Capacidad calorífica específica de los gases
Datos termodinámicos de referencia sobre capacidades caloríficas específicas a presión y volumen constantes de gases comunes.
Descripción general
Engineering ToolBox - ¡Recursos, Herramientas e Información Básica para Ingeniería y Diseño de Aplicaciones Técnicas!
La capacidad específica de calor de un gas describe cuánta energía se requiere para cambiar su temperatura. Los gases tienen dos valores distintos: c_p (presión constante) y c_v (volumen constante). Su relación, κ = c_p/c_v, gobierna procesos isentrópicos como la compresión y expansión en turbinas, compresores y toberas.
Para un gas ideal, la constante individual del gas satisface:
R = c_p − c_v
Todos los valores a continuación son aproximados a 20 °C (68 °F) y 1 atm (14.7 psia).
Fórmulas Clave
| Relationship | Equation | Descripción |
|---|---|---|
| Specific heat ratio | κ = c_p / c_v | Also called the isentropic exponent |
| Individual gas constant | R = c_p − c_v | Derived from Mayer's relation |
| Universal gas constant | R̄ = M · R | R̄ ≈ 8.314 kJ/(kmol·K) |
| Specific heat at constant volume | c_v = R / (κ − 1) | From combining the two relations above |
| Specific heat at constant pressure | c_p = κ · R / (κ − 1) | Equivalently c_p = κ · c_v |
Variables
| Símbolo | Significado | Typical SI Unit |
|---|---|---|
| c_p | Specific heat at constant pressure | kJ/(kg·K) |
| c_v | Specific heat at constant volume | kJ/(kg·K) |
| κ | Specific heat ratio (isentropic exponent) | adimensional |
| R | Individual gas constant | kJ/(kg·K) |
| R̄ | Universal gas constant (≈ 8.314) | kJ/(kmol·K) |
| M | Molar mass | kg/kmol |
Datos de Capacidad Específica de Calor
Gas o Vapor | Formula | c_p (kJ/(kg·K)) | c_v (kJ/(kg·K)) | c_p (Btu/(lbm degF)) | c_v (Btu/(lbm degF)) | κ | R (kJ/(kg·K)) | R (ft lbf/(lbm degR)) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Acetone | (CH₃)₂CO | 1.47 | 1.32 | 0.35 | 0.32 | 1.11 | 0.15 | — |
| Acetylene | C₂H₂ | 1.69 | 1.37 | 0.35 | 0.27 | 1.232 | 0.319 | 59.34 |
| Air | — | 1.007 | 0.718 | 0.24 | 0.17 | 1.4 | 0.287 | 53.34 |
| Ammonia | NH₃ | 2.16 | 1.66 | 0.52 | 0.4 | 1.31 | 0.53 | 96.5 |
| Argon | Ar | 0.52 | 0.312 | 0.12 | 0.07 | 1.667 | 0.208 | — |
| Benzene | C₆H₆ | 1.09 | 0.99 | 0.26 | 0.24 | 1.12 | 0.1 | — |
| Bromine | Br₂ | 0.25 | 0.2 | 0.06 | 0.05 | 1.28 | 0.05 | — |
| Butane | C₄H₁₀ | 1.67 | 1.53 | 0.395 | 0.356 | 1.094 | 0.143 | 26.5 |
| Dióxido de carbono | CO₂ | 0.846 | 0.655 | 0.21 | 0.16 | 1.289 | 0.189 | 38.86 |
| Monóxido de carbono | CO | 1.02 | 0.72 | 0.24 | 0.17 | 1.4 | 0.297 | 55.14 |
| Disulfuro de carbono | CS₂ | 0.67 | 0.55 | 0.16 | 0.13 | 1.21 | 0.12 | — |
| Chlorine | Cl₂ | 0.48 | 0.36 | 0.12 | 0.09 | 1.34 | 0.12 | — |
| Chloroform | CHCl₃ | 0.63 | 0.55 | 0.15 | 0.13 | 1.15 | 0.08 | — |
| Ethanol | C₂H₅OH | 1.88 | 1.67 | 0.45 | 0.4 | 1.13 | 0.22 | — |
| Methanol | CH₃OH | 1.93 | 1.53 | 0.46 | 0.37 | 1.26 | 0.39 | — |
Fuente: engineeringtoolbox.com
Comparación de Gases Monoatómicos vs Diatómicos
Relación de Calor Específico κ por Gas
Calculadora: Derivar c_p a partir de R y κ
Para un gas ideal con constante individual del gas R y razón de calores específicos κ conocidos, se pueden calcular ambos calores específicos.
Calores Específicos del Gas Ideal a partir de R y κ
Convertidor de Unidades
La página fuente incluía un Convertidor de Unidades de calor específico. Este convertidor migrado preserva las unidades de ingeniería comunes para el calor específico del gas y las constantes de gas.
Convertidor de Unidades de Calor Específico del Gas
Tablas Fuente Originales Restauradas
Las siguientes tablas se restauran de la página fuente original para preservar los datos de referencia completos.
Gases - Calores Específicos y Constantes Individuales del Gas
La tabla fuente incluye columnas SI para cp y cv, columnas imperiales para cp y cv en Btu/(lbm °F), la razón cp/cv, y la constante individual del gas R = cp - cv en tanto kJ/(kg K) como ft lbf/(lbm °R). Todas esas columnas de datos originales se retienen a continuación; las últimas dos columnas representan los valores de cp-cv / constante individual del gas de la fuente.
Gas o Vapor | Formula | cp (kJ/kgK) | cv (kJ/kgK) | cp (Btu/(lbmoF)) | cv (Btu/(lbmoF)) | κ = cp/cv | cp-cv (kJ/kgK) | cp-cv (ft lbf/(lbmoR)) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Acetone | (CH3)2CO | 1.47 | 1.32 | 0.35 | 0.32 | 1.11 | 0.15 | — |
| Acetylene | C2H2 | 1.69 | 1.37 | 0.35 | 0.27 | 1.232 | 0.319 | 59.34 |
| Air | — | 1.007 | 0.718 | 0.24 | 0.17 | 1.4 | 0.287 | 53.34 |
| Alcohol (etanol) | C2H5OH | 1.88 | 1.67 | 0.45 | 0.4 | 1.13 | 0.22 | — |
| Alcohol (metanol) | CH3OH | 1.93 | 1.53 | 0.46 | 0.37 | 1.26 | 0.39 | — |
| Ammonia | NH3 | 2.16 | 1.66 | 0.52 | 0.4 | 1.31 | 0.53 | 96.5 |
| Argon | Ar | 0.52 | 0.312 | 0.12 | 0.07 | 1.667 | 0.208 | — |
| Benzene | C6H6 | 1.09 | 0.99 | 0.26 | 0.24 | 1.12 | 0.1 | — |
| Gas de horno alto | — | 1.03 | 0.73 | 0.25 | 0.17 | 1.41 | 0.3 | 55.05 |
| Bromine | Br2 | 0.25 | 0.2 | 0.06 | 0.05 | 1.28 | 0.05 | — |
| Butane | C4H10 | 1.67 | 1.53 | 0.395 | 0.356 | 1.094 | 0.143 | 26.5 |
| Dióxido de carbono | CO2 | 0.8459 | 0.655 | 0.21 | 0.16 | 1.289 | 0.189 | 38.86 |
| Monóxido de carbono | CO | 1.02 | 0.72 | 0.24 | 0.17 | 1.4 | 0.297 | 55.14 |
| Disulfuro de carbono | CS2 | 0.67 | 0.55 | 0.16 | 0.13 | 1.21 | 0.12 | — |
| Chlorine | Cl2 | 0.48 | 0.36 | 0.12 | 0.09 | 1.34 | 0.12 | — |
| Chloroform | CHCl3 | 0.63 | 0.55 | 0.15 | 0.13 | 1.15 | 0.08 | — |
| Gas de carbón | — | 2.14 | 1.59 | — | — | — | — | — |
| Productos de combustión | — | 1 | — | 0.24 | — | — | — | — |
| Ethane | C2H6 | 1.75 | 1.48 | 0.39 | 0.32 | 1.187 | 0.276 | 51.5 |
| Éter (éter dietílico) | (C2H5)2O | 2.01 | 1.95 | 0.48 | 0.47 | 1.03 | 0.06 | — |
| Ethylene | C2H4 | 1.53 | 1.23 | 0.4 | 0.33 | 1.24 | 0.296 | 55.08 |
| Clorodifluometano, R-22 | CHClF2 | — | — | — | — | 1.18 | — | — |
| Helium | He | 5.251 | 3.12 | 1.25 | 0.75 | 1.667 | 2.08 | 386.3 |
| Hexane | C6H14 | — | — | — | — | 1.06 | — | — |
| Ácido clorhídrico | — | 0.795 | 0.567 | — | — | — | — | — |
| Hydrogen | H2 | 14.32 | 10.16 | 3.42 | 2.43 | 1.405 | 4.12 | 765.9 |
| Cloruro de hidrógeno | HCl | 0.8 | 0.57 | 0.191 | 0.135 | 1.41 | 0.23 | 42.4 |
| Sulfuro de hidrógeno | H2S | — | — | 0.243 | 0.187 | 1.32 | — | 45.2 |
| Hydroxyl | OH | 1.76 | 1.27 | — | — | 1.384 | 0.489 | — |
| Krypton | Kr | 0.25 | 0.151 | — | — | — | — | — |
| Methane | CH4 | 2.22 | 1.7 | 0.59 | 0.45 | 1.304 | 0.518 | 96.4 |
| Cloruro de metilo | CH3Cl | — | — | 0.24 | 0.2 | 1.2 | — | 30.6 |
| Gas natural | — | 2.34 | 1.85 | 0.56 | 0.44 | 1.27 | 0.5 | 79.1 |
| Neon | Ne | 1.03 | 0.618 | — | — | 1.667 | 0.412 | — |
| Óxido nítrico | NO | 0.995 | 0.718 | 0.23 | 0.17 | 1.386 | 0.277 | — |
| Nitrogen | N2 | 1.041 | 0.743 | 0.25 | 0.18 | 1.4 | 0.297 | 54.99 |
| Tetróxido de nitrógeno | N2O4 | 4.69 | 4.6 | 1.12 | 1.1 | 1.02 | 0.09 | — |
| Óxido nitroso | N2O | 0.88 | 0.69 | 0.21 | 0.17 | 1.27 | 0.18 | 35.1 |
| Oxygen | O2 | 0.9189 | 0.659 | 0.22 | 0.16 | 1.395 | 0.26 | 48.24 |
| Pentane | C5H12 | — | — | — | — | 1.07 | — | — |
| Propane | C3H8 | 1.67 | 1.48 | 0.39 | 0.34 | 1.13 | 0.189 | 35 |
| Propeno (propileno) | C3H6 | 1.5 | 1.31 | 0.36 | 0.31 | 1.15 | 0.18 | 36.8 |
| Vapor de agua 1 psia. 120 – 600 oF | H2O | 1.93 | 1.46 | 0.46 | 0.35 | 1.32 | 0.462 | — |
| Vapor 14.7 psia. 220 – 600 oF | H2O | 1.97 | 1.5 | 0.47 | 0.36 | 1.31 | 0.46 | — |
| Vapor 150 psia. 360 – 600 oF | H2O | 2.26 | 1.76 | 0.54 | 0.42 | 1.28 | 0.5 | — |
| Dióxido de azufre (Dióxido de azufre) | SO2 | 0.64 | 0.51 | 0.15 | 0.12 | 1.29 | 0.13 | 24.1 |
| Xenon | Xe | 0.16 | 0.097 | — | — | — | — | — |
Fuente: engineeringtoolbox.com
Para la conversión de unidades, utilice el convertidor de unidades en línea de Calor específico.
Véase también valores tabulados de capacidad calorífica específica de alimentos y productos alimenticios, metales y semimetales, líquidos y fluidos comunes, sólidos comunes y otras sustancias comunes, así como valores de capacidad calorífica molar de sustancias orgánicas comunes e inorgánicas.
Véase también
La fuente hace referencias cruzadas a valores tabulados de capacidad calorífica específica de alimentos y productos alimenticios, metales y semimetales, líquidos y fluidos comunes, sólidos comunes y otras sustancias comunes, además de valores de capacidad calorífica molar para sustancias orgánicas e inorgánicas comunes.
Notas de Ingeniería
- Véase también calor específico para sólidos comunes, alimentos y productos alimenticios, metales y semimetales, líquidos y fluidos, y otras tablas de capacidad calorífica relacionadas.
- Suposición de gas ideal: Los valores listados asumen un comportamiento de gas ideal. A altas presiones o cerca de la línea de saturación, las correcciones para gases reales (funciones de desviación) se vuelven significativas.
- Dependencia de la temperatura: Los calores específicos aumentan con la temperatura, especialmente para gases poliatómicos. Los valores aquí aplican cerca de 20 °C; para trabajo de combustión o criogénico, utilice correlaciones dependientes de la temperatura (p. ej., ajustes polinomiales de tablas NIST-JANAF).
- Gases monoatómicos (He, Ar, Ne) tienen κ ≈ 5/3 = 1.667, un resultado teórico de la teoría cinética. Los gases diatómicos cerca de la temperatura ambiente tienen κ ≈ 1.4.
- La relación de calores específicos κ establece directamente las relaciones isentrópicas: T₂/T₁ = (p₂/p₁)^((κ−1)/κ). Un pequeño error en κ puede propagarse en grandes errores en las temperaturas de salida de compresores o turbinas.
- El gas de alto horno y otras mezclas de gases combustibles deben tratarse con precaución, ya que su composición varía con las condiciones del proceso.
- R = c_p − c_v se cumple exactamente solo para gases ideales. Para gases reales, la relación de Mayer incluye un término de corrección que involucra la ecuación de estado.
- La constante individual del gas R se relaciona con la constante universal del gas R̄ mediante R = R̄ / M, donde M es la masa molar en kg/kmol.