Introducción a los cálculos de ingeniería


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BALANCE DE MATERIA

MÓDULO 1

UNIDAD UNO

INTRODUCCIÓN A LOS CÁLCULOS EN INGENIERÍA QUÍMICA

Preparado por: Freddy Díaz Mendoza y Leda Pernett Bolaño





UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA


Barranquilla, septiembre de 2008
(Última actualización)


1 INTRODUCCIÓN A LOS CÁLCULOS ENINGENIERÍA QUÍMICA
Al finalizar esta sección usted deberá ser capaz de:
1) Sumar, restar, multiplicar y dividir unidades asociadas con números.
2) Identificar las unidades asociadas en el sistema internacional (SI) y el sistema americano de ingeniería (SAI).
3) Convertir una cantidad expresada en un conjunto de unidades a otro sistema utilizando los factores de conversión correspondientes
4)Definir y usar el factor de conversión gc.
5) Explicar el concepto de consistencia dimensional y aplicar este concepto para, dadas las unidades de ciertos términos de una ecuación, asignar las unidades de los otros términos.
1.1 DIMENSIONES Y UNIDADES
Una dimensión es una propiedad que puede medirse. Una cantidad medida tiene un valor numérico y una unidad:

Dimensiones: Longitud, masa,tiempo, temperatura o también pueden resultar de la multiplicación o división de otras unidades:
Longitud/tiempo = velocidad
Longitud3 = volumen
Masa/Longitud3 = densidad
Los valores numéricos de dos o más cantidades pueden sumarse o restarse sólo si las unidades son las mismas:
3 cm – 1 cm = 2 cm 4m2 – 2 m3 = ??
Los valores numéricos y sus correspondientes unidades pueden combinarsepor multiplicación o división:
5 km / 2 horas = 2.5 km/h
3 cm 4 cm = 12 cm2
Un valor numérico que no tiene unidades: cantidad adimensional
Fíjense que aunque se puede dividir o multiplicar unidades, si la dimensión es igual, éstas deben ser iguales para poder realizarlo, i. e. (= abreviatura de id est, locución latina que traduce esto es):


1.2 SISTEMAS DE UNIDADES
Un sistema deunidades tiene los siguientes componentes:
Unidades básicas [=] Longitud, masa, tiempo y temperatura.
Unidades derivadas [=] Multiplicación o división de las unidades básicas.
Una lista de las unidades básicas en el Sistema Internacional (SI) y el Sistema Americano de Ingeniería (SAI) se presenta en la siguiente tabla:

Dimensión
SI
SAI
Longitud
m
ft
Masa
kg
lbm
Tiempo
s
s
TemperaturaK
ºR
Volumen
m3
ft3
Fuerza
N
lbf
Presión
Pa
psi
Energía
J
Btu

El sistema SAI tiene dos dificultades: una, 1 ft = 12 pulgadas (o sea que no son múltiplos de 10), y la otra es que lbf ≠ lbm, es decir, puede confundirse las unidades de dos dimensiones diferentes, libra masa con libra fuerza.

Una de las unidades que se derivan en el Sistema Internacional es la unidad de fuerza:1 N equivale a la fuerza que se le imprime o se le comunica a 1 kg una aceleración de 1 m/s2.
En el Sistema Americano de Ingeniería, la unidad que se deriva se conoce como lbf y se define como el producto de una unidad de masa (1 lbm) por la aceleración de la gravedad medida a nivel del mar y una latitud de 45º, donde g= 32.174 ft/s2.

La conversión de unidades es desagradable, peroesencial en cualquier cálculo técnico. Para convertir una cantidad expresada en una unidad en términos de otra unidad deben utilizarse los factores de conversión.
Ejemplo: convertir 6 ft  cm


Hemos expresado el factor de conversión en forma de cociente
Ejercicio: convertir
Para convertir una fuerza a partir de una unidad definida (i. e., N) a una unidad natural (kg m/s2), empleamos elfactor de conversión correspondiente:
25 N 

El valor de gc puede tener diferentes valores dependiendo del sistema de unidades

Sistema
gc

SI


SAI


Métrico


Británico

El valor de gc es un factor de conversión y no debe confundirse con el valor de la aceleración de la gravedad, el cual se escribe como g.

1.3 CONSISTENCIA DIMENSIONAL Y CANTIDADES ADIMENSIONALES...