Temperatura y presión estándar

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Valores de referencia para temperatura y presión

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:

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.

Condiciones de referencia estándar en uso actual
Temperatura Presión Densidad Relativehumidity
(%)
Publishing or establishing entity
°C °F k Pa mm Hg psi inHg kg/m3
0 32100.000 750.06 14.5038 29.530 IUPAC (STP) desde 1982
0 32101.325 760.00 14.6959 29.921 NIST, ISO 10780, ex IUPAC (STP) hasta 1982
15 59101.325 760.00 14.6959 29.921 1.2250ISA de la OACI, ISO 13443, EEE, EGIA (Definición SI)
20 68101.325 760.00 14.6959 29.921 EPA, NIST. Esto también se llama NTP, Temperatura Normal y Presión.
22 71.6101.325 760.00 14.6959 29.921 20 a 80American Association of Physicists in Medicine
25 77100.000 750.06 14.5038 29.530 IUPAC (SATP)
25 77101.325 760.00 14.6959 29.921 EPA
20 68100.000 750.06 14.5038 29.530 0CAGI
15 59100.000 750.06 14.5038 29.530 SPE
20 68101.3 760 14.69 29.9 50ISO 5011
20 68101.33 760.014.69629.92 0GOST 2939-63
15.56 60101.33 760.0 14.69629.92 SPE, U.S. OSHA, SCAQMD
15.56 60101.6 762 14.7330.0 EGIA (Definición del Sistema Imperial)
15.56 60101.35 760.21 14.729.93 U.S. DOT (SCF)
15 5999.99 750.0 14.50329.53 78US Army Standard Metro
15 59101.33 760.0 14.69629.92 60ISO 2314, ISO 3977-2
21.11 70101.3 760 14.70 29.92 0AMCA, densidad de aire = 0,075 lbm/ft3. Esta norma AMCA se aplica únicamente al aire;
Asociación de Gas Comprimido [CGA] se aplica al uso de gas industrial en EE.UU.
15 59101.3 760 14.70 29.92 FAA
20 68101.325 760.00 14.6959 29.921 0EN 14511-1:2013
15 59101.325 760.00 14.6959 29.921 0ISO 2533:1975 ISO 13443:2005, ISO 7504:2015
0 32101.325 760.00 14.6959 29.921 0DIN 1343:1990

Abreviaturas:

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:

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 Rs. La relación entre las dos constantes es Rs = 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

  1. ^ La presión se especifica como 750 mmHg. Sin embargo, el mmHg depende de la temperatura, ya que el mercurio se expande a medida que aumenta la temperatura. Aquí se dan los valores para la gama 0–20 °C.
  2. ^ El estándar se da como 29.92 inHg a una temperatura no especificada. Esto corresponde probablemente a una presión estándar de 101.325 kPa, convertido en ~29.921 inHg a 32 °F (0 °C).