Unidad térmica británica
Unidad de energía

La unidad térmica británica ( Btu ) es una medida de calor , que es una forma de energía . Originalmente se definió como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit . También forma parte de las unidades habituales de los Estados Unidos . [1] La unidad del SI para la energía es el julio (J) ; un Btu equivale a unos 1055 J (varía dentro del rango de 1054 a 1060 J según la definición específica de BTU; consulte a continuación).

Aunque las unidades de calor suelen ser sustituidas por unidades de energía en el trabajo científico, todavía se utilizan en algunos campos. Por ejemplo, en los Estados Unidos el precio del gas natural se cotiza en dólares por la cantidad de gas natural que produciría 1 millón de Btu (1 "MMBtu") de energía térmica si se quemara. [2] [3]

Definiciones

Un Btu se definió originalmente como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua líquida en un grado Fahrenheit a una presión constante de una unidad atmosférica . [4] Existen varias definiciones diferentes de Btu que difieren ligeramente. Esto refleja el hecho de que el cambio de temperatura de una masa de agua debido a la adición de una cantidad específica de calor (calculada en unidades de energía, generalmente julios) depende ligeramente de la temperatura inicial del agua. Como se ve en la tabla a continuación, las definiciones de Btu basadas en diferentes temperaturas del agua varían hasta en un 0,5%.

VarianteEnergía (J)Notas
Termoquímico≈1.054,35 [a]Originalmente, la Btu termoquímica se definía como el calor necesario para elevar la temperatura de una libra de agua desde su punto de congelación hasta su punto de ebullición, dividido por 180 (el cambio de temperatura es 180 °F). La base para su definición moderna en términos de unidades del SI es la caloría termoquímica , conceptualmente similar, definida originalmente como el calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua desde el punto de congelación hasta el de ebullición dividido por 100 (el cambio de temperatura es 100 °C). La caloría termoquímica es exactamente 4,184 J según la definición de la Organización Internacional de Normalización (ISO). [4] La Btu termoquímica se calcula convirtiendo de gramos a libras y de Celsius a Fahrenheit. [5]
59 °F (15,0 °C)≈1.054,80 [6]Se utiliza para fijar el precio del gas natural en Estados Unidos. [3]
60 °F (15,6 °C)≈1.054,68 [7]Principalmente canadiense . [ cita requerida ]
39 °F (3,9 °C)≈1.059,67 [7]Utiliza el valor calórico del agua en su máxima densidad (4 °C, 39,2 °F). [ cita requerida ]
ÉL≈1.055,06 [b]Un primer intento de definir las unidades de calor directamente en términos de unidades de energía y, por lo tanto, de eliminar la asociación directa con las propiedades del agua, fue realizado por las Conferencias Internacionales de Tablas de Vapor. Estas conferencias adoptaron originalmente la definición simplificada de que 860 calorías "IT" correspondían exactamente a 1 vatio-hora internacional (no es lo mismo que un vatio-hora moderno). Esta definición finalmente se convirtió en la afirmación de que 1 caloría IT es exactamente 4,1868 J. [4] [8] Luego, la Btu se calcula a partir de la caloría, como se hace para las definiciones termoquímicas de la BTU y la caloría, como en la norma internacional ISO 31-4 Cantidades y unidades—Parte 4: Calor y la norma británica BS 350:Parte 1:1974 Factores de conversión y tablas . [5] [9] [10]

Prefijos

Las unidades de kBtu se utilizan para el seguimiento del consumo de energía de los edificios y el dimensionamiento del sistema de calefacción. El índice de consumo de energía (EUI) representa kBtu por pie cuadrado de superficie de suelo acondicionado. "k" representa 1.000. [11]

La unidad Mbtu se utiliza en la industria del gas natural y otras industrias para indicar 1.000 Btu. [12] [13] Sin embargo, existe una ambigüedad en el sistema métrico (SI) que utiliza el prefijo "M" para indicar " Mega- ", un millón (1.000.000). Aun así, "MMbtu" se utiliza a menudo para indicar un millón de Btu, particularmente en la industria del petróleo y el gas. [14]

Los analistas de energía acostumbrados a la métrica "k" (' kilo- ') para 1.000 tienen más probabilidades de utilizar MBtu para representar un millón, especialmente en documentos donde M representa un millón en otras unidades de energía o costo, como MW, MWh y $. [15]

La unidad " termia " se utiliza para representar 100.000 Btu. [12] Un decatermia equivale a 10 termias o un millón de Btu. La unidad quad se utiliza habitualmente para representar un cuatrillón (10 15 ) de Btu. [14]

Conversiones

Un Btu es aproximadamente:

Un Btu se puede aproximar como el calor producido al quemar un solo fósforo de madera de cocina o como la cantidad de energía que se necesita para levantar un peso de una libra (0,45 kg) a 778 pies (237 m). [16]

Para gas natural

  • En materia de precios del gas natural , la definición canadiense es que1.000.000 Btu ≡1.054 615  gigajulios . [17]
  • El contenido energético (valor calorífico alto o bajo) de un volumen de gas natural varía con la composición del gas natural, lo que significa que no existe un factor de conversión universal de energía a volumen. 1 pie cúbico (28 litros) de gas natural promedio produce ≈ 1030 Btu (entre 1010 Btu y 1070 Btu, dependiendo de la calidad, cuando se quema)
  • Como aproximación aproximada, 1.000 pies cúbicos (28 m 3 ) de gas natural producen ≈1.000.000 Btu ≈1GJ .
  • Para la conversión de precios de gas natural1.000 m 3 ≈ 36,9 millones de Btu y1.000.000 Btu ≈27,1 metros cúbicos

BTU/h

La unidad de potencia del SI para sistemas de calefacción y refrigeración es el vatio . En América del Norte y el Reino Unido se utiliza a veces el Btu por hora (Btu/h), este último principalmente para aire acondicionado, aunque a veces se abrevia "Btu/h" simplemente como "Btu". [18] MBH (miles de Btu por hora) también es común. [19]

  • 1 W equivale aproximadamente a 3,412142 Btu/h [20]
  • 1.000 Btu/h son aproximadamente 0,2931 kW
  • 1 hp equivale aproximadamente a 2544 Btu/h

Unidades asociadas

  • Una tonelada de refrigeración , una unidad común en las aplicaciones de refrigeración y aire acondicionado de América del Norte, equivale a 12 000 Btu/h (3,52 kW). Es la tasa de transferencia de calor necesaria para congelar una tonelada corta (907 kg) de agua y convertirla en hielo en 24 horas.
  • En Estados Unidos y Canadá, el valor R que describe el rendimiento del aislamiento térmico se expresa normalmente en pies cuadrados (grados Fahrenheit por hora) por unidad térmica británica (ft 2 ⋅°F⋅h/Btu). Por cada pie cuadrado de aislamiento, fluye un Btu por hora de calor a través del aislante por cada grado de diferencia de temperatura a través de él.
  • En los Estados Unidos, 1 termia se define como 100 000 Btu utilizando la definición Btu 59 °F . En la UE, se incluyó en 1979 con la definición BTU IT y se planeó descartarla como unidad legal de comercio en 1994. [21] Las regulaciones del Reino Unido se modificaron para reemplazar las termias por julios a partir del 1 de enero de 2000. [22] A partir de 2013, [actualizar]la termia todavía se usaba para fijar los precios del gas natural en el Reino Unido. [23]
  • 1 quad (abreviatura de cuatrillón  de Btu) es 10 15  Btu, que es aproximadamente 1 exajulio (1,055 × 10 18  J ). Los quads se utilizan en Estados Unidos para representar el consumo anual de energía de las grandes economías: por ejemplo, la economía estadounidense utilizó 99,75 quads en 2005. [24] Un quad/año equivale aproximadamente a 33,43 gigavatios.

El Btu no debe confundirse con la Board of Trade Unit (BTU), un sinónimo británico obsoleto para kilovatio hora (1 kW⋅h o 3412 Btu).

El Btu se utiliza a menudo para expresar la eficiencia de conversión de calor en energía eléctrica en las centrales eléctricas. Las cifras se expresan en términos de la cantidad de calor en Btu necesaria para generar 1 kWh de energía eléctrica. Una central eléctrica típica alimentada con carbón funciona a 10.500 Btu/kWh (3,1 kWh/kWh), una eficiencia del 32-33 %. [25]

La unidad de calor centígrado (CHU) es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Celsius . Equivale a 1,8 Btu o 1.899 julios. [26] En 1974, esta unidad "todavía se utilizaba a veces" en el Reino Unido como alternativa a la Btu. [27]

Otra unidad heredada de energía en el sistema métrico es la caloría , que se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius . [28]

Véase también

Notas

  1. ^ 4,184 × 453,59237 × ⁠5/9⁠
  2. ^ 4,1868 × 453,59237 × 5 ⁄ 9

Referencias

  1. ^ En una breve nota, Woledge señala que el término técnico actual "unidad térmica británica" aparentemente se originó en los Estados Unidos y fue adoptado posteriormente en Gran Bretaña. Véase Woledge, G. (30 de mayo de 1942). "Historia de la unidad térmica británica". Nature . 149 (149): 613. Bibcode :1942Natur.149..613W. doi : 10.1038/149613c0 . S2CID  4104904.
  2. ^ "Precio spot del gas natural de Henry Hub". Administración de Información Energética de Estados Unidos. Archivado desde el original el 1 de agosto de 2017.
  3. ^ ab El Btu utilizado en la fijación de precios del gas natural en Estados Unidos es "la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 libra avoirdupois de agua pura de 58,5 a 59,5 °F (14,7 a 15,3 °C) a una presión constante de 14,73 libras por pulgada cuadrada". Véase "Capítulo 220: Futuros de gas natural Henry Hub" (PDF) . Libro de reglas de NYMex . Bolsa Mercantil de Nueva York (NYMex). Archivado (PDF) del original el 10 de noviembre de 2016 . Consultado el 6 de enero de 2017 .
  4. ^ abc Smith, JM; Van Ness, HC; Abbott, MM (2003). Introducción a la termodinámica de la ingeniería química. BI Bhatt (adaptación) (6.ª ed.). Tata McGraw-Hill Education. pág. 15. ISBN 0-07-049486-X.
  5. ^ ab La libra equivale a 453,59237 gramos por definición; véase el "Apéndice C del Manual NIST 44, Especificaciones, tolerancias y otros requisitos técnicos para dispositivos de pesaje y medición, Tablas generales de unidades de medida" (PDF) . Oficina Nacional de Normas de los Estados Unidos. pág. C-12. Archivado desde el original (PDF) el 26 de noviembre de 2006.Un grado Fahrenheit es exactamente5/9⁠ de un grado Celsius por definición.
  6. ^ Thompson, Ambler; Taylor, Barry N. "Guía para el uso del Sistema Internacional de Unidades (SI), edición 2008" (PDF) . Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). pág. 58. Archivado (PDF) desde el original el 3 de junio de 2016.Publicación especial 811 del NIST.
  7. ^ de Sørensen, Bent (2008). Manual e-Mega de Renewable Energy Focus. Academic Press. pág. 5. ISBN 9780123747068.
  8. ^ Koch, Werner (2013). Tablas de vapor VDI (4.ª ed.). Springer. pág. 8. ISBN 9783642529412.Publicado bajo los auspicios de Verein Deutscher Ingenieure (VDI).
  9. ^ Cardarelli, Francois (2012). Conversión de unidades científicas: una guía práctica para el sistema métrico. MJ Shields (traducción) (2.ª ed.). Springer. pág. 19. ISBN 9781447108054.
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  11. ^ "SISTEMAS VOLUNTARIOS DE EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO ENERGÉTICO DE LOS EDIFICIOS". Normas administrativas del Secretario de Estado de Oregón .
  12. ^ ab "¿Qué son los Mcf, Btu y termias? ¿Cómo convierto precios en Mcf a Btu y termias?". Administración de Información Energética de Estados Unidos . 6 de abril de 2016. Archivado desde el original el 25 de diciembre de 2016. Consultado el 30 de diciembre de 2016 .
  13. ^ Price, Gary D. (2014). Sistemas de energía y energía renovable: diseño, operación y análisis de sistemas. Momentum Press. pág. 98. ISBN 9781606505717.
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  22. ^ "Reglamento sobre unidades de medida de 1995" . Consultado el 7 de noviembre de 2019 .
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  24. ^ Husher, John Durbin (2009). Crisis del siglo XXI: comiencen a perforar: el año 2020 se acerca rápidamente . iUniverse. p. 376. ISBN 9781440140549.OCLC 610004375  ..
  25. ^ Bellman, David K., ed. (18 de julio de 2007). «Electric Generation Efficiency» (PDF) . Consejo Nacional del Petróleo (NPC). Archivado desde el original (PDF) el 20 de noviembre de 2008. Consultado el 30 de marzo de 2012 .Documento de trabajo del Estudio Global sobre Petróleo y Gas del NPC.
  26. ^ "Unidad de calor centígrado". Archivado desde el original el 25 de diciembre de 2016 . Consultado el 10 de febrero de 2017 .
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  • "Reglamento sobre unidades de medida de 1995". www.legislation.gov.uk . HMSO . 13 de julio de 1995 . Consultado el 23 de febrero de 2018 .
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