ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE MECÁNICA ESCUELA DE INGENIERIA MECÁNICA
Trabajo de Termodinámica I
Tema:
Sistemas de unidades
AUTOR: EDISON JAVIER LOPEZ VICENTE CODIGO: 6873 FECHA DE ENTREGA: 21 de Octubre del 2015
SISTEMA DE UNIDADES
Importancia Cualquier cantidad física se caracteriza mediante dimensiones. Las magnitudes asignadas a las dimensiones se llaman unidades. Algunas dimensiones básicas, como masa m, longitud L, tiempo t y temperatura T se seleccionan como dimensiones primarias o fundamentales, mientras que otras como la velocidad V, energía E y volumen V se expresan en términos de las dimensiones primarias y se llaman dimensiones secundarias o dimensiones derivadas. (1) Se conocen cuatro sistemas de unidades generalizados los cuales se presentan a continuación. Sistema Internacional (SI).- El SI es un sistema simple y lógico basado en una relación decimal entre las distintas unidades, y se usa para trabajo científico y de ingeniería en la mayor parte de las naciones industrializadas, incluso en Inglaterra. (1) Las unidades SI derivadas se definen de forma que sean coherentes con las unidades básicas y suplementarias, es decir, se definen por expresiones algebraicas bajo la forma de productos de potencias de las unidades SI básicas y/o suplementarias. Las magnitudes básicas se consideran independientes, por convención. Las unidades básicas correspondientes del SI, elegidas por la CGPM, son el metro, el kilogramo, el segundo, el amperio, el kelvin, el mol y la candela. (3)
En el SI, las unidades de masa, longitud y tiempo son kilogramo (kg), metro (m) y segundo (s), respectivamente. Las unidades correspondientes en el sistema inglés son libra-masa (lbm), pie (ft) y segundo (s). El símbolo de libra lb es en realidad la abreviatura de libra, la cual era en la antigua Roma la unidad adaptada para expresar el peso. El sistema inglés mantuvo este símbolo incluso después de haber finalizado la ocupación romana de Bretaña en el año 410. (1) Para mayor referencia se muestra la siguiente tabla de equivalencias en dimensiones de sus magnitudes:
Magnitud
Unidad de medida derivada
Unidad de medida (SI)
Area
metro cuadrado
m2
Volumen
metro cúbico
m3
Densidad
kilogramo por metro cúbico
kg / m3
Velocidad
metro por segundo
m/s
Aceleración
metro por segundo al cuadrado
m / s2
Fuerza
newton (N)
1 N = 1 kg·m / s2
Presión
Pascal (Pa)
1 Pa = 1 N / m2
Trabajo, energía
julio (J)
1 J = 1 N·m
Potencia
watio (W)
1 W = 1 J/s
Frecuencia
hercio (Hz)
1 Hz = 1 s-1
Carga
culombio (C)
1 C = 1 A·s
Potencial
voltio (V)
1V=1J/C
Resistencia
ohmio ( )
1
Capacidad
faradio (F)
1F=1C/V
Campo magnético
tesla (T)
1 T = 1 N / ( A·m )
Flujo magnético
weber (Wb)
1 Wb = 1 T·m2
Inductancia
henrio (H)
1 H = 1 J / A2
=1V/A
Tabla 1 Fuente: http://ocw.uc3m.es/cursos-cero/principios-basicos-defisica/transparencias/sistemas-de-unidades
Sistema inglés (USCS).- El Sistema Inglés de Unidades tiene cuatro unidades fundamentales. Éstas son la libra (masa), el pie, el segundo y la libra (fuerza). El Sistema Inglés de unidades son las unidades no-métricas que se utilizan actualmente en los Estados Unidos y en muchos territorios de habla inglesa (como en el Reino Unido), pero existen discrepancias entre los sistemas de Estados Unidos e Inglaterra. Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades, aunque en Estados Unidos la inercia del antiguo sistema y el alto costo de migración ha impedido en gran medida el cambio. (2)
La siguiente tabla muestra las equivalencias del sistema métrico (SI) al sistema ingles de las diferentes magnitudes usadas en mecánica:
Fuente: Libro de Termodinámica de Cengel
Sistema Cegesimal (CGS).- Las unidades fundamentales son el gramo (masa), el centímetro y el segundo. La unidad de fuerza derivada recibe el nombre de dina, y su símbolo es dina. Equivalencias con el SI
Magnitud (SI) Longitud
Nombre
Definición
Equivalencia
centímetro
cm
0.01 m
Tiempo
segundo
s
1s
Masa
gramo
g
1 g = 0.001 kg
Aceleración
gal
1 gal = 1 cm / s2
0.01 m / s2
Fuerza
dina
1 dina = 1 g·cm/ s 2
10-5 N
Trabajo, energía
ergio
1 erg = 1 dina·cm
10-7 J
Presión
baria
1 baria = 1 dina / cm2
0.1 Pa
Flujo magnético
maxwell
1 Mx = 1 G·cm2
10-8 Wb
Densidad de flujo magnético
gauss
1 G = 1 Mx / cm2
10-4 T
Intensidad del campo magnético
oersted
Oe
( 103 / 4π ) A / m
Tabla 2 Fuente: http://ocw.uc3m.es/cursos-cero/principios-basicos-defisica/transparencias/sistemas-de-unidades
Sistema técnico (ST).- El sistema Técnico Métrico (ST) es un sistema gravitacional de unidades. Las unidades fundamentales son el kilogramo fuerza, el metro y el segundo. La unidad de masa derivada recibe el nombre de Unidad Técnica de Masa (UTM). Equivalencias con el sistema internacional:
Magnitud
Nombre
Definición
Equivalencia (SI)
Longitud
metro, centímetro
m, cm
1 m, 0.01 m
Tiempo
segundo
s
1s
Masa
unidad técnica de masa
u.t.m.
1u.t.m. = 9.80665 kg
Fuerza
kilopondio o kilogramo-fuerza
kp, kgf
1kp = 9.80665 N = 1 daN
Temperatura
grado celsius
oC
T(oC) = T(K) - 273.15
Cantidad de calor
caloría
cal
1cal = 4.18 J
Trabajo, energía
kilopondímetro
kpm
1kpm = 9.80665 J
Presión
atmósfera técnica
1 at = 1 kgf/cm2
1 at = 98066.5 Pa
Tabla 3 Fuente: http://ocw.uc3m.es/cursos-cero/principios-basicos-defisica/transparencias/sistemas-de-unidades
A continuación se presentan las equivalencias de las magnitudes en los diferentes sistemas de unidades:
metr om
milímetro mm
pulgad a in (¨)
pie ft
yard a yd
milla (statute)
0,9144
914,4
36
3
1
0,00056818
Metro cuadrad o m2
4046,856
hectárea ha
0,4046856
metro cúbico m3
1 gal (USA) =3,78541dm3
litro 3 dm
pulgada cuadrada 2 in
6272640 pie cúbico 3 ft
pie cuadra 2 do ft
yarda
cuadrad 2 a yd
acre
43560
4840
1
galón (USA)
galón imperial (GB)
barril de petróleo bbl (oil)
TABLAS DE CONVERSION DE UNIDADES
UNIDADES DE PRESION
kilopasca l kN /m 2 kPa
atmósfera técnica atm
milímetro de c. Hg mm Hg
1 in H 2 O (60ºF = 15,55ºC) = 0,248843 kP in H2O (60ºF=20ºC)=0,248641 kPa 1 atmósfera física (Atm)= 101,325 kPa=760 mm Hg in Hg (60ºF=20ºC)=3,37685 kPa 1 Torr= (101,325/760) kPa
metros de c. agua m H2 O
libras por pulgada2 psi
bar bar (hpz)
ENERGIA (Calor y Trabajo)
Kilojulio
kW/hora
Hourse power/hora USA 550 ft.lbf/seg hp. h
Caballo/hor a
Kilocaloría (IT) Kcal(IT) Kcal (IT)
British Thermal Unit Btu (IT)
75
1 termia = 1000 Kcal 1 therm = 100.000 Btu 1 But (IT) = 1055,0558 J 1 kilogramo fuerza.metro (m.Kgf) = 0,00980665 kJ IT se refiere a las unidades definidas en International Steam Ta
Terajulio
Gigavatio hora
Teracaloría (IT)
Ton. equivalente de carbón
Ton. equivalente de petróleo Tep
Barril de petróleo día-año
2,0180376
0,560568
0,482
68,8571429
48,2
1
Kilowatio
Kilocaloría/hor a
Btu (IT)/hora
Horse power (USA)
Caballo vapor métrico
Tonelada de refrigeració n
1 caballo vapor (mét
rico> = 75 m kgf/seg
= 735,499 W
TEMPERATURA
Temperatura en ºC = (ºF -32)/1,8 Temperatura en ºF = 1,8 ºC + 32 Temperatura en ºK = ºC + 273,14
Fuente: http://www.portalplanetasedna.com.ar/Tabla_de_unidades_fisicas.pdf
Comentario Poco a poco el Sistema internacional está reemplazando a los demás sistemas, son pocos países en especial los de habla inglesa que aun utiliza el sistema inglés como su principal fuente de magnitudes. Con el pasar del tiempo los sistemas de unidades han ido mejorando y adecuándose a las necesidades que se presentan en los diferentes campos de la ciencia, es muy necesario tener en cuenta las equivalencias de un sistema con otro ya que en nuestra carrera podemos encontrarnos con problemas en un sistema diferente al sistema internacional que generalmente usamos y es necesario realizar las respectivas conversiones. De igual manera debemos tener un conocimiento necesario de estos sistemas ya que existes diferentes aplicaciones para cada uno de ellos y no todo podemos convertir al SI para nuestra conveniencia.
Bibliografía 1. CENGEL, Yunes. Termodinámica. Mexico : McGraw-Hill, 2011. págs. 3-10. Vol. 7 2. GENESIS, uag. Fisica I Estática y Dinámica. [En línea] 28 de Enero de 2008. [Citado el: 20 de Octubre de 2015.] http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/introduccion9.htm. 3. FRANCO, Angel. Fisica con ordenador . [En línea] Diciembre de 2010. [Citado el: 18 de Octubre de 2015.] http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm. 4. GENERALIC, Enic. Sistema de Unidades SI . [En línea] 23 de Agosto de 2015. [Citado el: 17 de Octubre de 2015.] http://www.periodni.com/es/sistema_internacional_de_unidades.html.