martes, 6 de octubre de 2015

CONVERSIÓN DE UNIDADES

Conversión de Unidades

               
Cuando se trabaja en la resolución de problemas, frecuentemente surge la necesidad de convertir valores numéricos de un sistema de unidades a otro.
            Estas conversiones se facilitan con el conocimiento de los diferentes sistemas de unidades y cuando se dispone de todos los factores de conversión de una unidad a otra. El Apéndice 1.1 presenta estos factores de conversión según la variable considerada.
            La destreza aritmética o algebraica, es indispensable para obtener resultados numéricos correctos en los cálculos.


Procedimientos metodológicos para la resolución de problemas de conversión de unidades


            La manera más simple, que se propone en este libro, para la resolución de problemas de conversión de unidades es multiplicar el valor dado (VD) por los respectivos factores o relaciones de conversión (FC) hasta obtener el valor buscado (VB) en las unidades deseadas.
            Este procedimiento se resume en la siguiente expresión:
VB = VD x FC

Problemas resueltos


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 Cal
1 BTU = 252 Cal
1 lbmol = 454 gmol
1 °K = (9/5)°R = 1,8 °R (una variación de grados en la escala Kelvin es igual a 1,8 variaciones de grados en la escala Rankin).
Cálculos:
Resultado:
El valor de R en  es 1,986

Problema 1.2.
La capacidad calorífica se define como la cantidad de calor necesaria para incrementar la temperatura de un cuerpo 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 de  cambiando 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 Cal
1 lb = 454 gr
1 °F = (5/9)°C = 1/1,8 °C (una variación de grados en la escala Fahrenheit es igual a 5/9 variaciones de grados en la escala Centígrada ó Celsius).
Cálculos:
     
Resultado:
El valor de  en   es 1,050, igual al valor en 

Problema 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 masa de 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 la Densidad (D) de una sustancia. Esto es:
donde m es la masa de la sustancia.


Problema 1.4.
Expresar un flujo de líquido (Q) de 60  en  .

Planteamiento:
            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 lts
1 lt = 61,03 pie3
1 hr = 3600 seg

Cálculos:

Resultado:
            El valor de  en  es 1017

Problema 1.5.
            La cantidad requerida de calor para variar la temperatura de un cuerpo sólido de  a  viene dada por la ecuación:
en donde:
 cantidad de calor en Kcal
 masa del cuerpo en kg
 capacidad calorífica a presión constante en
 y  = temperaturas inicial y final en °C.
            Cuantas kilocalorías se requieren para calentar 5 kg de un determinado sólido desde 20°C hasta 100°C. El valor de  es igual a 0,75 .

Planteamiento:
            El problema plantea, determinar las kilocalorías requeridas para calentar el sólido cuando la temperatura pasa de 20°C a 100°C.

Procedimiento:
            El procedimiento consiste en aplicar la ecuación dada de , utilizando los valores de  y .

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 igual que en los problemas anteriores, aplicando la ecuación  y utilizando los factores de conversión respectivos del Apéndice 1.1.


 

Conversión de temperaturas


La temperatura de un cuerpo es una medida de su estado térmico considerado como su capacidad para transferir calor a otros cuerpos

Hay 4 medidas de temperatura, dos basadas en una escala relativa (grados Celsius ºC y Fahrenheit ºF) y dos basadas en una escala absoluta (kelvin ºK y Rankine ºR).

Las diferencias de temperatura unitaria en las escalas de temperatura es la siguiente:

DºF = DºR

DºC = DºK

DºC = 1,8DºF

DºK = 1,8 DºR

 

 


Viscosidad ( )
a) Viscosidad Dinámica o Absoluta
       1 Poise =  centipoise
       1  Poise
       1  Poise
b) Viscosidad Cinemática
       1 Stoke = 1  100 centistokes
       1  Stokes

Constantes Matemáticas

Base de los logaritmos naturales (e) = 2,7183 2,72
Pi ( ) = 3,141592  3,1416
Logaritmo Natural de N = LnN
Logaritmo Vulgar de N (Base 10) = LogN
LnN = 2,303.LogN


Constantes Físicas

Constante R de la ecuación de los gases:
Valor Numérico:                                           Unidades
              1,987                                                Cal/gmol.°K
              1,987                                                BTU/lbmol.°R
              82,06                                                cm3.atm/gmol.°R
              0,08205                                            litros.atm/gmol.°K
              10,731                                              pie3.psi/lbmol.°R
              0,7302                                              pie3.atm/lbmol.°R
              8,314                                                m3.Pa/gmol.°K
              8,314                                                Joul/gmol.°K
              847,7                                                kgf.m/kgmol.°K
              1545                                                 lbf.pie/lbmol.°R
1 Pascal (Pa) = Nw/m2
1 Faraday = 96493,1 coulombio absoluto/equivalente-gramo














Factores de conversión de unidades al SI (sistema internacional)


Aceleración:  1 pie/s2 = 0.3048 m/s2                                               Tiempo: 1 día = 86400 s
                        g = 9.807 m/s2                                                                                              1 año = 3.16 x 107 s

Área:              1 acre = 4047 m2
                        1 pie2 =9.290 x 10-2 m2                                             Volumen: 1 pie3 = 2.832 x 10-2
                        1 pulg2 = 6.45 x 10-4 m2                                                                             1 galón (gal) = 3.785 x 10-3 m3
                        1 mi2 = 2.59 x 106 m2                                                   1 pulg3 = 1.639 x 10-5 m3 
                                                                                                                                                 1 litro = 10-3 m3
Densidad:      1 g/cm3 = 103 Kg/m3                                                  
               
Energía:         1 Btu = 1054 J
                        1 caloría (cal) = 4.184 J
                        1 electrón volt (eV) = 1.602 x 10-19 J
                        1 libra pie (1b ∙ pie) = 1.356 J
                        1 kilowatt-hora (kW ∙ h) = 3.60 x 106 J

Fuerza:          1 dina  10-5 N
                        1 1b = 4.448 N

Longitud:       1 angstrom (Å) = 10-10 m
                        1 pie = 0.3048 m
                        1 pulg = 2.54 X 10-2 m
                        1 año luz = 9.461 x 1015 m
                        1 milla = 1069 m

Masa:             1 unidad de masa atómica (u) = 1.6606 x 10-27 Kg
                        1 gramo = 10-3 Kg

Potencia:       1 Btu/s = 1054 W
            1 cal/s = 4.184 W
            1 pie ∙ libra/s = 1.356 W
            1 caballo de fuerza (hp) = 746 W

Presión:         1 atmósfera (atm) = 1.013 x 105 Pa
                        1 bar = 105 Pa
                        1 cmHg = 1333 Pa
                        1 1b/pie2 = 47.88 Pa
                        1 1b/pulg2 (psi) = 6895 Pa
                        1 N/m2 = 1 pascal (Pa)
                        1 torr = 133.3 Pa

Velocidad:     1 pie/s (fps) = 0.3048 m/s
                        1 Km/h = 0.2778 m/s
                        1 mi/h (mph) = 0.44704 m/s

Temperatura:            TKelvin = TCelsius + 273.15
                        TKelvin = 5/9 (TFahrenheit + 459.67)
                        TCelsius = 5/9 (TFahrenheit - 32)
                        TKelvin = 5/9 T Rankine 


                       






Constantes Físicas


Rapidez de la luz en el espacio libre ……………………………. c    = 2.99792458 x 108 m/s
Aceleración debida a la gravedad (normal)…………………….. g     = 9.807 m/s2

Constante de gravitación universal……………………………… G    = 6.67259 x 10-11 N ∙ m2/kg2

Constante de Coulomb…………………………………………… ko    = 8.988 x 109 N ∙ m2/C2

Densidad del agua (máxima)………………………………......           = 0.999972 x 103 kg /m3

Densidad del mercurio (TPE)…………………………………...          = 13.595 x 103 kg/m3

Atmósfera estándar………………………………………………          = 1.0132 x 105 N/m2

Volumen del gas ideal en TPE………………………………….          = 22.4 m3/kmol

Número Avogadro……………………………………………….. NA     = 6.022x 1026 kmol-1

Constante universal de los gases……………………………… R      = 8314 J/kmol ∙ K

Punto de congelación…………………………………………….         = 273.15 K

Equivalente mecánico del calor…………………………………         = 4.184 J/cal

Constante de Stefan-Boltzmann………………………………..   σ    = 5.67 x 10-8 W/m2 ∙ K4

Constante de Planck…………………………………………….    H    = 6.626 x 10-34 J ∙ s

Faraday……………………………………………………………    F    = 9.6485 x 104 C/mol

Carga del electrón……………………………………………….     e    = 1.6022 x 10-19 C

Constante de Boltzmann………………………………………..    kb   = 1.38 x 10-23 J/K

Razón de la carga a la masa del electrón…………………….  e/me  = 1.7588 x 1011 C/Kg

Masa en reposo del electrón……………………………………  me    = 9.109 x 10-31 kg

Masa en reposo del protón……………………………………..   mp   = 1.6726 x 10-27kg

Masa en reposo del neutrón……………………………………   mn   = 1.6749 x 10-27 kg

Masa en reposo de la partícula alfa…………………………..           = 6.645 x 10-27 kg

Unidad de masa atómica (1/12 de masa de 12C)…………...    u     = 1.6606 x 10-27 kg

Energía en reposo de 1 u……………………………………...           = 931.5 MeV

Constante de Dirac                                      = 1,054 571 68(18) × 10-34 J·s     

Permitividad en el vacío                        = 8,854 187 817... × 10-12F·m-1

Permeabilidad en el vacío                                  =4π × 10-7 N·A-2 = 1,2566 370 614... × 10-6 N·A-2 

Magnetón de Bohr                                = 9,274 009 49(80) × 10-24 J·T-1

Constante de Josephson                           =483 597,879(41) × 109 Hz· V-1

Velocidad de escape de la Tierra……………………………..= 11,2 km/s

Velocidad de escape de la Luna……………………………....= 2,38 km./s

Velocidad de escape del sol…………………………………..=618 km/s

Velocidad del sonido en el aire (20° C, 1 atm)….....................= 343m/s

Velocidad del sonido en el agua (20° C, 1 atm)………………=1460m/s

Aceleración de gravedad de la Luna………………………….=1,67m/s2

Aceleración de gravedad del sol……………………………...=274m/ s2

Masa de la Tierra……………………………………………..=5,98x1024 kg

Masa del sol…………………………………………………..=1,99x1030 kg

Masa de la Luna………………………………………………=7,36x1022kg

Unidad Astronómica (U.A.) (Distancia media
Tierra-Sol)……………………………………………….…….=1,50x1011 m

Distancia media Tierra-Luna………………………………….=3,82x108 m

Radio del Sol(Radio medio)…………………………………..=6,96x108 m

Radio de la Tierra(Radio ecuatorial)………………………….=6,378x106 m

Radio de la Tierra(Radio polar)………………………………=6,357x106 m

Radio de la Luna………………………………………………=1,74x106 m

Radio átomo de hidrogeno (aproximadamente)……………….=5x10-11 m

Radio electrón………………………………………………….=2,82x10-15 m

Constante de Coulomb .............………………………………..k=9x109 N-m2/C2

Constante Solar ............................................................................=1340W/m2

Densidad del aire seco a 0° C y 1atm………………………….=1,293kg/m3

Densidad máxima del agua……………………………………..=1g/ml (3,98° C y 1atm)

Densidad media de la tierra…………………………………….=5522kg/m3

Longitud de onda del electrón según Compton………………e=  2,43x10-12 

 Momento del dipolo magnético terrestre……………………….= 6,4x1021 A-m2

Momento Magnético del electrón……………………………….=9,28x10-32 J-m2 /Wb

Velocidad angular media de rotación de la Tierra………………=7,29x10-5 rad/s-1

Velocidad orbital media de la Tierra……………………………=29770m/s

Constante de estructura fina…………………………………….=7.29735308 . 10-3


                                                          

  
                          
                                               



2 comentarios:

  1. help me please :( about this exercise

    El valor de la constante R de los gases ideales es 1545 lbf.ft3/(ft2.lbmol.ºR) exprese el valorde R en
    atm.m3/(Kgmol.ºK).

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  2. 1.-La constante universal de gases ideales es 10.73 psia pie3 / lb mol ºR, convierta este valor a cal / g mol K.

    Alguna ayuda.??

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