Sistemas de unidades

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL YARACUYESPACIO ACADÉMICO CIENCIA Y CULTURA DE LA

ALIMENTACIÓNPRINCIPIOS DE INGENIERÍA APLICADA A LOS

ALIMENTOSPERIODO LECTIVO 2012-2013

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA

SISTEMAS DE UNIDADES Y CONVERSIÓN

CONCEPTOS BÁSICOSProf. Mario Yovera Reyes

SISTEMAS DE UNIDADESSistema Métrico: MKS y cgsSistema Internacional de Unidades (SI)Sistema Americano de Ingeniería ó Sistema

Inglés (SAI)

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)

DIMENSIÓN UNIDAD ELEMENTAL

OTRAS UNIDADES

LONGITUD METRO (m) Km, mm, cm

MASA KILOGRAMO (kg) Ton, g, mg

TIEMPO SEGUNDO (seg ó s) Hora, min

CANTIDAD DE SUSTANCIA

MOL (mol ó gmol) Kmol, mmol

TEMPERATURA GRADOS KELVIN (K) Centígrados ó Celsius °C

SISTEMA AMERICANO DE INGENIERÍA Ó SISTEMA INGLÉS (SAI)

DIMENSIÓN UNIDAD ELEMENTAL

OTRAS UNIDADES

LONGITUD PIE (ft) Milla (Mi), pulg (in)

MASA LIBRA MASA (lbm) Ton UK, slug

TIEMPO SEGUNDO (seg ó s) Hora, min

CANTIDAD DE SUSTANCIA

LIBRA MOL (lbmol) -

TEMPERATURA GRADOS RANKINE (°R)

Farenheit °F

CONVERSIÓN DE UNIDADESUnidadNueva UnidadVieja FactorConversion

1500cal Kcal

UNFC

UV

1

1000

kcalFC

cal

11500 1,5

1000

kcalcal kcal

cal

MASA, FUERZA Y PESOMASA: Es la cantidad de materia que posee un cuerpo, además, es la magnitud que expresa la medida de su inercia. Se mide con la balanzaFUERZA: Es toda causa capaza de producir ó modificar el movimiento de un cuerpo ó cambiar su forma. Se determina por la 2° Ley de NewtonPESO: Es la fuerza con la se atrae la masa de un cuerpo al centro del sistema gravitatorio. Se mide con el dinamómetro

2° Ley de Newton.F m a .Peso m g

EJEMPLO: un astronauta pesa 730 N en un lugar de la tierra cuya gravedad es 9,792 m/s² ¿Cuál será la masa del astronauta y cual será el peso del astronauta en la Luna cuya gravedad es 1,667 m/s²?SOLUCIÓN: Aplicando la ley de Newton, tenemos.Peso m g

2

73074,55

9,792

Peso Nm kg

g m s

Por el Principio de Conservación de la Materia se deduce que la masa del astronauta es constante en cualquier parte del universo

2. 74,55 .1,667 124,5Luna LunaP m g kg m s N

CONSTANTE DIMENSIONAL GRAVITATORIA (gc)

Por ley de Newton: P = m.gNewton: Se define como la fuerza capaz de

acelerar 1 kg de masa a 1 m/s²: 1N=1kg.1m/s²dina: Se define como la fuerza capaz de

acelerar 1 g de masa a 1 cm/s²: 1dina=1g.1cm/s²

kgf: Se define como la fuerza capaz de acelerar 1 kg masa a 9,8066 m/s²: 1kgf=1kg.9,8066m/s²

Lbf: Se define como la fuerza capaz de acelerar 1 Lb masa a 32,174 ft/s²: 1lbf=1lb.32,174ft/s²


La constante dimensional gravitatoria se define como el factor de conversión entre la fuerza, la masa y la aceleración de la ley de Newton para que existe consistencia entre las unidades. F = m.g/gc

. cF m g g .cg m g F2

2

1 .1 .1

1 .c

kg m s kg mg

N N s

2

2

1 .1 .1

1 .c

g cm s g cmg

dina dina s

2

2

1 .9,8066 .9,8066

1 .c

kgm m s kgmmg

kgf kgf s

2

2

1 .32,174 .32,174

1 .c

Lbm ft s Lbm ftg

Lbf Lbf s


Ejemplo: Se desea preparar un puré de papas, la receta requiere 3kg de papas. ¿Dónde la compro? ¿Cómo la pido? ¿La ley de Newton se ajusta a la realidad?Solución: Aplicando la ley de Newton . cP m g g

2

2

. 3 .9,806629,4

.1

.c

m g kgm m sP N

kgmmgN s

2

2

. 3 .9,80663

.9,8066

.c

m g kgm m sP kgf

kgmmgkgf s

Propiedades físicas y químicas de la materia y variables de proceso

Volumen: Es el espacio que ocupa un cuerpo, una cantidad de materia en el universo

• Volumen Específico: Es la relación que existe entre el volumen de un cuerpo y su cantidad de materia. Se denota con el símbolo Ṽ

3 3 3 3: , , , , , ,V m cm mL L ft in gal

3 3 3 3: ; ; ; ; ;V m m kg cm g L kg ft Lbm in Lbm gal Lbm


• Peso Específico: También conocida como gravedad específica; es la relación entre la gravedad de un cuerpo y una gravedad de referencia; normalmente la densidad del agua a 4°C;

• Densidad: Es la relación que existe entre la masa de un cuerpo y su propio volumen. Es la inversa del volumen específico. Se denota con la letra griega “Rho” ρ 3 3 3 3: ; ; ; ; ;m V kg m g cm kg L Lbm ft Lbm in Lbm gal

4 3 3 31000 1 1 1 62,43CAgua kg m kg L g cm g mL Lbm ft


Ejemplo: Determina la densidad de los granos de café tostados cuya densidad relativa es 0,368Solución: Toma la densidad del agua como referencia

3 3. 0,368 1000 368rel CT REF CT rel REF kg m kg m

Ejemplo: Determina la densidad del aceite vegetal sabiendo que su gravedad específica es 0,895Solución: Toma la densidad del agua como referencia

3 3. 0,895 1 0,895rel AV REF AV rel REF g cm g cm

Variables de proceso. Velocidades de flujo• Velocidad de flujo másico: Es cuando una

cantidad de materia cambia de posición en un tiempo determinado

: ; ; ; min ; min ; ;m m t kg s kg h g s kg Lbm Lbm h Lbm s • Velocidad de flujo volumétrico: Es la rapidez con la

que se desplaza un volumen de fluido en un tiempo determinado 3 3 3 3 3 3: ; min ; ; ; min ; min ; ;V V t m s m m h cm s L ft in s gal h

• Velocidad de flujo molar: Es cuando una cantidad de sustancia cambia de posición en un tiempo determinado

: ; min ; min ;n mol t mol s mol kmol h Lbmol Lbmol h

Variables de proceso. Velocidades de flujo• NOTA: Para transformar la velocidad de flujo másico a

volumétrico y viceversa se usa como factor de conversión la densidad

m m t m

V V t V

• NOTA: Para transformar la velocidad de flujo másico a molar y viceversa se usa como factor de conversión el peso molecular

m m t mPM PM

n n t n

COMPOSICIÓN QUÍMICAMolaridad: Moles de soluto en un

litro de disolución. M = mol / L

• Molalidad: Moles de soluto en un kilogramo de disolvente. Molal = mol / kgSte• Normalidad: equivalente químico de soluto en un litro de disolución. N = eq / L• ppm: partes por millón del soluto en litro ó kilogramo de solución. ppm = mg / L ó kg

Fracciones másicas, molares y volumétricas• Fracción másica: Representa la masa de un

componente A dividido entre la masa total de una mezcla que contiene al componente A. Se denota con la letra “x”

• Fracción volumétrica: Representa el volumen de un componente A dividido entre el volumen total de una mezcla que lo contiene. Se denota con la letra “z”

• Fracción molar: Representa los moles de un componente A dividido entre los moles totales de una mezcla que contiene al componente A. Se denota con la letra “y”

...A A

AA B i Total

m mx

m m m m

...A A

AA B i Total

v vz

v v v v

...A A

AA B i Total

n ny

n n n n

COMPOSICIÓN QUÍMICAMasa Molar: Conocida como Peso Molecular, es la

relación entre la cantidad de materia y la cantidad de sustancia de un compuesto. Se determina por la suma proporcionales de los pesos atómicos de todos los átomos que constituyen al compuesto. PM = m / n = masa / mol. Unidad “g / mol”

• Masa Molar Promedio: Es la suma proporcionada de las masas molares de cada compuesto de una mezcla . . ... . .A A B B i i i iM y M y M y M y M

1... i iA B

A B i i

x xx x

M M M M M

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