Ley de los Gases Ideales
Presión, volumen y temperatura están interrelacionados.
La ley combinada de los gases es una ecuación derivada de la ecuación de la ley de los gases ideales. La ley combinada de los gases establece:
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Fuel Oil |
Average Heating Value (imperial units) |
Average Heating Value (metric units) |
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No. 1 Kerosene |
134,000 Btu/gal |
37.34 MJ/l |
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No. 2 Burner Fuel Oil |
140,000 Btu/gal |
39.02 MJ/l |
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No. 4 Heavy Fuel Oil |
144,000 Btu/gal |
40.13 MJ/l |
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No. 5 Heavy Fuel Oil |
150,000 Btu/gal |
41.80 MJ/l |
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No. 6 Heavy Fuel Oil (2.7% sulphur) |
152,000 Btu/gal |
42.36 MJ/l |
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No. 6 Heavy Fuel Oil (0.3% sulphur) |
143,800 Btu/gal |
40.07 MJ/l |
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Coal |
Average Heating Value (imperial units) |
Average Heating Value (metric units) |
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Anthracite |
13,900 Btu/lb |
32.3 MJ/kg |
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Bituminous |
14,000 Btu/lb |
32.6 MJ/kg |
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Sub-bituminous |
12,600 Btu/lb |
29.3 MJ/kg |
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Lignite |
11,000 Btu/lb |
25.6 MJ/kg |
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Gas |
Average Heating Value (imperial units) |
Average Heating Value (metric units) |
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Natural |
1,000 Btu/cu ft |
37.3 MJ/m3 |
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Liquefied Butane |
103,300 Btu/gal |
28.79 MJ/l |
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Liquefied Propane |
91,600 Btu/gal |
25.53 MJ/l |
Tabla de Valores Caloríficos de Combustibles
Donde:
P = Presión
V = Volumen
T = Temperatura
k = Constante para una cantidad fija de gas.
P, V y T se denominan variables porque varían dependiendo de factores del mundo real que luego se ingresan como valores en la ecuación. La relación de PV a T es constante. Esto significa que a medida que P aumenta, V disminuye, y a medida que V aumenta, P disminuye. La relación entre presión y volumen a temperatura constante es inversamente proporcional.
Si la temperatura se mantiene constante, un aumento en la presión irá acompañado de una disminución en el volumen.
Si la temperatura se mantiene constante, una disminución en la presión irá acompañada de un aumento en el volumen.
Si P se mantiene en el mismo valor, entonces V y T están directamente relacionados, es decir, si V aumenta entonces T aumenta, y viceversa. La misma situación ocurre si V se mantiene constante, es decir, P y T están relacionados, y un aumento en P causará un aumento en T, y viceversa. La relación entre temperatura y presión a volumen constante es lineal, al igual que la relación entre temperatura y volumen a presión constante.
Se pueden usar algunos ejemplos sin unidades para aclarar aún más la ecuación.
Ejemplo 1
Un sistema de vapor tiene una presión de 10, volumen de 3 y temperatura de 100.
El volumen de un sistema de vapor es fijo, ya que es un sistema cerrado. Aumentar la presión del sistema a 15 también debe aumentar proporcionalmente la temperatura porque el valor constante (k) debe mantenerse para que la ecuación sea válida. Es posible calcular T, ingresando el nuevo valor de presión más alto de 15 y luego resolviendo la ecuación.
P = 15
V = 3
K = 0.3
T = ?
PV / T = k
(15 x 3) / T = 0.3
(15 x 3) / 0.3 = T
(15 x 3) / 0.3 = 150
De manera similar, una reducción en la presión conducirá a una reducción en la temperatura porque el volumen se mantiene constante.
Si el volumen se mantiene constante, un aumento en la presión irá acompañado de un aumento proporcional en la temperatura.
Si el volumen se mantiene constante, una disminución en la presión irá acompañada de una disminución proporcional en la temperatura.
La ley de los gases ideales se utiliza para calcular presiones, volúmenes y temperaturas de un gas en varios rangos. Una vez que se conocen estos valores, es posible calcular cosas como:
- La cantidad de energía que contiene el sistema y cuánto se puede transferir al punto de uso, por ejemplo, a una turbina de vapor.
- El tamaño y grosor de las tuberías del sistema requeridas.
- El tamaño de las calderas requeridas.
- La velocidad del gas dentro del sistema.
Parte de estos datos se tabulan en una tabla de gases, o cuando se usa para vapor, una tabla de vapor. Las tablas de vapor son esenciales al diseñar y operar un sistema de vapor.
Recursos Adicionales
https://en.wikipedia.org/wiki/Ideal_gas_law
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/ideal-gas-law
https://chem.libretexts.org/Bookshelves