Temperatura y presión estándar

La temperatura y la presión estándar (STP) son conjuntos estándar de condiciones para que se establezcan mediciones experimentales 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 estándares universalmente aceptados. Otras organizaciones han establecido una variedad de definiciones alternativas para sus condiciones de referencia estándar.

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

• Hasta 1982, el STP se definió como una temperatura de 273.15 K (0 °C, 32 °F) y una presión absoluta de exactamente 1 am (101.325 kPa).
• Desde 1982, STP se ha definido como una temperatura de 273.15 K (0 °C, 32 °F) y una presión absoluta de exactamente 10⁵Pa (100 kPa, 1 bar).

STP no debe confundirse con el estado estándar comúnmente utilizado en las evaluaciones termodinámicas de la energía de Gibbs de una reacción.

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). Este estándar también se denomina temperatura y presión normales (abreviado como NTP). Sin embargo, una temperatura y presión común utilizada por NIST para experimentos termodinámicos es 298,15 K (25 °C, 77 °F) y 1 bar (14,5038 psi, 100 kPa). NIST también usa "15 °C (60 °F)" para la compensación de temperatura de los productos refinados del petróleo, a pesar de señalar que estos dos valores no son exactamente consistentes entre sí.

Las condiciones métricas estándar internacionales para gas natural y fluidos similares son 288,15 K (15,00 °C; 59,00 °F) y 101,325 kPa.

En la industria y el comercio, las condiciones estándar de temperatura y presión a menudo son necesarias para definir las condiciones de referencia estándar 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 presión): metros cúbicos estándar por segundo (Sm³/s), y metros cúbicos normales por segundo (Nm³/s).

Sin embargo, muchas publicaciones técnicas (libros, revistas, anuncios de equipos y maquinaria) simplemente establecen "condiciones estándar" sin especificarlos; a menudo sustituyendo el término con "condiciones normales" más antiguas, o "NC". En casos especiales esto puede dar lugar a confusiones y errores. Las buenas prácticas siempre incorporan las condiciones de referencia de temperatura y presión. Si no se indica, se suponen algunas condiciones ambientales de la habitación, cerca de 1 atm de presión, 293 K (20 °C) y 0% de humedad.

Definiciones

Usos anteriores

Antes de 1918, muchos profesionales y científicos que usaban el sistema métrico de unidades definieron las condiciones estándar de referencia de temperatura y presión para expresar volúmenes de gas en 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 utilizan los sistemas imperiales o tradicionales de los EE. UU. fueron 60 °F (15,56 °C; 288,71 K) y 14,696 psi (1 atm) porque era utilizada casi universalmente por el petróleo y industrias del gas en todo el mundo. Las definiciones anteriores ya no son las más utilizadas en ninguno de los dos sistemas de unidades.

Uso actual

Actualmente, organizaciones de todo el mundo utilizan muchas definiciones diferentes de condiciones de referencia estándar. La siguiente tabla enumera algunos de ellos, pero hay más. Algunas de estas organizaciones utilizaron otros estándares en el pasado. Por ejemplo, la IUPAC, desde 1982, ha definido 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). El nuevo valor es la presión atmosférica media a una altitud de unos 112 metros, que está más cerca de la altitud media mundial de habitación humana (194 m).

Las empresas de gas natural de Europa, Australia y América del Sur han adoptado 15 °C (59 °F) y 101,325 kPa (14,696 psi) como sus condiciones estándar de referencia de volumen de gas, que se utilizan como valores base para definir el metro cúbico estándar.. Además, la Organización Internacional para la Estandarización (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 diversos estándares y regulaciones.

Abreviaturas:

• EGIA: Ley de inspección de electricidad y gas (del Canadá)
• SATP: Temperatura y presión estándar del ambiente
• SCF: Pie cúbico estándar

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 en cada altitud. La Atmósfera Estándar Internacional es representativa de las condiciones atmosféricas en latitudes medias. En EE. UU., esta información se especifica en la atmósfera estándar de EE. UU., que es idéntica a la "atmósfera estándar internacional" en todas las altitudes hasta 65,000 pies sobre el nivel del mar.

Condiciones estándar de laboratorio

Debido a que muchas definiciones de temperatura y presión estándar difieren significativamente en la temperatura de las temperaturas estándar de laboratorio (por ejemplo, 0 °C frente a ~25 °C), a menudo se hace referencia a las "condiciones estándar de laboratorio" (un término elegido deliberadamente para ser diferente del término "condiciones estándar de temperatura y presión", a pesar de su casi identidad semántica cuando se interpreta literalmente). Sin embargo, ¿qué es un "estándar" la temperatura y la presión del laboratorio están inevitablemente limitadas geográficamente, dado que las diferentes partes del mundo difieren en clima, altitud y grado de uso de calor/refrigeración en el lugar de trabajo. Por ejemplo, las escuelas en Nueva Gales del Sur, Australia, usan 25 °C a 100 kPa para condiciones de laboratorio estándar. 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 estándares también tienen condiciones de prueba estándar especializadas.

Volumen molar de un gas

Es tan importante indicar las condiciones de referencia aplicables de temperatura y presión cuando se indica el volumen molar de un gas como cuando se expresa 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 alrededor de STP 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 varias condiciones de referencia estándar como se muestra a continuación:

• V_m = 8.3145 × 273.15 / 101.325 = 22.414 ♪³/mol a 0 °C y 101.325 kPa
• V_m = 8.3145 × 273.15 / 100,000 = 22.711 dm³/mol a 0 °C y 100 kPa
• V_m = 8.3145 × 288.15 / 101.325 = 23.645 dm³/mol a 15 °C y 101.325 kPa
• V_m = 8.3145 × 298.15 / 101.325 = 24.466 dm³/mol a 25 °C y 101.325 kPa
• V_m = 8.3145 × 298.15 / 100,000 = 24.790 dm³/mol a 25 °C y 100 kPa
• V_m = 10.7316 × 519.67 / 14.696 = 379.48 ft³/lbmol a 60 °F y 14.696 psi (o aproximadamente 0.8366 pies³/gram mole)
• V_m = 10.7316 × 519.67 / 14.730 = 378,61 pies³/lbmol a 60 °F y 14.73 psi

La literatura técnica puede ser confusa porque muchos autores no explican si están usando 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 EE. UU. (USSA) utiliza 8,31432 m³·Pa/(mol·K) como el valor de R. Sin embargo, la USSA, 1976 reconoce que este valor no es consistente con los valores de la constante de Avogadro y la constante de Boltzmann.

Notas explicativas