curso de introduccion a la ing. quimica

1

M.C.I.Q Alfonso Flores Meza. Universidad del Istmo de Tehuantepec. Ciudad Universitaria S/N, Barrio Santa Cruz, 4a. Sección Sto. Domingo Tehuantepec, Oax., México C.P. 70760 email:[email protected]

“INTRODUCCIÓN A LA INGENIERIA QUIMICA ”

PRESENTA:

M.C.I.Q. ALFONSO FLORES MEZA

CURSO


OBJETIVOS DEL CURSO:

Dar una visión general de lo que constituye la Ingeniería química, como actividad profesional y su interrelación con la sociedad.

Dar una visión general de lo que constituye la Ingeniería química ,

con información descriptiva y cualitativa de las operaciones unitarias e industrias de procesos químicos.


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Artículo 84.- Existen dos modalidades de titulación:a. La elaboración y defensa de una tesis y

b. La aplicación del examen EGEL del CENEVAL para aquellas carreras en las que existaesa modalidad.

Artículo 85.- En caso de que el alumno opte por la vía de la tesis deberá cubrir los siguientes

requisitos:a. Haber cubierto el plan de estudios al 100%, sin adeudo de materias;

b. Dictamen aprobatorio de los Sinodales;c. Certificado Total de Estudios debidamente registrado ante el IEEPO y legalizado ante el

Departamento Jurídico de la Secretaria General de Gobierno del Estado;d. No adeudo de colegiaturas y de material bibliográfico o de equipo de la universidad a

su cargo;e. Constancia de terminación y liberación del Servicio Social;

f. Desempeño satisfactorio en Estancias Profesionales;g. Haber cubierto el 100% de los créditos del idioma inglés.

Servicios Escolares comprobará el cumplimiento de esos requisitos, que obrarán en elexpediente respectivo, excepto en el caso de los apartados c y e, para los que el alumno

debe entregar los correspondientes comprobantes.

DE LA TITULACIÓN.


Artículo 87.- En caso de que el alumno opte por la aplicación del examen EGEL delCENEVAL, deberá cubrir los siguientes requisitos:

a. Haber cubierto el plan de estudios al 100%, sin adeudo de materias;b. Certificado Total de Estudios debidamente registrado ante el IEEPO y legalizado ante

el Departamento Jurídico de la Secretaria General de Gobierno;c. No adeudo de colegiaturas y de material bibliográfico o de equipo de la universidad

a su cargod. Constancia de terminación y liberación del Servicio Social;

e. Desempeño satisfactorio en Estancias Profesionales;f. Haber cubierto el 100% de los créditos del idioma inglés;

g. Testimonio en original del CENEVAL, y constancia del índice CENEVAL globalobtenido.

El egresado sólo podrá ejercer esta opción dos veces; de lo contrario deberá optar por lavía de la tesis.

Servicios Escolares comprobará el cumplimiento de esos requisitos, que obrarán en elexpediente respectivo, excepto en el caso de los apartados b y g, para los que el alumno

debe entregar los correspondientes comprobantes.


DÉCIMO S EMESTREDirección de empresas

Investigación de operacionesDiseño, adaptación y transferencia de tecnología

Seminario de tesisDiseño de plantas

NOVENO S EMESTREDiseño de Procesos

Ingeniería EconómicaControl de Calidad

Ingeniería de PolímerosAdministración

OCTAVO S EMESTREDiseño de reactores

ElectroquímicaContabilidad

Procesos Químicos IndustrialesIngeniería de Producción

SÉPTIMO SEMES TREDesarrollo de Nuevos Productos

Ingeniería AmbientalIngeniería de Proyectos

Simulación y Optimización de ProcesosCinética y Catálisis

SEXTO S EMESTREOperaciones unitarias IIIngeniería de Procesos

Probabilidad y EstadísticaResistencia de Materiales

Fisicoquímica II

QUINTO SEMES TRETransferencia de MasaTransferencia de Calor

Instrumentación y Control de ProcesosTermodinámica II

Operaciones unitarias I

CUARTO SEMESTREMétodos numéricos

Fenómenos de transporteQuímica Analítica II

Fisicoquímica IFlujo de Fluidos

TERCER S EMESTREEcuaciones Diferenciales

Termodinámica IBalance de Materia y Energía

Química Orgánica IIQuímica Analítica I

Física Moderna

SEGUNDO S EMESTREProgramación Estructurada

Metodología de la InvestigaciónQuímica InorgánicaCalculo Vectorial

Química Orgánica IElectromagnetismo

PRIMER S EMESTREMecánica Clásica

Cálculo Diferencial e IntegralÁlgebra Lineal

Historia del Pensamiento FilosóficoQuímica General

Introducción a la Ingeniería Química

PLAN DE

ESTUDIOS

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1


OBJETIVOS DEL CAPITULO II:

Dar una visión general de lo que constituye la Ingeniería, como

actividad profesional, su relación con la ciencia y la tecnología y su interrelación con la sociedad.


Ingeniería. Conjunto de conocimientos y técnicas que permiten aplicar el saber científico a la utilización de la materia y de las fuentes de energía// 2. Profesión y ejercicio del ingeniero.

Ingeniero, ra. (De ingenio, máquina o artificio) Persona que profesa o ejerce la ingeniería. //2. El que discurre con ingenio las trazas y modos de conseguir o ejecutar una cosa. // etc. etc.

Ingenio. ( Del Lat. Ingenium.) Facultad del hombre para discurrir o inventar con prontitud y facilidad.//2 Sujeto dotado de esta facultad.//3 Intuición, entendimiento, facultades poéticas y creadoras. //4. Industria maña y artificio de uno para conseguir lo que desea.//5 Chispa, talento para mostrar rápidamente el aspecto gracioso de las cosas.//6 Máquina o artificio mecánico.//7 Cualquier máquina o artificio de guerra para ofender y defenderse.//8 Instrumento usado por los encuadernadores para cortar los cantos de los libros.//9 Ingenio de azúcar. Etc.

Diccionario de la LenguaEspañola de la Real Academia EspañolaVigésima primera edición

Editorial Espasa Calpe S.A.1992.


“La ingeniería es la profesión en la que los conocimientos de

matmáticas y ciencias naturales, obtenidos a través del estudio, la

experiencia y la práctica se aplican con juicio para desarrollar

diversas formas de utilizar, de manera económica, las fuerzas y

materiales de la naturaleza en beneficio de la humanidad”.

Consejo de Acreditación para la

Ingeniería y la Tecnología (ABET) de

Estados Unidos de Norteamérica.

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El hecho de tener un mundo globalizado en el que la fabricación de las cosas se puede hacer en cualquier lugar del mundo, genera que existan dos tipos de ingeniería:

La que se dedica a investigar, diseñar, desarrollar, instalar, operar, matener y controlar sistemas de producción altamente especializados en los que la máxima utilidad es obtenida por los dueños de los consorcios y los operadores obtienen sólo lo suficiente para su manutención.

La que se dedica a mantener en funcionamiento sistemas viejos de producción los que dan servicio en los ámbitos de escasos recursos o empresas caseras en las que su producción es para la subsistencia.

En ambos casos se requiere de gran ingenio, sólo que unos reditúan grandes beneficios y otros a duras penas permiten la subsistencia de quienes los ejecutan.

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Para determinar la tendencia de la ingeniería en necesario analizar los elementos que han sido generadores de cambio en el desarrollo de nuevas tecnologías y que la ingeniería las ha aprovechado, algunos de estos elementos son:

Conocimiento, desarrollo y producción de nuevos materiales Producción económica de nuevos combustibles Mejores sistemas de producción y aprovechamiento de la energía Sistemas de medición más precisos, sencillos y accesibles a la sociedad Diseño y producción de máquinas más precisas, eficientes y económicas Desarrollo de computadoras que facilitan el cálculo y el diseño Desarrollo económico y efectivo de sistemas electrónicos de control y operación Desarrollo de sistemas telemáticos de información eficientes, seguros y económicos Acceso a la informática de la mayoría de la población


•Comprender problemas y proponer soluciones integrando las tecnologías.

•Manejar herramientas de vanguardia en la solución de problemas de la mecatrónica.

•Administrar y asegurar la calidad, eficiencia, productividad y rentabilidad de los sistemas, procesos y productos mecatrónicos.

•Controlar, automatizar, operar, supervisar, evaluar y mantener procesos mecatrónicos.

•Proyectar, diseñar, simular y construir sistemas, procesos y productos mecatrónicos.

•Asimilar y aplicar tecnologías adaptándolas a las necesidades del entorno productivo, social y ambiental, propiciando un desarrollo sustentable.

•Tener la habilidad de interactuar, integra y comunicarse en equipos multidisciplinarios.

•Ser creativo, emprendedor y comprometido con su formación y actualización continua.

•Observar las normas y disposiciones legales relacionadas con el ejercicio de su profesión.

•Participar en la generación y realización de proyectos de investigación o desarrollo

tecnológico para la innovación de procesos mecatrónicos.

•Participar en procesos de capacitación en mecatrónica, para los sectores productivo y social.

•Ejercer con ética sus actividades profesionales.

CARACTERISTICAS DEL INGENIERO


1


Para que estudiar la historia de la ingeniería

Respetar el pasado y sus logros

Observar el presente a la luz del pasado

discernir tendencias y

evaluar las razones de los cambios del

progreso humano



2



HISTORIA DE LA INGENIERIA MEXICANA


HISTORIA DE LA INGENIERIA MEXICANA

3


ACTUALIDAD DE LA INGENIERIA MEXICANA


La ciencia es un conjunto de conocimientos; es

específicamente el conocimiento

humano acumulado de la

naturaleza.

Los CIENTIFICOS encaminan sus

trabajos primordialmente a

mejorar y ampliar el conocimiento.

Su PRODUCTO FINAL es generar y producir el conocimiento

como un FIN en sí mismo

La ingeniería es una actividad profesional que usa el método

científico para transformar, de una

manera económica y óptima, los

recursos naturales en formas útiles para uso de la humanidad.

Los INGENIEROS, en contraste,

producen mediante el proceso

creativo llamado Diseño. Su PRODUCTO FINAL es

usualmente un dispositivo físico,

una estructura o un proceso.

CIENCIA VS INGENIERIA


IMPORTANCIA DE LA INGENIERIA

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Del mar

• Ingeniería marítima

• Ingeniería naval

• Hidrodinámica

Ciencias de la Tierra

• Ingeniería geotécnica

• Ingeniería agronómica

Del aire y el espacio

• Ingeniería aeronáutica

• Ingeniería aeroespacial

• Astronáutica

Derivadas de las cienciasbiológicas y la medicina

Ingeniería biológica Ingeniería biomédica Ingeniería bioquímica Ingeniería genética Ingeniería médica Ingeniería de tejidos

[editar]

•Administrativas y diseñoIngeniería administrativa

Ingeniería industrial Ingeniería de organización industrial Ingeniería logísticaIngeniería de la seguridadIngeniería de la arquitectura

Derivadas de la física y químicaIngeniería físicaIngeniería nuclear Ingeniería acústicaIngeniería mecatrónicaIngeniería automáticaIngeniería de control Ingeniería de organización industrial Ingeniería eléctricaIngeniería electrónicaIngeniería de componentes

Ingeniería mecánicaIngeniería civil Ingeniería de los materialesIngeniería estructuralIngeniería hidráulicaIngeniería de infraestructuras víalesIngeniería de transportesIngeniería químicaIngeniería metalúrgicaIngeniería óptica

De la agricultura y el ambienteIngeniería agroforestalIngeniería agrícolaIngeniería agronómica

Ingeniería forestalIngeniería de alimentosIngeniería ambientalIngeniería de montesIngeniería de semillas

Por objeto de aplicaciónIngeniería automotrizIngeniería del papelIngeniería del petróleoIngeniería de los residuosIngeniería del transporteIngeniería de elevaciónIngeniería de minas Ingeniería mineraIngeniería militar

De la tecnología de la información

Ingeniería informáticaIngeniería de sistemasIngeniería de software Ingeniería telemáticaIngeniería de telecomunicación

NovedosasNanoingeniería


Funciones de

la Ingenieria

La investigación El desarrollo

El diseñoLa producción

La construcciónLa operación

Las ventas tecnológicas

La administración


1



Ingeniería Química

“La ingeniería química trata de procesos industriales en los que las materias primas se transforman o separan en productos útiles.”

¿Cuál es el campo de la ingeniería química ?

Industria (farmacéutica, refinación, petroquímica, alimentos, …) en casi cualquier área (control e instrumentación, investigación y desarrollo,procesos,…etc.)


1. Introducción a los procesos químicos

Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesos químicos que se llevan a cabo en la industria diariamente, si no hubiera un punto en común a todos ellos. Afortunadamente, esta conexión existe. Cualquier proceso que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas que, en algunos casos son específicas del proceso considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos.

2


Proceso Industrial: Conjunto de operaciones y procesos unitarios que le ocurren a la materia para ser transformada en un producto final.

Las Operaciones Unitarias: Son fenómenos físicos característicos que le ocurren a la materia en un proceso industrial.

Los Procesos Unitarios: Es un fenómeno químico característico que le ocurre a la materia en un proceso industrial.

Materias primas

Operaciones Físicas de

acondicionamiento

Reacciones químicas

Operaciones Físicas de separación

Productos

Proceso Industrial

Sub-Productos

Desechos

Insumos

Servicios

Planta de tratamiento

Desechos no contaminantes


Clasificación de las operaciones unitarias


OPERACIONES DE TRANSPORTE DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO

FLUJO DE FLUIDOS

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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE CALORJunto con el transporte, la transferencia de calor es una de las operaciones más importantes en la industria, ya que muchas veces es necesario el calentamiento o enfriamiento de materiales de proceso. Según el proceso la transferencia puede ser:

• Por contacto directo: calor transferido a través del contacto directo entre dos fluidos inmiscibles, existe también transferencia de masa.

• Por contacto indirecto: los fluidos están separados por una superficie, circulando a ambos lados los fluidos que intercambian.

Conducción (Ley de Fourier) El calor por unidad de área es proporcional al gradiente de temperatura

Convección (Ley de Newton del enfriamiento) El flujo de calor por unidad de área es proporcional a la diferencia total de temperaturas entre la de la superficie del sistema y la del fluido

Radiación (Ley de Stefan-Boltzman) Un cuerpo negro emite energía radiante de su superficie a una razón proporcional a su temperatura absoluta elevada a la cuarta potencia

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

"T

q kx

∂= −

∂

" ( )s

q h T T∞

= −

4"q Tσ=


Clasificación de las operaciones unitarias1.Flujo de fluidos. Estudia los principios que determinan el flujo y transporte de cualquier fluido de un punto a otro.2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria concierne a los principios que gobiernan la acumulación y transferencia de calor y de energía de un lugar a otro.3. Evaporación. Éste es un caso especial de transferencia de calor, que estudia la evaporación de un disolvente volátil (como el agua), de un soluto no volátil como la sal o cualquier otro tipo de material en solución.4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi siempre agua de los materiales sólidos.5. Destilación. Separación de los componentes de una mezcla líquida por medio de la ebullición basada en las diferencias de presión de vapor.6. Absorción. En este proceso se separa un componente gaseoso de una corriente por tratamiento con un líquido.7. Separación de membrana. Este proceso implica separar un soluto de un fluido mediante la difusión de este soluto de un líquido o gas, a través de la barrera de una membrana semipermeable, a otro fluido.8. Extracción líquido-líquido. En este caso, el soluto de una solución líquida se separa poniéndolo en contacto con otro disolvente líquido que es relativamente inmiscible en la solución.9. Adsorción. En este proceso, un componente de una corriente líquida o gaseosa es retirado y adsorbido por un adsorbente sólido.10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el tratamiento de un sólido finamente molido con un líquido que disuelve y extrae un soluto contenido en el sólido.11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un soluto, como la sal, de una solución por precipitación de dicho soluto.12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la separación de sólidos, líquidos o gases por medios mecánicos, tales como filtración, sedimentación o reducción de tamaño, que por lo general se clasifican como operaciones unitarias individuales.


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ALGUNOS EJEMPLOS DE PROCESOS UNITARIOS SON:

OXIDACION. - Proceso por el cual una especie química pierde electrones simultáneamente a la ganancia de los mismos por otra sustancia.COMBUSTION. - Reacción química entre una sustancia oxidante (comburente) y otra reductora (combustible) con desprendimiento de calor y eventualmente de luz.FEMENTACION. - Conjunto de reacciones químicas por las que una sustancia orgánica se transforma en otra por medio de ciertos microorganismos y generalmente va acompañada de gases.SAPONIFICACION. - proceso químico por el cual los esteres se desdoblan en ácidos y alcohol por acción del agua son acciones reversibles, muy lentas y en general catolizadas por ácidos minerales o por alcalisis.SULFHIDRACION. - Proceso de adicionar un reactivo que contenga sulfuro de hidrogeno.CAUSTIFICACION. - Proceso unitario que implica al carbonato sódico con cal y la producción electrolitica de sosa cáustica con sal común produciendo hidróxido sódico.HIDROGENACION. - Reacción química entre el hidrogeno molecular y un compuesto orgánico en presencia de catalizadores.PRECIPITACION.- Aparición de una fase sólida en el seno de una disolución se produce cuando la concentración de poluto supera la máxima posible.ELECTROLISIS. - Descomposición de sustancias que se encuentran disueltas o fundidas al paso de la corriente eléctrica. El proceso tiene lugar en una cuba electrolitica, de manera de que sobre el electrodos positivo y negativo se depositan los iones negativos y positivos respectivamente.ALOGENACION. - Consiste en insertar un átomo de cualquier halógeno en una cadena de compuesto orgánico por desplazamiento de una doble ligadura.POLIMERIZACION. - Es el proceso en el cual se forman productos de alto peso molecular apartir de materias primas de bajo peso molecular.REDUCCION. - Proceso químico caracterizado por la aceptación de electrones por parte de una molécula, atomo-ion.SULFONACION. - Introducción del radical sulfurilo en un compuesto orgánico.NITRACION. - Introducción del radical nitro (NO ) en un compuesto orgánico, formado por nitrocompuestos.ALQUIOLACION. - Introducción de una cadena alifatica en un compuesto ciclico por sustitución de hidrogeno por un radical alquino.DISOLUCION: Mezcla de dos o más componentes cuyas propiedades varían al ser modificadas sus proporciones.

5




6


DIAGRAMAS DE FLUJO EN BLOQUE

DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESO EN BLOQUE

DIAGRAMAS DE FLUJO DE PLANTA EN BLOQUE

DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESO

DIAGRAMAS DE TUBERIAS E INSTRUMENTOS


DIAGRAMAS DE FLUJO EN BLOQUE


DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESO EN BLOQUE

7




8



Una corriente gaseosa extraída de un pozo petrolero tiene la composición siguiente en % peso: propano 50 %, butano 40% y sulfuro de hidrógeno 10 %. Es necesario purificar la mezcla eliminando H2S utilizando una torre de absorción de sodio al 40 % (NaOH) para tal fin. Por cada kg de H2S alimentada se utiliza 2.7 kg de hidróxido de sodio. Cabe destacar que el proceso tiene una eficiencia del 98%. Quiere decir que el resto sale con los gases en la corriente C. Determine la cantidad en cada corriente de proceso.

A

B

C

D


LA ECUACIÓN QUÍMICA Y LA ESTEQUIOMETRIA

La estequiometría se ocupa de la combinación de elementos y compuestos. Las relaciones que se obtienen de los coeficientes numéricos de la ecuación química son los cocientes estequiométricos que nos permiten calcular los moles de una sustancia en relación con los moles de otra sustancia que interviene en la ecuación química.

9


Los conocimientos se proporcionan en cuatro grandes niveles:

Básicos generales

Se encuentran los relacionados con las áreas de física, química y matemáticas.

Fundamentales de la profesión

Se encuentran principalmente en las áreas de fisicoquímica e ingeniería química y entre los más importantes se pueden mencionar los relacionados con termodinámica, cinética química, balances de materia y energía, así como con fenómenos de transporte.

Aplicados

De mayor relevancia se pueden mencionar los relacionados con flujo de fluidos, transferencia de calor, procesos de separación, diseño de reactores, diseño de procesos, dinámica y control de procesos e ingeniería de proyectos.

Complementarios

Relacionados con economía, administración, ecología, ciencias sociales y humanidades.

FUNDAMENTOS DE LA INGENIERIA QUIMICA


Administración de la Producción y Calidad, Economía Empresarial,

Legislación Empresarial, Investigación Operativa.

Legislación empresarial, optimización económica

de los procesos.

Gestión de la producción,

entrenamiento de personal, gestión de la

calidad.

Administrar la

Producción.

Contaminación e Higiene Industrial, Procesos Químicos

Industriales, Ingeniería de la Corrosión, Diseño de Plantas.

Normas y recomendaciones técnicas para el

diseño y funcionamiento de plantas industriales.

Distribución de planta, especificaciones de equipos, compras y

logística, instalación de equipos y arranque de

planta.

Infraestructura de Planta,

Equipamiento y Arranque de

Planta.

Economía Empresarial, Cálculos Económicos en Ingeniería

Química.

Comparaciones económicas y fuentes de

financiamientos. Costos y criterios de evaluación.

Evaluación económica. Inversión y

financiamiento.Financiamiento.

Legislación Empresarial.Legislación industrial, localización de plantas.

Identificar el tipo de organización empresarial, localización,

compatibilidades

legales.

Constitución de

Empresas.

Cursos de formación básica: Matemáticas, Física, Química, Fisicoquímica en los niveles avanzados; Balance de Materia y Energía, Resistencia de Materiales, Materiales de Ingeniería,

Curso de Operaciones Unitarias, Cálculos Económicos en Ingeniería Química, Procesos Químicos Industriales, Diseño de

Reactores, Síntesis y Análisis de Procesos, Elaboración y

Evaluación de Proyectos y Diseño de Plantas Químicas.

Técnicas de investigación, bibliográfica, transferencia de tecnología, recursos naturales,

técnica de estudio de mercado, estadística, análisis y ensayos a nivel de laboratorio, balance

de materia y energía, dimensionamiento de

equipos industriales y evaluación de proyectos.

Diagnóstico situacional, estudio de

mercado tamaño y localización, ingeniería

de proyectos

Estudio de

Prefactibilidad.

CURSOS REQUERIDOSCONOCIMIENTOSTAREASFUNCIONES

FUNCION Y ALTERNATIVAS PROFESIONALES DEL INGENIERO QUIMICO

DESARROLLO INDUSTRIAL Y TECNOLOGICO


Contaminación e Higiene Industrial, Materiales de Ingeniería, Control de Procesos, Resistencia de Materiales y Diseño de

Plantas.

Conocer el conjunto de normas y procedimientos referidos a la

seguridad, higiene y prevención de

la contaminación ambiental.

Implementar equipos y sistemas de monitoreo para el control de la

contaminación del personal

operativo y del medio ambiente.

Contaminación e

Higiene Industrial.

Administración de la Producción y Calidad, Control de Procesos, Cálculos Económicos en Ingeniería Química,

Investigación Operativa, Contaminación Ambiental e Higiene

Industrial.

Conocimiento de las diferentes filosofías de calidad existentes,

técnicas de planificación y control

de la calidad.

Determinación de la gestión de la calidad a tomar. Planificación de la

producción. Rendimiento y eficiencia

del proceso productivo.

Gestión de la Calidad y Control

de la Producción.

Balance de Materia y Energía, Procesos Químicos, Diseño de Reactores, Flujo de Fluidos, Transferencia de Calor, Mecánica de Partículas y Separación de Fases, Investigación Operativa,

Materiales de Ingeniería, Ingeniería de la Corrosión.

Conocer los fundamentos, procedimientos, normas

especificadas para el

funcionamiento de la planta.

Balances particulares y generales, determinaciones de capacidades

máximas de producción, auditorías

energéticas.

Procesos y

Operaciones.

Matemática Superior I y II, Química Inorgánica, Química Orgánica, Fisicoquímica, Balance de Materia y Energía,

Análisis Químico, Estadística aplicada a la Ingeniería y Análisis

Instrumental.

Técnicas de control de calidad, conocimientos básicos de química,

tecnologías de transferencia y

almacenamiento de materiales.

Diagnóstico situacional, control de calidad, tratamiento y transporte de

materiales.<>

Recepción, Almacenamiento y

Transporte de

Materia Prima.


SUPERVISAR EL PROCESO DE PRODUCCIÓN EN PLANTAS INDUSTRIALES


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Economía Empresarial, Análisis Instrumental, Materiales de Ingeniería, Resistencia de Materiales, Procesos Químicos

Industriales, Contaminación e Higiene Industrial, Legislación

Empresarial.

Conocimiento de normas y procedimientos

técnicos y legales.

Conocer la información técnica de la actividad

relacionada.

Opinar y Emitir jucios sobre

Aspectos Técnicos.

Elaboración y Evaluación de Proyectos, Procesos Químicos Industriales, Diseño de Plantas Químicas y Cálculos

Económicos en Ingeniería Química.

Conocimiento de transferencia de tecnología, procesos industriales, economía de procesos y

operaciones unitarias.

Generar proyectos

industriales.

Elaboración de Proyectos

Industriales.

Química Inorgánica, Química Orgánica, Dibujo de Ingeniería, Computación Aplicada, Geografía Económica y

Recursos Naturales, Economía Empresarial, Contaminación Ambiental, Procesos Químicos e Industriales, Síntesis y

Análisis de Procesos y Diseño de Plantas Químicas.

Manejo de informática, idiomas extranjeros, conocimiento de normas y leyes relacionadas,

transferencia de tecnología, formulación de proyectos, conocer normas y procedimientos de

los organismos financieros.

Interralación entre el cliente y los ingenieros de proyectos, empresas constructoras y vendedoras de servicios

nacionales e internacionales.

Asesorar la Gestión de Implementación

de Empresas

Industriales.

Geografía Económica y Recursos Naturales, Computación

Aplicada, Inglés Técnico, Empleo del Sistema Internet.

Técnicas de información nacional e internacional a través de los medios de comunicación

informáticos.

Diagnóstico situacional de la

actividad industrial.<>

Gestión de Infromación de la

Actividad Industrial.


CONSULTORÍA, ASESORÍA Y CAPACITACIÓN RELACIONADAS CON LA PROFESIÓN, INVOLUCRANDO:- LA ORGANIZACIÓN Y GESTIÓN DE PEQUEÑAS Y MEDIANAS EMPRESAS (PYMES).- PROMOCIÓN Y VENTA DE EQUIPOS, SERVICIOS Y PRODUCTOS QUÍMICOS.- NORMALIZACIÓN Y MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD PRODUCTIVA.



Todos los cursos de la currícula.

Técnicas de información nacional e internacional a través de los medios de

comunicación informáticos.

Desarrollar técnicas de recopilación bibliográfica. Investigar sobre nuevas

operaciones y procesos unitarios o sus

modificaciones.

Efectuar Investigación Científica y

Tecnológica.



INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE NUEVOS PRODUCTOS Y PROCESOS.


INGENIERIAQUIMICA

FISICOQUIMICA

QUIMICAINORGANICA

QUIMICAORGANICA

PROCESOSINORGANICOS

ENSAYOS DE

CERAMICA

MET

ALU

RGIA

MIN

ER

OLO

GI A

RE

FINA

CIO

N

Y

PE

TRO

QU

IMIC

A

FARMACIA

TOXIC

OLOG

IA

MEDICINA

VETERINAR

IA

PURIFICACION

DEL AGUA

NUTRICION

QUIMICAAGRICOLA

TINTURASTEXTILES

ETC

ING. QUIMICA

PETROLERA

ING. BIOMEDICA

TEC. D

E

ALIM

ENTO

SIN

G.

AG

RO

NO

MIC

AI N

G.

TEX

TIL

ING

EN

IER

IA M

EC

AN

ICA

TECNOLOGIADE TRANSP.

DE MATERIAY ENERGIA

INTERCAMBIODE MASACALOR Y

MOMENTUM

PRO

DU

CC

ION

DE

ENER

GIA

TECN

. DE

CO

MBU

STIB

LES

CA

LDE

RAS

LUBR

ICAC

ION

CE

LDA

SE

LEC

TR

OL

ITI C

AS

CO

RR

OS

ION

GA

LVA

NO

PL

AS

TIA

PROCESOS

TERMO-

ELECTRIC

OS

CALDERAS Y

HORNOS

ELECTRIC

OS

INGENIERIA METALURGICA

INGENIERIA DE RECURSOS

ENERGETICOS

INGENIERIA ELECTRICA

CORRELACION CON LAS DEMAS INGENIERIAS

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Bibliografía utilizada Introducción a las operaciones de separación cálculo por etapas de equilibrio. A. Marcilla gomis. Publicaciones

universidad de alicante. ISBN: 84-7908-405-7

Procesos de transporte y operaciones unitarias. Christie J. Geankoplis. Editorial CECSA. ISBN: 968-26-1316-7

Operaciones de separación por etapas de equilibrio en ingeniería química. Ernest J. Henley, J. D. Seader. Editorial REVERTE. ISBN 968-6708-28-6

Principios básicos y cálculos en Ingeniería química. David H. Himmelblau. Editorial Prentice Hall. ISBN 968-880-802-4

Cálculo de balances de materia y energía . Ernest J. Henley, Edward M. Rosen. Editorial Reverte. ISBN 84-291-7228-9

Transferencia de calor. José A. Manrique. Editorial Oxford. ISBN 970-613-671-1

1



Generación formal del conocimiento

El conocimiento desde el punto de vista formal puede ser generado de diversas formas.

1. Investigación básica (ciencias). Publicación de aportes predominantemente a través de

memorias de congresos y de artículos especializados.

2. Investigación aplicada o de análisis (tecnología, humanidades, etc.). Publicación de

aportes igual que en ciencias básicas.

3. Libros científicos o técnicos. Un libro científico o técnico se hace agrupando,

catalogando y resumiendo el conocimiento existente en un determinado tema. Un libro

actualizado deberá incluir los últimos aportes que sobre el tema que trate hayan sido

generados.

4. Divulgación. Partiendo del conocimiento existente o del flamante son publicados diversos

artículos en revistas o libros de divulgación con la intención de que el conocimiento sea

explicado a la población en general (no especializada). Es en esta etapa cuando el

conocimiento llega a la población de forma masiva. También puede llegar a través de los

medios de comunicación electrónicos.


Organización de aprendizaje

Una organización de aprendizaje (en inglés: learning organization) es un formato de organización que se centra en la gestión del intercambio del conocimiento a

todos los niveles, jerárquicos y funcionales de la empresa. Este tipo de

organización empresarial asume que el conocimiento acumulado en los

empleados sólo tiene valor si fluye, de individuo a individuo; de grupo a grupo; de organización a organización. La definición básica sería: la organización de

aprendizaje es aquella que facilita el aprendizaje de todos sus miembros,

compartiendo globalmente la información y experimenta en sí misma una

transformación continua.

2


Respecto de la estructura del Proyecto

El orden del contenido de una tesis es el convencional y ya establecido, a reiterar:

Portada

Título Resumen o abstract.

Dedicatorias Tabla de contenido

Lista de tablas Lista de figuras

Lista de símbolos Introducción (con objetivos)

Objetivos Revisión de la literatura

Procedimientos experimentales Resultados (o Resultados y Discusión de resultados)

Discusión de resultados Conclusiones (o Conclusiones y Recomendaciones)

(Recomendaciones) Bibliografía

Apéndices Vita


Los conocimientos se proporcionan en cuatro grandes niveles:

Básicos generales

Se encuentran los relacionados con las áreas de física, química y matemáticas.

Fundamentales de la profesión

Se encuentran principalmente en las áreas de fisicoquímica e ingeniería química y entre los más importantes se pueden mencionar los relacionados con termodinámica, cinética química, balances de materia y energía, así como con fenómenos de transporte.

Aplicados

De mayor relevancia se pueden mencionar los relacionados con flujo de fluidos, transferencia de calor, procesos de separación, diseño de reactores, diseño de procesos, dinámica y control de procesos e ingeniería de proyectos.

Complementarios

Relacionados con economía, administración, ecología, ciencias sociales y humanidades.

DESARROLLO PROFESIONAL DEL ING. QUIMICO


Actitud del ingeniero

Al hablar de actitud de un ingeniero, estamos hablando de sus puntos de vista y de su comportamiento. Entre estas actitudes podemos mencionar:Actitud interrogante: la podemos describir por la curiosidad por la cual un ingeniero puede adquirir información o rescatar ideas.Actitud profesional: aquí podemos mencionar la responsabilidad que adquiere el ingeniero con su trabajo , la gente a quien sirve, con los que trabaja. Esto viene de que como muchas de las obras de los ingenieros afectan el bienestar de la humanidad.El ingeniero es insistente ya que siempre busca encontrar la solución bien fundamentada a un problema ; además que toma esta solución como parte de su experiencia.Todo ingeniero debe de tener el interés en estar siempre al pendiente de actualizare en cuanto a los últimos adelantos y utilizarlos.Mantener viva la preocupación junto con sus compañeros de trabajo de mejorar las condiciones del grupo profesional.La principal actitud que un ingeniero debe tener es la de tener una mente abierta y disposición ante lo nuevo y diferente como nuevas tecnologías y teorías.Con esto podemos decir que el ingeniero debe de tener la capacidad de auto capacitación después de haber recibido su titulo de ingeniero para poder disfrutar de una carrera plena de satisfacciones; ya que para que pueda otorgar un mejor beneficio a la humanidad debe de saber que es lo que desea o necesita.

3




CONDUCTA DIRECTIVA

4


CONDUCTA DE APOYO



REGISTRO PROFESIONAL

5



1



PROCESOS.

Los procesos industriales tienen su propósito principal, el de transformar materias primas en un producto final. Durante el proceso de la producción de estos bienes, se tienen diversas operaciones unitarias y procesos unitarios, ya sea que sean reutilizados los materiales, o se convierta energía para producir el producto final.

Proceso Industrial

Cuenta con unidades de procesamiento

Hay variables de entrada y salida, así como perturbaciones.

Hay requisitos de operación.

Están monitoreadas las variables del proceso

Está controlado manual o automáticamente

etc...

Características


EQUIPAMIENTO DE UN PROCESO:

• Conjunto de unidades de procesamiento (reactores, intercambiadores de calor, filtros, columnas de destilación,...)

Dicho equipamiento puede ser una operación o un proceso unitario.

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VARIABLES.

En todo proceso tenemos diversas variables, las cuales afectan las entradas o salidas del proceso.

Temperatura, nivel, flujo, presión, son las variables más comunes en los procesos industriales, las cuales son monitoreadas y controladas por medio de la instrumentación del proceso.

MANOMETROS PIROMETROS TERMOPAR DENSITOMETROS

ROTAMETRO

SENSOR DE NIVEL

ULTRASONICO


Requisitos de operación de un proceso industrial:

• Seguridad y estabilidad. Ligada normalmente a que las variables de proceso

(temperaturas, niveles, presiones, ó composiciones) no superen determinados valores límites

• Operación estable. Asegurar que el proceso no alcance situaciones peligrosas o que la calidad del producto cumpla especificaciones (normalmente implica que las variables de proceso no sufran grandes oscilaciones)

• Especificaciones de producción. La producción debe ajustarse a la demanda, tanto

en cantidad como en calidad del producto.

• Regulaciones medioambientales. Asegurar cumplimiento de la normativa de protección medio-ambiental (los efluentes sólidos, líquidos y gaseosos no deben superar valores límite de temperatura, pH ó concentración).

• Restricciones de operación de los equipos. Evitar el deterioro del equipamiento y pérdidas de rendimiento.

• Operación en condiciones óptimas. Conseguir menores costes de operación (máximo beneficio) diseñando el sistema de control.


MONITOREO DE PROCESO

Para manejar (operar) una planta es necesario conocer el valor de las propiedades en proceso, utilizar esta información para diagnosticar la mejor forma de operar el proceso y disponer de medios de modificar el proceso en el grado deseado. Esta secuencia

Esperar respuesta del proceso

medir decidir actuar medir.

SENSORES Y TRANSDUCTORES

En términos estrictos, un sensor es un instrumento que no altera la propiedad sensada. Por ejemplo, un sensor de temperatura sería un instrumento tal que no agrega ni cede calor a la masa sensada, es decir, en concreto, sería un instrumento de masa cero o que no contacta la masa a la que se debe medir la temperatura (un termómetro de radiación infrarroja, p.e.).

Transductor: un instrumento que convierte una forma de energía en otra (o una propiedad en otra).

como indica la figura, el giro del eje puede ser utilizado para mover un generador de corriente continua y la medición del potencial generado será una medición de la frecuencia de giro. En este caso, la energía cinética del eje de agitación es acoplada a un transductor (el generador de corriente continua) que transduce su frecuencia de giro a un voltaje medible. La propiedad se mide, finalmente, como un voltaje o potencial voltaico. El generador eléctrico necesita, obviamente, una potencia que lo moviliza; esta potencia será provista por el eje del agitador y, por ende, le reducirá la potencia al fluido que se debe agitar. Por pequeña que sea la potencia absorbida por el transductor, esta existe y es de alguna magnitud finita.

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Control: Métodos para conseguir que un conjunto de variables ó parámetros delentorno tengan valores pre-especificados

Ejemplos:• Mantener la temperatura de una habitación constante• Guiar un satélite espacial para que aterrice en Marte

Sistema de control: conjunto de elementos necesarios para conseguir el objetivo decontrol

Objetivos a satisfacer:

• Eliminar (o minimizar) la acción de perturbaciones externas• Asegurar la estabilidad de los procesos químicos• Optimizar el funcionamiento del proceso

SISTEMA DE

CONTROL

• Monitorización continua de las variables de proceso.

• Intervención externa (CONTROL) para garantizar que se cumplen los objetivos

operacionales.

• Utilización de equipos de medida, válvulas, termopares, controladores, ordenadores,...

• Operación humana (diseñadores y operadores de planta).


CONTROL CONTINUO

• La variable controlada toma valores en un rango continuo• se mide continuamente la variable controlada• se actúa continuamente sobre un rango de valores del actuador

CONTROL DISCRETO• Las variables sólo admiten un conjunto de estados finitos


Sistema de control en lazo abierto

Diagrama de bloques

u: variable de control o variable manipulada (entrada al proceso)

y: variable controlada (salida del proceso)r: variable de referencia o consigna

d: influencias externas (perturbaciones)

• Tanque al que llega un fluido con caudal Qin y del que sale concaudal Qout. En el estado estacionario (equilibrio) Qin=Qout y el

nivel en el tanque es h

• Conocidos los parámetros del sistema (densidad del fluido, superficie del tanque, Qin, capacidad del orificio, ...) el nivel h

tendrá un valor determinado

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Sistema de control en lazo cerrado

CONTROL MANUAL

• compara la altura en el tanque con la deseadah > H abre válvula

h = H no hace nadah < H cierra válvula

CONTROL AUTOMÁTICO• elemento sensor-transmisor (mide T)• elemento controlador (comparación y

decisión)

• elemento actuador (actúa sobre el proceso)Qin

CONTROLADOR ACTUADOR PROCESO

TRANSMISOR

VALORESDESEADOS

VARIABLESPARA ACTUAR

VARIABLESA CONTROLAR

VALORESMEDIDOS


IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES SIGNIFICATIVAS:

• Variable de control ó variable manipulable: Qout (caudal de salida)

• Variable controlada u objetivo de control: h (nivel en el tanque)

• Variable de referencia ó punto de consigna: H• Variable de perturbación: variaciones en Qin


Sensor

Dispositivos que miden la variable a controlar, las de perturbación y variables de proceso secundarias

a partir de las que se infiere el valor de otras no medibles o de medida costosa.

Transmisor

Convierte la magnitud del efecto físico del sensor en una señal estándar representación P&ID (ISA)

Eléctrica (4-20 mA)

Neumática (3-15 psi)

Digital(uso de computadores )

Controlador

Recibe la señal correspondiente a la variable medida y calcula la acción de control de acuerdo al

algoritmo que tiene programado

Actuador o elemento final de control

Manipula la variable de proceso de acuerdo a la acción calculada por el controlador

ELEMENTOS DEL LAZO DE CONTROL:

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Diseño de los controladores

Todos los controladores deben ser sintonizados (selección de los parámetros) para que la operación cumpla los objetivos de control.

Para ello es necesario tener un conocimiento, al menos aproximado, del comportamiento dinámico del proceso, Este proceso se conoce como MODELADO del sistema y tiene como objetivo obtener un modelo del proceso tan simple como sea posible que permita estudiar el comportamiento dinámico del proceso.

Los modelos de conocimiento se basan en conocer los fenómenos físico-químicos que subyacen en él y que relacionan las variables del proceso

DISEÑO DE SISTEMAS DE CONTROL:

Modelo

El concepto de modelo es central en la teoría de sistemas, ya que a partir de él es posible conocer las propiedades del sistema y abordar el diseño del controlador. Un modelo puede tener diferentes representaciones matemáticas:

• 1 ecuación diferencial de orden n• n ecuaciones diferenciales de primer orden• relación algebraica (aplicando la transformada de Laplace)


CONTROL ESTADÍSTICO DE PROCESOS Y MEJORA CONTINUA

El Control estadístico de procesos involucra el uso de señales estadísticas para mejorar el desempeño y mantener el control de la producción en altos niveles de calidad.

VER MANUAL CEP


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¿Cómo se clasifica la industria química?

La industria química entra según la Clasificación Industrial Internacional Uniforme (CIIU) estádentro del rubro de INDUSTRIA MANUFACTURERA. Se entiende por industria manufacturera (según CIIU) a la transformación física y química de materiales y componentes en productos nuevos.

La industria química se puede dividir en tres grandes grupos:

1.- Elaboración de productos con composición química específica.2.- Elaboración primaria, transformación o tratamiento de productos básicos crudos.3.- Elaboración de productos con procesos químicos y mecánicos.

Las industrias químicas se pueden clasificar en industrias químicas de base e industrias químicas de transformación.

Las primeras trabajan con materias primas naturales, y fabrican productos sencillos semielaborados que son la base de las segundas.

Las industrias de transformación convierten los productos semielaborados en nuevos productos que pueden salir directamente al mercado o ser susceptibles de utilización por otros sectores.


•P. Ollero, E. F. Camacho. Control e instrumentación de procesos químicos. Ed Síntesis (1997). Capítulo 15• Process Control. T.E. Marlin. Ed. Me Graw Hill (1995). pp. 234-239• D. Orive. Transparencias Tema 13: Instrumentación. Automatización de Procesos Industriales.

1

BIENES SERVICIOS

¿Qué es la PRODUCTIVIDAD?

Es la relación entre la producción obtenida por un sistema de producción o

servicios y los recursos utilizados para obtenerla.

Se define como el uso eficiente de recursos en la producción de diversos bienes

y servicios.

Mayor productividad significa la obtención de más con la misma cantidad de

recursos, o el logro de una mayor producción en volumen y calidad con el mismo

insumo.

TRABAJO CAPITAL TIERRA MATERIALES ENERGÍA INFORMACIÓN

SISTEMA DE PRODUCCIÓN

PRODUCTO

INSUMOPRODUCTIVIDAD =

También puede definirse como la relación entre los resultados y el tiempo que lleva conseguirlos. El tiempo es un buen denominador, puesto que es una medida universal y está fuera de control humano.

A veces la productividad se considera como un uso más intensivo de los

recursos, como la mano de obra y las máquinas. Sin embargo, es conveniente

separar la PRODUCTIVIDAD de la INTENSIDAD DE TRABAJO. Aumentar la intensidad de trabajo es un exceso de esfuerzo y no es sino un INCREMENTO DE TRABAJO.

Pro

du

ctiv

idad

de

Tra

baj

o

Intensidad del Trabajo

Un incremento de trabajo no significa un incremento de productividad.

PRODUCTO

INSUMOPRODUCTIVIDAD =

RECORDEMOS:

Si la PRODUCCIÓN aumenta a base de un

aumento de INSUMO (Trabajo), la productividad no aumenta.

La esencia del mejoramiento de la

productividad es trabajar de manera más inteligente, no más dura.

Un trabajo duro da como resultado

aumentos reducidos de productividad

debido a las limitaciones físicas del hombre

ERRORES COMUNES ACERCA DE LA PRODUCTIVIDAD

1 2 3 4

2


1 2 3 4

LA PRODUCTIVIDAD ES SOLAMENTE LA EFICIENCIA DEL TRABAJO O “LA PRODUCTIVIDAD DEL TRABAJO”.

Un ejemplo es la historia de éxito de la productividad británica: la agricultura. Debido a mejoramientos de la cría de animales, los fertilizantes y los pulverizadores, la tierra y la tecnología, la productividad del trabajo en la agricultura aumentó en un 60% entre 1976 y 1982, al igual que el producto por hectárea. Sin embargo, una unidad de energía (fertilizantes) produjo menos trigo en 1983 que en 1963.

Un criterio más apropiado de la eficiencia es, por tanto, el producto obtenido por cada unidad monetaria gastada. De ahí la importancia de calcular la productividad de múltiples factores.

La productividad es actualmente mucho más que la sola productividad del trabajo y debe tener en cuenta el aumento del costo de la energía y de las materias primas, junto con la mayor preocupación por el desempleo y la calidad de vida


1 2 3 4

MEDIR EL RENDIMIENTO SOLAMENTE POR EL PRODUCTO.

Este último puede aumentar sin un incremento de la productividad si, por ejemplo, los costos de los insumos se han elevado en forma desproporcionada.

Además, en los aumentos del producto en comparación con años anteriores se deben tener en cuenta los incrementos de los precios y la inflación.

Ese enfoque se debe a menudo a que se adopta una orientación hacia los procesos, a costa de prestar mucho menos atención a los resultados finales. Esto es corriente en cualquier sistema burocrático.


1 2 3 4

“PRODUCTIVIDAD = RENTABILIDAD”

En la vida real se pueden obtener beneficios debido a la recuperación de los precios, aun cuando la productividad haya descendido. A la inversa, una productividad elevada no siempre va acompañada de altos beneficios, puesto que los bienes que se producen no son forzosamente demandados.

De ahí se deduce un nuevo error que consiste en confundir la productividad con la eficiencia. Eficiencia significa producir bienes de alta calidad en el menor tiempo posible. Sin embargo, debe considerarse si estos bienes se necesitan.

Otro error es creer que las reducciones de los costos siempre mejoran la productividad. Cuando se llevan a cabo de manera indiscriminada, a la larga pueden empeorar la situación.

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1 2 3 4

LA PRODUCTIVIDAD SOLO SE PUEDE APLICAR A LA PRODUCCIÓN

En realidad, la productividad, está relacionada con cualquier tipo de organización o sistema, incluidos los servicios, y en particular la información. Los especialistas en información se han convertido en un nuevo recurso para impulsar la productividad. La tecnología de la información en sí aporta nuevas dimensiones a los conceptos y a la medición de la productividad.

El concepto de productividad está ligado con la calidad del producto, de los insumos y del propio proceso. Un elemento trascendental es la calidad en la mano de obra, su administración y sus condiciones de trabajo.

La Productividad debe entonces examinarse desde el punto de vista social y económico. Las actitudes hacia el trabajo y el rendimiento pueden mejorar gracias a la participación de los empleados en la planificación de las metas, en la puesta en práctica de procesos y en los beneficios de la productividad.

La eficacia es la medida en que se alcanzan las metas. Este concepto, permite elaborar definiciones de productividad adecuadas para cualquier empresa.

Aun así, surge la dificultad de que el numerador y el denominador para efectuar comparaciones de la eficacia puedan ser completamente diferentes, al reflejar características específicas como las estructuras organizativas y las metas políticas, sociales y económicas del país o sector de que se trate.

Por ese motivo, la definición de productividad es compleja y no refleja solamente un problema técnico y gerencial. Es una cuestión que concierne a los órganos estatales, los sindicatos y otras instituciones sociales.

De ahí:

“El principal indicador del mejoramiento de la productividad es una relación decreciente del insumo al producto a calidad constante o mejorada.”

En general, la productividad podría considerarse como una medida global de la forma en que las organizaciones satisfacen los criterios siguientes:

•Objetivos: medida en que se alcanzan.

•Eficiencia: grado de eficacia con que se utilizan los recursos para crear un producto útil.

•Eficacia: resultado logrado en comparación con el resultado posible.

•Comparabilidad: forma de registro del desempeño de la productividad a lo largo del tiempo.

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IMPORTANCIA Y FUNCIÓN DE LA PRODUCTIVIDAD

La importancia de la productividad para aumentar el bienestar nacional se reconoce ahora universalmente.

No existe ninguna actividad humana que no se beneficie de la productividad.

Es importante porque la mayor parte del aumento del ingreso nacional bruto se produce mediante el mejoramiento de la eficacia y la calidad de mano de obra, y no mediante la utilización de más trabajo y capital.

Los cambios en la productividad tienen considerable influencia en numerosos fenómenos sociales y económicos, tales como el rápido crecimiento económico, el aumento de los niveles de vida, las mejoras de la balanza de pagos de la nación, el control de la inflación e incluso el volumen de las remuneraciones, las relaciones costo/precio, las necesidades de inversión de capital y empleo.

ejemplos

La productividad determina asimismo en gran medida el grado de competitividad internacional de los productos de un país. Si la productividad del trabajo en un país se reduce en relación con la productividad en otros países que fabrican los mismos bienes, se crea un desequilibrio competitivo.

Algunos países que no logran seguir el ritmo de los niveles de productividad de sus competidores optan por devaluar sus monedasnacionales. No obstante, de ese modo se reduce el ingreso real de esos países al resultar los bienes importados más caros y al aumentar la inflación interna.

La baja productividad entonces produce inflación, un saldo comercial negativo, una escasa tasa de crecimiento y desempleo.

Es evidente que el círculo vicioso de la pobreza, el desempleo y la baja productividad sólo se puede romper mediante un aumento de la productividad. Una mayor productividad nacional no sólo significa un uso óptimo de los recursos, sino que contribuye también a crear un mejor equilibrio entre las estructuras económicas, sociales y políticas de la sociedad.

5

Retraso en la formación de capital (y relación insuficiente capital-

trabajo)

Menor utilización de la capacidad de las

fábricas nacionales

Aumento reducido de la productividad (en

comparación con los precios de los factores

especialmente del trabajo y de la energía)

Aumento de los precios (de los productos

internos y de exportación)

Aumento del costo unitario (trabajo y

energía)

Ventas flojas (en los mercados nacional y

extranjero)

MODELO DE LA TRAMPA DE LA PRODUCTIVIDAD

BAJA

anterior

SINGAPURLa Junta Nacional de Productividad (acerca de un estudio de productividad en 1984) indica que más de la mitad de la contribución al aumento del producto interno bruto per cápita (PIB) es atribuible a la productividad del trabajo con respecto al período 1966-1983. Esto significa que la productividad del trabajo ha sido el principal factor del aumento del nivel de vida en Singapur.

FILIPINASEn este país se puede ver fácilmente el efecto de la baja productividad. La inmensa mayoría de los aumentos logrados en el producto total del país (97,7%) de 1900 a 1960 se deben a incrementos en los factores extensivos de producción (uso de más recursos) y sólo el 2,3% se puede atribuir a la productividad. Esto pone de relieve un defecto esencial en el proceso de crecimiento económico a largo plazo.

El proceso de producción es un sistema social complejo, adaptable y progresivo. Las relaciones recíprocas entre trabajo, capital y el medio ambiente social y organizativo son importantes en tanto están equilibradas y coordinadas en un conjunto integrado. El mejoramiento de la productividad depende de la medida en que se pueden identificar y utilizar los factores principales del sistema de producción social. En relación con este aspecto, conviene hacer una distinción entre tres grupos principales de factores de productividad, según se relacionen con:

-el puesto de trabajo

-los recursos

-el medio ambiente.

Factores del mejoramiento de la productividad

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Como el principal interés aquí es el análisis económico de los factores de gestión más que los factores de productividad como tales, se sugiere una clasificación que ayudará a los directores y gerentes a distinguir los factores que pueden controlar. De esta manera, el número de factores que se han de analizar y en los que se ha de influir disminuye considerablemente. La clasificación sugerida en un trabajo de Mukherjee y Singh.

Externos (no controlables)

Internos (controlables)

Los factores externos son los que quedan fuera del control de una empresa determinada, y los factores internos son los que están sujetos a su control. Para ocuparse de todos esos factores se requieren diferentes instituciones, personas, técnicas y métodos. Por ejemplo, en cualquier intento de mejorar el rendimiento en donde se proyecte tratar de los factores externos que afectan a la gestión de la empresa, deben tomarse esos factores en consideración durante la fase de planificación del programa y tratar de influir en ellos mediante la unión de fuerzas con otras partes interesadas.

Por tanto, resulta evidente que el primer paso para mejorar la productividad consiste en identificar los problemas que se plantean en esos grupos de factores. El siguiente paso consiste en distinguir los factores que son controlables.

Los factores que son externos y no controlables para una institución pueden ser a menudo internos para otra. Los factores externos a una empresa, por ejemplo, podrían ser internos en las administraciones públicas, o en las instituciones, asociaciones fiscal, crear una mejor legislación del trabajo, proporcionar mejor acceso a los recursos naturales, mejorar la infraestructura social, la política de precios, etc., pero las organizaciones no pueden hacerlo por si mismas.

Los factores externos tienen interés para una empresa porque la comprensión de esos factores puede inducir a la adopción de ciertas medidas que modificarían el comportamiento de una empresa y su productividad en largo plazo. A continuación se sugiere el cuadro integrado de los factores que constituyen una fuente importante de mejoramiento de la productividad.

FACTORES DE PRODUCTIVIDAD DE LA EMPRESA

FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros

Ajustes estructurales

Factores blandos

Recursos naturales

Administración publica

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FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Factores blandos

Recursos naturales


ProductoPlanta Tecnología Materiales


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Factores blandos

Recursos naturales


Producto Planta Tecnología Materiales

PRODUCTO

La productividad del factor producto significa el grado en que satisface las exigencias de la producción. El

valor de uso es la suma de dinero que el cliente está

dispuesto a pagar por un producto de calidad

determinada. El valor de uso se puede mejorar

mediante un perfeccionamiento del diseño y las especificaciones. Muchas empresas de todo el

mundo libren una batalla constante par incorporar

una excelencia técnica a sus productos comerciales.

La supresión de las divisiones que separan la investigación, la comercialización y la venta se ha

convertido en un factor importante de la

productividad. Por ejemplo, destacadas empresas

japonesas cambian constantemente el diseño de los productos que están en el mercado. El valor del

lugar, el valor de tiempo, el valor de precio de

producto se refieren a la disponibilidad del producto

en el lugar adecuado, en el momento oportuno y a un precio razonable.


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Factores blandos

Recursos naturales


Producto PlantaTecnologíaMateriales

PLANTA Y EQUIPO

Estos elementos desempeñan un papel central en

todo programa de mejoramiento de la productividad mediante:

-un buen mantenimiento;

-el funcionamiento de la planta y el equipo en las

condiciones óptimas;

-el aumento de la capacidad de la planta mediante la eliminación de los estrangulamientos y la adopción

de medidas correctivas;

-la reducción del tiempo parado y el incremento del

uso eficaz de las máquinas y capacidades de la planta disponibles.

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FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Factores blandos

Recursos naturales


Producto Planta TecnologíaMateriales

TECNOLOGÍA

La innovación tecnológica constituye una fuente importante de aumento de la productividad. Se

puede lograr un mayor volumen de bienes y

servicios, un perfeccionamiento de la calidad, la

introducción de nuevos métodos de comercialización,

etcétera, mediante una mayor automatización y tecnología de la información. La automatización

puede asimismo mejorar la manipulación de los

materiales, el almacenamiento, los sistemas de

comunicación y el control de la calidad.


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Factores blandos

Recursos naturales



MATERIALES Y ENERGÍAEntre los aspectos importantes de la productividad

de los materiales cabe mencionar los siguientes:Rendimiento del material: producción de productos

útiles o de energía por unidad de material utilizado.

Depende de la selección del material correcto, su

calidad, el control del proceso y el control de los productos rechazados;

Uso y control de desechos;

Perfeccionamiento de los materiales mediante la

elaboración inicial para mejorar la utilización en el proceso principal;

Empleo de materiales de categoría inferior y más

baratos;

Sustitución de las importaciones; Mejoramiento del índice de rotación de las

existencias para liberar fondos vinculados a ellas con

el fin de destinarlos a usos más productivos;

Mejoramiento de la gestión de las existencias para evitar que se mantengan reservas excesivas;

Promoción de las fuentes de abastecimiento.



FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Factores blandos

Recursos naturales


Personas OrganizaciónMétodos Estilos

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Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


PERSONAS

Como principal recurso y factor central en todo

intento de mejoramiento de la productividad, todas

las personas que trabajan en una organización tienen una función que desempeñar como

trabajadores, ingenieros, gerentes, empresarios y

miembros de los sindicatos. Cada función tiene un

doble aspecto: dedicación y eficacia.

La dedicación es la medida en que una persona se

consagra a su trabajo. Las personas difieren no sólo en su capacidad, sino también en su voluntad para

trabajar. Esto se explica por medio de una ley del

comportamiento: la motivación disminuye si se

satisface o si queda bloqueada su satisfacción. Por ejemplo, los trabajadores pueden desempeñar sus

funciones sin efectuar un trabajo duro (falta de

motivación), pero incluso si trabajaran a su plena

capacidad no estarían satisfechos (la motivación queda separada de la satisfacción).

Personas OrganizaciónMétodosEstilos

Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


ORGANIZACIÓN Y SISTEMAS

Los conocidos principios de la buena organización,

como la unidad de mando, la delegación y el área de

control tienen por objeto prever la especialización y la división del trabajo y la coordinación dentro de una

empresa. Una organización necesita funcionar con

dinamismo y estar reorganización de cuando en

cuando para alcanzar nuevos objetivos.

Un motivo de la baja productividad de muchas

organizaciones es su rigidez. Son incapaces de

prever los cambios del mercado y de responder a ellos, ignoran las nuevas capacidades de la mano de

obra, las nuevas innovaciones tecnológicas y otros

factores externos (ambientales). Las organizaciones

rígidas carecen de una buena comunicación

horizontal. Esto retrasa la adopción de decisiones y obstaculiza la delegación de atribuciones para

acercarlas al lugar donde se realiza la acción,

favoreciendo así la ineficiencia y la burocratización.


Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


MÉTODOS DE TRABAJO

El mejoramiento de los métodos de trabajo –

especialmente en las economías en desarrollo que

cuentan con escaso capital y en las que predominan las técnicas intermedias y los métodos en que

predomina el trabajo – constituye el sector más

prometedor para mejorar la productividad. Las

técnicas relacionadas con los métodos de trabajo tienen por finalidad lograr en que se realiza, los

movimientos humanos que se llevan a cabo, los

instrumentos utilizados, la disposición del lugar de

trabajo, los materiales manipulados y las máquinas

empleadas. Los métodos de trabajo se perfeccionan mediante el análisis sistemático de los métodos

actuales, la eliminación del trabajo innecesario y la

realización del trabajo necesario con más eficacia y

menos esfuerzo, tiempo y costo. El estudio del trabajo, la ingeniería industrial y la formación

profesional son los principales instrumentos para

mejorar los métodos de trabajo.

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Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


ESTILOS DE DIRECCIÓN

Se sostiene la opinión de que en algunos países se

puede atribuir a la dirección de las empresas el 75%

de los aumentos de la productividad, puesto que es responsable del uso eficaz de todos los recursos

sometido al control de la empresa. Un experto en

productividad y asesor de numerosas compañías

japonesas cree que hasta el 85% de problemas relacionados con la calidad y la productividad en la

industria estadounidense son problemas comunes

del sistema cuya corrección incumbe a la dirección

de la empresa y no al trabajador individual. No existe

ningún estilo perfecto de dirección. La eficacia depende de cuándo, dónde, cómo y a quién un

gerente aplica un estilo.

Cambios económicos Cambios demográficos


Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


AJUSTES ESTRUCTURALES

Los cambios estructurales de la sociedad influyen a

menudo en la productividad nacional y de la empresa

independientemente de la dirección de las compañías. Son embargo, en largo plazo esta

interacción es de doble sentido. De la misma manera

que los cambios estructurales influyen en la

productividad, los cambios de productividad modifican también la estructura. Esos cambios no

sólo son el resultado, sino también la causa del

desarrollo económico y social.

La comprensión de esos cambios ayuda a mejorar la política estatal, contribuye a que la planificación de la

empresa sea más realista y esté orientada hacia

fines y ayuda a crear una infraestructura económica

y social. Los cambios estructurales más importantes son de carácter económico, social y demográfico.


Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


CAMBIOS ECONÓMICOS

Los cambios económicos más importantes guardan

relación con las modalidades del empleo y la

composición del capital, la tecnología, la escala y la competitividad. El traslado de empleo de la

agricultura a la industria manufacturera ha provocado

un incremento de la productividad en toda la

economía que ha superado el crecimiento de la productividad en un solo sector en los países

desarrollados. El número de personas empleadas en

la agricultura, la silvicultura y la pesca en esos

países ha pasado ahora a ser tan pequeño que esta

fuente histórica de crecimiento de la productividad tiene muy escasas posibilidades de crecimiento

futuro. Sin embargo, en muchos países en desarrollo

esas transferencias seguirán siendo una fuente de

alto crecimiento de la productividad en el futuro, al pasar más personas del sector agrícola de baja

productividad al sector manufacturero.

11


Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


Hay diez factores principales que influyen en la

competitividad:

*El dinamismo de la economía medido por criterios como las tasas de crecimiento, la fuerza monetaria,

la producción industrial y el rendimiento por persona.

*La eficacia industrial, que entraña los costos de

personal: directos e indirectos, la producción percápita, y la motivación, rotación y absentismo de los

trabajadores.

*La dinámica del mercado, cuando se intensifican

los esfuerzos para mejorar la competitividad y se orientan mejor hacia fuerzas del mercado más

intensas.

*El dinamismo financiero, que es la fuerza e

importancia del sector bancario comercial, los mercados de capital y valores y su capacidad para

proporcionar capital.

*Los recursos humanos, que son el dinamismo de

la población y la fuerza de trabajo, el empleo, el desempleo, la calidad de la dirección y la motivación.


Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


*La función del estado en las políticas fiscales y

otras reglamentaciones.

*Los recursos y la infraestructura (servicios de transporte y comunicaciones), las fuentes internas de

energía y de materas primas.

*La orientación exterior, la voluntad de promover el

comercio activamente, la compra y venta de bienes, las inversiones relacionadas con los servicios o

cualquier otra forma de intercambio internacional.

*La orientación hacia la innovación que insiste en

los esfuerzos nacionales de investigación y desarrollo, las actitudes de las empresas y de la

administración pública con respecto a la explotación

de nuevas ideas, productos y procedimientos de

producción.*El consenso y la estabilidad sociopolíticos, el

grado en que las estrategias y políticas reflejan las

aspiraciones de una sociedad.


Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


CAMBIOS DEMOGRÁFICOS Y SOCIALES

Los cambios estructurales en la fuerza de trabajo son

demográficos y sociales. Las tasas elevadas de

natalidad y las tasas bajas de mortalidad del período de posguerra provocaron un aumento de la población

mundial de 2 500 millones de habitantes en 1950 a 4

440 millones de habitantes en 1980. A mediados del

decenio de 1960, la explosión demográfica de la posguerra comenzó a llegar al mercado de trabajo.

Al mismo tiempo, el número de mujeres que se

incorporaron a la fuerza de trabajo aumentó

constantemente. Además de esto, los trabajadores

de los países industrializados han tenido que competir cada vez más no sólo entre sí, sino también

con la mano de obra de los países en desarrollo. La

productividad y los salarios en los países en

desarrollo tienden a ser inferiores, y el costo total de producción es competitivo.

12


Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


RECURSOS NATURALES

Los recursos naturales más importantes son la mano

de obra, la tierra, la energía y las materias primas. La

capacidad de un nación para generar, movilizar y utilizar los recursos es trascendental para mejorar la

productividad y, por desgracia, a menudo no se tiene

en cuenta.

Mano de obra Tierra Energía Materias primas

Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


MANO DE OBRA

El ser humano es el recurso natural más valioso.

Varios países desarrollados como el Japón y suiza,

que carecen de tierra, energía y recursos minerales, han descubierto que su fuente más importante de

crecimiento es la población, su capacidad técnica, su

educación y formación profesional, sus actitudes y

motivaciones, y su perfeccionamiento profesional. La inversión en esos factores mejora l calidad de la

gestión y de la fuerza de trabajo. Esos países ponen

sumo cuidado en invertir, en instruir y dar formación

a su mano de obra. Los países con un PNB por

habitante superior suelen contar con una población mejor capacitada e instruida. La atención prestada a

la salud y al ocio ha provocado un tremendo ahorro

ocasionado por la reducción de las enfermedades, la

mayor esperanza de vida y el aumento de la vitalidad. La calidad general de la mano de obra ha

aumentado al mejorar la salud.


Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


TIERRA

La tierra exige una administración, explotación y

política nacional adecuadas. Por ejemplo, la

expansión industrial y la agricultura intensiva se han convertido en consumidores activos del factor

material más fundamental, la tierra. Las presiones

para que aumente la productividad agrícola por

trabajador y por hectárea pueden acelerar la erosión del suelo. Esas pérdidas de tierra pueden a menudo

estar enmascaradas por el empleo de más

fertilizantes, pero con un costo cada vez mayor y con

el peligro de la contaminación ambiental. La

elevación del costo de los insumos agrícolas de gran densidad de energía, la limitada disponibilidad de

nuevas tierras y la apremiante necesidad de una

economía agropecuaria más cuidadosa para impedir

graves erosiones abogan por un más prudente uso de las tierras disponibles.


13

Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


ENERGÍA

La energía es el recurso siguiente por orden de

importancia. El drástico cambio de los precios de la

energía durante el decenio de 1970 fue la causa única más trascendental de la reducción de la

productividad y del crecimiento económico. Gran

parte de las inversiones de capital que se efectuaron

durante ese decenio contribuyeron poco a elevar la productividad de la mano de obra, puesto que se

destinaron a equipar con herramientas nuevas a las

economías para ajustarse a los precios más

elevados de la energía.


Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


MATERIAS PRIMAS

Las materias primas son también un factor de

productividad importante. Los precios de las materias

primas están sujetos a fluctuaciones del mismo tipo que los precios del petróleo, aunque en formas

menos extremas. A medida que las fuentes de

minerales más ricas y accesibles se van agotando, la

necesidad de explorar categorías inferiores de yacimientos en emplazamientos más difíciles ha

obligado a recurrir a un uso más intensivo del capital

y del trabajo. Esto reduce el aumento de la

productividad en las minas a pesar del incremento de

la automatización en muchos países. La explotación de minas cada vez más marginales hace decrecer

aun más la productividad.Mano de obra Tierra Energía Materias primas

Factores blandos


FACTORES INTERNOS

FACTORES EXTERNOS

Factores duros


Recursos naturales


ADMINISTRACIÓN PÚBLICA E INFRAESTRUTURA

Las políticas y programas estatales repercuten

fuertemente en la productividad por intermedio de:

•Las prácticas de los organismos estatales;

•Los reglamentos (como las políticas de control de precios, ingresos y remuneraciones);

•El transporte y las comunicaciones;

•La energía;

•Las medidas y los incentivos fiscales (tipos de

interés, aranceles aduaneros, impuestos).


14

Factores de la productividad de la empresa

Factores internos Factores externos

Factores duros

Factores blandos


Recursos naturales

Administración pública e infraestructura

Producto

Planta y equipo

Tecnología

Materiales

y energía

Personas

Organización

y sistemas

Métodos

de trabajo

Estilos de

dirección

Mecanismos

institucionales

Políticas y estrategia

Infraestructura

Empresas

públicas

Mano de

obra

Tierra

Energía

Materias

primas

Económicos

Demográficos

y sociales

1




2




3




4




5




Ω

6



INCUMPLIMIENTOS DEL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES


7



ANALISIS DIMENSIONAL

Aplicar el análisis dimensional en el despeje de fórmulas y en la obtención correcta de unidades

Existen diferentes sistemas de unidades. Las cantidades físicas pueden expresarse en distintas unidades según la

escala en que esté graduado el instrumento de medición.

Una distancia puede expresarse en metros, kilómetros, centímetros o píes, sin importar cual sea la unidad empleada

para medir la cantidad física distancia, pues todas ellas se refieren a una dimensión fundamental llamada longitud,

representada por L.

El buen manejo de las dimensiones de las cantidades físicas en una ecuación o fórmula física, nos permite comprobar si

son correctas y si se trabajaron debidamente.

Al aplicar una ecuación o fórmula física, debemos recordar dos reglas:

1.- Las dimensiones de las cantidades físicas a ambos lados del signo de igualdad, deben ser las mismas.

2.- Sólo pueden sumarse o restarse cantidades físicas de la misma dimensión.

Ejemplo:

Partiendo de las dimensiones: longitud (L), masa (M) y tiempo (t), obtendremos las ecuaciones dimensionales de

algunas cantidades físicas:

• Ecuación dimensional para el área:

A = lado x lado = l·l = l 2

• Ecuación dimensional para la velocidad:

V = d / t = l / t

Si conocemos las dimensiones de una cantidad física podemos trabajar las unidades correspondientes según el sistema

de unidades.

EJEMPLO

Demostrar que la fórmula es dimensionalmente válida.

d = (V0t + at2) / 2


8



NUMEROS ADIMENSIONALES

El Teorema de Pi de Vaschy-Buckingham es el teorema fundamental del análisis

dimensional. El teorema establece que dada una ecuación física en la que están

involucradas n variables físicas, si dichas variables se expresan en términos de kcantidades físicas independientes, entonces la ecuación original es equivalente a una ecuación con una serie de p = n - k números adimensionales construidos con

las variables originales.

Este teorema proporciona un método de construcción de parámetros

adimensionales incluso cuando la forma de la ecuación es desconocida. De todas formas la elección de parámetros adimensionales no es única y el teorema no elige

cuáles tienen significado físico.


L

r

z

δδδδq

k

ρ,µ,ρ,µ,ρ,µ,ρ,µ,h, β,, β,, β,, β,Cp

Tf

D

Ts

gc, J, g Vz

Se ilustra el procedimiento del teorema pi considerando un sistema típico

De transferencia de calor por convección desde la pared de una tubería

Hacia la masa principal de un fluido.

PASO 1 DATOS

9


Q/L2tThCoeficiente de transferencia de calor9

Q/MTCpCalor específico del fluido10

T-1βCoeficiente de expansión térmica del fluido11

ML/Ft2gcFactor de conversión 12

J

κ

∆T

g

Vz

µ

ρ

L

L

SIMBOLO

FL/QEquivalente mecánico de calor13

Q/LtTConductividad térmica del fluid8

TDiferencial de temperatura entre la pared y

la masa principal del fluido7

L/t2Aceleración de la caída libre6

L/tVelocidad media del fluido5

M/LtViscosidad del fluido4

M/L3Densidad del fluido3

LLongitud2

LDiámetro de la tubería1

DIMENSIONESVARIABLE

PASO 2 ESPECIFICACION DE VARIABLES

Puede observarse que las constantes dimensionales son introducidas como variables


QENERGIA5

F

T

t

M

L

SIMBOLO

FUERZA6

TEMPERATURA4

TIEMPO3

MASA2

LONGITUD1

VARIABLEn.v

Entonces las dimensiones implícitas en dichas dimensiones son

Por lo tanto se pueden obtener:

π =13-6 = 7 números adimensionales independientes que permitirán a

través de correlaciones empíricas describir el comportamiento del sistema dado.

7,6,5,4,3,2,1 πππππππ


PASO 3 NATURALEZA DE LOS GRUPOS π

Cualquiera de estos grupos está conformado por dos partes fundamentales: El núcleo de variables (n.v) y cierta propiedad característica (p.c), así se tiene:

πi = (n.v) (p.c)El núcleo de variables presenta las siguientes características:

• Deberá aparecer en todos los grupos adimensionales π.

• Deberán contener entre todas las variables del núcleo a todas las dimensiones de forma tal que

no podrán combinarse entre ellas con carácter adimensional, lo cual se logra incluyendo una

variable cuya dimensión aparezca solamente una vez.

•Las propiedades no deberán repetir dimensiones entre sí.

• Estará conformado por aquellas propiedades de menor interés según la situación física en estudio.

• El número de variables de dicho núcleo equivaldrá al numero de dimensiones fundamentales.

• Es posible que existan más de una posibilidad de definir el núcleo de variables por lo que suele ser común definir su naturaleza por tanteos.

7,6,5,4,3,2,1 πππππππ

La propiedad característica la constituyen las variables más importantes según el proceso en

estudio y se distribuyen una a una, empezando en el numero π1 con la variable en estudio.

gc, J, L, ρ, µ, κ

(n.v)= 6 (p.c)

h,, D, Vz, g, ∆T, Cp, β

10


PASO 4 ADIMENSIONALIZACIÓN DE LOS GRUPOS π(TRATAMIENTO ALGEBRAICO)

Los números π se expresan como el producto de las magnitudes seleccionadas elevándolas a exponentes

desconocidos (a, b, c, etc.) excepto la propiedad característica la cual se eleva a la unidad. Una vez elevadas

es obvio que al ser adimensionales son igualadas a la unidad, luego se iguala esto a las variables elevadas a la cero potencia para que multiplicadas den la unidad. Los exponentes se determinan por calculo dimensional.

Así se tiene para el primer numero π adimensional.

Se pueden formar 7 grupos adimensionales con una base nuclear de 6 más la propiedad

característica, así como se formaran los siguientes números adimensionales

π1= gc, J, L, ρ, µ, κ, h π2= gc, J, L, ρ, µ, κ, D π3= gc, J, L, ρ, µ, κ, Vz

π4= gc, J, L, ρ, µ, κ, g π5= gc, J, L, ρ, µ, κ, ∆T π6= gc, J, L, ρ, µ, κ, Cp

π7= gc, J, L, ρ, µ, κ, β

( )

10:

0:

10:

120:

230:

0:

11

,,,,,,1

00000

1

232

1

++−=

+−=

−−=

−−−−=

−−−−++=

++=

==

=

=

fbQ

baF

fT

feat

fedcbaL

edaM

QFTtLMtTL

Q

LtT

Q

Lt

M

L

ML

Q

FL

Ft

ML

hLJg

fed

c

ba

fedcba

c

π

κµρπ

REOLVIENDO LAS

ECUACIONES

1

1

0,,,,

,,,,,,1 1100100

−=

=

=

== −

f

c

edba

LhhLJg

cκ

κµρπ


L

DDLJgc == − 1000100

,,,,,,2 κµρπ

2

231022300

,,,,,,3µ

ρκµρπ

gLgLJg

c== −

2

231022300

,,,,,,4µ

ρκµρπ

gLgLJg

c== −

3

221132211

,,,,,,5µ

κρκµρπ

TJLgTLJg c

c

∆=∆= −

κ

µκµρπ

CpCpLJgc == − 1110000

,,,,,,6

κρ

βµβκµρπ

22

31132211

,,,,,,7JL

gLJg c

c== −−−−

Así de la misma manera para cada numero adimensional tenemos:


11



1


ABIERTO CERRADO AISLADO

SISTEMA


Un sistema puede contener varias fases. Siendo una fase una cantidad de materia homogénea, una sustancia pura tiene una estructura química única (atómica o molecular).

Una vez elegido el sistema para su análisis, se le puede describir en función de sus propiedades (característica del sistema). Ejemplo de propiedades son la temperatura, presión, composición, volumen, masa, densidad, etc.

PROPIEDADES

EXTENSIVAS: DEPENDEN DEL TAMAÑO DEL SISTEMA

Masa, volumen, entalpía, capacidad calorífica, etc.

INTENSIVAS: INDEPENDIENTES DEL TAMAÑO DEL SISTEMA

Ejemplos: presión, temperatura, densidad, calor específico, etc.

Cuando una propiedad extensiva se divide por la masa del mismo, la propiedad resultante se denomina propiedad específica.

Regla de las fasesEl estado de un fluido puro homogéneo queda determinado cada vez que se dan valores definidos a dos propiedades termodinámicas intensivas. En contraste, cuando dos fases están en equilibrio, el estado del sistema es determinado cuando se especifica una de dichas propiedades. Por ejemplo, la mezcla de vapor y agua líquida en equilibrio a 101,33 kPa sólo puede existir a 100°C.Es imposible cambiar la temperatura sin cambiar también la presión, si se desea que el vapor y el líquido continúen existiendo en equilibrio. El número de variables independientes que debe fijarse de manera arbitraria para establecer el estado intensivo de cualquier sistema, esto es, el número de grados de libertad F del sistema, está dado por la célebre regla de las fases de J. Willard Gibbs, quien la dedujo en 1875 a partir de consideraciones puramente teóricas. A continuación se presenta esta regla sin demostración, en la forma que se aplica a los sistemas donde no hay reacciones químicas

F = 2- π + N donde π = número de fases, y N = número de especies químicas.


Ejemplo ¿Cuántos grados de libertad tiene cada uno de los sistemas siguientes?

a) Agua líquida en equilibrio con su propio vapor.b) Agua líquida en equilibrio con una mezcla de vapor de agua y nitrógeno.c) Una solución líquida de alcohol en agua en equilibrio con su propio vapor.

SOLUCIÓN a) El sistema contiene sólo una especie química. Existen dos fases (líquida y vapor). Por tanto,

F = 2- π + N =2- 2 + 1 = 1

Este resultado está de acuerdo con el hecho bien conocido de que para una presión dada el agua sólo tiene un punto de ebullición. Por tanto, para un sistema que contiene agua en equilibrio con su vapor, debe especificarse la temperatura o la presión, pero no ambas.

2


MEDIDAS DE CANTIDAD O TAMAÑO

Tres medidas de cantidad o tamaño son de uso común:

Masa, m Numero de moles, n Volumen total, Vt

Para un sistema especifico están en proporción directa una de otra.

M

mn =

El volumen, es una cantidad definida por tres longitudes. Este se puede dividir entre la masa o el numero de moles para obtener el volumen especifico ó molar.

m

VV

t

=Volumen específico n

VV

t

=Volumen molar

La densidad molar o específica se define como el reciproco del volumen molar o específico.

1−= Vρ

Estas cantidades (V y ρ) son independientes del tamaño del sistema es decir son variables intensivas. Sin embargo, son función de la temperatura, presión y composición.

M es la masa molar


Fracción molar y fracción en masa (peso)

La fracción molar es simplemente la cantidad de moles de una sustancia específica divididos entre el número total de moles presentes. Esta definición se cumple para los gases, líquidos y sólidos. De manera similar, la fracción en masa (peso) no es más que la masa m de la sustancia dividida entre la masa total de todas las sustancias presentes. Aunque lo que se pretende expresar es la fracción en masa, en ingeniería suele usarse el término fracción en peso. Matemáticamente, estas ideas pueden expresarse como:

T

AA

n

n

totalesmoles

AdemolesXAdemolarFracción ===

T

AA

m

m

totalmasa

AdemasaXAdemasaFracción ===

Mol

Es la cantidad de substancia que tiene 6.02x1023 (numero de Avogadro NA) entidades elementales. Número Igual al de átomos que hay en 12g de carbono 12.

La mol es el peso molecular (masa molar) de un compuesto o un elemento. Como sabemos el peso molecular es la suma de los pesos atómicos de el elemento o elementos de un compuesto.

Gramomol (gmol) es el peso molecular expresado en gramos.Libramol (Lbmol) es el peso molecular expresado en libras.

Se debe aclarar que 1gmol = 6.02x1023 moléculas.

1Lbmol = 6.02x1023 x 453.6 moléculas.

Otro termino importante es el peso molecular medio el cual es ∑∑

=

==n

i i

n

i i

n

MinPM

1

1_____


Ejemplo1: Suponga que se tiene una mezcla de 3 componentes (agua, etanol, metanol) con las siguientes masas:

Agua: 13g

Etanol: 79g

Metanol: 8g

Calcule: fracción peso, mol, %peso, %mol.

Determine para cada sustancia cuantas moléculas existen y en la mezcla.

Ejemplo2: La composición del aire atmosférico es variable, depende de la humedad, de las condiciones climatológicas y de las emisiones que reciba. A continuación se da un análisis :

21O2

79N2

%EN MOLCOMPONENTECalcule el peso molecular medio del aire

3


Densidad absoluta

La densidad es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuente y coloquialmente se expresa en g/cm3.

V

m=ρ

Densidad relativa

La densidad relativa es también llamada gravedad específica o peso específico, y es la relación entre la densidad de una sustancia y la de otra, tomada como patrón. Generalmente para sólidos y líquidos se emplea el agua destilada, y para gases, el aire o el hidrógeno. Para ser precisos al referirse al peso específico relativo, se debe indicar la temperatura a la que se mide cada la densidad. De este modo,

ρ

ρρ 0=r

donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad (agua ejemplo) y ρ0 es la densidad de la sustancia.

El efecto de la temperatura y la presión en los sólidos y líquidos es muy pequeño, por lo que típicamente la compresibilidad de un líquido o sólido es de 10–6 bar –1 y el coeficiente de dilatación térmica es de 10–5 K –1.

RT

PM=ρ

Donde R es la constante universal de los gases, P es la presión, T la temperatura y M la masa molar.

el peso específico relativo cuando la disolución está a 20°C y la sustancia de referencia (agua) está a 4°C es de 0.73. Si se desconocen las temperaturas para las que se expresa el p.e.r., se debe suponer la temperatura ambiente y 4°Crespectivamente. Puesto que la densidad del agua a 4°C es muy cercana a 1.0 g/cm3 (62.4 lbm/ft3).

Densidad de los gases



En la industria petrolera el peso específico relativo de los productos del petróleo suele informarse en términos de una escala de hidrómetro llamada “API”. La ecuación de la escala API es:

5.131

º60

º60...

5.141º −=

F

Frep

API

El volumen, y por tanto la densidad, de los productos del petróleo varia con la temperatura, y la industria petrolera ha establecido los 60°F (15.55°C) como la temperatura estándar para el volumen y el peso específico relativo API. La escala “API está cayendo en desuso conforme se adoptan las unidades del SI para mediciones de densidad.

Densidad en grados Baumé (ºBe)

Es una escala muy usada para medir líquidos usando densímetros. Hay dos escalas; una para líquidos más ligeros que el agua y otra para líquidos más pesados.

Para líquidos más ligeros Para líquidos más pesados

130

º60

º60...

140º −=

F

Frep

Be

F

Frep

Be

º60

º60...

145145º −=

4


Ejemplo1: Si el dibromopentano (DBP) tiene un peso específico relativo de 1.57, ¿cuál es su densidad en a) g/cm3? b) lbm/ft3? y c) kg/m3?

Ejemplo2: Por una tubería de 1,049 in de diámetro interior y 1.4 millas de longitud viaja un fluídomás ligero que el agua que tiene una densidad de 33.74 ºBe. Calcule:

a) La cantidad de m3 fluído contenido en la tubería.b) La masa del fluído contenido en la tubería.

Ejemplo3: Calcule la densidad en ºBe de una solución formada por el 20% en masa de benceno y el 80% de dicloroetano, si se tiene como dato que a 25ºC la densidades relativas son 0.872 y 1.246 respectivamente.

Ejemplo 4: al analizar una corriente líquida de acido clorhídrico se obtiene que su densidad es de 23.16 ºAPI y molaridad de 12. ¿Cúal es la fracción peso,

Ejemplo 5: La densidad del agua ha sido estudiada experimentalmente por Kell en el inervalo de 5ºC a 40ºC. Determine la densidad a 20ºC

Ejemplo 6: Una esfera de hierro de 3 kg se sumerge en una probeta y desplaza un volumen de 4 litros. Determine la densidad de la esfera.


TEMPERATURA

En general, lo común es medir la temperatura con termómetros de vidrio llenos de líquido, en los que el líquido se expande cuando se calienta. Así es como un tubo uniforme, lleno parcialmente con mercurio, alcohol o algún otro fluido, puede indicar el grado de “calentamiento” por la longitud de la columna de fluido. Sin embargo, la asignación de valores numéricos al grado de calentamiento se hace mediante una definición arbitraria.

No debe confundirse al calor con la temperatura, el calor es una energía en transito y y fluirá cuando existe una diferencia de temperaturas entre 2 cuerpos. Así la temperatura es una medida de la energía cinética media de sus moléculas.

Escalas de temperatura

Para la escala Celsius, el punto del hielo fundente (punto de congelación del agua saturada con aire a presión atmosférica estándar) es cero, y el punto de vapor (punto de ebullición del agua pura a presión atmosférica estándar) es 100.

La escala de temperatura del sistema SI, con el kelvin, símbolo K, como unidad, está basada en el gas ideal como fluido termométrico. Las temperaturas Kelvin tienen el símbolo T. Las temperaturas Celsius, con símbolo t, están relacionadas con las temperaturas Kelvin por


Además de las escalas Kelvin y Celsius, existen otras dos que emplean los ingenieros en Estados Unidos: la escala Rankine y la escala Fahrenheit. La escala Rankine está relacionada directamente con la Kelvin por:

TKTR 8.1=La escala Fahrenheit está relacionada con la Rankine por:

67.459º −= TRFt

La relación entre las escalas Fahrenheit y Celsius estádada por:

32º8.1º += CtFt

15.273º −= TKCt

Es preciso reconocer que el grado unitario (esto es, la diferencia de temperatura unitaria) en la escala kelvin-Celsius no tiene el mismo tamaño que en la escala Rankine-Fahrenheit. Si ∆”F representa la diferencia de temperatura unitaria en la escala Fahrenheit, ∆R la diferencia de temperatura unitaria en la escala Rankine,

∆ºF = ∆R ∆ºC = ∆K

∆ºC = 1.8 · ∆ºF ∆K = 1.8 · ∆R

5


PROBLEMA 1: Se desea construir una nueva escala de temperaturas basadas en cierto compuesto. La escála se llamará “Escala unistmo”. En esta nueva escala 0 ºU corresponden a 5ºC temperatura de fusión del compuesto y 100 ºU a 80ºC temperatura de ebullición del compuesto.

La formula para convertir de ºC a ºU.A que temperatura equivalen 200 ºU en ºCA que temperatura equivalen 794 ºR

PROBLEMA 2: La conductividad térmica del aluminio a 32ºF es 117 Btu/(h)(ft2)(ºFlft). Calcule el valor equivalente en términos de Btu/(h)(ft2)(K/ft).

PROBLEMA 3: La capacidad calorífica del ácido sulfúrico dada en un manual tiene las

unidades J/(gmol)(ºC) y está dada por la relación capacidad calorífica = 139.1 + 1.56 x 10-1 T

Donde T se expresa en ºC. Modifique la fórmula de modo que la expresión resultante tenga asociadas las unidades de Btu/(lb mol)(R) y T esté en “R.


FUERZA

La unidad de fuerza del SI es el newton, con símbolo N, obtenida de la segunda ley de Newton, la cual expresa la fuerza F como el producto de la masa m y la aceleración a:

El newton se define como la fuerza que cuando se aplica a una masa de 1 kg produce una aceleración de 1 m s-2; por tanto, el newton es una unidad derivada que representa 1 kg m s-2.En el sistema inglés de unidades de ingeniería, la fuerza se considera como una dimensión independiente adicional junto con la longitud, el tiempo y la masa. La librafuerza (lbf) se define como la fuerza que acelera una libra masa 32.1740 ft s-2. En este caso, la ley de Newton debe incluir una constante de proporcionalidad dimensional para reconciliarse con esta definición. Así:

Donde

Por lo tanto:

maF =

cg

maF =

cg

sftlbmlbf

2))((174,321)1(

−•=

))((

))((174,32

lbfs

ftlbmg

c=

Cuando una ecuación contiene ambas unidades, (lbf) y (Ibm), la constante dimensional gctambién debe aparecer en la ecuación para hacer que ésta sea dimensionalmente correcta.


El peso se refiere propiamente a la fuerza de gravedad sobre un cuerpo y se expresa de manera correcta en newtons o en libras fuerza. Desafortunadamente, los estándares de masa a menudo se llaman pesos y al usar una balanza para comparar masas se le llama pesar. Así, hay que distinguir dentro del contexto si se trata de una fuerza o de una masa cuando se usa la palabra “peso” de una manera casual o informal.

Ejemplo 1. Un astronauta pesa 730 N en Houston, Texas, donde la aceleración local de la gravedad es g = 9,792 m s-2. ¿Cuál es la masa y el peso del astronauta en la luna, donde g = 1,67 m s-2?

La aceleración en este caso es la fuerza de atracción de la gravedad. Así a = g

maF = entonces22

55,74792,9

730−−

===ms

N

ms

N

g

Fm

mgF =

Puesto que el newton N tiene las unidades kg m s-2,

kgm 55,74=

La masa es independiente de la posición del astronauta, así la masa en la luna son 75kg,Pero el peso si variará, por lo tanto la fuerza en la luna será:

( ) Ns

kgm

s

mkgmgF 49,12449,12467,155,74

22==

==

6


Problema. Un astronauta pesa 164,1lbf en Houston, Texas, donde la aceleración local de la gravedad es g = 32,13 ft s-2. ¿Cuál es la masa y el peso del astronauta en la luna, donde g = 5,48 ft s-2?

La aceleración en este caso es la fuerza de atracción de la gravedad. Así a = g

cg

maF = entonces

( )lbm

fts

slbf

ftlbmlbf

g

Fgm c 3,164

13,32

174,321,164

2

2

=

==−

•

•

La masa es independiente de la posición del astronauta, así la masa en la luna son 164,3 lbm,Pero el peso si variará, por lo tanto la fuerza en la luna será:

( )lbf

slbf

ftlbm

s

ftlbm

g

mgF

c

98,27

174,32

48,53,164

2

2

=

==

•

•

cg

mgF =


PRESION

La presión P ejercida por un fluido sobre una superficie está definida como la fuerza normal ejercida por el fluido por unidad de área de la superficie. Si la fuerza se mide en N y el área en m2, N m-2 o Pascal, cuyo símbolo es Pa, y es la unidad básica de presión del SI. En el sistema inglés de ingeniería, la unidad más común es la librafuerza por pulgada cuadrada (psi).


El estándar primario para mediciones de presión es la balanza de peso muerto en la cual una fuerza conocida se equilibra con una presión del fluido que actúa sobre un área conocida. El pistón se ajusta de manera cuidadosa en el cilindro, de modo que el juego sea muy pequeño. A continuación se ponen pesos en la bandeja hasta que la presión del aceite, la cual tiende a hacer que se levante el pistón, quede equilibrada por la fuerza de gravedad sobre el pistón y todo lo que éste soporta.

A

FP =

Balanza de peso muertoPor la ley de newton

A

mg=

Donde:

m, es la masa del pistón, la bandeja y los pesos,g es la aceleración local de la gravedad, A es el área de sección transversal del pistón.

7


Puesto que una columna vertical de un fluido dado bajo la influencia de la gravedad ejerce una presión en su base en proporción directa con la altura de la columna, la presión también se expresa como la altura equivalente de una Columna de fluido. Ésta es la base para el empleo de manómetros en la medición de la presión. La conversión de la altura a fuerza por unidad de área se desprende de la ley de Newton aplicada a la fuerza de gravedad que actúa sobre la masa de fluido en la columna. La masa está dada por:

A

FP = gh

A

gAh

A

mgρ

ρ===

m

1 2 3 4

Vasos comunicantes

•La presión sólo depende de la altura, pero no de la forma del

recipiente.

•Todos los puntos a una misma profundidad y mismo liquido se

encuentran a la misma presión, sin importar la forma del

recipiente:

La presión que corresponde a una altura de fluido está determinada por la densidad del fluido y de la aceleración local de la gravedad. El (torr) es la presión equivalente de 1 milímetro de mercurio a 0°C en un campo gravitacional estándar, y es igual a 133,322 Pa.


Principio de Pascal Todo cambio de presión en un

punto de un fluido incompresible

dentro de un recipiente se

transmite íntegramente a todos

los puntos del fluido y a las paredes del recipiente que lo

contiene.Aplicaciones del principio de

Pascal

Prensa hidráulica En el pistón pequeño se aplica

una fuerza F1, la presión producida se transmite a todos los puntos del líquido, por lo que en el pistón grande la fuerza que se ejerce hacia arriba es: F2.

2

2 1

1

AF F

A=

Se aplica una pequeña

fuerza en este lado

Presión p debida a F1

transmitida por todo el fluido

La presión en este lado actúa

sobre un área mayor y produce

mayor fuerza


PRESION ABSOLUTA Y MANOMETRICA

Las presiones, al igual que las temperaturas, se pueden expresar en escalas tanto absolutas como relativas. El hecho de que un dispositivo para medir la presión mida la presión absoluta o la relativa depende de la naturaleza del instrumento medidor. Por ejemplo, un manómetro de extremo abierto (Fig. 1) mediría una presión relativa (presión manométrica), ya que la referencia es la presión de la atmósfera sobre el extremo abierto del manómetro. Por otro lado, si cerramos el extremo del manómetro (Fig. 2) y creamos un vacío en el extremo estaremos midiendo contra un vacío perfecto, o contra “ausencia de presión” y es una presión absoluta.

Figura. 1 Figura. 2

8


Si se toma una lectura con una columna de mercurio como se ilustra en la figura a, con el recipiente abierto a la atmósfera, el dispositivo se llama barómetro, y la lectura de la presión atmosférica recibe el nombre de presión barométrica.

Siempre debemos tener presente que el punto de referencia o el punto cero de las escalas de presión relativa no es constante. La relación entre la presión absoluta y la relativa está dada por la siguiente expresión:

presión manométrica + presión barométrica = presión absoluta

Una presión manométrica negativa, que se tiene cuando la presión atmosférica es mayor que la presión absoluta, frecuentemente recibe el nombre de presión de vacío. Por ejemplo una presión de vacióde 30 kPa es una presión manométrica de -30 kPa.

En la literatura técnica las letras a y g se añaden con frecuencia para indicar valores absolutos o manométricos, por ejemplo psia es presión absoluta y psig es presión manométrica.


Problema 1 Se utiliza un manómetro de peso muerto con un pistón que tiene un diámetro de 1 cm para medir presiones con mucha exactitud. En una medición en particular, una masa de 6.14 kg (incluidos el pistón y la bandeja) logra el equilibrio. Si la aceleración local de la gravedad es 9.82 m sm2, ¿cuál es la presión manométrica medida? Si la presión barométrica es 748(torr), ¿cuál es la presión absoluta?

Problema 2 Para medir la presión de un deposito se emplea un manómetro de extremo abierto. El líquido manométrico es un aceite de densidad relativa 0,87 y la altura del líquido 45,2 cm. Si la presión barométrica es 98,4 kPa, determine la presión absoluta en el depósito en kPa y atm, si g = 9,78 m s-2

Problema 3 El aire fluye por un ducto sometido a una succión de 4.0 cm H2O. El barómetro indica que la presión atmosférica es de 730 mm Hg. ¿Cuál es la presión absoluta del gas en pulgadas de mercurio?


Ejemplo:

9


La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es

El poise es la unidad correspondiente en el sistema CGS de unidades y tiene dimensiones de dinasegundo por centímetro cuadrado o g/cm s. El submúltiplo centipoise (cP), 10-2 poises, es la unidad más utilizada para la viscosidad dinámica. La relación entre el Pascal segundo y el centipoise es:

1Pas = 1 Ns/m2 = 1 kg/(m s) = 103 cP 1 cP = 10-3 Pa s

VISCOSIDAD CINEMÁTICA

Es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad.

1 m2/s = 106 cSt1 cSt = 10-6 m2/s

densidad

idadviscos==

ρ

µν

VISCOSIDAD ABSOLUTA O DINÁMICA

La viscosidad es la medida de la fricción interna de un fluido (µ, η). Esta fricción aparentemente empieza cuando una lámina de fluido se mueve con respecto a otra lámina. La ley fundamental de la viscosidad fue propuesta por Isaac Newton, que establece que la viscosidad (µ, η) de los fluidos permanece constante a cambios en la velocidad de corte (γ) (tipo newtoniano), desafortunadamente, existen fluidos que no tienen este comportamiento y son llamados no newtonianos, en donde la relación esfuerzo de corte (τ)-velocidad de corte (γ) no es constante, no varían en la misma proporción.

µγµτ == =dy

dv

A

Fx

yx


Ley de Newton de la viscosidad

t < 0

x

y

y = Y

y = 0

Fluido inicialmente en reposo

t = 0

V

Lamina inferior puesta en movimiento

t > 0

V

( , )xv t y Formación de la velocidad en flujo no estacionario

V

t → ∞→ ∞→ ∞→ ∞ ( )xv yDistribución final de velocidad para flujo estacionario

F V

A Y= µ= µ= µ= µ

La fuerza por unidad de área es proporcional a la disminución de velocidad con la distancia en Y. Donde la constante de proporcionalidad es la viscosidad. Para cambio diferenciales:

xyx

dv

dyτ = −µτ = −µτ = −µτ = −µ

Esfuerzo cortante

o densidad de flujo de cantidad de movimiento

Gradiente de velocidad

Viscosidad

Los fluidos que cumplen estáley son llamados newtonianos


Fluidos no-newtonianos

xyx

dv

dyτ = −ητ = −ητ = −ητ = −η

xyττττ

xdv

dy−−−−

Newto

niano

Bingha

mShe

ar-th

inning

(Pse

udop

lástic

o)

She

ar-thick

enin

g

(Dila

tant

e)

• Plásticos de Bingham• Plásticos de Ostwald

• Pseudoplásticos• Dilatantes

Fluidos no-newtonianos con viscosidad constante en el tiempo

Existen muchos tipos de comportamientos para los fluidos no newtonianos, caracterizados por la forma en el cambio de la viscosidad en respuesta a la velocidad de corte (Brookfield, 2003). Los tipos más comunes son:

Pseudoplástico: disminuye la viscosidad cuando se incrementa la velocidad de corte.

Dilatante: se incrementa la viscosidad cuando se incrementa la velocidad de corte. La dilatancia es observada en fluidos con alto contenido de sólidos defloculados.

Plástico: se comporta como un sólido en estado estacionario, una cierta cantidad de esfuerzo debe ser aplicado al fluido antes de que este fluya.

10


Modelos de dos parámetros

MODELO ECUACION PARAMETROS

Bingham (Pastas y suspensiones finas)

Ostwald-de Waele (Suspensiones de combustibles nucleares)

Eyring

000 , ττττ>>>>ττττττττ±±±±µµµµ−−−−====ττττ yxx

yxdy

dv

n

xyx

dy

dvm

−−−−====ττττ

nm,

−−−−====ττττ

dy

dv

BarcsenhA x

yx1 BA,

m es la viscosidad

µµµµ0000 ττττ0000

xyττττ

xdv

dy−−−−

Bingha

mPse

udop

lástic

o

Prand

tl -Eyri

ng

Newto

niano

Dilata

nte

n < 1

n > 1


• Tixotrópicos• Reopécticos• Viscoelásticos

Fluidos no-newtonianos con viscosidad no-constante en el tiempo

xyττττ

xdv

dy−−−−

Tixotrópicos

xyττττ

xdv

dy−−−−

Reopécticos

Viscoelásticos: Tiempo de relajación

Tixotropía y reopexía: presentan cambios en su viscosidad con el tiempo bajo una velocidad de corte constante.


En general la viscosidad de un gas a baja densidad aumenta con la temperatura, mientras que la de un líquido disminuye al aumentar ésta.

. , / . , , ÅMT

g cm s T K−−−−

µµµµ

µ = µ = = σ =µ = µ = = σ =µ = µ = = σ =µ = µ = = σ =σ Ωσ Ωσ Ωσ Ω

522 6693 10Modificación de Chapman-Enskog

11



Mezclas de gases

Ecuación de Wilke

/ / /

ni i

mezcla ni

j ij

j

ji iij

j j i

x

x

MM

M M

====

====

−−−−

µµµµµ =µ =µ =µ =

ϕϕϕϕ

µµµµ ϕ = + +ϕ = + +ϕ = + +ϕ = + + µµµµ

∑∑∑∑∑∑∑∑1

1

21 2 1 2 1 41

1 18

En estas ecuaciones, n es el número de especies químicas existentes en la mezcla; xi y xj son las fracciones molares de las especies i y j; µi y µj son las viscosidades de i y j a la temperatura y

presión del sistema; y Mi y Mj son los pesos moleculares correspondientes. Obsérvese que Фij es un número adimensional, y que Фij,. = 1 cuando i = j. Se ha comprobado que está ecuación

reproduce los valores experimentales de µmezcla con una desviación media del orden del 2% . La

variación de µmezcla con la composición es extraordinariamente no lineal para algunas mezclas, especialmente las de gases ligeros y pesados.


Ejemplo 2: A Newtonian fluid with a viscosity of 10 cP is placed between two large parallel plates. The distance between the plates is 4 mm. The lower plate is pulled in the positive x-direction with a force of 0.5 N, while the upper plate is pulled in the negative x-direction with a force of 2 N. Eachplate has an area of 2.5 m2. If the velocity of the lower plate is 0.1 m/s, calculate:a) The steady-state momentum flux,b) The velocity of the upper plate.

Ejemplo 1: Calcular la densidad de flujo de cantidad de movimiento en estado estacionario, expresada en kgf m-2, cuando la velocidad V de la lamina inferior, en la dirección positiva del eje x, es 0,3m/s, la distancia entre las laminas es de 0,0003 m, la viscosidad del fluido es de 0,7 cP.

Ejemplo 3: Calcular la viscosidad del CO2 a 1 atm y 200,300 y 800 K

Ejemplo 4: Predecir la viscosidad de la siguiente mezcla gaseosa a 1 atm y 293K a partir de datos de los componentes puros a 1 atm y 293K

1754 x 10-728.0160.828N2

2031 x 10-7320.039O2

1462 x 10-744.010.133CO2

Viscosidad, µg/cm s

MFracción molarsustancia

12


1111754*10 -728.0160.8283

0.9930.8640.8762031*10 -7320.0392 1.049

1.371.20.6371462*10 -744.010.1331

3

1.0061.1581.1421754*10 -728.0160.8283

1112031*10 -7320.0392 1.057

1.3941.3890.7271462*10 -744.010.1331

2

0.7270.8341.5711754*10 -728.0160.8283

0.730.721.3752031*10 -7320.0392 0.763

1111462*10 -744.010.1331

1

ΣxjФijФijµi/µjMi/MjµiMx


CAPACIDAD CALORIFICA O CAPACIDAD TERMICA Y CALOR ESPECIFICO

Un cuerpo tiene una capacidad para el calor. Entre más pequeño sea el cambio de temperatura en un cuerpo provocado por la transferencia de una cantidad de calor dada, mayor es su capacidad. Por otra parte, la capacidad calorífica puede definirse como:

Hay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor específico y éstas se denotan con sufijos en la letra c. El calor específico de los gases normalmente se mide bajo condiciones de presión constante (Símbolo: cp). Las mediciones a presión constante producen valores mayores que aquellas que se realizan a volumen constante (cv), debido a que en el primer caso se realiza un trabajo de expansión. El cociente entre los calores específicos a presión constante y a volumen constante para una misma sustancia o sistema termodinámico se denomina coeficiente adiabático y se le designa mediante la letra griega γ (gamma).

Capacidad calorífica a volumen constante Capacidad calorífica a presión constante

dT

dQC =

V

V

T

UC

∂

∂=

P

P

T

UC

∂

∂=

m

Cc =

v

p

c

c=γ


Para describir de manera cuantitativa los procesos de enfriamiento y calentamiento, se necesita saber cuanta energía se necesita para cambiar la temperatura de un objeto. Se da elnombre de calor específico, capacidad calorífica específica o capacidad térmica específica ( c ), de una sustancia es la cantidad de calor que debe entrar o salir de una unidad de masa de dicha sustancia para cambiar su temperatura en un grado :

Kkg

J

dT

dQ

mm

Cc

•

===1 En el SI las unidades son

J/kg ºC, aunque la unidadCal/g ºC es de mayor uso.

Ckg

J

Cg

cal

º4184

º1 =

130Plomo

140Mercurio

390Cobre

460Hierro

600Vidrio

880Aluminio

1920Vapor (100ºC)

2100Hielo (0ºC)

2100parafina

2300etanol

3470cuerpo humano

4184agua

c (J/kgºC)Sustancia ¿Cuánto calor se requiere para cambiar la temperatura dea) 400g de agua de 18 a 23ºCb) 400g de cobre de 18 a 23ºC

( )( )

calJQ

CCkgCkg

JQ

TiTfcmTcmQ

20008368

º18º234.0º

4184

)(

==

−

=

−=∆=

( )( )

calJQ

CCkgCkg

JQ

186780

º18º234.0º

390

==

−

=

a)

b)

13


Dependencia del calor especifico con la temperatura

Se dice que esta magnitud depende de la temperatura. Normalmente, en sólidos y líquidos crece con la temperatura. En algunos laboratorios se dedican a calcular la dependencia de Cp con la temperatura, realizando muchas medidas a diversas temperaturas, de modo que por métodos gráficos y de regresión llegan a ajustar dicho comportamiento a una ecuación que contenga como variable la temperatura: Cp = Cp(T). Generalmente la dependencia con la temperatura obedece ecuaciones del tipo:

2TT

R

cp γβα ++= 2−++= cTbTa

R

cp

donde α, β, γ, a, b y c son constantes características de la sustancia en particular. Salvo por el último término, estas ecuaciones tienen la misma forma. Por tanto, se les puede combinar en una sola expresión:

22 −+++= DTCTBTAR

cp

donde C o D son cero, lo que depende de la sustancia considerada. Puesto que el cociente Cp/R es adimensional, las unidades de Cp dependen de la elección que se haga de R (contante universal de los gases.

CdTdQdT

dQC =∴=

dTDTCTBTAdTR

cQ

T

T

T

T

pQ

∫ +++=∫=∫−

00

)( 22

0

−+−+−+−=

0

3322

0)(

3)(

2)(

TT

DTT

CTT

BTTARQ

OO


CALOR SENSIBLE Y CALOR LATENTE

Cuando una sustancia se funde o se evapora absorbe cierta cantidad de calor llamada calor latente, este término significa oculto, pues existe aunque no se incremente su temperatura ya que mientras dure la fusión o la evaporación de la sustancia no se registrará variación de la misma. En tanto el calor sensible es aquel que al suministrarle a una sustancia eleva su temperatura.

mHQm

QH

ff=∴=

DondeHf= calor latente de fusión en cal/gramo.Q = calor suministrado en calorías.m= masa de la sustancia en gramos

Como lo contrario de la fusión es la solidificación o congelación, la cantidad de calor requerida por una sustancia para fundirse, es la misma que cede cuando se solidifica. Por lo tanto, con respecto a una sustancia el calor latente de fusión es igual al calor latente de solidificación o congelación.

CALOR LATENTE DE FUSIÓNPara que un sólido pase al estado líquido debe absorber la energía necesaria a fin de destruir las uniones entre sus moléculas. Por lo tanto mientras dura la fusión no aumenta la temperatura. Por ejemplo para fundir el hielo o congelar el agua sin cambio en la temperatura, se requiere un intercambio de 80 calorías por gramo.

El calor requerido para este cambio en el estado físico del agua sin que exista variación en la temperatura, recibe el nombre de calor latente de fusión o simplemente calor de fusión del agua. Esto significa que si sacamos de un congelador cuya temperatura es de -6°C un pedazo de hielo de masa igual a 100 gramos y lo ponemos a la intemperie, el calor existente en el ambiente elevará la temperatura del hielo, y al llegar a 0°C y seguir recibiendo calor se comenzará a fundir.

A partir de ese momento todo el calor recibido servirá para que la masa de hielo se transforme en agua líquida. Como requiere de 80 calorías por cada gramo, necesitará recibir 8000 calorías del ambiente para fundirse completamente. Cuando esto suceda, el agua se encontrará aún a 0°C y su temperatura se incrementará sólo si se continúa recibiendo calor, hasta igualar su temperatura con el ambiente.


A una presión determinada todo líquido calentado hierve a una temperatura fija que constituye su punto de ebullición. Este se mantiene constante independientemente del calor suministrado al líquido, pues si se le aplica mayor cantidad de calor, habrá mayor desprendimiento de burbujas sin cambio en la temperatura del mismo.

Cuando se produce la ebullición se forman abundantes burbujas en el seno del líquido, las cuales suben a la superficie desprendiendo vapor. Si se continúa calentando un líquido en ebullición, la temperatura ya no sube, esto provoca la disminución de la cantidad del líquido y aumenta la de vapor. Al medir la temperatura del líquido en ebullición y la del vapor se observa que ambos estados tienen la misma temperatura, es decir coexisten en equilibrio termodinámico.

A presión normal ( 1 atm = 760 mm de Hg), el agua ebulle a 100°C y el vapor se condensa, a esta temperatura se le da el nombre de punto de ebullición del agua. Si se desea que el agua pase de líquido a vapor o viceversa sin variar su temperatura, necesita un intercambio de 540 calorías por cada gramo. Esta calor necesario para cambiar de estado sin variar de temperatura se llama calor latente de vaporización del agua o simplemente calor de vaporización,

CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN.

mHQm

QH

vv=∴=

DondeHv= calor latente de fusión en cal/gramo.Q = calor suministrado en calorías.m= masa de la sustancia en gramos

Como lo contrario de la evaporación es la condensación, la cantidad de calor requerida por una sustancia para evaporarse es igual a la que cede cuando se condensa, por lo tanto, en ambos el calor latente de condensación es igual al calor latente de vaporización para dicha sustancia.

14


506914601341356Cobre

1578293364.51336.15Oro

2336246688.31233.95Plata

5611713165903.65Antimonio

871202324.5600.5Plomo

326717.7538.1392Azufre

2256373.15334273.15Agua

27263011.8234Mercurio

854351104.2159Etanol

21390.1813.854.36Oxígeno

20177.3425.563.18Nitrógeno

45220.2658.613.84Hidrógeno

20.94.216**Helio

(KJ/kg)(K)(KJ/kg)(K)

Calor de

Vaporización

Hv

Punto de

Ebullición

Normal

Calor de

Fusión Hf

Punto de Fusión

NormalSustancia

Calores de fusión y evaporación


Calentamiento fusión calen.. evaporación calen..


Ejemplo 1: Calcular la cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gramos de hielo a – 15°C en agua a 0°C.

para que el hielo eleve su temperatura de – 15°C hasta el punto de fusión a 0°C, se necesita una cantidad de calor que se calcula con la ecuación Q = m c ∆T.

Q1 = (100 g) (0.50 cal/g°C) (0ºC – (-15°C)) = 750 calorías.

Para que el hielo se funda y se tenga agua a 0 ° C, se aplica la ecuación Q = mHf y el calor latente de fusión se lee en la Tabla anterior, de donde:Q2 = (100 g ) (80 cal/g) = 8000 calAsí, el calor total requerido es:

Q1 + Q2 = 750 cal + 8000 cal = 8750 calorías. Para cambiar 100g de hielo a-15ºC en agua a 0ºC

PROBLEMA: Calcular la cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gramos de hielo a -10°C en vapor a 130 °C.

PROBLEMA: Un trozo de 80g de metal a 100ºC se introduce en un calorímetro que contiene 400g de aceite a 18ºC. Si la temperatura final del sistema es 23.1ºC, ¿Cuál será el calor específico del metal?. Para el aceite c=0,65 cal/gºC. Ignore el flujo de calor hacia el calorímetro.

• PROBLEMA: Calcule el calor necesario para aumentar la temperatura de 1 mol de metano desde 260°C hasta 600°C en un proceso de flujo que se lleva a cabo a una presión suficientemente baja como para considerar al metano como un gas ideal.

15


TRABAJOCada vez que una fuerza actúa a lo largo de una distancia, se realiza trabajo W. Por definición, la cantidad de trabajo está dada por la ecuación:

[ ] [ ]JNmFdldW ===donde F es el componente de la fuerza que actúa a lo largo de la línea de desplazamiento dl. Cuando se integra esta expresión, lo que se tiene es el trabajo de un proceso finito. Por convención, el trabajo se considera como positivo cuando el desplazamiento está en la misma dirección que la fuerza aplicada, y negativo cuando ambos tienen direcciones opuestas.

En termodinámica es frecuente encontrar el trabajo que acompaña al cambio en el volumen de un fluido. Considérese la compresión o expansión de un fluido en un cilindro provocada por el movimiento del pistón. La fuerza ejercida por el pistón sobre el fluido es igual al producto del área del pistón y la presión del fluido. El desplazamiento del pistón es igual al cambio en el volumen del fluido dividido entre el área del pistón. Por consiguiente, la ecuación anterior se convierte en:

)(120

2

1

VVPWPdVWPdVA

VPAdFdldW

V

V

W

−−=∫−=∫−=−==

En estas ecuaciones el signo menos se incluye para que éstas cumplan con la convención del signo adoptada para el trabajo. Cuando el pistón se mueve dentro del cilindro comprimiendo al fluido, la fuerza aplicada y su desplazamiento están en la misma dirección, por tanto, el trabajo es positivo. El signo menos es necesario debido a que el cambio en el volumen es negativo. Para un proceso de expansión, la fuerza aplicada y su desplazamiento tienen direcciones opuestas. En este caso el cambio en el volumen es positivo y se requiere del signo menos para hacer que el trabajo sea negativo.


TRABAJO (PV)TRABAJO (PV)

Pext

Pint

Equilibrio mecánico

x extF P A====

Pext = Pint

/A V x====Pext > Pint

Pext

Pint

dx

sistema extw P dV= −= −= −= −

embolo extw P dV====

xw F dx====

Pext = Pint

Estado

inicial

Estado

final


2 2 1( ) 0W P V V= − − <

TRABAJO (PV) Expansión-(Compresión)

Pext < Pint

Pext

Pint

dx

Estado Inicial

1

P

V

1

Pext

Pint

Pext = Pint

Estado Final

2

2

V

1P

2

• Frente a Pext=P2 constante

2

1

V

extV

W P dV= −∫

• Expansión Reversible∝∝∝∝ etapas

2 2

1 1

V V

ext gasV V

W P dV P dV= − = −∫ ∫• Gas Ideal

nRTW dV

V

= −∫• G I y T=cte

dVW nRT

V

= − ∫2

1

V

V

W nRT Ln= −

Irreversible

Reversible

16


___________________________________________________

Proceso dw = Xdy Comentarios

___________________________________________________

Trabajo mecánico dw = Fedl Fe = fuerza externa

l = desplazamiento

Trabajo tensión dw = kldl kl = tensión

l = desplazamiento

Trabajo superficial dw = gdA g = tensión superficial

A = área

Trabajo gravitacional dw = mgdl m = masa

g = constante

gravitacional

l = desplazamiento

______________________________________________________

Tipos de TrabajoTipos de Trabajo


___________________________________________________

Proceso dw = Xdy Comentarios

___________________________________________________

Trabajo expansión dw = -PdV P = presión externa

o compresión V = volumen

Trabajo de celda dw = ∆VdQ ∆V = diferencial de

potencial eléctrico

Electroquímica dw = ∆VIdt Q = cantidad de

electricidad

I = corriente eléctrica

t = tiempo

___________________________________________________

Tipos de TrabajoTipos de Trabajo


ENERGÍA CINETICAUna vez que el trabajo se define como el producto de la fuerza y el desplazamiento. Cuando un cuerpo de masa m, sobre el que actúa una fuerza F, se desplaza una distancia dl durante un intervalo diferencial de tiempo dt, el trabajo realizado está dado por la ecuación W = Fdl. Si esta ecuación se combina con la que corresponde a la segunda ley de Newton, entonces se convierte en:

madlFdldW == Si se sabe que

dt

dva =

mvdvdvdt

dlmdl

dt

dvmdW ===

dt

dlv =y

Por lo tanto:

La ecuación anterior puede integrarse para un cambio finito en la velocidad,

∆=∫

−==222

22

1

2

22

1

mvvvmvdvmW

v

v

Cada una de las cantidades mv2

de la ecuación es una energía cinética, término introducido por Lord Kelvin en 1856. Así, por definición,

2

2

1mvE

k= el trabajo hecho por el cuerpo es igual al cambio en su

energía cinética. Dado en Nm o Joules

17


ENERGÍA POTENCIALSi un cuerpo de masa m se levanta de una altura inicial Z1 a una altura final Z2, debe ejercerse una fuerza al menos igual al peso del cuerpo para hacer esto, y esta fuerza debe actuar a través de la distancia Z2 – Z1. Puesto que el peso del cuerpo es la fuerza de gravedad sobre él, la fuerza mínima requerida está dada por la ley de Newton como:

)(12

mzggmzgmzw

mgdzmadzFdldW

∆=−=

===el trabajo hecho para elevar un cuerpo produzca un cambio en su energía potencial,

mzgEp =

Por tanto la energía potencial

Dado en Nm o Joules para el SI


Un elevador con masa de 2 500 kg descansa a un nivel de 10 m por encima de la base del pozo del elevador. El elevador sube 100 m con respecto a la base del pozo cuando el cable que lo sostiene se rompe. El elevador cae libremente hasta la base del pozo, donde golpea un resorte muy fuerte. El resorte está diseñado para poner al elevador en reposo, por medio de un dispositivo de trampa, y mantenerlo en la posición que corresponde a la máxima compresión del resorte. Suponiendo que todo el proceso se lleva a cabo sin fricción, y tomando g = 9,8 m s-2, calcule:

a) La energía potencial del elevador en su posición inicial con respecto a la base del pozo.b) El trabajo hecho para subir el elevador.c) La energía potencial del elevador en su posición más alta en relación con la base del pozo.d) La velocidad y energía cinética del elevador justo antes de golpear el resorte.e) La energía potencial del resorte comprimido.

JmsmkggmzEp 245000)8,9)(10)(2500( 2

11=== −a)

b) JmsmmkgEpW 2205000)8,9)(10100)(2500( 2 =−=∆= −

c) JmsmkggmzEp 2450000)8,9)(100)(2500( 2

22=== −

2500kg

z

z1=10m

2500kg

z2=100m

z0=0m pozo

d)

127.442500

)2450000)(2(2

2

1 2 −===∴= mskg

Jm

EvmvE k

k

KEEp =

2

e) La energía potencial del resorte comprimido es igual a la energía cinética con la que venía el elevador puesto que el resorte para detenerlo mínimo tiene que neutralizar esta energía es decir su sumatoria tiene que ser 0. Por lo tanto es 2450000 J


Ejemplo 2: Un mol de un Gas ideal. se expande isotermicamente desde (P1,V1, T) hasta (P2,V2,T) en una etapa, frente a una P de oposición constante e igual a P2. Si P1= 10 at, P2=5 at y T=300K, ¿Cuál es el trabajo realizado por el sistema?

Ejemplo 3: Si se lleva a cabo la misma expansión isotérmica, pero en 2 etapas, (P1,V1,T) →(P’,V’,T) → (P2,V2,T), formular la expresión para el trabajo producido en términos de T, P1, P2 y P’…. ¿Para qué valor de P’ es máximo el trabajo de expansión que se puede obtener en estas dos etapas?. Si el estado inicial y final del sistema es el mismo que en el problema anterior, ¿Cuál es el trabajo máximo producido?

Ejemplo 4: Se lleva a cabo la misma expansión isotérmica, pero de forma reversible (infinitas etapas). ¿Cuál es ahora el trabajo producido por el sistema?

Ejemplo 5: ¿Qué potencia se necesita para elevar 1000 litros de agua a una altura de 20 metros en un tiempo de dos segundos? Si se sabe que 1 HP= 745 W, exprese el resultado en HP

20 m

18


ENERGÍA INTERNATodo cuerpo posee una energía acumulada en su interior equivalente a la energía cinética interna más la energía potencial interna. Si pensamos en constituyentes atómicos o moleculares, será el resultado de la suma de la energía cinética de las moléculas o átomos que constituyen el sistema (de sus energías de traslación, rotación y vibración), y de la energía potencial intermolecular (debida a las fuerzas intermoleculares).

Desde el punto de vista de la termodinámica, en un sistema cerrado, la variación total de energía interna es igual a la suma de las cantidades de energía comunicadas al sistema en forma de calor y de trabajo.

Aunque el calor transmitido depende del proceso en cuestión, la variación de energía interna es independiente del proceso, sólo depende del estado inicial y final, por lo que se dice que es una función de estado.

Puesto que la energía interna del sistema se debe a su propia naturaleza, a las partículas que lo constituyen y la interacción entre ellas, la energía interna es una propiedad extensiva del sistema. Sus unidades son unidades de energía, J.

∆U = Q − W.


ENTALPIALa Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar

con su entorno. Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción. En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación corresponde a la capacidad calorífica del sistema a presión constante. Matemáticamente:

PVUH +=donde U es la energía interna, p es la presión y V es el volumen. H se mide en J.

Si un sistema pasa de una condicion inicial hasta otras final, se mide el cambio de entalpía (∆H).

HiHfH −=∆

La entalpía recibe diferentes denominaciones según el proceso, así: Entalpía de reacción, entalpía de formación, entalpía de combustión, entalpía de disolución, entalpía de enlace, etc; siendo las más importantes.


Ejemplo 1: cuando un sistema se lleva del estado a al b a lo largo de la trayectoria acb, fluyen 100 J de calor hacia el sistema y éste hace un trabajo de 40 J. ¿Cuánto calor fluye hacia el sistema a lo largo de la trayectoria aeb si el trabajo hecho por el sistema es 20 J? El sistema regresa de b a a por la trayectoria bda. Si el trabajo hecho sobre el sistema es 30 J, ¿el sistema absorbe o libera calor? ¿En qué cantidad?

Ejemplo 2 Un recipiente no conductivo lleno con 25 kg de agua a 20°C contiene un agitador que se mueve por la acción de la gravedad sobre un peso que tiene una masa de 35 kg. El peso cae con lentitud una distancia de 5 m accionando el agitador. Suponga que todo el trabajo hecho sobre el peso se transfiere al agua, y que la aceleración local de la gravedad es 9.8 m /s2. Determine:a,) La cantidad de trabajo hecha sobre el agua.h) El cambio en la energía interna del agua.c) La temperatura final del agua, para la que Cp = 4.18 kJ /kg ºC.d) La cantidad de calor que debe extraerse del agua para que la temperatura deésta regrese a su valor inicial.

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CAMBIOS DE ENERGÍA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS

Generalmente se habla de calor absorbido o calor liberado en las reacciones químicas, Cuando la reacción absorbe calor se dice que es un proceso endotérmico, y cuando lo libera se dice que es exotérmico.

ENTALPIA DE REACCIÓNEs la diferencia entre la entalpía de productos menos la entalpía de reactivos.

)()( reactivosHproductosHH −=∆

Si ∆H > 0 proceso endotérmico Si ∆H < 0 proceso exotérmico


Cuando se escriben ecuaciones termoquímicas, siempre se debe especificar el estado físico de todos los reactivos y productos, por que esto ayuda a determinar el cambio real de entalpía.

Ejemplo 1: Según la siguiente reacción determine la cantidad de calor absorbido o liberado por 74,6 g de SO2

)(3)(2)(22

1ggg SOOSO →+

Ejemplo 2: Según la siguiente reacción determine la cantidad de calor liberado cuando se queman 266 g de fósforo blanco (P4 ) en aire si se sabe que el ∆H=-3013 kJ.

)(104)(2)(4 5 sgs OPOP →+

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