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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