Modulo 1

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UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA MÓDULOS DE BALANCE DE MATERIA Preparado por: Freddy Andrés Díaz Mendoza y Leda Pernett Bolaño Barranquilla, septiembre de 2006 1
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1 INTRODUCCIÓN A LOS CÁLCULOS EN INGENIERÍA 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 g c . 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: 2 pies } Una dimensión: Longitud Valor Unidad Numérico Dimensiones: Longitud, masa, tiempo, temperatura o también pueden resultar de la multiplicación o división de otras unidades: Longitud/tiempo = velocidad Longitud 3 = volumen Masa/Longitud 3 = 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 4m 2 – 2 m 3 = ?? Los valores numéricos y sus correspondientes unidades pueden combinarse por multiplicación o división: 5 km / 2 horas = 2.5 km/h 2
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3 cm × 4 cm = 12 cm 2 6 gramos 2 gramos = 3 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 ): 6 m 3 20 cm 3 = 6 m 3 0.2 m 3 1.2 SISTEMAS DE UNIDADES Un sistema de unidades 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 lb m Tiempo s s Temperatura K ºR Volumen m 3 ft 3 Fuerza N lb f 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 lb f ≠ lb m , 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: 3
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F = m × a [=] kg m s 2 1 N 1 kg × 1 m s 2 1 kg 1 m/s 2 1 N equivale a la fuerza que se le imprime o se le comunica a 1 kg una aceleración de 1 m/s 2 . En el Sistema Americano de Ingeniería, la unidad que se deriva se conoce como lb
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