Propiedades del Aire — Densidad, Viscosidad, Capacidad Calorífica, Conductividad Térmica

Descripción general

El aire seco es una mezcla de aproximadamente 78 % nitrógeno, 21 % oxígeno y 1 % argón en volumen. Sus propiedades termofísicas varían con la temperatura y la presión y son esenciales para el diseño de HVAC, cálculos de combustión, sistemas neumáticos y ciencias atmosféricas. Esta página resume los valores clave de las propiedades en condiciones estándar, proporciona tablas de referencia compactas e ilustra cálculos de ingeniería comunes.

Propiedades en Condiciones Estándar

Módulo de elasticidad volumétrico

La referencia de propiedades del aire fuente enumera Módulo de elasticidad volumétrico para el aire. A presión atmosférica estándar, esto es aproximadamente 1.01325×10^5 Pa (101.325 kPa), equivalente a 14.7 psi.

Datos de cambio de fase y punto crítico

La densidad crítica en el punto crítico es 302.6 kg/m³.

Puntos del diagrama de fase interactivo del aire

El diagrama de fase original del aire se conserva a continuación. Sus puntos de referencia etiquetados también se representan aquí como datos estructurados para que la información de cambio de fase no esté disponible solo dentro del mapa de bits.

Densidad vs Temperatura

La densidad disminuye aproximadamente de manera lineal con la temperatura en rangos moderados, pero la relación real sigue la ley del gas ideal ($\rho \propto 1/T$).

Calculadora — Densidad del aire (Gas ideal)

Calculadora — Masa del aire

Calculadora — Viscosidad dinámica y cinemática

Los valores de la tabla de origen están interpolados para aire seco a presión atmosférica.

Calculadora — Conductividad térmica

Calculadora — Calor específico y calor sensible

Calculadora — Fuerza de sustentación por flotabilidad

Tablas de fuente original restauradas

Las siguientes tablas se restauran de la página de fuente original para preservar los datos de referencia completos.

Señales de calculadora de fuente

La página de fuente en caché contiene un formulario y 58 elementos de entrada, pero estas señales provienen de controles compartidos de la página Engineering ToolBox y widgets de búsqueda/diseño en lugar de 59 calculadoras independientes de propiedades del aire. Los equivalentes funcionales migrados para los cálculos de ingeniería sustantivos son las calculadoras de densidad, masa de aire, viscosidad dinámica y cinemática, conductividad térmica, calor sensible y fuerza de sustentación de aire caliente mencionadas anteriormente.

Imágenes de fuente original

Las siguientes imágenes de fuente original se conservan para evitar la pérdida de material de referencia visual. Cuando una imagen contiene datos en forma de gráfico o tabla, sus valores extraídos se representan en las tablas de la página, calculadoras o gráficos interactivos; las imágenes restantes se retienen como referencias visuales de la fuente.

Notas de Ingeniería

• La humedad importa. Los valores anteriores son para aire seco. El aire húmedo es menos denso a la misma temperatura y presión porque el vapor de agua ($M \approx 18$) es más ligero que la mezcla de N₂/O₂ que desplaza. Utilice la densidad corregida por humedad para cálculos precisos de HVAC y psicrometría.
• Dependencia de la presión. A presiones moderadas (aproximadamente 0,5–2 bar) el aire se comporta casi de manera ideal. A altas presiones (por ejemplo, sistemas de aire comprimido por encima de 10 bar), aplique correcciones de compresibilidad.
• Estados de referencia estándar. Los datos se reportan comúnmente a 0 °C / 1 bar o a 15 °C / 1 atm (estándar ISA). Siempre confirme el estado de referencia al comparar valores entre diferentes fuentes.
• Punto crítico. Por encima de 132,63 K y 3,786 MPa, el aire no puede licuarse solo por presión; esto es relevante para el diseño de plantas de separación criogénica de aire.
• Tendencia de la viscosidad. A diferencia de los líquidos, la viscosidad de los gases aumenta con la temperatura debido a una mayor transferencia de momento molecular. La viscosidad dinámica sube desde aproximadamente 17 μPa·s a 0 °C hasta aproximadamente 23 μPa·s a 100 °C.
• Relación de calores específicos. La relación $k = C_p/C_v \approx 1,40$ para aire seco en condiciones ambiente se utiliza ampliamente en cálculos de flujo isentrópico y compresión.

Fórmulas Clave

Densidad del gas ideal

$\rho = \frac{p}{R\,T}$

donde $p$ es la presión absoluta (Pa), $R$ es la constante específica del gas para aire seco ($287,058\;\text{J kg}^{-1}\text{K}^{-1}$), y $T$ es la temperatura absoluta (K).

Masa a partir de la densidad

$m = V\,\rho$

Fuerza de flotación (sustentación)

$F_l = V\left(\rho_{\text{cool}} - \rho_{\text{hot}}\right)g$

Transferencia de calor sensible

$Q = m\,C_p\,\Delta T$

Variables

Referencias

• Engineering ToolBox — Propiedades del aire
• CRC Handbook of Chemistry and Physics, tablas termodinámicas estándar
• ISO 2533:1975 — Atmósfera estándar