Introducción
En toda actividad realizada por el ser humano, hay la necesidad de medir "algo"; ya sea el tiempo, distancia, velocidad, temperatura, volumen, ángulos, potencia, etc.
Todo lo que sea medible, requiere de alguna unidad con qué medirlo, ya que la gente necesita saber qué tan lejos, qué tan rápido, qué cantidad, cuánto pesa, etc., en términos que se entiendan, que sean reconocibles, y que se esté de acuerdo con ellos.
Para esto, fue necesario crear unidades de medición, las cuales en la antigüedad eran muy rudimentarias (codos, leguas, barriles, varas, etc.), y variaban de una región a otra. Algunas de estas unidades aún se siguen usando y conservando su nombre original.
En los últimos tres siglos de la historia de la humanidad, las ciencias han tenido su mayor desarrollo, y éste ha sido más vertiginoso de finales del siglo XIX a la fecha. Las unidades de medición tenían bases más científicas, y para efectuar cálculos matemáticos, hubo necesidad de agruparlas. Así se originaron los sistemas de unidades. Era (y sigue siendo) común, que a las unidades se les diera el nombre del científico que las descubría o inventaba.
Para evitar variaciones en el valor o magnitud de una unidad de un lugar a otro o de un tiempo a otro, fue necesario fijar patrones o puntos de referencia, para que basándose en dichos criterios, la unidad tuviera el mismo valor en cualquier lugar que se utilizara. Conforme ha avanzado el tiempo, algunos puntos de referencia de algunas unidades han cambiado (pero no la unidad), siempre tratando de buscar más precisión. Por ejemplo, la unidad de longitud del Sistema Métrico Decimal, el metro (m.), originalmente se definía como la diezmillonésima parte de la longitud del cuadrante del meridiano del polo norte al ecuador, que pasa por París. Sin embargo, posteriormente se definió como la distancia entre dos marcas, hechas en una barra metálica de una aleación de platino e iridio, mantenida a una temperatura de 0 o C, graduada en el museo de Sèvres en Francia. Actualmente, la longitud de un metro se define, de una manera más precisa e invariable que antes, como igual a 1'650,763.73 longitudes de onda en el vacío del kriptón 86, excitado eléctricamente.
Aritmética Básica
Como ya sabemos, las operaciones aritméticas básicas se representan por los símbolos siguientes:
+ más o suma. Ejemplo: 2 + 5 = 7.
= igual a o mismo valor.
- menos o resta. Ejemplo: 6 - 4 = 2.
x multiplicación. Ejemplo: 2 x 4 = 8.
÷ división. Ejemplo: 6 ÷ 2 = 3.
· multiplicación. Ejemplo: 2 · 4 = 8.
() paréntesis; las operaciones dentro de paréntesis se
hacen primero. Ejemplo: (7-2) + 4 = 5 + 4 = 9.
()² cuadrado; significa que el número dentro del paréntesis, se debe multiplicar por sí mismo (elevar al cuadrado). Se puede hacer sin paréntesis. . Ejemplo: (3)² = 3² = 3 x 3 = 9. ()³ cubo; significa que el número dentro del paréntesis, se debe multiplicar dos veces por sí mismo (elevar al cubo). Se puede hacer sin paréntesis. . Ejemplo: (3)³ = 3³ = 3 x 3 x 3 = 27. a/b significa una división; el número de arriba "a" se va a dividir entre el número de abajo "b". Ejemplo: Si "a" = 8 y "b" = 2, a/b = 8/2 = 8 ÷ 2 = 4. Δ(delta), significa una diferencia. Ejemplo: ΔT = diferencia de temperaturas.
La mayoría de los cálculos incluyen el uso de unidades básicas. Estas se expresan en dígitos. En la relación 9 x 3 = 27, 9 y 3 son dígitos y 27 está formado por dos dígitos, 2 y 7. En la mayoría de los sistemas de unidades, como el métrico, la unidad básica es 1 y los dígitos múltiplos (mayores de la unidad) y sub múltiplos (menores de la unidad), están sobre la base de 10 (decimal). Por ejemplo, si el dígito 1 lo multiplicamos por 10, será 10; cada multiplicación subsecuente por 10 será 100; 1,000; 10,000; 100,000 y así sucesivamente. Si la unidad se divide entre 10, será 0.1 y cada división subsecuente será 0.01; 0.001; 0.0001 y así sucesivamente.
Cada nivel de multiplicación o división tiene un nombre; por ejemplo los múltiplos de la unidad:
símb. prefijo cantidad ejemplo
D = deca = 10 Decámetro
H = hecta = 100 Hectólitro
K = kilo = 1,000 Kilogramo
M = mega = 1'000,000 Mega ohm
G = giga = 1,000,000,000 Gigabyte
T = tera = 1,000,000,000,000
Y los submúltiplos de la unidad:
d = deci = 0.1 decímetro
c = centi = 0.01 centígrado
M = mili = 0.001 mililitro
µ = micro = 0.000001 micrón
n = nano = 0.000000001 nanofaradio
p = pico = 0.000000000001
En algunos cálculos, es difícil trabajar con cantidades que utilizan muchos ceros, ya sea a la derecha o a la izquierda del punto decimal. En estos casos se puede emplear un número especial llamado "potencia de diez" para expresar estos tipos de cantidades.
"Potencia de diez", significa que el número 10 se multiplica por sí mismo, el número deseado de veces para obtener el número de ceros requeridos. El número de veces que 10 se debe de multiplicar por sí mismo, se muestra por un pequeño número arriba y a la derecha del número 10. Este número también se llama "exponente", y se utiliza como se muestra a continuación:
Para números mayores que la unidad:
10₁= 10 ó (10)
10² = 100 ó (10 x 10)
10³ = 1000 ó (10 x 10 x 10)
10⁶= 1'000,000 ó (10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10) etc.
Así por ejemplo, para indicar 540,000 se puede expresar
5.4 x 10⁵.
Para números menores que uno:
10⁻ⁱ = 0.1 ó (0.10)
10₋₂ = 0.01 ó (0.10 x 0.10)
10₋₃ = 0.001 ó (0.10 x 0.10 x 0.10)
10⁻⁶= 0.000001 ó (0.10 x 0.10 x 0.10 x 0.10 x 0.10 x 0.10)
etc...
Así por ejemplo, para indicar 0.00072 se puede expresar 7.2 x 10 ‾⁴.
Redondeo de Números
En cálculos de refrigeración, no es frecuente el uso de fracciones ( o decimales ) de la unidad, sobre todo cuando no se requiere tanta precisión. En estos casos, cuando el decimal es menor de cinco, se redondea el número ignorando la fracción decimal. Cuando la fracción es 5 o mayor, se redondea al siguiente número más grande. Por ejemplo: 27.3 se redondea a 27 y 27.5 a 28.
Sistemas de Unidades
Desde que el científico inglés ISAAC NEWTON (1642-1727) estableció el trascendental enunciado de que sobre la tierra y en su vecindad inmediata, la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza resultante que actúa sobre el mismo, e inversamente proporcional a su masa (a = F/m), desde entonces, los sistemas de unidades han sido basados en esto.
Antes de este enunciado, las unidades no estaban agrupadas. Las unidades de longitud eran el metro, el pie y sus múltiplos y submúltiplos; las unidades de tiempo son el segundo, minuto, hora, día, etc. No existían los sistemas de unidades bien definidos como los conocemos ahora. Analizando la ecuación de la segunda ley de Newton, podemos expresarla también como F = ma, y así, podemos decir que una unidad de fuerza (F) es producida por una unidad de aceleración (a), sobre un cuerpo que tiene una masa (m) de una unidad. Esto es muy simple aunque suene complicado; pero, ¿cómo denominaremos a esas unidades de aceleración, de masa y de fuerza? Primeramente, definiremos un sistema de unidades como sistema de unidades compatibles y de proporción constante, con la segunda ley de Newton.
Partiendo de esta definición, un sistema de unidades debe tener unidades compatibles con la masa y la fuerza. Así, si medimos la masa en kilogramos y la aceleración en m/seg², entonces la fuerza tendrá las siguientes unidades:
F = ma = kg x m = Newton (N)
seg²
Si utilizamos unidades inglesas:
F = ma = lb x pie = poundal
seg²
Las unidades de la fuerza son, pues, una combinación de las unidades fundamentales, y como se puede observar, deben ser compatibles; no se combinan kilogramos con pies, ni libras con metros. Así pues, se formaron los primeros sistemas de unidades. Curiosamente, a la unidad de fuerza en el sistema métrico se le llamó Newton, en honor a este científico inglés, y la unidad de fuerza en el sistema inglés se llama poundal.
Sistema Inglés - Es el sistema que tiene como base el pie (ft), la libra (lb) y el segundo (seg). El sistema inglés no es un sistema decimal como el métrico, sino que sus unidades están basadas en múltiplos y submúltiplos de 8 y de 12. Ejemplo: 1 pie = 12 pulgadas; 1 yarda = 3 pies = 36 pulgadas; 1 galón = 4 cuartos = 8 pintas; 1 libra = 16 onzas; etc. Se originó en Inglaterra, y actualmente se usa en algunos países en los que se impuso, por ser estos conquistados o colonizados por los ingleses. Aunque estos países son una minoría, tiene una difusión grande y una fuerte influencia, sobre todo en Asia y en América. En el caso particular de nuestro país, donde el sistema oficial es el Métrico Decimal, existe una gran influencia del sistema inglés por la cercanía con Estados Unidos, donde se usa el sistema inglés. Esta influencia se debe principalmente a la importación de tecnología y literatura.
Este sistema tiende a desaparecer, ya que se creó un sistema de unidades basado en el sistema métrico, y que se pretende que sea el único que se use en el mundo (ver Sistema Internacional). En Estados Unidos se adoptó desde hace unos 20 años, pero el proceso de cambio obviamente se va a llevar algunos años más.
Otras unidades del sistema inglés son: o F, btu, hp, el galón, psi, etc. y los múltiplos y submúltiplos de:
pie: milla, rod, fathom, yarda y pulgada.
libra: tonelada, onza y grano.
galón: bushel, peck, cuarto, pinta, gill, onza, dram, y minim.
Sistema Métrico Decimal - Tiene como unidades básicas el kilogramo (kg), el metro (m) y el segundo (seg). Al sistema métrico se le llama decimal, porque algunas unidades son en base del 10, como el metro y el kilogramo. Hasta hace poco, era el sistema de unidades más ampliamente utilizado en todo el mundo, incluyendo nuestro país, donde era el sistema de unidades oficial. Decimos que "era", porque también se tiene que adoptar el Sistema Internacional, como ya lo han hecho muchos otros países. Ya que se tiene que hacer este cambio, las otras unidades del sistema métrico se mencionarán en el sistema internacional, ya que algunas son las mismas y otras son muy parecidas, puesto que son derivadas de las mismas unidades básicas.
Sistema Internacional (SI) - Le Système International d'Unitès, es un sistema de unidades que se pretende se utilice en todos los países del mundo, para uniformar los conceptos y que desde el punto de vista técnico, se hable el mismo lenguaje.
En la actualidad, en casi todos los países europeos es obligatorio el uso del SI, pero todavía faltan muchos países por adoptarlo.
Las unidades básicas en el SI son el metro (m), el kilogramo (kg) y el segundo (s), entre otras.
En las tablas 15.1, 15.2a y 15.2b, se presenta una lista completa de las unidades del SI. En las demás tablas, se muestran los factores de conversión de las unidades del sistema inglés y del sistema métrico "antiguo" al Sistema Internacional y viceversa.
Abreviaturas y Símbolos de Unidades
A continuación se listan en orden alfabético, las abreviaturas y símbolos de las unidades del sistema métrico y del sistema inglés; ya que las del Sistema Internacional de Unidades (SI), son las que se indican en las tablas 15.1, 15.2a y 15.2b.
Temperatura
La temperatura, es una propiedad que mide la intensidad o nivel de calor de una sustancia. La temperatura no debe confundirse con el calor, ya que la temperatura no mide la cantidad de calor en una sustancia, sólo nos indica qué tan caliente o qué tan fría está esa sustancia.
La temperatura debe designarse en forma más precisa con referencia a una escala. El instrumento para medir la temperatura se llama termómetro; el más común, es el que se basa en la expansión uniforme de un líquido dentro de un tubo de vidrio sellado. Este tubo tiene en el fondo un bulbo donde se aloja el líquido (mercurio o alcohol).
Escalas de Temperatura Fahrenheit y Celsius
En 1592, Galileo inventó un termómetro, pero no tenía una escala bien definida. En 1720, el holandés Gabriel Fahrenheit, fue el primero que ideó un termómetro con una escala graduada, pero los puntos de referencia que escogió fueron la temperatura del cuerpo humano (100 o F) y la de una mezcla de hielo con sal (0 o F). En 1742, el sueco Anders Celsius, tomando el antecedente de Fahrenheit, ideó la escala de temperatura Celsius o Centígrada, usando como puntos de referencia la temperatura de una mezcla de hielo y agua pura (0 o C), y la de ebullición del agua pura (100 o C).
Estas dos escalas (la Fahrenheit y la Celsius), son las de uso más común en trabajos cotidianos. Ambas escalas tienen valores positivos (arriba del cero) y valores negativos (abajo del cero).
Escalas de Temperatura Absolutas, Kelvin y Rankine
Para trabajos más científicos, se requiere el uso de temperaturas absolutas (totales), que no tengan valores negativos. Las escalas absolutas comienzan de cero hacia arriba. El cero absoluto es una temperatura que se determinó matemáticamente, y se supone que a esta temperatura, se detiene el movimiento molecular de cualquier sustancia. Es la temperatura más baja posible en la tierra, y se supone también que en este punto, hay una total ausencia de calor.
Las escalas usadas para medir temperaturas absolutas son la Kelvin (Celsius absoluta) y la Rankine (Fahrenheit absoluta). La Kelvin usa las mismas divisiones o graduaciones que la escala Celsius, y el cero absoluto (0 o K) equivale a -273.15 o C. La escala Rankine usa las mismas divisiones que la escala Fahrenheit, y el cero absoluto (0 o R) equivale a -460 o F.
La unidad de temperatura en el SI es el Kelvin (K), aunque se permite el uso de o C. Las fórmulas para convertir grados de una escala a otra, se localizan al pie de la tabla 15.4.
Presión
La presión se define como la fuerza aplicada sobre una superficie, por lo que sus unidades son kgf/m² = N/m². Es una de las propiedades termodinámicas más útiles, porque se mide directamente con facilidad. La unidad de presión en el SI, es el N/m² y se le llama Pascal (Pa), en honor al físico francés Blaise Pascal.
Existen tres tipos de presión: a) Atmosférica o Barométrica, b) Manométrica, y c) Absoluta.
Presión Atmosférica - Es la presión ejercida por el peso del aire atmosférico, al ser atraído por la fuerza de la gravedad. Esta presión varía con relación a la altitud sobre el nivel del mar (ver figura 13.6 del capítulo de Psicrometría). También se le llama presión barométrica, porque el instru- mento utilizado para medirla, se llama barómetro. El italiano Evangelista Torricelli, fue el primero en medir esta presión, utilizando un barómetro de mercurio. El valor que él obtuvo es de 760 mm de mercurio al nivel del mar. A estas unidades (mm Hg) también se les llama Torricelli (Torr). El valor de la presión atmosférica al nivel del mar es como sigue:
Sistema Internacional = 101,325 Pa
(kiloPascales) = 101.325 kPa
Sistema Métrico = 1.033 kg/cm² = 760 mm Hg.
Sistema Inglés = 14.696 psi = 29.92 in Hg.
Presión Manométrica - Cuando se desea medir la presión dentro de un sistema cerrado, se utiliza un instrumento llamado manómetro, por eso se le llama presión manométrica. La presión dentro de un sistema cerrado puede ser mayor o menor que la atmosférica. A la presión mayor que la atmosférica, se le llama positiva; y a la menor, se le llama negativa o vacío. El manómetro marca la diferencia de presiones entre la que existe dentro del sistema y la presión atmosférica del lugar.
Presión Absoluta - Es la suma de la presión atmosférica más la presión manométrica. Si esta última es positiva, se suman, y si es negativa, se restan.
Presión Absoluta = presión atmosférica + presión mano- métrica.
Presión Absoluta = presión atmosférica - presión mano- métrica (vacío).
Las unidades con que se miden comúnmente las presiones, son kg/cm² en el sistema métrico, y lb/in² en el sistema inglés. Las presiones negativas o vacío, se acostumbra medirlas en mm de Hg y pulgadas de mercurio, respecto- vamente.
En la solución de la mayoría de los problemas de ingenie- ría sobre presión y volumen, es necesario utilizar valores de presión absoluta. La escala de presión absoluta, al igual que las de temperatura absoluta, no tiene valores negativos ni combina diferentes unidades. Inicia en el cero absoluto (0 Pa), que corresponde al vacío absoluto, y de allí aumenta. En la mayoría de las operaciones, el Pascal (Pa) resulta una unidad muy pequeña, por lo que generalmente se utilizan múltiplos de éste, que son el kilo Pascal (kPa) que es igual a 1,000 Pa, o bien el bar, que es igual a 100,000 Pascales = 100 kPa. Al kilo Pascal también se le conoce como pièze (pz).
En el sistema inglés, se hace una clara distinción entre libras por pulgada cuadrada absolutas (psia por sus siglas en inglés de Pound per-Square Inch Absolute), y libras por pulgada cuadrada manométricas (psig por sus siglas en inglés de Pounds per-Square Inch Gauge). Cuando sólo se usa psi sin la "a" o la "g", generalmente se refiere a diferencias o caídas de presión.
Factores de Conversión
Un factor de conversión es una cantidad (entera o fraccionaria) que muestra la relación entre dos unidades de medición.
Los factores de conversión son muy útiles para resolver problemas donde se utilizan fórmulas en que intervienen dos
o más unidades diferentes o donde la respuesta requiere una unidad de medición diferente a la usada en el problema.
A continuación se verán los factores para convertir unidades de un sistema a otro, principalmente del inglés al SI;
agrupándolos por cada una de las cantidades más comúnmente utilizadas. También, se definirán las cantidades más
importantes y se darán algunos ejemplos y fórmulas para calcularlas.
Longitud
La longitud se define como la distancia entre dos puntos. La unidad de longitud en el SI es el metro (m).
1 m = 10 decímetros (dm) = 100 centímetros (cm) = 1,000 milímetros (mm) = 1'000,000 micrones (µ) =
0.001 kilómetros (km).
Área
La medición de una área o superficie, es la medición de un espacio bidimensional. Las unidades de área en el SI, son las unidades de longitud al cuadrado (m x m = m²).
1 m² = 100 dm² = 10,000 cm² = 1 x 1'000,000 mm² = 0.001 hectáreas (ha).
El área de las diferentes figuras geométricas se encuentra aplicando fórmulas sencillas; por ejemplo:
Volumen y Capacidad (Líquido)
La medición del volumen, es la medición de un espacio tridimensional. La unidad del volumen en el SI, es la unidad de longitud al cubo (m x m x m = m³). En mediciones de capacidad, se puede usar el litro (l) y sus múltiplos y submúltiplos.
1 m³ = 1,000 dm³ = 1'000,000 cm³ = 1,000 litros (l).
1 l = 10 decilitros (dl) = 100 centilitros (cl) = 1,000 mililitros (ml) = 1,000 centímetros cúbicos (cm³ o cc) = 1 decímetro
cúbico (dm³).
Para calcular el volumen de diferentes cuerpos geométricos, se emplean fórmulas sencillas:
Masa
En nuestra vida cotidiana, por tradiciones usamos un sistema de unidades mixto e incompatibles; es decir, usamos el kg tanto como unidad de fuerza, como de masa o para presión.
La literatura abunda en una confusión entre fuerza y masa, que sin duda, proviene de que la masa puede medirse por la fuerza de gravedad (como en una báscula) y, consecuentemente, se usa la misma unidad (el kilogramo) para medir cada una, sin indicar si es de masa o de fuerza. Es importante hacer la diferencia entre lo uno y lo otro. La palabra peso, se usa para indicar fuerza de gravedad, y masa, es la que se compara en una báscula o balanza. Ejemplo: cuando se dice "ese bulto pesa 30 kg", es más probable que se quiera indicar una masa. Cuando se dice "el empuje del resorte sobre el pistón es de 6 kg", se está haciendo referencia a una fuerza.
Un kg. masa, es una cantidad absoluta de materia. Esto significa que un kg de materia en reposo, siempre es un kg., independientemente de su situación en el espacio, aún cuando la fuerza de gravedad sea pequeña o nula.
La unidad de masa en el SI, es el kilogramo (kg).
1 kg =1,000 gramos (g) = 1'000,000 miligramos (mg) = 1 litro agua @ 4 o C.
Nota: En el sistema de unidades inglés, existen dos tipos de masa, el Avoirdupois y el Troy.
Caudal (Flujo)
El caudal es el paso de una cantidad de masa (kg), por una unidad de tiempo (s). El caudal se mide de 3 maneras distintas, y las unidades en el sistema internacional SI, son diferentes para cada una:
Caudal en base a la masa - kg/s
Caudal en base al volumen - m³/s
Caudal en base a la masa por área - kg/m²s
Velocidad Lineal
La velocidad lineal es el desplazamiento de un objeto con respecto al tiempo; por lo que, sus unidades son de longitud por tiempo. En el SI son m/s.
Aceleración Lineal
La aceleración se puede definir como: el incremento de velocidad con respecto al tiempo. Como vimos al principio de este capítulo, una cantidad unitaria de aceleración se indica por un metro por segundo y por segundo; es decir, las unidades de la aceleración son dimensiones de longitud por unidad de tiempo al cuadrado m/s².
Fuerza
Una fuerza cuando se aplica a un cuerpo en reposo, lo hace que se mueva.
Como vimos al inicio de este capítulo, la fuerza es igual a una unidad de masa (kg) por una unidad de aceleración (m/s²), lo que resulta F = kg x m/s². La unidad de fuerza en el SI es entonces el kg-m/s² que se le llama Newton (N). 1 N = 1 kg-m/s². El Newton es la fuerza que aplicada a un cuerpo con masa de 1 kg, le da una aceleración de 1 m/s².
Otra unidad de fuerza es el kilogramo - fuerza (kgf) que se le llama así para diferenciarlo del kilogramo masa (kg).
1 kgf = 9.8066 N (aceleración de la gravedad).
Volumen Específico (Masa Volumétrica)
El volumen específico de cualquier sustancia, es el volumen (m³) que ocupa una unidad de masa (kg); en otras palabras, es el volumen de un kilogramo de gas en condiciones normales (20 o C y 101.3 kPa). Para darnos una mejor idea, el volumen específico de un kilogramo de aire seco y limpio, es de 0.84m³. Comparándolo con el hidrógeno, un kilogramo de éste ocupa 11.17m³, y un kilogramo de amoníaco ocupa 1.311m³. A los gases que ocupan mayor espacio que el aire, se les llama gases ligeros; los que ocupan menor espacio que el aire, se les llama gases pesados. Las unidades en el SI para medir el volumen específico son m³/kg. 1 m³/kg = 1,000 cm³/g = 1,000 l/kg = 1,000 dm³/kg.
Para determinar cualquier factor de conversión, donde intervienen dos o más unidades, el procedimiento es muy simple; por ejemplo, el factor para convertir m³/kg a ft³/lb (tabla 15.14), el cual es 16.018647, se determina de la siguiente manera:
Las unidades que conocemos son m³/kg, y queremos convertir una cantidad cualquiera a ft³/lb. Primero, necesitamos saber cuántos pies cúbicos tiene un metro cúbico. De la tabla 15.8 vemos que 1 m³ = 35.31447 ft³. también necesitamos saber cuántas libras tiene un kilogramo; de la tabla 15.9, vemos que 1 kg = 2.20458 lb. El procedimiento es el siguiente:
En el caso de que no conociéramos la equivalencia de volumen entre m³ y ft³; pero conocemos la equivalencia de longitud entre m y ft (1 m = 3.28084 ft), también se puede determinar el mismo factor procediendo como sigue:
De la misma manera se puede proceder para cualquier otro factor, aún conociendo solamente las equivalencias básicas. Nótese que el valor de una de las unidades es siempre uno (1) , y que se puede utilizar como multiplicador o como divisor, sin cambiar el valor de la ecuación.
Ejemplo: encontrar el volumen en m³ de una cámara que tiene las siguientes dimensiones, largo = 80 pies, ancho = 50 pies y alto = 12 pies.
De la fórmula para encontrar el volumen de un prisma recto (tabla 15.7) v=" largo x ancho x alto.
Obsérvese que el uno del factor de conversión va arriba en este caso, para que se puedan cancelar los factores comunes (ft³).
Densidad o Peso Específico
La densidad de cualquier sustancia, es su masa (no su peso) por unidad de volumen. Las unidades de densidad en el S.I. son kg/m³. Es aparente por las unidades, que la densidad es la inversa del volumen específico. Densidad = 1/volumen específico.
1 kg/m³ = 1,000 g/m³ = 0.001 g/cm³ = 0.001 kg/l = 1.0 g/l
Como se mencionó arriba, la densidad es la inversa o recíproco del volumen específico.
Ejemplo: La densidad del agua a 20 o C es 998.204 kg/m³ ¿Cuál es su volumen específico?
De manera similar, los factores de conversión del volumen específico son el recíproco de la densidad. Para determinar un factor de la densidad dividimos 1 entre el factor del volumen específico y viceversa.
Ejemplo: el factor de volumen específico para convertir ft³/lb a m³/kg es 0.0624272 (tabla 15.14). ¿Cuál será el factor para convertir lb/ft³ a kg/m³? Dividimos 1 entre el factor.
1/0.0624272 = 16.01865(ver tabla 15.15)
Trabajo, Energía y Calor
Cuando sobre un objeto se aplica una fuerza y se le desplaza una cierta distancia, se ha efectuado un trabajo. Por lo tanto, trabajo = fuerza (kg-m/s²) x distancia (m) = Nm.
En el SI, la unidad de trabajo es el Newton - metro (Nm) y se le llama Joule (J). Un Joule es la cantidad de trabajo hecho por la fuerza de un Newton, moviendo su punto de aplicación una distancia de un metro. Otras unidades de trabajo son la dina por cm (dina - cm), y se llama erg y el kilogramo fuerza por metro (kgf·m). Como un Joule es una unidad de calor muy pequeña, para trabajos de refrigeración se utiliza mejor el kiloJoule (kJ) = 1,000 J.
Energía es la capacidad o habilidad de hacer trabajo; por lo que las unidades, son las mismas que el trabajo. El calor es una forma de energía, por lo que sus unidades en el SI son la caloría (cal) y la kilocaloría (kcal), esta última equivale a 1,000 calorías. En el sistema inglés la unidad de calor es la british thermal unit (btu).
Potencia
La potencia es la rapidez o velocidad con que la energía se transforma en trabajo; de aquí que sus unidades sean de trabajo (J) por unidades de tiempo (s). La unidad de la potencia en el SI es el Watt (W); entonces 1 W = J/s. Algunas veces se emplea mejor el kiloWatt (kW) que equivale a 1,000 W. Otras unidades comunes de potencia son el caballo de vapor (cv) en el sistema métrico, y el horse power (hp) en el sistema inglés. También, el kilogramo fuerza · metro por segundo (kgf·m/s).
Viscosidad
La viscosidad de un fluido se puede definir como su resistencia a fluir. Por eso existe la fricción en los fluidos.
Debido a que existen más de cinco unidades diferentes para la viscosidad absoluta, es preciso entender el concepto físico de ésta para utilizar las unidades apropiadas.
Un fluido al deslizarse sobre una superficie, la parte baja del fluido que está en contacto con la superficie tendrá menor velocidad que la parte superior, debido a la fricción. Mediante un razonamiento matemático, después de que el fluido ha recorrido una distancia, tenemos que la viscosidad es:
viscosidad = fuerza x distancia .
área x velocidad
A esta viscosidad se le llama viscosidad dinámica o absoluta. Substituyendo por las unidades respectivas del SI tenemos:
viscosidad = kg x m = Pa·s (Pascal segundo)
m² x m/s
La unidad más común para medir la viscosidad dinámica es el Poise.
1 Pa·s = 1 Ns/m² = 10 Poise
1 Poise = 100 centiPoise (cP).
Otro tipo de viscosidad es la cinemática, que es la misma viscosidad dinámica dividida por la densidad. Las unidades deben ser compatibles; así, en el SI, la viscosidad cinemática es igual a : m²/s y se le llama myriastoke, aunque es más común el uso del Stoke (St) y el centiStoke (cSt).
