Unidades de Medida

Riesgos en Procesos Productivos I

Técnico Universitario en Prevención de Riesgos

Definición

Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física.

En general, una unidad de medida toma su valor a partir de un patrón o de una composición de otras unidades definidas previamente.

Definición

El Sistema Internacional de Unidades es la forma actual del sistema métrico decimal y establece las unidades que deben ser utilizadas internacionalmente. En él se establecen 7 magnitudes fundamentales, con los patrones para medirlas:

Patrones de Medida (ejemplos)

Un patrón de medidas es el hecho aislado y conocido que sirve como fundamento para crear una unidad de medida.

Metro (para medir longitud)

Kilogramo (para medir cantidad de masa)

Segundo (para medir tiempo)

Amperio (para medir corriente o intensidad de corriente)

Kelvin (para medir la temperatura)

Candela (para medir la cantidad luminosa)

Mol (para medir cantidad de sustancia)

Tablas de Conversión

Las unidades del SI no han sido adoptadas en el mundo entero. Los países anglosajones utilizan muchas unidades del SI, pero todavía emplean unidades propias de su cultura, como el pie, la libra, la milla, etc.

En la navegación todavía se usa la milla y legua náuticas.

En las industrias del mundo todavía se utilizan unidades como: PSI, BTU, galones por minuto, granos por galón, barriles de petróleo, etc.

Presión:Es el cuociente entre la intensidad de la fuerza ejercida sobre una superficie perpendicularmente a ella y el área de la propia superficie. Fuerza por unidad de área.

A

FP =

Presión: unidadesLa presión atmosférica es de aproximadamente de 101.300 pascales (101,3 kPa), a nivel del mar .

En la práctica, 10 metros col. agua =1 Bar = 1 Atm = 100 kPa = 1 kg/cm²

PresiónSegún el valor de referencia:

• Presión absoluta: Presión que toma como referencia el vacío• Presión atmosférica: Presión absoluta ejercida por la atmósfera. Es variable, pero a efectos de cálculo se considera una constante.• Presión relativa: Presión que toma como referencia la presión atmosférica

Según el aparato de medida:

• Presión barométrica: Para presiones absolutas, Utiliza el barómetro• Presión manométrica: Para presiones relativas, Utiliza el manómetro

Presión: absoluta o relativa?

Aplicaciones

Frenos hidráulicos. La presión que se ejerce sobre el pedal del freno se transmite a través de todo el líquido a los pistones, que actúan sobre los discos de frenado en cada rueda multiplicando la fuerza que ejercemos.

Neumáticos de automóviles. Se hace para que los neumáticos tengan elasticidad ante fuertes golpes

Temperatura:La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío.

Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor, y si estuviera frío, tendrá una temperatura menor.

Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico

En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas, se trata de los movimientos traslacional, rotacional y vibracional de sus partículas.

Entonces, se puede definir la temperatura como la cuantificación de la actividad molecular de la materia

La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura.En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto“.

Temperatura: unidadesGrado Celsius (°C). Base de medida de la temperatura de los puntos de fusión y ebullición del agua.

Grado Fahrenheit (°F). Base entre el punto de congelación de una disolución de cloruro amónico (valor cero) y la temperatura normal corporal humana (valor 100). Es una unidad típicamente usada en Estados Unidos.

Grado Réaumur (°Ré, °Re, °R). Usado para procesos industriales específicos, como el del almíbar.

Grado Rømer o Roemer. En desuso.

Grado Newton (°N). En desuso.

Grado Leiden. Usado para calibrar indirectamente bajas temperaturas. En desuso.

Grado Delisle (°D) En desuso.

Capacidad calorífica y calor específico:

Cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un cuerpo en un grado. Si es específico, es por gramo.

Caloría: cantidad de calor necesaria para aumentar de 14.5 °C a 15.5 °C la temperatura de un gramo de agua a la presión de una atmósfera.

CaloríasLos seres vivos, como el ser humano, necesitan energía para poder vivir. Los organismos se alimentan para obtener combustible, la energía que le permite desarrollar sus funciones vitales.

La caloría se emplea como un índice para medir la energía de los alimentos ingeridos y poder así elaborar dietas adecuadas y a menudo "bajas en calorías" (suelen suponer una reducción de un 30%) que permitan la pérdida de peso corporal en aquellos casos que se haya diagnosticado sobrepeso.

Capacidad calorífica y calor específico: unidades

cal/ºC, cal/ºC g, J/gK, kJ/kgK

DensidadCorresponde a una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen

Ejemplo: Un objeto pequeño y pesado, como un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano hecho de espuma de poliuretano.

Según un cuento conocido, a Arquímedes le dieron la tarea de determinar si el orfebre de Hierón II de Siracusa desfalcaba el oro durante la fabricación de una corona dedicada a los dioses, y si además lo sustituía por otro más barato (proceso conocido como aleación).

V

m=ρ

Densidad Relativa

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia.

Es una magnitud adimensional (sin unidades).

Usualmente se usa el agua o el aire.0ρ

ρρ =r

Densidad: unidades

kilogramo por metro cúbico (kg/m³).

gramo por centímetro cúbico (g/cm³).

kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. El agua tiene una densidad próxima a 1 kg/L (1000 g/dm³ = 1 g/cm³ = 1 g/mL).

gramo por mililitro (g/mL), que equivale a (g/cm³).

Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm³) o gramo por litro (g/L), con la finalidad de simplificar con la constante universal de los gases ideales:

En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o la temperatura.

Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta.

Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante).

Densidad

La densidad de los gases es fuertemente afectada por la presión y la temperatura. La ley de los gases ideales describe matemáticamente la relación entre estas tres magnitudes:

Donde R es la constante universal de los gases ideales, p es la presión del gas, M su masa molar y T la temperatura absoluta.

TR

Mp

⋅⋅=ρ

Densidad

Ley de los Gases Ideales

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética).

La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:

TRnVP ⋅⋅=⋅

Comportamiento de los Gases

22

22

11

11

Tn

VP

Tn

VP

RTn

VP

⋅⋅=

⋅⋅

=⋅⋅

Viscosidad

Propiedad de los fluidos por virtud de la cual ofrece resistencia a roces tangenciales.

La viscosidad puede entenderse como “rozamiento interno” en un fluido.

La viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento.

Viscosidad

Si imaginamos que un objeto sólido (Ej: una goma de borrar) está formado por delgadas capas unas sobre otras, el resultado de la deformación es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).

Viscosidad

F= µ A v / t

τ= µ v / t

τ= µ dv/dy (ley de viscosidad de Newton)

En el fondo, la viscosidad es la constante de proporcionalidad entre el esfuerzo cortante por unidad de área (τ) y la velocidad de deformación

angular del fluido.

Viscosidad

¿Cómo varia la viscosidad con la temperatura?LÍQUIDOS

La viscosidad disminuye con la temperatura(Las moléculas “escapan” de sus posiciones)

GASES

La viscosidad aumenta con la temperatura(Las moléculas pueden chocar más entre ellas)

Viscosidad: unidades Viscosidad dinámica (absoluta): µ

N·s /m2 ó kg/(m·s)

1 Poise (P) = 1 g/(cm·s) = 0,1 Pa·s

100 Centipoise = 1 Poise

Viscosidad: unidades Viscosidad cinemática: Se obtiene como cociente

de la viscosidad dinámica (o absoluta) y la densidad.

ν = µ /ρm2 / s

cm2 / s (stoke)

pH

El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias. La sigla significa “potencial de hidrógeno”.

El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7, y alcalinas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la disolución (donde el disolvente es agua). [ ]+−= HpH log

pH

También se define el pOH, que mide la concentración de iones OH−.

Puesto que el agua está disociada en una pequeña extensión en iones OH– y H3O+:

K(constante)w(water; agua) = [H3O+]·[OH–]=10–14

log Kw = log [H3O+] + log [OH–]

–14 = log [H3O+] + log [OH–]

14 = –log [H3O+] – log [OH–]

pH + pOH = 14

Ejemplos de pH

pH

Ácido Fuerte 1M 0

Ácido gástrico 1,5

Bebida Cola 2,5

Cerveza 4,5

Té - Café 5,0 – 5,5

Leche 6,5

Agua Pura 7,0

Sangre 7,4

Agua de mar 8,0

Jabón de manos 9,5

Amoníaco 11,5

La determinación del pH es uno de los procedimientos analíticos más importantes y más usados en ciencias tales como química, bioquímica y la química de suelos. El pH determina muchas características notables de la estructura y actividad de las biomacromoléculas y, por tanto, del comportamiento de células y organismos.

Ejemplo:Dependiendo del pH del suelo la Hortensia (Hydrangea) puede poseer flores rosas o azules. En suelos ácidos (pH < 7) las flores son azules, mientras que en suelos alcalinos (pH > 7) son rosas.