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Temperatura y presión estándar

La temperatura y presión estándar ( STP ) o condiciones estándar para la temperatura y la presión son diversos conjuntos estándar de condiciones para mediciones experimentales que se utilizan para permitir que se realicen comparaciones entre diferentes conjuntos de datos. Los estándares más utilizados son los de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), aunque estos no son universalmente aceptados. Otras organizaciones han establecido una variedad de otras definiciones.

En la industria y el comercio , las condiciones estándar de temperatura y presión son a menudo necesarias para expresar los volúmenes de gases y líquidos y cantidades relacionadas, como la tasa de flujo volumétrico (los volúmenes de gases varían significativamente con la temperatura y la presión): metros cúbicos estándar por segundo (Sm 3 /s), y metros cúbicos normales por segundo (Nm 3 /s).

Muchas publicaciones técnicas (libros, revistas, anuncios de equipos y maquinaria) simplemente indican "condiciones estándar" sin especificarlas; a menudo sustituyendo el término por el más antiguo "condiciones normales" o "NC". En casos especiales, esto puede dar lugar a confusión y errores. Las buenas prácticas siempre incorporan las condiciones de referencia de temperatura y presión. Si no se indican, se suponen algunas condiciones ambientales de la sala, cercanas a 1 atm de presión, 273 K (0 °C) y 0 % de humedad.

Definiciones

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

El NIST utiliza una temperatura de 20 °C (293,15 K, 68 °F) y una presión absoluta de 1 atm (14,696 psi, 101,325 kPa). [3] Este estándar también se denomina temperatura y presión normales (abreviado como NTP ). Sin embargo, una temperatura y presión común en uso por el NIST para experimentos termodinámicos es 298,15 K (25 ° C , 77 ° F ) y 1 bar (14,5038 psi , 100 kPa ). [4] [5] El NIST también utiliza 15 °C (59 °F) para la compensación de temperatura de productos refinados de petróleo, a pesar de notar que estos dos valores no son exactamente consistentes entre sí. [6]

Las condiciones de referencia estándar ISO 13443 para el gas natural y fluidos similares son 288,15 K (15,00 °C; 59,00 °F) y 101,325 kPa; [7] por el contrario, el Instituto Americano del Petróleo adopta 60 °F (15,56 °C; 288,71 K). [8]

Usos pasados

Antes de 1918, muchos profesionales y científicos que utilizaban el sistema métrico de unidades 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 las personas que utilizaban los sistemas imperiales o tradicionales de EE. UU. eran 60 °F (15,56 °C; 288,71 K) y 14,696  psi (1 atm) porque eran de uso casi universal en las industrias del petróleo y el gas en todo el mundo. Las definiciones anteriores ya no son las más utilizadas en ninguno de los dos sistemas de unidades. [9]

Uso actual

En la actualidad, organizaciones de todo el mundo utilizan muchas definiciones diferentes de condiciones de referencia estándar. La siguiente tabla enumera algunas de ellas, pero hay más. Algunas de estas organizaciones utilizaron otros estándares en el pasado. Por ejemplo, la IUPAC define, desde 1982, las condiciones de referencia estándar como 0 °C y 100 kPa (1 bar), en contraste con su antiguo estándar de 0 °C y 101,325 kPa (1 atm). [2] El nuevo valor es la presión atmosférica media a una altitud de aproximadamente 112 metros, que se acerca más a la altitud media mundial de habitación humana (194 m). [10]

Las compañías de gas natural en Europa, Australia y Sudamérica han adoptado 15 °C (59 °F) y 101,325 kPa (14,696 psi) como sus condiciones de referencia de volumen de gas estándar, utilizadas como valores base para definir el metro cúbico estándar . [11] [12] [13] 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 regulaciones.

Abreviaturas:

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. A 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/cu ft). También especifica una tasa de caída de temperatura de -6,5 °C (-11,7 °F) por km (aproximadamente -2 °C (-3,6 °F) por 1.000 pies). [45] [46]

La atmósfera estándar internacional es representativa de las condiciones atmosféricas en latitudes medias. En los EE. UU., esta información se especifica como la atmósfera estándar estadounidense , que es idéntica a la "atmósfera estándar internacional" en todas las altitudes hasta los 65 000 pies sobre el nivel del mar. [ cita requerida ]

Condiciones estándar de laboratorio

Debido a que muchas definiciones de temperatura y presión estándar difieren significativamente 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 para 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 ligado a la geografía, dado que diferentes partes del mundo difieren en clima, altitud y el grado de uso de calor/refrigeración en el lugar de trabajo. Por ejemplo, las escuelas en Nueva Gales del Sur , Australia, utilizan 25 °C a 100 kPa para las condiciones estándar de laboratorio. [47] ASTM International ha publicado la Norma ASTM E41 - Terminología relacionada con el acondicionamiento y cientos de condiciones especiales para materiales y métodos de prueba particulares . Otras organizaciones de normalización también tienen condiciones de prueba estándar especializadas. [ cita requerida ]

Volumen molar de un gas

Es tan importante indicar las condiciones de referencia aplicables de temperatura y presión al indicar 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 indicar las condiciones de referencia de temperatura y presión tiene muy poco significado y puede causar confusión.

El volumen molar de los gases en condiciones normales y a presión atmosférica se puede calcular con una precisión que suele ser suficiente utilizando 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:

La literatura técnica puede ser confusa porque muchos autores no explican si están utilizando la constante de gas ideal R o la constante de gas específica R s . La relación entre las dos constantes es R s = R / m , donde m es la masa molecular del gas.

La atmósfera estándar de los Estados Unidos (USSA) utiliza 8,31432 m 3 ·Pa/(mol·K) como valor de R . Sin embargo, la USSA en 1976 reconoce que este valor no es coherente con los valores de la constante de Avogadro y la constante de Boltzmann . [49]

Véase también

Notas explicativas

  1. ^ La presión se especifica como 750 mmHg . Sin embargo, los mmHg dependen de la temperatura, ya que el mercurio se expande a medida que aumenta la temperatura. Aquí se dan los valores para el rango de 0 a 20 °C.
  2. ^ El estándar se establece como 29,92 inHg a una temperatura no especificada. Esto probablemente corresponde a una presión estándar de 101,325 kPa, convertida a ~29,921 inHg a 32 °F (0 °C).

Referencias

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  2. ^ ab AD 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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