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8 LEYES DE LOS GASES
INTRODUCCIÓN
El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir, que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas ( V) depende de la presión (P) , la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles ( n).
9.1 PROPIEDADES DE LOS GASES
Las propiedades de la materia en estado gaseoso son:
1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente. 2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión. 3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea. 4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.
9.2 VARIABLES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES
1. PRESIÓN:
Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.
Otras unidades usadas para la presión: milímetros de columna de mercurio (mm Hg), libras fuerza / pulgadas^2 (psi), m de columna de agua (m H (^) 2 O ),
LEYES DE LOS GASES
La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor.
760 mm Hg = 760 Torr 101 325 Pa 1 atm = 14,7 psi 10.33 m H (^) 2 O 1,013 Bares = 1.013 mBares
2. TEMPERATURA
Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.
La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa.
La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin y Rankine.
K = ºC + 273
(Ya se estudiaron las escalas de temperatura ºF y R en el capítulo 4: materia y energía)
3. CANTIDAD
La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el número de moles de sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso molecular.
4. VOLUMEN
Es el espacio ocupado por un cuerpo.
Uunidades de volumen:
Litro = L milítro = mL, metro cúbico = m^3 1 L = 1000 mL 1 m^3 = 1000 L
En una gas ideal (es decir, el gas cuyo comportamiento queda descrito exactamente mediante las leyes que plantearemos mas adelante), el producto PV dividido por nT es una constante, la constante universal de los gases, R. EL valor de R depende de las unidades utilizadas para P, V, n y T.
A presiones suficientemente bajas y a temperaturas suficientemente altas se ha demostrado que todos los gases obedecen las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac, las cuales relacionan el volumen de un gas con la presión y la temperatura.
5. DENSIDAD
Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen
molar en litros. Se da en g/L. Kg/ m^3.
Ley de Charles :
A presión constante, el volumen de una masa dada de gas varia directament e con la temperatura absoluta
__* Se tiene 3 moles de un gas ideal en un recipiente de 700 cm^3 a 12°C y calentamos el gas hasta 27°C. Cuál será el nuevo volumen del gas?
Volumen inicial = 700 cm^3
Temperatura inicial = 12 + 273 = 285 °K Temperatura final = 27 + 273 = 300 °K
De acuerdo con la Ley de Charles, al aumentar la temperatura del gas debe aumentar el volumen: Según la expresión matemática: Despejando V 2
Ley de Gay-Lussac
A volumen constante , la presión de un gas es directament e proporciona l a la temperatura
__* Se calienta aire en un cilindro de acero de 20 °C a 42°C. Si la presión inicial es de 4.0 atmósferas ¿Cual es su presión final? Condiciones iniciales: T 1 = 273 + 20 = 293 °K; P 1 = 40 atm Condiciones finales: T 2 = 273 + 42 = 315°K P 2 =? Sustituyendo en la ecuación de Gay- Lussac:
Ley combinada de los gases
A partir de la ley combinada podemos calcular la forma como cambia el volumen o presión o temperatura si se conocen las condiciones iniciales (Pi,Vi,Ti) y se conocen dos de las condiciones finales (es decir, dos de las tres cantidades Pt, Vt, Tf)
__* Qué volumen ocupará una masa de gas a 150°C y 200 mm Hg, sabiendo que a 50°C y 1 atmósfera ocupa un volumen de 6 litros?
Condiciones iniciales: V 1 = 6 litros P 1 = 760 mm Hg T 1 = 50 + 273 = 323 K Condiciones finales; V 2 =? P 2 = 200 mm Hg T 2 = 150 + 273 = 423 K
Remplazando :
ley de Dalton
En una mezcla de gases, la presión total es igual a la suma de las presiones parciales. La fracción molar expresa la relación de moles de una componente respecto al número total de moles.
P(total) = P 1 + P 2 + P 3 ...
A B c
A A n n n
n X
PA XAP T
__* Una mezcla de gases contiene 4. moles de meón, o.74 moles de argón y 2.15 moles de xenón. Calcular las presiones parciales de los gases, si la presión total es de 2 atm a cierta temperatura. El número total de moles es 7. moles. La fracción molar de Ne es 0.607, la fracción molar de Ar es 0.10 y la fracción molar de Xe es 0.
P atm
P atm
P atm
Xe
Ar
Ne
Hipótesis de Avogadro
Volúmenes iguales de cualquier gas en las mismas condiciones de temperatura y presión , contienen el mismo numero de moléculas
1 molg gas = 6.02 1023 moléculas 1 mol g gas = 22.4 L V n
32 g de O 2 1molg O 2^ 22.4 L O^ 2 a CN.
- 02 * 1023 moléculas
AUTOMATISMOS
NEUMÁTICOS
NEUMÁTICA:
Técnica que utiliza el aire comprimidocomo vehículo para transmitir energía
Sectores de utilización:• Alimentación
• Ensamblaje y manipulación• Sistemas robotizados• Industrias de proceso continuo
VENTAJAS: • Sencillez de los sistemas de mando: válvulas, cilindros, etc.• Rapidez de respuesta del sistema neumático• Economía de los sistemas neumáticos una vez instalados.
INCONVENIENTES: • Instalaciones caras en general.• El mantenimiento del aire en buenas condiciones es costoso.
A temperatura cte, los volumenes ocupados por una masa gaseosason inversamente proporcionales a las presiones que se les somete,es decir:
P. V = Cte (Ley de Boyle Mariotte)
A presión cte, el volumen ocupado por una masa dada de gas, esdirectamente proporcional a su temperatura absoluta.
V
/ T
= V
/ T
= Cte (Ley de Gay Lussac)
A volumen cte, la presión absoluta de una masa de gas determinada,es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
P
/ T
= P
/ T
= Cte (Ley de Charles)
Las relaciones anteriores, se combinan para proporcionar la ecuacióngeneral de los gases perfectos.P
. V
/ T
= P
. V
/ T
= Cte
SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE AIRECompresor.
El aire aspirado a presión atmosférica se comprime y entrega a presión más
elevada al sistema neumático. Energía mecánica -> energía neumáticaMotor eléctrico.
Suministra la energía mecánica al compresor. Energía eléctrica -> energía
mecánicaPresostato
. Controla el motor eléctrico detectando la presión en el depósito. Se regula la
presión máxima a la que desconecta el motor y la mínima a la que vuelve a arrancar.Válvula anti-retorno
. Deja pasar el aire comprimido del compresor al depósito e impide su
retorno. Depósito
. Almacena el aire comprimido.
Manómetro
. Indica la presión en el depósito.
Purga automática
. Purga el agua que se condensa en el depósito.
Válvula de seguridad
. Expulsa el aire comprimido si la presión en el depósito sube por
encima de la permitida.Secador de aire refrigerado
. Enfría el aire comprimido y condensa la mayor parte de la
humedad del aire, lo que evita tener agua en el resto del sistema.Filtro de línea
. Mantiene la línea libre de polvo, agua y aceite.
SISTEMA DE UTILIZACIÓNPurga de aire.
Para el consumo, el aire se toma de la parte superior de la tubería principal
para permitir que la condensación ocasional permanezca en la tubería principal.Purga automática.
Cada tubo descendente debe tener una purga en su extremo inferior.
Unidad de acondicionamiento del aire
. Acondiciona el aire para suministrar aire limpio a
una presión óptima y ocasionalmente añade lubricante para alargar la duración de loscomponentes que lo necesiten.Válvula direccional
. Proporciona presión y pone a escape alternativamente las dos salidas
para controlar la dirección del movimiento. Actuador
. Transforma la energía del aire comprimido en trabajo mecánico (cilindros lineales,
actuadores de giro, etc).Controladores de velocidad
. Permiten una regulación fácil y continua de la velocidad de
movimiento del actuador.
Compresor de émbolo de una etapa
Compresor de émbolo de dos etapas
