Dependiendo de su trabajo u otros aspectos de su estilo de vida, puede trabajar ocasional o regularmente con cilindros presurizados que contienen uno o más tipos de gas. "Gas" en este contexto no es la abreviatura de "gasolina", sino que se refiere a cualquier sustancia en estado gaseoso, en oposición a sólido o líquido. Un ejemplo popular es el propano como combustible de hidrocarburo.
De vez en cuando, es posible que deba encontrar el peso del gas dentro del cilindro. Una forma burda de hacer esto sería pesar el cilindro que contiene el gas en cuestión, descargar todo el gas y pesar el cilindro nuevamente; la diferencia de valores sería la masa del gas, suponiendo que no pudiera fluir aire hacia el contenedor y agregar una masa que desviaría el cálculo. Sin embargo, esto sería un desperdicio obvio de recursos químicos.
¿Existe una forma mejor? De hecho, y además te enseña un poco de física y química.
El cilindro de gas estándar
El propósito de almacenar gases comprimidos en cilindros y otros contenedores es sencillo: permite transportar y almacenar más de una sustancia en un espacio físico más pequeño. volumen del que se requeriría si se permitiera que el gas en cuestión se distribuyera naturalmente, al igual que las moléculas de gas y otras partículas que forman el aire en la atmósfera alrededor usted.
Desafortunadamente, esto implica una compensación: comprimir gases (es decir, reducir su volumen) implica una aumento proporcional de la presión, asumiendo que todas las demás variables, como la temperatura, se mantienen constante. Esto se explora con más detalle en una sección posterior.
Por lo tanto, los cilindros de gas tienen presiones internas más altas que la presión atmosférica, que es de 14,7 libras por pulgada cuadrada (psi) en la superficie de la Tierra. Las sustancias que contienen deben tener puntos de ebullición por debajo de los 20 grados Celsius (68 grados Fahrenheit). para ser considerados gases, de lo contrario permanecerían sólidos por encima de la "temperatura ambiente" o entonces.
La ley de los gases ideales
La ley de los gases ideales establece que:
PV = nRT
dónde PAG es la presión, V es el volumen, norte es el número de moles de gas presente, R es una constante y T es la temperatura en Kelvin (K). En una situación en la que T y norte son constantes pero PAG y V puede cambiar, como cuando se abre una válvula en un cilindro que contiene gas, esto significa que el producto de PAG y V es una constante en todo el proceso. En símbolos:
PAG1V1 = P2V2
Cálculo del volumen de gas comprimido
Supongamos que tiene un cilindro de nitrógeno almacenado a temperatura normal (20 C) y presión (14,7 psi) etiquetado con un volumen de 29,5 L y una presión interna de 2200 psi. ¿Cuál es el volumen "natural" de gas nitrógeno?
Si se liberara el gas, se dispersaría por el medio ambiente y su presión sería igual a la presión atmosférica. Por lo tanto, puede utilizar la relación derivada anteriormente donde P1 = 2200 psi, V1 = 29,5 L y P2 = 14,7 psi para encontrar V2:
(2200) (29,5) / (14,7) = V2 = 4.415 litros
Cálculo de la masa del gas: ¿se necesita la masa del cilindro?
Para calcular la masa de este volumen de gas, necesita conocer su densidad en condiciones normales. Para obtener esta información, consulte una página como la de los recursos.
Nitrógeno (N2) tiene una masa molecular de 28,0 g / mol y una densidad de 1,17 kg / m3 = 1,17 g / L a 20 C. Dado que la densidad es masa dividida por volumen, la masa es igual al volumen multiplicado por la densidad; en este caso:
(4,415 L) (1,17 g / L) = 5,165 g = 5,165 kg
- Esto es aproximadamente 11.5 libras de nitrógeno (1 kg = 2.204 lb).
Y, como puede ver, ¡la respuesta a la pregunta sobre la masa del cilindro es no! Todo lo que necesitas es un poco de conocimientos prácticos de química y un poco de perseverancia.