Sistema Técnico de Unidades

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Un sistema técnico de unidades es cualquier sistema de unidades en el que se toman como magnitudes fundamentales la longitud, la fuerza, el tiempo y la temperatura.[1]

No hay un sistema técnico normalizado de modo formal, pero es corriente aplicar este nombre específicamente al basado en el sistema métrico decimal y que toma el metro o el centímetro como unidad de longitud, el kilogramo-fuerza o kilopondio como unidad de fuerza, el segundo como unidad de tiempo y la kilocaloría o la caloría como unidad de cantidad de calor.[2] Al estar basado en el peso en la Tierra, también recibe los nombres de sistema gravitatorio (o gravitacional) de unidades y sistema terrestre de unidades.

Unidades fundamentales[editar]

Al no estar definido formalmente por un organismo regulador, el sistema técnico en sí no define las unidades, sino que toma las definiciones de organismos internacionales, en concreto la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). Además, puede haber variaciones según la época, el lugar o las necesidades de alguna área en particular. Sin embargo, hay bastante coincidencia en considerar como fundamentales el metro, el kilogramo-fuerza o kilopondio y el segundo.

Longitud[editar]

Como unidad de longitud se toma normalmente el metro, aunque cuando resulta poco práctico por resultar una unidad muy grande se toma el centímetro. La definición de esta unidad es la dada por la CGPM.

Fuerza[editar]

La unidad de fuerza es el kilogramo-fuerza o kilopondio, de símbolos kgf y kp, respectivamente, definido como el peso que tiene un cuerpo de 1 kilogramo de masa (SI) en condiciones terrestres de gravedad normal (g = 9,80665 m/s2); por tanto esta unidad es invariable y no depende de la gravedad local.

La norma ISO 80000 en su anexo C, que informa sobre equivalencias con unidades desaconsejadas, lo define como 1 kgf = 9,806 65 N, al tiempo que aclara: «Se han usado los símbolos kgf (kilogramo-fuerza) y kp (kilopondio). Esta unidad debe distinguirse del peso local de un cuerpo que tiene la masa de un 1 kg.»[3]

Tiempo[editar]

La unidad de tiempo es el segundo, de símbolo s. La misma definición del SI

Temperatura[editar]

Se añade además la temperatura a efectos termodinámicos para los sistemas técnicos de unidades. En los sistemas técnicos se ha preferido el grado Celsius, con la misma definición del SI.

Unidades derivadas[editar]

Las demás unidades del sistema técnico (velocidad, masa, trabajo, etc.) se derivan de las anteriores mediante leyes físicas. Por ello se llaman unidades derivadas.

Masa[editar]

La unidad de masa se deriva usando la segunda ley de Newton: F = m · a, es decir

m = F/a

y queda definida como aquella masa que adquiere una aceleración de 1 m/s2 cuando se le aplica una fuerza de 1 kilopondio (o kilogramo-fuerza). No teniendo un nombre específico, se le llama unidad técnica de masa, que se abrevia u.t.m. (no tiene símbolo de unidad):

1 u.t.m. = 1 kp / (1 m/s2) (definición)

Energía, trabajo[editar]

Energía mecánica.

El trabajo y la energía mecánicos se expresan en kilopondímetros (kpm) o kilográmetros (kgm) = kilopondios (o kilogramos-fuerza) · metro

Definición: Un kilográmetro o kilopondímetro es el trabajo que realiza una fuerza de 1 kilopondio o kilogramo-fuerza, cuando desplaza su punto de aplicación una distancia de 1 metro en su misma dirección:

1 kilográmetro o kilopondímetro = 1 kilogramo-fuerza o kilopondio × 1 metro
1 kgm o kpm = 1 kgf o kp × 1 m (definición)
Cantidad de calor.

En los sistemas técnicos de unidades se adopta la costumbre, anterior al SI, de considerar la cantidad de calor como una magnitud independiente de la energía mecánica, por lo que tiene una unidad específica.

Como unidad de cantidad de calor se toma la caloría, aunque cuando resulta poco práctica por resultar una unidad muy pequeña se toma la kilocaloría. La definición de ambas unidades es la dada por la CGPM. La CGPM considera que hoy no es necesario mantener esta separación y por tanto, al igual que el kilopondio, en el Sistema Internacional de Unidades no se usa.

Potencia[editar]

Para la potencia se emplean tres tipos de unidades, según se trate de potencia mecánica, de potencia calorífica o de potencia eléctrica.

Potencia mecánica.

Se usa el caballo de vapor (CV)

1 CV = 735,49875 W (vatio)
Potencia calorífica

Se utilizaba la caloría por hora (cal/h) o, más frecuentemente, la kilocaloría por hora (kcal/h):

1 kcal/h = 1000 cal/h = 1,1630556 W (vatio)
Potencia eléctrica

Se utiliza el vatio (W) definido por la CGPM.

Presión[editar]

La presión se expresa en kgf/m2 (kilogramo-fuerza por metro cuadrado). No tiene nombre específico.

Como el kgf/m² es una unidad muy pequeña, suele utilizarse el (kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado), kgf/cm², que recibe el nombre de atmósfera técnica (símbolo: at) cuyo valor se corresponde aproximadamente con la presión atmosférica normal, y es aproximadamente igual al del bar (1 bar = 1,01972 kgf/cm2). En el habla común, también es costumbre referirse a esta unidad como kilos de presión.

1 kgf/cm² = 98 066,5 Pa = 1 at

Por ejemplo, los neumáticos de un automóvil suelen inflarse para tener una presión de unos 2 kgf/cm².

En fontanería y riegos se utiliza, en ocasiones, la unidad de presión denominada metro de columna de agua (m.c.a. o mH2O) que es la presión ejercida sobre su base por una columna de agua de un metro de altura. Se utiliza como submúltiplo el milímetro de columna de agua (mm.c.a).

1 m.c.a. = 0,1 kgf/cm² = 0,1 at = 9 806,65 Pa
1 at = 10 m.c.a.
1 m.c.a. = 1 000 mm.c.a.

En otras técnicas, como la medicina, se utiliza el milímetro de mercurio, con una definición semejante a m.c.a. pero empleando el mercurio, unidad que pasó a llamarse torricelli (torr) y que equivale a:

1 torr = 0,013593 m.c.a. = 133,3 Pa

Ya citada, taambién se definió la atmósfera técnica (at), redondeando el valor de la presión atmósférica normal para que coincidiera con unidades definidas. La presión atmosférica normal es de 10,33 m.c.a o 1,033 kgf/cm2, así que se redondeó a:

1 at = 1 kgf/cm2 = 10 m.c.a.

Equivalencias entre el Sistema Técnico y el S.I.[editar]

1 kp = 9,80665 N ≈ 1 daN
1 u.t.m. = 9,80665 kg
1 kpm (o kgm) = 9,80665 J
1 kp/m² = 9,80665 Pa
1 kp/cm² = 98,0665 kPa (kilopascales)
1 kp/cm² = 14,22334258 libras/pulgada cuadrada

Usos[editar]

Los sistemas técnicos de unidades se emplearon sobre todo en ingeniería. Aunque se sigue empleando en ocasiones, actualmente el sistema técnico está en desuso, tras la adopción del Sistema Internacional de Unidades como único sistema legal de unidades en casi todas las naciones.

Hasta la aprobación del SI, los sistemas técnicos se fueron desarrollando ante la necesidad de unidades que fueran adecuadas a los fenómenos ordinarios (unidades prácticas) frente al sistema cegesimal imperante en física teórica (unidades absolutas).[4]

Diferencias entre el kilopondio y el kilogramo[editar]

Sigue existiendo una gran confusión entre los conceptos de peso y masa, lo cual influye a que, en la vida diaria, el kilogramo-fuerza siga vigente en los hechos: ("peso 60 kilos, pero en la Luna pesaría sólo 10 kilos", "si estoy en caída libre no peso nada", aunque en todos los casos la masa es siempre la misma: 60 kilogramos); a pesar de que desde el punto de vista metrológico lo que realmente se usa es el kilogramo, medido con la ayuda de una de las propiedades de la masa, que es atracción gravitatoria (y que sería el principio de medida en la terminología del JCGM[5] ). Los sistemas de pesas y medidas normalmente se calibran para que el resultado sea la masa de los cuerpos que se someten a la medición, no la fuerza de atracción que, localmente, pueda experimentar esa masa. Confusión a la que también contribuye el Diccionario de la Real Academia con su definición de "pesar".

Cuando se definieron las unidades fundamentales en el Sistema Internacional de Unidades se intentó aclarar la confusión entre los conceptos de masa y peso, lo que permitió definir el sistema técnico de unidades:

  • El Sistema Internacional instauró el kilogramo (hasta entonces llamado a menudo kilogramo-masa, para diferenciarlo del kilogramo-fuerza) como unidad fundamental de masa, mientras que la fuerza es una unidad derivada: el newton: 1 N = 1 kg ·1 m / 1 s2.

La confusión aún persiste. Notemos que una masa de 1 kg (S.I.), en la Tierra en condiciones normales de gravedad, pesa exactamente 1 kp (S.T.U.) = 9,80665 N (S.I.). En cambio, si esa misma masa de 1 kg (S.I.) se pesa en la Luna, con una báscula de muelle elástico, dará un peso de 0,1666 kp (S.T.U.), ya que la intensidad de la atracción gravitatoria en la Luna es la sexta parte de la atracción terrestre), aunque conserve su masa de 1 kg (S.I.) = 1u.t.m./9,80665 (S.T.U.).

Finalmente, conviene hablar del sistema con el que se evalúan masas y pesos. Cuando se emplea un peso (o báscula) de resortes (los más comunes actualmente) la fuerza ejercida por la masa atraída por la gravedad es la que señala el peso del objeto, es decir, mide pesos; sin embargo, cuando se emplea una balanza de dos platillos, lo que se hace es comparar masas (la del objeto evaluado y la de las pesas patrón colocadas en el otro platillo) por lo que se mide masa y el resultado sería el mismo en la Tierra o en la Luna (ambos platillos son atraídos igualmente por la gravedad local). Lo mismo pasaría con la balanza romana.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales: Vocabulario científico y técnico, Espasa, 1996, pág. 937.
  2. Olle Järnefors: Metric Units Galore.
  3. The symbols kgf (kilogram-force) and kp (kilopond) have both been used. This unit shall be distinguished from the local weight of a body having a mass of 1 kg.
  4. Esta disociación, con los problemas que planteaba, se puede encontrar en libros anteriores al SI, como en Carlós Banús: Unidades absolutas y unidades prácticas, Barcelona: Sucesores de Manuel Soler, [c1915].
  5. International Vocabulary of Metrology — Basic and General Concepts and Associated Terms (VIM).

Enlaces externos[editar]