las
moléculas que se encuentran más separadas,
En el estado gaseoso la fuerza de cohesión de las moléculas
es muy pequeña, prácticamente nula, lo cual permite que estas
se muevan libremente y en todas direcciones.
1.- Ley de Avogadro
Esta ley relaciona la cantidad de gas (n, en moles) con su
volumen en litros (L), considerando que la presión y la
temperatura permanecen constantes (no varían).
Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el volumen del
mismo,
Si disminuimos la cantidad de gas, disminuirá el volumen del
mismo.
Esto tan simple, podemos expresarlo en términos
matemáticos con la siguiente fórmula:
K=V
n
K = Constante.
V = Volumen.
n = Numero de moles.
Esto debido a que si ponemos más moles (cantidad
de moléculas) de un gas en un recipiente tendremos,
obviamente, más gas (más volumen).
Volumen (V1) = Volumen (V2)
moles (n°1)
moles (n°2)
Simplificada es
V1 = V2
n°1 n°2
EJERCICIO: Tenemos 3,50 L de un gas que, sabemos,
corresponde a 0,875 mol. Inyectamos gas al recipiente hasta
llegar a 1,40 mol, ¿cuál será el nuevo volumen del gas? (la
temperatura y la presión las mantenemos constantes).
EJERCICIO: Tenemos 3,50 L de un gas que, sabemos,
corresponde a 0,875 mol. Inyectamos gas al recipiente hasta
llegar a 1,40 mol, ¿cuál será el nuevo volumen del gas? (la
temperatura y la presión las mantenemos constantes).
2.- Ley de Boyle
Esta ley nos permite relacionar la presión y el volumen de un
gas cuando la temperatura es constante.
La ley de Boyle (conocida también como de Boyle y Mariotte)
establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es
inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la
temperatura es constante.
Si en una cantidad de gas la temperatura permanecen
constante, el producto de la presión por el volumen tiene el
mismo valor.
PxV=K
P = Presión.
V = Volumen
K = Constante.
Ahora si tenemos un cierto volumen de gas (V1) que se
encuentra a una presión P1. Si variamos la presión a P2, el
volumen de gas variará hasta un nuevo valor V2, y se cumplirá:
P1 x V1 = P2 x V2
Ejercicio.
Tenemos 4 L de un gas que están a 0,79 atm de
presión. ¿Cuál será su volumen si aumentamos la
presión hasta 800 mmHg? La temperatura es
constante, no varía.
3.- Ley de Charles
Mediante esta ley relacionamos la temperatura y el volumen de
un gas cuando mantenemos la presión constante. El volumen
de un gas es directamente proporcional a la temperatura del
gas.
Si aumenta la T° a un gas, el volumen del gas aumenta.
Si disminuye T° a un gas, el volumen del gas disminuye.
Como lo descubrió Charles, si la cantidad de gas y la presión
permanecen constantes, el cociente entre el volumen (V) y la
temperatura (T) siempre tiene el mismo valor (K) (es
constante).
V/T=K
T = Temperatura en °K
V = Volumen
K = Constante.
Si tenemos un volumen de gas V1 que se encuentra a una T1.
Si se aumenta a T2 el volumen del gas aumentará hasta V2:
T1 / V1 = T2 / V2
Ejercicio
Un gas cuya temperatura llega a 845 °F tiene un volumen de
2,5 L. Para experimentar, bajamos la temperatura a 10° C
¿Cuál será su nuevo volumen?
4.- Ley de Gay-Lussac
Esta ley establece la relación entre la presión (P) y la
temperatura (T) de un gas a un volumen (V) constante.
La P del gas es directamente proporcional a su T.
Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión. Si
disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.
la cual nos indica que el cociente entre la presión y la
temperatura siempre tiene el mismo valor; es decir, es
constante.
P/T=K
T = Temperatura en °K
P = Presión.
K = Constante.
Si tenemos un gas, cuyo volumen (V) no varía, a una presión
P1 y a una temperatura T1. Si variamos la temperatura hasta
un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y tendrá
que cumplirse la siguiente ecuación:
P1 / T1 = P2 / T2
Debemos recordar, además, que esta ley, al igual que la de
Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta,
y tal como en la Ley de Charles, las temperaturas han de
expresarse en grados Kelvin.
Ejercicios
Tenemos un cierto volumen de un gas bajo una presión de
1,27 atm cuando su temperatura es de 25° C. ¿A qué
temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mmHg?
5.- Ley general de los gases o ecuación general de los
gases
Las leyes parciales analizada pueden combinarse y obtener
una ley o ecuación que relaciones todas las.
PxV=K
T
T
V
P
K
=
=
=
=
Temperatura en °K
Volumen.
Presión.
Constante.
Si tenemos una cantidad fija de un gas (n1), que está a una
presión (P1), ocupando un volumen (V1) a una temperatura
(T1). Estas variables se relacionan entre sí cumpliendo con la
siguiente ecuación :
P xV = n x R x T
Donde R es una constante universal conocida ya que se puede
determinar en forma experimental, de la misma fórmula nos
permite calcular el volumen molar de un gas (n):
n =PxV
RxT
A modo de experimento, a la misma cantidad fija de gas (n1) le
cambiamos el valor a las variables tendremos entonces una
nueva presión (P2), un nuevo volumen (V2) y una nueva
temperatura (T2).
Según la condición inicial
P1 xV1 = n1 x R x T1
Según la condición final:
P2 x V2 = n1 x R x T2
Entonces, despejamos n1 y R en ambas ecuaciones:
P1 x V1 = P2 x V2
T1
T2
6.- Movimiento laminar y Turbulento
Cuando entre dos partículas en movimiento una se mueve más rápido
que la otra, se desarrollan fuerzas de fricción que actúan
tangencialmente a las mismas.
Las fuerzas de fricción tratan de introducir rotación entre las partículas
en movimiento, pero simultáneamente la viscosidad trata de impedir la
rotación. Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden
producir diferentes estados de flujo.
Cuando la velocidad es baja, la fuerza de inercia es mayor que la de
fricción, las partículas se desplazan pero no rotan.
Este tipo de flujo fue identificado por Reynolds y se denomina
“laminar”, queriendo significar con ello que las partículas se desplazan
en forma de capas o láminas.
Al aumentar la velocidad se incrementa la fricción entre
partículas vecinas al fluido, y estas adquieren una energía de
rotación apreciable, la viscosidad pierde su efecto, y debido a
la rotación las partículas cambian de trayectoria.
Éste tipo de flujo se denomina "turbulento“. Se caracteriza por:
1.- Las partículas del fluido no se mueven siguiendo
trayectorias definidas.
2.- La acción de la viscosidad es despreciable.
3.- Las partículas del fluido poseen energía de rotación
apreciable, y se mueven en forma errática chocando unas con
otras.
4.- Al entrar las partículas de fluido a capas de diferente
velocidad, su momento lineal aumenta o disminuye, y el de las
partículas vecina la hacen en forma contraria.
Cuando las fuerzas de inercia del fluido en movimiento son
muy bajas, la viscosidad es la fuerza dominante y el flujo es
laminar. Cuando predominan las fuerzas de inercia el flujo es
turbulento.
Reynolds estableció una relación que permite establecer el tipo
de flujo que posee un determinado problema.
Para números de Reynolds bajos y altos.
Reynolds, mediante un aparato sencillo fue el primero en
demostrar experimentalmente la existencia de estos dos tipos
de flujo.
Numero de Re
El Numero de Reynold (Re) es un valor a dimensionado y
esta relacionado con el flujo a través de paredes rígidas, cuando
el flujo fluye lentamente su movimiento es laminar, lo cual
significa que las diferentes capas se desplazan suavemente una
sobre otra sin que sus moléculas se entremezclen.
A una velocidad más alta el flujo llega a ser turbulento los cual
significa que las moléculas se mueven al azar produciendo
turbulencia que consumen mayor porción de energía
Re = V x D x &
U
Re
V
D
&
U
: Número de Reynold (sin dimensión)
: Velocidad (pies/min)
: Diámetro del ducto (pies)
: Densidad Estándar (libras/pies3)
: Viscosidad dinámica libras/(minxpie)
Si Re < 2000 laminar.
Si Re > 4000 turbulento.
Indique si el flujo de aire es laminar o turbulento en un ducto de
área 12 mts2, en el cual circular el aire a una velocidad de 1,5
mts/seg, la densidad es de 1153,13 gr/m3, con una viscosidad de
0,2267 Lb/(minxpie).
Descargar

Diapositiva 1