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Presión atmosféricaArtículo de la Enciclopedia Libre Universal en Español.

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La presión atmosférica es el peso del aire sobre la superficie terrestre. La atmósfera pesa auna media de 1013 milibares (o hectopascales) al nivel del mar, aproximadamente un

kilogramo por centímetro cuadrado. Pero cuando el aire está frío desciende, haciendo

aumentar la presión y provocando estabilidad. Se forma, entonces, un anticiclón térmico. Cuando el aire está caliente asciende, haciendo bajar la presión y provocando

inestabilidad. Se forma, entonces un ciclón, o borrasca térmica. 

Además, el aire frío y el cálido tienden a no mezclarse, debido a la diferencia de densidad, y cuando se encuentran en superficie el aire frío empuja hacia arriba al aire caliente

provocando un descenso de la presión e inestabilidad, por causas dinámicas. Se forma,entonces un ciclón, o borrasca dinámica. Esta zona de contacto es la que se conoce comofrente. Cuando el aire frío y el cálido se encuentran en altura descienden en convergencia

dinámica, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad, y el consiguiente

aumento de la temperatura. Se forma, entonces un anticiclón dinámico. 

LA ATMÓSFERA 

Que es la atmósfera 

Es una mezcla de gases que rodea un objeto celeste cuando éste cuenta con un campo gravitatorio suficientepara impedir que escapen.

Composición 

Los gases que componen la atmósfera se elevan desde la superficie del planeta hasta alcanzar unos 1.000Km. de altura a partir de la cual los investigadores consideran que los gases escapan de la atracción de lafuerza de la gravedad ejercida por la Tierra.

Sin embargo, hay que tener presente que los gases no se distribuyen de manera uniforme, pues la densidaddisminuye al aumentar la altura y se concentra en las capas mas bajas:

Se calcula que el 97% de la masa de gases que componen la atmósfera se encuentra entre la superficie y los29 Km. de altura.

La atmósfera terrestre está constituida principalmente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). El 1% restante loforman el argón (0,9%), el dióxido de carbono (0,03%), distintas proporciones de vapor de agua, y trazas dehidrógeno, ozono, metano, monóxido de carbono, helio, neón, kriptón y xenón.

La previa estructuración de la atmósfera es indispensable para su descripción y su estudio; sin embargo laestructuración es relativamente compleja, pues intervienen en ella numerosos parámetros de valoresvariables.

Capas de la atmósfera 

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Las capas de la atmósfera se definen por la variación vertical de la temperatura:

  La troposfera, en la que la temperatura decrece con la altura, puede llegar a descender hasta los -56ºC y en esta capa se producen movimientos verticales y horizontales del ai re, en esta capa esdonde se manifiestan los contaminantes de la atmósfera.

  La estratosfera, en esta capa solo se producen movimientos horizontales de aire y la temperaturapermanece casi constante.

En esta capa se encuentra la ozonósfera rica en ozono cuya misión es dejar de penetrar los rayosultravioletas del Sol.

  La mesosfera, la temperatura asciende regularmente con la altitud, su limite es la mesopausa, enesta capa aun se encuentran concentraciones elevadas de ozono.

  La termosfera, la temperatura asciende gradualmente hasta los 1500ºC. En ella se absorbenradiaciones de onda corta procedentes del Sol, en esta capa las moléculas mas ligeras escapan dela gravidez y marchan lentamente al espacio interplanetario.

El vapor de agua esta contenido por entero en la troposfera la mayor parte a menos de 4.000m de altitud. Elagua atmosférica origina los hidrometeoros y absorbe las radiaciones de gran longitud de onda, protegiendo lasuperficie terrestre, evitando así la dispersión del calor terrestre hacia e l espacio.

La acidificación de la atmósfera y sus causas 

La contaminación atmosférica afecta el medio ambiente directa e indirectamente. Es así que cuando en laatmósfera se presentan altas concentraciones de óxidos de nitrógeno o dióxido de azufre, los mismos afectandirectamente tanto a los seres vivos como también a otro tipo de materiales.

Puede suceder que los contaminantes antes mencionados reaccionen formando ácidos sulfúrico y nítrico, loscuales son arrastrados por los vientos antes de descender en lluvias y nevadas. Así es entonces que lasaguas y los suelos se vuelven ácidos a grandes distancias de las fuentes de emisión de los contaminantes.

La magnitud de la acidificación depende de dos factores:

  de la magnitud que de dichos contaminantes desciende en las lluvias.

  de la resistencia que tanto el agua como el suelo ofrezcan a dicha acidificación.

Efecto de la acidificacion sobre el medio ambiente: 

La acidificación de las aguas de los lagos está directamente relacionada con la acidificación de los suelos yaque el 90% de las aguas pasan previamente por los suelos y solo el 10% proviene directamente de lluvias ynieve.

Las aguas de los lagos con problemas de acidificación son claras y de poca turbidez ya que las sustanciasque constituyen el plancton precipitan sedimentando en el fondo.

La desaparición de peces es debida a una combinación de la disminución del ph de las aguas y elenvenenamiento provocado por el aluminio libre cuya concentración aumenta en medio ácido.

Otro efecto, aunque secundario, muy importante, es el crecimiento de las colonias de insectos debido a ladesaparición de las especies de peces que se alimentan precisamente de esos insectos. O sea que es unefecto biológico indirecto que pone de manifiesto algo contrario a lo que primariamente se cree de que enlagos de aguas acidificadas no existe ninguna especie viviente.

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Otro elemento nocivo para las especies vivientes es el mercurio, el cual aumenta su concentración en lospeces produciendo efectos letales. La razón por la cual aumenta la concentración de dicho elemento en losseres vivos es que en medio ácido desaparece el alimento natural de dichas especies de peces lo que obligaa un cambio en la alimentación de los mismos, éstas tendrán que nutrirse de otras especies de peces (que yatienen mercurio) agudizando así el fenómeno antes mencionado.

La presión atmosférica 

La atmósfera al igual que cualquier otro cuerpo atraído por la fuerza gravitacional del planeta Tierra, tiene supropio peso el peso de la envoltura gaseosa de nuestro planeta puede calcularse aproximadamente en 6.000billones de toneladas. La superficie terrestre y todos los objetos y seres vivos que en ella se encuentransoportan su peso, están sometidos a la presión de la atmósfera. La medición de la presión de la atmósfera fuerealizada por primera vez por el italiano Evangelista Torricelli, quien en 1643 realizo la experiencia que llevasu nombre y de la que derivo el descubrimiento del barómetro de mercurio.

La presión atmosférica esta sometida a variaciones tanto en la escala vertical como en la horizontal. Lapresión varia verticalmente, pues, a medida que aumenta la altitud disminuye la presión en progresióngeométrica: si bien se reduce la presión la presión de forma rápida en un principio, a mayor altitud la presiónes prácticamente inapreciable. La estrecha relación entre altura entre altura y presión se pone en manifiestoen el mecanismo de funcionamiento de los altímetros, barómetros en los que se habían adaptado a escalasespeciales para facilitar la altitud.

En la escala horizontal, las diferencias de presión están relacionadas con las variaciones de la temperatura yhumedad en la superficie terrestre. El aire en contacto con una zona cálida de la superficie se calienta; el calordilata los gases y vuelve al aire mas ligero; consecuentemente, la presión del aire sobre la superficie del airedesciende. Por su parte, un aire enfriado por el contacto con sus regiones frías se comprime y tienden adescender sobre la superficie: este fenómeno será registrado en los barómetros como un aumento de presión.La humedad actúa de un modo parecido en la temperatura, un aire seco por hallarse por superficiescontinentales, sin evaporación que aporte vapor de agua, se convierte en una zona de altas presiones.

Una masa de aire húmedo, con gran cantidad de vapor de agua, como puede ser el aire en contacto con losocéanos actúa como aire caliente y produce un descenso de la presión.

Los aires húmedos y cálidos dan lugar a centros de bajas presiones a los que se denomina depresión ociclones. Los aires secos y frios generan zonas de altas presiones o anticiclones.

Los vientos de la atmósfera 

Una de las consecuencias mas importantes de las variaciones de la presión es el viento, que no es sino elmovimiento del aire originado entre las diferencias de presión entre dos puntos. El aire se mueve desde laszonas de altas presiones hasta las zonas de bajas presiones. Los anticiclones actúan como centros emisoresde viento, este aire divergente en la superficie genera, en los estratos mas altos del anticiclones, corrientes deaire descendente que sustituyen al aire que en forma de viento, escapa del núcleo de alta presión. Estacorriente de aire descendente ejerce un movimiento de compresión que mantiene las altas presiones y el cielodespejado.

Las depresiones, como núcleos de bajas presiones y se producen al nivel del suelo.

Presión atmosférica

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Si sobre una mesa se coloca un objeto pesado, el peso

de ese cuerpo ejerce sobre la superficie de la mesa una

cierta presión. Del mismo modo, aunque el aire no es un

material muy pesado, la enorme cantidad de aire

atmosférico que existe sobre un punto de la Tierra hace

que su peso total sea lo suficientemente grande como

para que la presión que ejerce sobre ese punto tenga una

gran magnitud.

Ese valor de la presión sobre cualquier punto de la

superficie terrestre, que ejerce toda la masa de aire

atmosférico, recibe el nombre de presión atmosférica.

Algo importante que debemos considerar. Ya vimos, por

el ejemplo inicial, que todo cuerpo genera una presión,

pero esta presión que ejerce depende de su estado(sólido, líquido o gaseoso).

Los sólidos generan presión solo hacia abajo. Los líquidos

generan presión hacia todos sus costados y hacia abajo. Y los gases generan presión por todo su derredor; o sea,

hacia arriba, hacia todos sus costados y hacia abajo, por la propiedad más importante que los caracteriza: tienden a

ocupar todo el espacio que los contiene.

La existencia de la presión atmosférica es evidente, por ejemplo, cuando se utiliza una ventosa: al comprimirla

contra el vidrio eliminando el aire de su interior al soltarla recobra su forma, pero ahora la presión atmosférica la

mantiene apretada contra la superficie del vidrio.

El aire atmosférico pesa 

A nivel del mar un litro de aire pesa 1,293 gramos. En un punto cualquiera la presión atmosférica viene dada por el

peso de una columna de aire cuya base es 1 cm2 y la altura la distancia vertical entre el punto y el límite de la

superficie libre de la atmósfera.

La presión atmosférica normal equivale a la que ejerce a 0º C y a nivel del mar una columna de mercurio de 76 cm

de altura. Ese valor se toma como unidad práctica de presión y se denomina atmósfera. (Ver Experimentos sobrela presión del aire) 

Unidades de Presión 

La presión atmosférica se suele expresar en mm de mercurio

(milímetros de mercurio) o torricelli, diciéndose que la presión

normal, a nivel del mar es de 760 mm de Hg. Este valor se llama

también una atmósfera. Sin embargo, los “hombres del tiempo”

suelen utilizar otra unidad para medir la presión: el milibar.

En cualquiera de las unidades, la presión que se considera

normal a nivel del mar tiene un valor de 1 atmósfera o, lo que eslo mismo, 760 mm de Hg ó 1.012,9 milibares.

Medición de la presión 

Para medir la presión de un fluido se utilizan manómetros. El tipo

más sencillo de manómetro es el de tubo abierto. Se trata de un

tubo en forma de U que contiene un líquido, hallándose uno de

sus extremos a la presión que se desea medir, mientras el otro

se encuentra en comunicación con la atmósfera.

La caricatura ilustra "el peso de la atmósfera" 

Presión atmosférica: Es la fuerza que ejerce el aireatmosférico sobre la superficie terrestre. 

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Para la medición de la presión atmosférica se emplea el barómetro, del que existen diversos tipos. El barómetro de

mercurio, inventado por Torricelli, es simplemente un tubo en forma de U con una rama cerrada en la que se ha

hecho el vacío, de manera que la presión en la parte más elevada de esta rama es nula.

Presión atmosférica y altura 

Como la presión atmosférica se debe al peso del aire sobre

un cierto punto de la superficie terrestre, es lógico suponer

que cuanto más alto esté el punto, tanto menor será la

presión, ya que también es menor la cantidad de aire que

hay en su cima.

Por ejemplo, en una montaña la cantidad de aire que hay

en la parte más alta es menor que la que hay sobre una

playa, debido a la diferencia de nivel.

Tomando como referencia el nivel del mar, donde la

presión atmosférica tiene un valor de 760 mm, se

comprueba que, al medir la presión en la cumbre que se

encuentra a unos 1.500 metros sobre el nivel del mar, la

presión atmosférica vale aproximadamente 635 mm; es

decir, la presión disminuye con la altura. 

De acuerdo a lo anterior, cuanto mayor sea la altura de la

superficie terrestre respecto al nivel del mar, menor es la presión del aire, puesto que la columna de vidrio del

barómetro que queda por encima también es menor. Dicho de otro modo:

La presión atmosférica disminuye con la altura  

La disminución que experimenta la presión con la altura no es directamente proporcional puesto que el aire es un

fluido que puede comprimirse mucho, por lo que las masas de aire más próximas al suelo están comprimidas por el

propio peso del aire de las capas superiores y son, por tanto, más densas. Así, cerca del nivel del mar un pequeño

ascenso en altura supone una gran disminución de la presión, mientras que a gran altura hay que ascender mucho

más para que la presión disminuya en la misma medida.

Efectos de la altura en el organismo 

Los efectos de la altura sobre el organismo humano son percibidos claramente por los montañistas, quienes está

propensos a sufrirlos a medida que ascienden las cumbres.

Algunos de esos síntomas se presentan como cefalea, síntomas gastrointestinales, debilidad o fatiga,inestabilidad o vértigos, transtornos del sueño, entre otros.

Según se ha visto, la medida más eficaz ante la aparición de síntomas del mal de montaña es el descenso a

altitudes más bajas, aunque solamente sean unos cientos de metros.

Ver: Enfermedad aguda de montaña, en: 

PRESIÓN 

Definiciones y efectos de las presiones atmosféricas ehidrostáticas sobre el cuerpo. 

Introducción: 

(Ampliar imagen)

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 ¿Qué es la presión?

Es la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dichasuperficie. La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el Sistema Internacional de unidades(SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un

pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio en unbarómetro convencional. Existen varios tipos de presiones; como la atmosférica, que es la fuerzaque ejerce la atmósfera sobre todos los puntos de la superficie terrestre, la hidrostática, que es lapresión ejercida por la atmósfera sumada a la presión del agua, la sanguínea, que es la fuerzaejercida por la sangre circulante sobre las paredes de los vasos sanguíneos, la osmótica, la fuerzaejercida por una sustancia disuelta en virtud del movimiento de sus moléculas, etc. En este trabajoanalizaremos la presión hidrostática y atmosférica los efectos adversos que tienen en el buceo yalpinismo respectivamente. También veremos las adaptaciones que tienen los lobos marinos parasoportar las grandes presiones hidrostáticas. 

¿De cuanto es la presión atmosférica en nuestro cuerpo al nivel del mar? 

En la superficie de la tierra al nivel de mar, la atmósfera, debido al peso de su aire, ejerce sobre

todo cuerpo una presión aproximada a una atmósfera. 

¿Por qué nuestro cuerpo no se aplasta? 

Sencillamente porque las cavidades interiores del cuerpo que están llenas de aire, sangre y otrosfluidos, se encuentran a la misma presión que la atmosférica y por lo tanto permanecen enequilibrio, tanto las presiones interiores como las exteriores y no lo notamos. Si la presión delcuerpo disminuye o aumenta, lo sentiremos de inmediato. 

¿Qué es la presión hidrostática y cómo la podemos calcular? 

La presión hidrostática que tiene un cuerpo (cuando se encuentra dentro del agua) es el resultadodel producto entre: la fuerza ejercida por la atmósfera, la gravedad, la densidad del liquido y laprofundidad en la que se encuentre. 

Efectos de la presión sobre loshumanos 

¿Como afecta la presión atmosférica a los seres vivos, especialmente a loshumanos? ¿Por qué algunas personas no deben vivir en zonas altas?  

Pregunta enviada por María Morales 

RESPUESTA:

La proporción de oxígeno en el aire es constante (21%) como la de los otros gasesque componen la atmósfera y no se reduce a grandes alturas, pero si decrece lapresión parcial de oxígeno, teniendo como consecuencia que disminuye el númerode moléculas de oxígeno por metro cúbico de aire.  

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Esta disminución de la presión parcial de oxígeno, al reducir la transferencia delgas del aire inspirado a la sangre provoca varias reacciones inmediatas en elorganismo: 

-  Aumenta la velocidad de la respiración y el volumen de aire

inspirado produciéndose una hiperventilación. 

-  Se incrementa el ritmo cardíaco y el flujo de salida de la sangre.  

-  El organismo produce más glóbulos rojos y hemoglobina paramejorar la capacidad del transporte de oxígeno de la sangre. Elincremento del número de glóbulos rojos requiere 38 semanas, yel aumento de hemoglobina se produce en 2 ó 3 meses.  

Las personas que presentan alguna alteración de los sistemas respiratorio ycardiovascular no deben vivir a grandes altitudes, porque son incapaces de

soportar las adaptaciones que se requieren. 

Modelo Matemático de estado más usadas

Analizando el comportamiento de los gases que se puede observar en los diagramas PνT oPν, se han propuesto muchos modelos matemáticos distintos que se aproximan a dichocomportamiento. Sin embargo, estos modelos no pueden predecir el comportamiento real

de los gases para todo el amplio espectro de presiones y temperaturas, sino que sirven paradistintos rangos y distintas sustancias. Es por eso que, según las condiciones con las cuales

se esté trabajando, conviene usar uno u otro modelo matemático.

En las siguientes ecuaciones las variables están definidas como aparece a continuación; sepuede usar cualquier sistema de unidades aunque se prefieren las unidades del  Sistema

Internacional de Unidades: 

P = Presión (atmósferas)

V = Volumen

n = Número de moles

ν = V/n = Volumen molar, el volumen de un gmol de gas

T = Temperatura (K)

R = constante de los gases (8,314472 J/mol·K) o (0,0821 atm·L/gmol·K)

[editar] Modelo Matemático Ideal - Ley del gas ideal

 Artículo principal: Ley de los gases ideales 

La ecuación de los gases ideales realiza las siguientes aproximaciones:

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1.  Considera que las moléculas del gas son puntuales, es decir que no ocupan volumen.

2.  Considera despreciables a las fuerzas de atracción-repulsión entre las moléculas.

Tomando las aproximaciones anteriores, la ley de los gases ideales puede escribirse

 ν es el volumen específico, que se define como el volumen total sobre la masa (conunidades en gramos, kilogramos, libras, etc.) o como el volumen total sobre la cantidad de

materia (medida en gramos moles, libras moles, etc.). El primero se denomina volumenespecífico másico y el segundo volumen específico molar. Para la expresión anterior seutiliza el volumen específico molar. Si se quiere expresar en función del volumen total, se

tiene

PV = nRT  

Además, puede expresarse de este modo

donde ρ es la densidad, γ el índice adiabático y u la energía interna. Esta expresión está enfunción de magnitudes intensivas y es útil para simular las ecuaciones de Euler dado que

expresa la relación entre la energía interna y otras formas de energía (como la cinética),permitiendo así simulaciones que obedecen a la Primera Ley.

[editar] Restricciones del modelo ideal

La ecuación de los gases ideales no tiene buena correlación con el comportamiento de losgases reales. Al considerar el volumen molecular y las fuerzas de atracción-repulsión

despreciables, no es fiable cuando el volumen es pequeño o la temperatura es baja, ya quelos factores que se despreciaron influyen más. Es por eso que se la utiliza a altas

temperaturas (la energía cinética de las moléculas es alta comparada con las fuerzas de

atracción-repulsión) y bajas presiones (el volumen es muy grande comparado con elvolumen de las moléculas del gas). En general el criterio utilizado es que se puede utilizar

dicha ecuación cuando la temperatura a la que se está trabajando (o el rango de

temperaturas) es superior a dos veces la temperatura crítica del compuesto.

En la gráfica Pν, la zona de temperaturas superior a dos veces la temperatura críticacorresponde a las isotermas que superan a la isoterma crítica. Al estar tan lejos de lacampana húmeda del gráfico, las curvas isotérmicas se aproximan a la forma que tienen enel gráfico Pν para los gases ideales. En dicho gráfico, la pendiente de las curvas isotérmicasse puede sacar haciendo la derivada parcial de la presión en función del volumen específico

molar, quedando lo siguiente:

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Teniendo en cuenta el módulo de la derivada, y considerando sólo el primer cuadrante, nos

quedan isotermas similares a las de la imagen a continuación:

Gráfico Pv utilizando el modelo ideal.

[editar] El factor de compresibilidad z

Si bien hay muchos modelos matemáticos distintos, todos de pueden generalizar mediantela siguiente expresión:

z es lo que se denomina factor de compresibilidad, que representa cuán alejado estamosdel modelo ideal de los gases. Si z vale 1, entonces el modelo ideal es aplicable.Dependiendo de la presión los valores de z pueden ser menores o mayores a 1. Si la presión

es baja dominan las fuerzas intermoleculares atractivas, las cuales reducen el volumen

respecto al del gas ideal y z será menor que 1. A presiones altas dominan las fuerzas

repulsivas, las cuales expandirán el gas respecto al gas ideal y z será mayor que 1. Ladesviación z se puede calcular con cualquiera de los modelos matemáticos. De la ecuación

anterior sale que

Si se resuelve lo anterior para los distintos modelos, se puede hallar z. Según qué modelo

estemos usando, el z expresará la desviación de ese modelo respecto al modelo ideal. Si

estamos trabajando a cierta presión y temperatura, tendremos cierto valor de volumenespecífico. Si tenemos una medición experimental del volumen específico, podemos

expresar donde νi es el volumen específico molar ideal y νr el volumen

específico molar real (medido). La expresión anterior sirve también para hallar z usando el

volumen específico calculado con el modelo ideal y el calculado con otro de los modelosmatemáticos.

[editar] Modelo Matemático de Van der Waals

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La ecuación de Van der Waals es una ecuación que generaliza la ecuación de los gases

ideales, haciendo entrar en consideración tanto el volumen finito de las moléculas de gas

como otros efectos que afectan al término de presiones. Tiene la forma:1 

Nótese que ν es el volumen molar. En esta expresión, a, b y R son constantes que dependende la sustancia en cuestión. Pueden calcularse a partir de las propiedades críticas de este

modo: De la gráfica Pv, podemos observar que el punto crítico (para cada compuesto)

presenta las siguientes características:

1.  Es un máximo, ya que es el punto mayor de la campana, por lo que la derivada primera en

ese punto, al tratarse de un extremo, debe ser cero.

2.  Es un punto de inflexión de la isoterma crítica, ya que en ese punto dicha isoterma cambia

de concavidad, por lo que la derivada segunda en ese punto debe ser cero.

De las dos condiciones de arriba, y como el punto crítico pertenece tanto a la campanacomo a la isoterma crítica, podemos sacar dos ecuaciones:

ambas evaluadas en el punto crítico, o sea usando valores de temperatura, presión yvolumen específico críticos. De esta forma podemos despejas a y b de las ecuaciones, yaque tenemos 2 ecuaciones y 2 incógnitas (conocemos las propiedades críticas de los

compuestos). Si resolvemos, nos queda lo siguiente:

Si además usamos la siguiente ecuación, que es válida en utilizando las propiedades críticas

para hallar el z crítico, cuyo valor coincide para la misma familia de gases,

Si reemplazamos el volumen crítico por la relación de arriba, llegamos a las ecuaciones de

a y b:

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La ecuación de Van der Waals fue una de las primeras que describía el comportamiento delos gases visiblemente mejor que la ley del gas ideal. En esta ecuación a se denomina elparámetro de atracción y b el parámetro de repulsión o el volumen molar efectivo. Mientras

que la ecuación es muy superior a la ley del gas ideal y predice la formación de una fase

líquida, sólo concuerda con los datos experimentales en las condiciones en las que el

líquido se forma. Mientras que la ecuación de Van der Waals se suele apuntar en los librosde texto y en la documentación por razones históricas, hoy en día está obsoleta. Otras

ecuaciones modernas sólo un poco más difíciles son mucho más precisas.

La ecuación de Van der Waals puede ser considerada como la "ley del gas ideal mejorada",

por las siguientes razones:

1.  Trata a las moléculas como partículas con volumen, no como puntos en el espacio. Por ello

V no puede ser demasiado pequeño, y se trabaja con (V - b) en lugar de V .

2.  Mientras que las moléculas del gas ideal no interaccionan, Van der Waals considera que

unas moléculas atraen a otras dentro de una distancia equivalente al radio de varias

moléculas. No provoca efectos dentro del gas, pero las moléculas de la superficie se ven

atraídas hacia el interior. Se ve esto al disminuir la presión exterior (usada en la ley del gas

ideal), y por ello se escribe (P + algo) en lugar de P. Para evaluar este 'algo', se examina la

fuerza de atracción actuando en un elemento de la superficie del gas. Mientras que la

fuerza que actúa sobre cada molécula superficial es ~ρ, la resultante sobre el elemento

completo es ~ρ2~

[editar] Modelo Matemático del Virial

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Aunque generalmente no es la ecuación de estado más conveniente, la ecuación del Viriales importante dado que puede ser obtenida directamente por mecánica estadística. Si se

hacen las suposiciones apropiadas sobre la forma matemática de las fuerzasintermoleculares, se pueden desarrollar expresiones teóricas para cada uno de los

coeficientes. En este caso B corresponde a interacciones entre pares de moléculas, C a

grupos de tres, y así sucesivamente...

[editar] Modelo Matemático de Redlich-Kwong

Donde

= constante de los gases (8.31451 J/mol·K)

Introducida en 1949, la ecuación de Redlich-Kwong fue una mejora considerable sobre las

otras ecuaciones de la época. Aún goza de bastante interés debido a su expresiónrelativamente simple. Aunque es mejor que la ecuación de Van der Waals, no da buenos

resultados sobre la fase líquida y por ello no puede usarse para calcular precisamente los

equilibrios líquido-vapor. Sin embargo, puede usarse conjuntamente con expresionesconcretas para la fase líquida en tal caso.

La ecuación de Redlich-Kwong es adecuada para calcular las propiedades de la fasegaseosa cuando el cociente entre la presión y la presión crítica es menor que la mitad del

cociente entre la temperatura y la temperatura crítica.

[editar] Modelo Matemático de Soave

R = Constante de los gases (8,31451 J/(K·mol))

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en donde ω es el factor acéntrico del compuesto.

para el hidrógeno:

En 1972 Soave

2

 reemplazó el término a/√(T ) de la ecuación de Redlich-Kwong por unaexpresión α(T,ω) función de la temperatura y del factor acéntrico. La función α fueconcebida para cuadrar con los datos de las presiones de vapor de los hidrocarburos; esta

ecuación describe acertadamente el comportamiento de estas sustancias.

[editar] Modelo Matemático de Peng-Robinson

R = constante de los gases (8,31451 J/mol·K)

Donde ω es el factor acéntrico del compuesto. 

La ecuación de Peng-Robinson fue desarrollada en 1976 para cumplir los siguientes

objetivos:3 

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1.  Los parámetros habían de poder ser expresados en función de las propiedades críticas y el

factor acéntrico. 

2.  El modelo debía ser razonablemente preciso cerca del punto crítico, particularmente para

cálculos del factor de compresibilidad y la densidad líquida.

3.  Las reglas de mezclado no debían emplear más que un parámetro sobre las interacciones

binarias, que debía ser independiente de la presión, temperatura y composición.

4.  La ecuación debía ser aplicable a todos los cálculos de todas las propiedades de los fluidos

en procesos naturales de gases.

Generalmente la ecuación de Peng-Robinson da unos resultados similares a la de Soave,

aunque es bastante mejor para predecir las densidades de muchos compuestos en faselíquida, especialmente los apolares.

R = constante de los gases (8,31451 J/mol·K)

[editar] Modelo Matemático de Beattie-Bridgeman

Este es un modelo de 5 constantes, cuyas ecuaciones son las siguientes

Por consiguiente, las 5 constantes son

[editar] Ecuación de Benedict-Webb-Rubin

Esta modelización realizada en 1940 especialmente para hidrocarburos livianos y las

mezclas de los mismos también es denominada ecuación BWR.

La modelización matemática BWR aproxima al comportamiento real de los gases cuando la

densidad es menor que 2,5 veces la densidad reducida: δ < 2,5δr ó ρ < 2,5ρr , siendo ρ ó δ lainversa del volumen específico ν de la ecuación. Es por eso que también se la puedeencontrar de la siguiente forma:

La modelización BWR es una ampliación de la Modelización Beattie-Bridgeman que

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plantea una ecuación de 5 constantes. La ecuación BWR tiene 8 constantes:

[editar] Ecuación de BWRS

 ρ = densidad molar

Los valores de los parámetros para quince sustancias pueden encontrarse en: K.E. Starling,

Fluid Properties for Light Petroleum Systems.4 

[editar] Elliott, Suresh, Donohue

La ecuación de estado de Elliott, Suresh, y Donohue (ESD) fue propuesta en  1990.5 

Pretende corregir una desviación de la ecuación de estado de Peng-Robinson, en la cualexiste una imprecisión en el término de repulsión de van der Waals. La ecuación tiene en

cuenta el efecto de la forma de las moléculas apolares y puede extenderse a polímeros

añadiendo un término extra (no se muestra). La ecuación fue desarrollada a partir desimulaciones informáticas y comprende la física esencial del tamaño, forma y puente de

hidrógeno.

Donde:

[editar] Ecuación de Bose ideal

La ecuación de estado para un gas de Bose ideal es

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donde α es un exponente específico del sistema (por ejemplo, en ausencia de un campo de potencia, α=3/2), z es exp( μ / kT ) donde  μ es el potencial químico, Li es el polilogaritmo, ζ esla función zeta de Riemann y T c es la temperatura crítica a la cual el condensado de Bose-Einstein empieza a formarse.

Contenido 

Apunte de gases: Ley de los gases ideales. Teoría cinética de los gases. Ecuaciónde Van der Waals. Transiciones de fase. Punto crítico. Presión de vapor.Humedad.

ECUACIONES DE ESTADO El estado de una cierta masa m de sustancia está determinado por su presión p,su volumen V y su temperatura T. En general, estas cantidades no pueden variartodas ellas independientemente.

Ecuación de estado:

V = f(p,T,m)

El término estado utilizado aquí implica un estado de equilibrio , lo que significa quela temperatura y la presión son iguales en todos los puntos. Por consiguiente, si secomunica calor a algún punto de un sistema en equilibrio, hay que esperar hastaque el proceso de transferencia del calor dentro del sistema haya producido unanueva temperatura uniforme, para que el sistema se encuentre de nuevo en unestado de equilibrio.

Ley de los gases ideales La teoría atómica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al ordenque implican. Las moléculas tienen una cierta libertad de movimientos en elespacio. Estos grados de libertad microscópicos están asociados con el conceptode orden macroscópico. Las moléculas de un sólido están colocadas en una red, ysu libertad está restringida a pequeñas vibraciones en torno a los puntos de esared. En cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscópico. Sus moléculasse mueven aleatoriamente, y sólo están limitadas por las paredes del recipienteque lo contiene.

Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las variables macroscópicas.En los gases ideales, estas variables incluyen la presión (p), el volumen (V) y la

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temperatura (T). A bajas presiones,las ecuaciones de estado de los gases sonsencillas:

La ley de Boyle-Mariotte afirma que el volumen de un gas a temperatura constantees inversamente proporcional a la presión.

p1.V1 = p2.V2 

La ley de Charles y Gay Lussac afirma que el volumen de un gas a presiónconstante es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

V1 /T1 = V2 /T2 

Otra ley afirma que a volumen constante la presión es directamente proporcional ala temperatura absoluta.

p1 /T1 = p2 /T2 

Resumiendo:

p1.V1 /T1 = p2.V2 /T2 = constante

Definiendo las condiciones normales de presión y temperatura (CNPT) como, 1atmósfera y 273 °K, para el volumen que ocupa un mol de cualquier gas (22,4 dm³), esta constante se transforma en:

constante = 1 atmósfera.22,4 dm ³/273 °K.mol = 0,08205 atmósferas.dm ³/°K.mol

Y se define R como la constante de los gases ideales:

R = 0,08205 atmósfera.dm ³/°K.mol

La combinación de estas leyes proporciona la ley de los gases ideales, tambiénllamada ecuación de estado del gas ideal:

p.V = n.R.T

donde n es el número de moles.

Teoría cinética de los gases Con la llegada de la teoría atómica de la materia, las leyes empíricas antesmencionadas obtuvieron una base microscópica. El volumen de un gas reflejasimplemente la distribución de posiciones de las moléculas que lo componen. Másexactamente, la variable macroscópica V representa el espacio disponible para elmovimiento de una molécula. La presión de un gas, que puede medirse conmanómetros situados en las paredes del recipiente, registra el cambio medio de

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momento lineal que experimentan las moléculas al chocar contra las paredes yrebotar en ellas. La temperatura del gas es proporcional a la energía cinéticamedia de las moléculas, por lo que depende del cuadrado de su velocidad.

La reducción de las variables macroscópicas a variables físicas como la posición,

velocidad, momento lineal o energía cinética de las moléculas, que puedenrelacionarse a través de las leyes de la física de Newton, debería de proporcionartodas las leyes empíricas de los gases. En general, esto resulta ser cierto.

La teoría física que relaciona las propiedades de los gases con la mecánicaclásica se denomina teoría cinética de los gases. Además de proporcionar unabase para la ecuación de estado del gas ideal, la teoría cinética también puedeemplearse para predecir muchas otras propiedades de los gases, entre ellas ladistribución estadística de las velocidades moleculares y las propiedades detransporte como la conductividad térmica, el coeficiente de difusión o laviscosidad.

Ecuación de Van der Waals La ecuación de estado del gas ideal no es del todo correcta: los gases reales nose comportan exactamente así. En algunos casos, la desviación puede ser muygrande. Por ejemplo, un gas ideal nunca podría convertirse en líquido o sólido pormucho que se enfriara o comprimiera. Por eso se han propuesto modificacionesde la ley de los gases ideales

P.V = n.R.T

Una de ellas, muy conocida y particularmente útil, es la ecuación de estado deVan der Waals

(p + a/v ²).(v - b) = R.T

donde v = V/n

a y b son parámetros ajustables determinados a partir de medidas experimentalesen gases reales. Son parámetros de la sustancia y no constantes universales,puesto que sus valores varían de un gas a otro.

La ecuación de Van der Waals también tiene una interpretación microscópica. Lasmoléculas interaccionan entre sí. La interacción es muy repulsiva a corta distancia,se hace ligeramente atractiva a distancias intermedias y desaparece a distanciasmás grandes. La ley de los gases ideales debe corregirse para considerar lasfuerzas atractivas y repulsivas. Por ejemplo, la repulsión mutua entre moléculastiene el efecto de excluir a las moléculas vecinas de una cierta zona alrededor decada molécula. Así, una parte del espacio total deja de estar disponible para lasmoléculas en su movimiento aleatorio. En la ecuación de estado, se hace

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necesario restar este volumen de exclusión (b) del volumen del recipiente (V); deahí el término (V - b).

Transiciones de fase A temperaturas bajas (a las que el movimiento molecular se hace menor) ypresiones altas o volúmenes reducidos (que disminuyen el espacio entre lasmoléculas), las moléculas de un gas pasan a ser influidas por la fuerza deatracción de las otras moléculas. Bajo determinadas condiciones críticas, todo elsistema entra en un estado ligado de alta densidad y adquiere una superficielímite. Esto implica la entrada en el estado líquido. El proceso se conoce comotransición de fase o cambio de estado. La ecuación de Van der Waals permiteestas transiciones de fase, y también describe una región de coexistencia entreambas fases que termina en un punto crítico, por encima del cual no existendiferencias físicas entre los estados gaseoso y líquido. Estos fenómenos coinciden

con las observaciones experimentales. En la práctica se emplean ecuaciones máscomplejas que la ecuación de Van der Waals.

Punto crítico En física, punto de temperatura o presión que corresponde a un cambio en elestado físico de una sustancia. Durante el enfriamiento de una aleación metálica,el punto crítico se alcanza a la temperatura en que se produce una reorganizaciónmolecular que da lugar a una nueva forma de la sustancia; generalmente, estareorganización se ve acompañada por la absorción o cesión de calor. La

temperatura crítica de un gas es la temperatura máxima a la que puede licuarse; lapresión crítica es la presión necesaria para licuar el gas a esa temperatura.Algunos gases,como el helio, el hidrógeno o el nitrógeno, poseen temperaturascríticas muy bajas y tienen que ser enfriados intensivamente antes de poder serlicuados. Otros, como el amoníaco o el cloro, tienen temperaturas críticaselevadas y pueden licuarse a temperatura ambiente aplicando suficiente presión.Una tercera característica del punto crítico es el volumen crítico, que es elvolumen que ocuparía un mol de gas a su temperatura y presión críticas. Estastres cantidades, la temperatura, presión y volumen críticos, se denominanconjuntamente constantes críticas de una sustancia.

Presión de vapor La presión de vapor en equilibrio con un líquido o un sólido a cualquiertemperatura se denomina presión de vapor de la sustancia a esa temperatura .

La presión de vapor de una sustancia es función de la temperatura solamente , nodel volumen.

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En un recipiente que contenga líquido y vapor en equilibrio a temperaturaconstante, la presión no depende de las cantidades relativas de vapor y líquido. Sipor algún motivo la cantidad de líquido disminuye, el vapor se condensa (paracompensar) y viceversa, pero si se suministra o sustrae calor a temperaturaconstante, la presión no varía.

La temperatura del punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la presión exterior .

Humedad Medida del contenido de agua en la atmósfera. La atmósfera contiene siemprealgo de agua en forma de vapor. La cantidad máxima depende de la temperatura;crece al aumentar ésta:

a 4,4 °C, 1.000 kg. de aire húmedo contienen un máximo de 5 kg de vapor

a 37,8 °C 1.000 kg. de aire húmedo contienen un máximo de 18 kg de vapor

Cuando la atmósfera está saturada de agua, el nivel de incomodidad es alto yaque la transpiración (evaporación de sudor corporal con resultado refrescante) sehace imposible.

El masa de vapor de agua contenido en un volumen de aire se conoce comohumedad absoluta y se expresa en kg de agua por m ³ de aire seco.

Los científicos se refieren a estas medidas con gramos de vapor de agua pormetro cúbico.

La humedad relativa,es la razón entre el contenido efectivo de vapor en laatmósfera y la cantidad de vapor que saturaría el aire a la misma temperatura.

HR (%) =

100%.pp (vapor de agua)

pv (a la misma temperatura)

Si la temperatura atmosférica aumenta y no se producen cambios en el contenido

de vapor, la humedad absoluta no varía mientras que la relativa disminuye. Unacaída de la temperatura incrementa la humedad relativa produciendo rocío.  

La humedad se mide con un higrómetro. El índice de temperatura-humedad(índice T-H, también llamado índice de incomodidad) expresa con un valornumérico la relación entre la temperatura y la humedad como medida de lacomodidad o de la incomodidad. Se calcula sumando 40 al 72% de la suma de lastemperaturas en un termómetro seco y en otro húmedo. Por ejemplo, si latemperatura en el termómetro seco es de 30 °C y en el húmedo es de 20 °C, el

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índice T-H será de 76. Cuando el valor es 70, la mayoría de la gente está cómoda,si el índice es de 75 el ambiente se hace más incómodo.

Autor: Ricardo Santiago Netto.