Propriedades do Ar — Densidade, Viscosidade, Capacidade Térmica, Condutividade Térmica

Visão Geral

O ar seco é uma mistura de aproximadamente 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de argônio por volume. Suas propriedades termofísicas variam com a temperatura e a pressão e são entradas essenciais para o projeto de HVAC, cálculos de combustão, sistemas pneumáticos e ciência atmosférica. Esta página resume os valores-chave das propriedades em condições padrão, fornece tabelas de referência compactas e ilustra cálculos de engenharia comuns.

Propriedades em Condições Padrão

Módulo de elasticidade volumétrica

A referência de propriedades do ar lista Módulo de elasticidade volumétrica para o ar. À pressão atmosférica padrão, isso é aproximadamente 1.01325×10^5 Pa (101.325 kPa), equivalente a 14.7 psi.

Dados de mudança de fase e ponto crítico

A densidade crítica no ponto crítico é 302.6 kg/m³.

Pontos interativos do diagrama de fase do ar

O diagrama de fase original do ar é preservado abaixo. Seus pontos de referência rotulados também são representados aqui como dados estruturados, de forma que as informações sobre mudança de fase não estão disponíveis apenas dentro do mapa de bits.

Densidade vs Temperatura

A densidade diminui aproximadamente de forma linear com a temperatura em faixas moderadas, mas a relação real segue a lei dos gases ideais ($\rho \propto 1/T$).

Calculadora — Densidade do Ar (Gás Ideal)

Calculadora — Massa do Ar

Calculadora — Viscosidade Dinâmica e Cinemática

Os valores da tabela de origem são interpolados para ar seco à pressão atmosférica.

Calculadora — Condutividade Térmica

Calculadora — Calor Específico e Calor Sensível

Calculadora — Força de Sustentação de Empuxo

Tabelas Restauradas da Fonte Original

As seguintes tabelas são restauradas da página fonte original para preservar os dados de referência completos.

Sinais da Calculadora Fonte

A página fonte em cache contém um formulário e 58 elementos de entrada, mas esses sinais vêm de controles de página compartilhados do Engineering ToolBox e widgets de pesquisa/layout em vez de 59 calculadoras independentes de propriedades do ar. Os equivalentes funcionais migrados para os cálculos de engenharia substantivos são as calculadoras de densidade, massa do ar, viscosidade dinâmica e cinemática, condutividade térmica, calor sensível e força de sustentação do ar quente acima.

Imagens Fonte Originais

As seguintes imagens fonte originais são preservadas para evitar a perda de material de referência visual. Quando uma imagem contém dados de gráfico ou tabulares, seus valores extraídos são representados nas tabelas da página, calculadores ou gráficos interativos; as imagens restantes são mantidas como referências visuais da fonte.

Notas de Engenharia

• A umidade importa. Os valores acima são para ar seco. O ar úmido é menos denso à mesma temperatura e pressão porque o vapor d'água ($M \approx 18$) é mais leve que a mistura N₂/O₂ que ele desloca. Use a densidade corrigida para umidade em cálculos precisos de HVAC e psicrometria.
• Dependência da pressão. Em pressões moderadas (aproximadamente 0,5–2 bar), o ar se comporta de forma quase ideal. Em pressões elevadas (por exemplo, sistemas de ar comprimido acima de 10 bar), aplique correções de compressibilidade.
• Estados de referência padrão. Os dados são comumente reportados a 0 °C / 1 bar ou a 15 °C / 1 atm (padrão ISA). Sempre confirme o estado de referência ao comparar valores entre diferentes fontes.
• Ponto crítico. Acima de 132,63 K e 3,786 MPa, o ar não pode ser liquefeito apenas por pressão; isso é relevante no projeto de plantas de separação criogênica do ar.
• Tendência da viscosidade. Ao contrário dos líquidos, a viscosidade dos gases aumenta com a temperatura devido à maior transferência de momento molecular. A viscosidade dinâmica sobe de aproximadamente 17 μPa·s a 0 °C para aproximadamente 23 μPa·s a 100 °C.
• Razão de calor específico. A razão $k = C_p/C_v \approx 1,40$ para ar seco em condições ambientes é amplamente utilizada em cálculos de fluxo isentrópico e compressão.

Fórmulas Principais

Densidade do gás ideal

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

onde $p$ é a pressão absoluta (Pa), $R$ é a constante específica dos gases para o ar seco ($287{,}058\;\text{J kg}^{-1}\text{K}^{-1}$), e $T$ é a temperatura absoluta (K).

Massa a partir da densidade

$m = V\,\rho$

Força de empuxo (sustentação)

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

Transferência de calor sensível

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

Variáveis

Referências

• Engineering ToolBox — Propriedades do Ar
• CRC Handbook of Chemistry and Physics, tabelas termofísicas padrão
• ISO 2533:1975 — Atmosfera Padrão