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CAPÍTULO 1Sistemas yConversión deUnidadesObjetivoEl alumno, al estudiar este capítulo, conocerá los diferentes sistemas de...
Aceleración de la gravedad:Sistema AbsolutoSe divide en:Sistema Métrico Absoluto, C.G.S.:Unidad de masa: Gramo, M[gr]Unida...
Gravitacional Métrico:Unidad de masa: Unidad Técnica, M[Unidad Técnica]Unidad de longitud: Metro, L[m]Unidad de tiempo: Se...
Problema 1.1.La constante universal R de los gases ideales tiene un valor de . Convertir este valor a .Planteamiento:El pr...
Cálculos:Resultado:El valor deenes 1,050, igual al valor enProblema 1.3.¿Qué volumen en cc, ocupan 125 gr de etanol líquid...
Se desea determinar el flujo de líquido Q en las nuevas unidades.Procedimiento:Se aplica la expresión VB = VD x FC y se ut...
es igual a 0,75.Planteamiento:El problema plantea, determinar las kilocalorías requeridas para calentar el sólido cuando l...
Expresar en atmósferas y milímetros de mercurio una presión de trabajo de 35(psi).Problema 1.10.Expresar en kilovatio−hora...
1 Tonelada Métrica (Ton) = 1000 kg = 2204,6 lb (anglosajona)1 Kilogramo (kg) = 2,2046 lb (anglosajona)1 Gramo (gr) = 15,43...
°C =°K= variación de temperatura°F = (5/9)°C t = temperatura no absoluta.°R = (5/9)°R T = temperatura absoluta°F =°RPotenc...
1 Joul = 107 Ergios (erg) = 1 watt−seg1 Electron−Voltio (ev) = 1,608x10−12 erg = 1,18x10−19 lbf−pieViscosidad ()a) Viscosi...
1,987 BTU/lbmol.°R82,06 cm3.atm/gmol.°R0,08205 litros.atm/gmol.°K10,731 pie3.psi/lbmol.°R0,7302 pie3.atm/lbmol.°R8,314 m3....
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  1. 1. CAPÍTULO 1Sistemas yConversión deUnidadesObjetivoEl alumno, al estudiar este capítulo, conocerá los diferentes sistemas de unidades, con lo cual podrá convertirtodo valor de estas unidades de un sistema a otro.Sistemas de UnidadesPara realizar mediciones se utilizan unidades, las que a su vez pertenecen a un sistema de unidades.Los sistemas de unidades se dividen en: Sistema Ingenieril, Sistema Absoluto y Sistema Gravitacional.Sistema IngenierilSe divide en:Sistema Métrico:Unidad de masa: kilogramo−masa, M[kgm]Unidad de longitud: Metro, L[m]Unidad de tiempo: Segundo,[Seg,s]Unidad de fuerza: kilogramo−fuerza, F[kgf]Aceleración de la gravedad:Sistema Inglés:Unidad de masa: libra−masa, M[lbm]Unidad de longitud: Pie, L[pie,ft]Unidad de tiempo: Segundo,[Seg,s]Unidad de fuerza: Libra−fuerza, F[lbf] 1
  2. 2. Aceleración de la gravedad:Sistema AbsolutoSe divide en:Sistema Métrico Absoluto, C.G.S.:Unidad de masa: Gramo, M[gr]Unidad de longitud: Centímetro, L[cm]Unidad de tiempo: Segundo,[Seg,s]Unidad de fuerza: Dina, F[dina]; 1 dina =Aceleración de la gravedad:Sistema Métrico Absoluto, M.K.S.:Unidad de masa: Kilogramo, M[kg]Unidad de longitud: Metro, L[m]Unidad de tiempo: Segundo,[Seg,s]Unidad de fuerza: Newton, F[Nw]; 1 Nw =Sistema Inglés Absoluto:Unidad de masa: Libra−masa, M[lbm]Unidad de longitud: Pie, L[pie]Unidad de tiempo: Segundo,[Seg,s]Unidad de fuerza: Poundal, F[Poundal]; 1 Poundal =Sistema GravitacionalSe divide en: 2
  3. 3. Gravitacional Métrico:Unidad de masa: Unidad Técnica, M[Unidad Técnica]Unidad de longitud: Metro, L[m]Unidad de tiempo: Segundo,[Seg,s]Unidad de fuerza: Kilogramo−fuerza, F[Kgf]; 1 Unidad TécnicaAceleración de la gravedad:Gravitacional Inglés:Unidad de masa: Slug, M[Slug]Unidad de longitud: Pie, L[pie]Unidad de tiempo: Segundo,[Seg,s]Unidad de fuerza: Libra−fuerza, F[lbf]; 1 Slug =Aceleración de la gravedad:Conversión de UnidadesCuando se trabaja en la resolución de problemas, frecuentemente surge la necesidad de convertir valoresnuméricos de un sistema de unidades a otro.Estas conversiones se facilitan con el conocimiento de los diferentes sistemas de unidades y cuando sedispone de todos los factores de conversión de una unidad a otra. El Apéndice 1.1 presenta estos factores deconversión según la variable considerada.La destreza aritmética o algebraica, es indispensable para obtener resultados numéricos correctos en loscálculos.Procedimientos metodológicos para la resolución de problemas de conversión de unidadesLa manera más simple, que se propone en este libro, para la resolución de problemas de conversión deunidades es multiplicar el valor dado (VD) por los respectivos factores o relaciones de conversión (FC) hastaobtener el valor buscado (VB) en las unidades deseadas.Este procedimiento se resume en la siguiente expresión:VB = VD x FCProblemas resueltos 3
  4. 4. Problema 1.1.La constante universal R de los gases ideales tiene un valor de . Convertir este valor a .Planteamiento:El problema consiste en hallar el nuevo valor de R por el cambio de sus unidades.Procedimiento:Aplicar la expresión VB = VD x FC utilizando los siguientes factores de conversión del Apéndice 1.1.1 atm.lt = 24,2 Cal1 BTU = 252 Cal1 lbmol = 454 gmol1 °K = (9/5)°R = 1,8 °R (una variación de grados en la escala Kelvin es igual a 1,8 variaciones de grados en laescala Rankin).Cálculos:Resultado:El valor de R en es 1,986Problema 1.2.La capacidad calorífica se define como la cantidad de calor necesaria para incrementar la temperatura de uncuerpo un grado. Para el amoníaco líquido,, a una temperatura de −40°C esta tiene un valor de . Se desea convertir este valor en unidades de.Planteamiento:Se debe determinar el nuevo valor decambiando sus unidades.Procedimiento:Se aplica la expresión VB = VD x FC y se utilizan los siguientes factores de conversión del Apéndice 1.1.1 BTU = 252 Cal1 lb = 454 gr1 °F = (5/9)°C = 1/1,8 °C (una variación de grados en la escala Fahrenheit es igual a 5/9 variaciones de gradosen la escala Centígrada ó Celsius). 4
  5. 5. Cálculos:Resultado:El valor deenes 1,050, igual al valor enProblema 1.3.¿Qué volumen en cc, ocupan 125 gr de etanol líquido a 20°C.?Dato: La densidad del etanol a 20°C es 0,789 gr/cc.Planteamiento:El problema plantea calcular el volumen en centímetros cúbicos (cc) del etanol líquido, a partir de una masade 125 gr de la sustancia a una temperatura de 20°C y con el dato de densidad a esa temperatura.Procedimiento:Se aplica la expresión VB = VD x FC y el dato de densidad.Cálculos:Resultado:125gr de etanol líquido a 20°C ocupan un volumen de 158,43 cc.La operación en el cálculo, es equivalente al despeje de la variable volumen (V) hecha de la fórmula de laDensidad (D) de una sustancia. Esto es:donde m es la masa de la sustancia.Problema 1.4.Expresar un flujo de líquido (Q) de 60en.Planteamiento: 5
  6. 6. Se desea determinar el flujo de líquido Q en las nuevas unidades.Procedimiento:Se aplica la expresión VB = VD x FC y se utilizan los siguientes factores de conversión del Apéndice 1.1.1 m3 = 1000 lts1 lt = 61,03 pie31 hr = 3600 segCálculos:Resultado:El valor deenes 1017Problema 1.5.La cantidad requerida de calor para variar la temperatura de un cuerpo sólido deaviene dada por la ecuación:en donde:cantidad de calor en Kcalmasa del cuerpo en kgcapacidad calorífica a presión constante eny= temperaturas inicial y final en °C.Cuantas kilocalorías se requieren para calentar 5 kg de un determinado sólido desde 20°C hasta 100°C. Elvalor de 6
  7. 7. es igual a 0,75.Planteamiento:El problema plantea, determinar las kilocalorías requeridas para calentar el sólido cuando la temperatura pasade 20°C a 100°C.Procedimiento:El procedimiento consiste en aplicar la ecuación dada de, utilizando los valores dey.Cálculo:Resultado:Se requieren 300 kcal. para calentar la masa dada del sólido.Si se desea expresar esta cantidad de calor en otras unidades, por ejemplo en BTU o en cal., se procede igualque en los problemas anteriores, aplicando la ecuación y utilizando los factores de conversión respectivos delApéndice 1.1.Problemas PropuestosProblema 1.6.Expresar las siguientes unidades de peso en gramos y en miligramos:a) 0,020 kg b) 50 dg c) cgProblema 1.7.Expresar en litros los siguientes volúmenes:a) 10 m3 b) 5,9 dm3 c) 20 mlProblema 1.8.Realizar las siguientes conversiones de temperatura:a) 120 °C a °K b) 375 °F a °C c) 279 °R a °FProblema 1.9. 7
  8. 8. Expresar en atmósferas y milímetros de mercurio una presión de trabajo de 35(psi).Problema 1.10.Expresar en kilovatio−hora (Kw−h) y en BTU una cantidad de calorde 550 calorías (cal).Problema 1.11.Las especificaciones técnicas de un equipo de bombeo, indican que este tiene una potencia de 3 kilovatios(Kw). Expresar esta potencia en caballos de vapor (HP) y en vatios o watt.Problema 1.12.La viscosidad dinámica de un determinado líquido es de 1,5. Expresar estaviscosidad en poise.APÉNDICE 1.1.Factores de Conversión de UnidadesLongitud (L)1 Pulgada (in) = 2,540 cm = 25,40 mm1 Pie (ft) = 12 pulg. = 30,48 cm = 0,3048 m1 Yarda (yd) = 3 pies1 mm = 0,03937 pulg = 0,00328 pies1 micra (mi) = 10−6 m1 Angstrom= 10−10 mMasa (m)1 Kilogramo (kg) = 2,205 lb (anglosajonas)1 Libra (lb), (anglosajona) = 16 onzas (oz) = 453,6 gramos (gr) = 7000 granos1 Tonelada (Ton), (corta o americana) = 2000 lb (anglosajona)1 Tonelada (Ton), (larga, bruta o inglesa) = 2240 lb (anglosajona) 8
  9. 9. 1 Tonelada Métrica (Ton) = 1000 kg = 2204,6 lb (anglosajona)1 Kilogramo (kg) = 2,2046 lb (anglosajona)1 Gramo (gr) = 15,43 granosDensidad (D)1 lb/pulg3 = 27,38 gr/cm31 gr/cm3 = 0,03613 lb/pulg31 lb/pie3 = 16,0184 kg/m31 kg/m3 = 0,06243 lb/pie3Volumen (V)1 pulg3 = 16,39 cm31 litro = 61,03 pie3 = 1000,028 cm31 pie3 = 28,32 litros = 7,481 Gal (americano)1 m3 = 1,308 yd3 = 1000 litros1 Galón (Gal), (americano) = 4 cuartos o cuartillos = 3,785 litros = 231 pulg31 Galón (Gal), (británico) = 277,42 pulg3 = 1,20094 Gal (americano)Presión (P)1 lb por pulg2 (psi) = 2,036 pulg de Hg (0°C) = 2,311 pies de agua (70°F)1 atmósfera (atm) = 14,396 psi = 760 mm de Hg (0°C) = 29,921 pulg de Hg (0°C)1 atmósfera (atm) = 1,033 kg f/cm2 = 1,01325x106 dinas/cm21 micra de Hg = 1x10−3 mm de Hg = 1,933x10−5 lbf/pulg2Equivalentes de Temperatura (T,T)Grados Fahrenheit (°F) = 1,8 grados centígrados (°C) + 32Grados Kelvin (°K) = grados centígrados (°C) + 273,16Grados Rankine (°R) = grados fahrenheit (°F) + 459,69Grados Rankine (°R) = 1,8 grados Kelvin (°K) 9
  10. 10. °C =°K= variación de temperatura°F = (5/9)°C t = temperatura no absoluta.°R = (5/9)°R T = temperatura absoluta°F =°RPotencia (P)1 kilovatio (Kw) = 102 kgf−m/s = 44240 lbf−pie/min1 kilovatio (Kw) = 56,87 BTU/min = 1,341 HP1 caballo de vapor (HP) = 550 lbf−pie/s = 76,04 kgf−m/s = 33000 lbf−pie/min1 caballo de vapor (HP) = 42,417 BTU/min = 2 545 BTU/hora.1 vatio o watt = 44,25 lbf−pie/min = cal/min = 1,341x10−3 HPCalor (Q)1 BTU = 252 cal = 1,0544x103 joule = 778,26 lbf−pie1 atm − litro = 24,2 calorías (cal)1 kilowatio−hora (kw−h) = 860 Kcal = 3412 BTU = 3,67x105 kgf−m1 HP−h = 641,1 kcal = 2545 BTU = 2,74x105 kgf−mEquivalente Mecánico del calor (J) = 778 lbf−pie/BTU = 426,8 kgf−m/kcal = 4,186 Joule/calFuerza (F)1 libra−fuerza (lbf) = 4,4482 Newton (Nw)1 Newton (Nw) =1 Dina =Energía Mecánica (Em) 10
  11. 11. 1 Joul = 107 Ergios (erg) = 1 watt−seg1 Electron−Voltio (ev) = 1,608x10−12 erg = 1,18x10−19 lbf−pieViscosidad ()a) Viscosidad Dinámica o Absoluta1 Poise =centipoise1 Poise1Poiseb) Viscosidad Cinemática1 Stoke = 1100 centistokes1StokesConstantes MatemáticasBase de los logaritmos naturales (e) = 2,71832,72Pi () = 3,1415923,1416Logaritmo Natural de N = LnNLogaritmo Vulgar de N (Base 10) = LogNLnN = 2,303.LogNConstantes FísicasConstante R de la ecuación de los gases:Valor Numérico: Unidades1,987 Cal/gmol.°K 11
  12. 12. 1,987 BTU/lbmol.°R82,06 cm3.atm/gmol.°R0,08205 litros.atm/gmol.°K10,731 pie3.psi/lbmol.°R0,7302 pie3.atm/lbmol.°R8,314 m3.Pa/gmol.°K8,314 Joul/gmol.°K847,7 kgf.m/kgmol.°K1545 lbf.pie/lbmol.°R1 Pascal (Pa) = Nw/m21 Faraday = 96493,1 coulombio absoluto/equivalente−gramo 12

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