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Ingeniería Química
Unidad I.
Introducción a los cálculos de Ingeniería Química
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICERRECTORADO BARQUISIMETODEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
Clase Nº1
Autor: Prof. Ing. Juan E. Rodríguez C
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Unidad I: INTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
ÍNDICE
Dimensiones y Unidades
Clasificación de las Unidades
Múltiples y Submúltiplos
Conversión de unidades
Fuerza y peso
Consistencia dimensional al transformar ecuaciones
Proceso
Variables extensivas e intensivas
Masa
Volumen
Mol
Variables de un Proceso Químico
Ejercicios propuesto para esta clase
Unidad I: INTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
1.1.- DIMENSIONES y UNIDADES
Dimensión: Es una propiedad que se puede medir, como la longitud, el tiempo, la
masa o la temperatura.
Unidad: Es la manera de expresar la dimensión en forma cuantitativa, como los
centímetros para la longitud o el segundo para el tiempo, entre otras.
Clasificación de las unidades
Unidades Básicas:
Sirven de base para el sistema de unidades. Ejemplos: longitud (m), masa (Kg), tiempo (s),
temperatura (K) y otras.
Unidades Derivadas:
Se obtienen por:
Unidades Compuestas: Producto o división de unidades básicas, (m3, pie/s2 , entre otras).
Definidas: Como equivalentes de unidades derivadas, (1 Nw=Kg.m/s2 ó 1 watt = 1 Joule/s).
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Múltiplos:
Múltiplos o fracciones de unidades básicas o derivadas, (Kg, mg, MN y otras)
Existen dos grandes sistemas de unidades:
El Sistema Internacional (S.I) y el Sistema Anglosajón. Atrás
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INTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
Factor Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo
1024 Yotta Y 10-1 deci d
1021 Zeta Z 10-2 centi c
1018 Exa E 10-3 mili m
1015 Peta P 10-6 micro μ
1012 Tera T 10-9 nano n
109 Giga G 10-12 pico p
106 Mega M 10-15 femto f
103 Kilo K 10-18 atto a
102 Hecto H 10-21 zepto z
101 Deca da 10-24 yocto y
Tabla de múltiplos y submúltiplos
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INTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
1.2.- CONVERSIÓN DE UNIDADES
No es más que la relación proporcional que existe entre dos unidades. Debido a la gran diversidad
de unidades que se utilizan para expresar una dimensión, es muy frecuente el tener que convertir
una unidad a otra.
iniciales) Z(unidades
nuevas) X(unidades=f
Ejercicios: Convierta las siguientes unidades del sistema inglés al sistema internacional.
a.- 15 pies a m b.- 152 pulg2 a m2 c.- 79ºF a K
d.- 32 psi a Pa e.- 264,17 galones a L
1.3.- FUERZA y PESO
Según la 2da Ley de Newton la FUERZA es:
F = m*a
Donde: F=Fuerza, m=masa y a=aceleraciónEntonces, ¿Qué tipo de unidades tiene
la fuerza en el S.I?
El factor, gc: es un factor de conversión que se utiliza para convertir la fuerza de una unidaddefinida, como Newton (N), en una unidad natural (kg.m/s2)
N
smKggc
2/1
cg
amF * Donde:
Lbf
sftLbmgc
2/174,32
ó
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INTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
El PESO es la fuerza que ejerce la tierra sobre un cuerpo.
cg
gmP *
Donde: P=Peso, m=masa y g=gravedad
g = 9,8066 m/s2 g/gc = 9,8066 N/Kg
g = 32,174 pie/s2 g/gc = 1 Lbf/Lbm
Mientras la MASA es la cantidad de materia que tiene un cuerpo y es un valor
constante independientemente de donde se encuentre éste.
Sistema
DimensiónS.I MKS CGS Inglés
Fuerza (PESO) N dina lbf
MASA kg kg g lbm
NO OLVIDAR:
•Podemos sumar, restar o igualar las mismas unidades, pero no unidades distintas.
•Siempre trabaje con las unidades junto con los números en sus cálculos.
•Los ingenieros deben ser capaces de realizar cálculos empleando unidades tanto del S.I
como del sistema estadounidense de ingeniería.
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1.4.- CONSISTENCIA DIMENSIONAL AL TRANSFORMAR ECUACIONES
Principio de Homogeneidad Dimensional, establece que las ecuaciones deben ser
dimensionalmente consistentes. Es decir, Unidades(izquierda) = Unidades (derecha)
INTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
Ejercicios
1) La ecuación de Francis para evaluar la altura de líquido sobre el vertedero de un plato de una columna de destilación es: h = 0,48 * F * (Q/L)0,67
Donde: h = altura de líquido (in),
F = factor de corrección (adimensional),
Q = flujo de líquido (gal/min),
L = longitud del vertedero (in).
Se cambiaron los instrumentos de medición, razón por la cual se necesita que usted:
a) Transforme la ecuación para que todas las variables de la misma estén expresadas en el sistema S.I.
b) ¿Cuáles son las unidades del coeficiente numérico 0,48?
2) Se realizaron pruebas experimentales en un laboratorio con vertedero y después de realizar el ajuste dedatos por el método de mínimos cuadrados se obtuvo la siguiente ecuación: Q = 1,70 * L * H1,6
Donde: H = altura del líquido sobre el borde de la cresta del vertedero (m),
L = Longitud del vertedero (m),
Q = Flujo volumétrico del fluido en m3/s.
Se cambiaron los instrumentos de medición, razón por la cual se necesita que usted:
a) Transforme la ecuación para utilizar la altura en pies y se requiere obtener el caudal en pie3/min.
b) Diga: ¿Cuáles son las unidades del coeficiente numérico 1,70? 7
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INTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
1.5.- PROCESO
Físico Químico
Operación
que
involucra
Cambio
PROCESO
Ejemplos de
cambios físicos en
la industria?
Ejemplos de
cambios químicos
en la industria?
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INTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
En la industria química, se debe tener estricto control sobre la cantidad de materia que se maneja
en los procesos, este control se lleva a cabo midiendo gastos, o sea, la cantidad de materia que
pasa por un punto o que se procesa por unidad de tiempo.
VARIABLES
Extensivas (dependen de la cant.)
• Masa
• Volumen
• Moles (Cantidad de Materia)
• Velocidad de Flujo
• Entre otras
Intensivas (No dependen de la cant.)
• Densidad
• Volumen Específico
• Composición ó Concentración
• Temperatura
• Presión
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VARIABLES DE PROCESOSINTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
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INTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
Recordemos los conceptos de algunas variables
Masa: Cantidad de materia que tiene un cuerpo, es siempre la misma
independientemente de las condiciones en las que éste se encuentre.
Volumen: Espacio ocupado por un cuerpo, cambia al variar las condiciones de
temperatura y presión a la cual se encuentra sometido el material, principalmente si
éste se encuentra en estado gaseoso.
Mol: Es la cantidad de materia que contiene 6,022 x 1023 partículas elementales (ya
sea átomos, moléculas, iones, partículas subatómicas, etcétera). Por eso, cuando un
químico utiliza el término mol, debe dejar en claro si es:
1 mol de Entidades
Átomos de Cobre (Cu) 6,022.1023 átomos de Cu
Molécula de Nitrógeno (N2) 6,022.1023 moléculas de N2
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INTRODUCCIÓN A LOS CALCULOS DE INGENIERÍA QUÍMICA
Lo que debe haberse aprendido en esta clase
Haber repasado conocimientos básicos relativos a las unidades y las dimensiones
Haber repasado conocimientos básicos relativos a masa, volumen y mol
Haber aprendido a identificar unidades en ecuaciones
Haber aprendido a transformar ecuaciones bajo el concepto de homogeneidad dimensional
Ejercicios propuesto para esta clase:
Introducción a los cálculos en Ing. QuímicaHimmelblau (6º Edición) Felder (2º Edición)
CAP Problemas CAP Problemas
Consistencia y Homogeneidad Dimensional 11-4, 6-10, 14, 15,
19, 20, 23-272 14-21
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