PROPIEDADES FISICAS DEL PROPIEDADES FISICAS DEL AIREAIRE

LEYES BASICASLEYES BASICAS¿Cuáles son los estados de la materia?:

SólidoLíquidoGas

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

PresiónVolumenTemperatura

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.

P x V = K

P = Presión.V = VolumenK = 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 °KV = VolumenK = 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 °KP = 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.

P x V = K T

T = Temperatura en °KV = Volumen.P = Presión.K = 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 = P x V R x T

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 Según la condición final: P1 xV1 = n1 x R x T1 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 : Número de Reynold (sin dimensión)V : Velocidad (pies/min)D : Diámetro del ducto (pies)& : Densidad Estándar (libras/pies3)U : 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).