Es el nombre que se le da a una cualidad o característica física. Es decir, es la generalización que permite identificar la esencia física de las cosas: qué tan grande, caliente, ancho, veloz, conductor (del calor o la electricidad), etc.

Para responder a estos interrogantes se utilizan variables conocidas con el nombre de dimensiones, tales como: longitud, masa, tiempo, área, velocidad, temperatura, densidad, volumen, viscosidad, conductividad térmica y eléctrica, etc.

Las dimensiones se clasifican en dos categorías:

Básicas, fundamentales o primarias. Derivadas o secundarias.

DIMENSIONES BÁSICAS, FUNDAMENTALES O PRIMARIAS.

Sirven de base para expresar una cantidad físicas de manera independiente, es decir, no se pueden definir en función de otra dimensión.

Las dimensiones fundamentales principales son: la longitud, L; la masa, m; el tiempo, t; la temperatura, T; la corriente eléctrica, E; la fuerza, F; la cantidad de materia, la intensidad de corriente eléctrica, etc.

DIMENSIONES DERIVADAS O SECUNDARIAS.

Se expresan a partir de las magnitudes físicas primarias, por medio de leyes o principios, usando una ecuación que involucra solamente operaciones de multiplicación, división, diferenciación o integración.

Así por ejemplo: la fuerza, F; la aceleración, a; la velocidad, V; la densidad, d; la capacidad calorífica, c; el área, A; el volumen, V; el trabajo, W; la energía cinética, Ec; la potencial, Ep; etc.

La densidad, como es bien sabido, es la relación entre la masa y el volumen:

El volumen de un paralelepípedo se expresa como el producto entre el largo, el ancho y la altura, todas longitudes, o sea, que se puede expresar como la longitud al cubo, y dimensionalmente:

En general, cualquier variable derivada puede expresarse por medio de una fórmula que la relacione con las dimensiones fundamentales. La fórmula dimensional es el agregado de exponentes de las magnitudes primordiales utilizadas para definirla. Estas expresiones son claves en el análisis de la homogeneidad dimensional de una ecuación, tema que se tratará mas adelante.

La realización de cálculos numéricos con ecuaciones que relacionan cantidades físicas requiere del uso de patrones de medida o unidades. Además es necesario que las expresiones empleadas sean homogéneas, no solo en sus dimensiones sino también en sus unidades.

Se define una unidad como:

"Una magnitud arbitraria de una dimensión elegida como referencia para propósitos de medición o cálculo".

 SISTEMAS DE UNIDADES.

Buscan fijar valores numéricos específicos a fenómenos físicos observables (llamados dimensiones) de tal forma que estos puedan describirse analíticamente (mediante unidades).

Cualquier proceso en el que se mida una variable de interés implica la selección anterior de las unidades de mayor conveniencia. Esto significa gran facilidad de manejo, mejor claridad en la representación y más generalidad en la interpretación. En nuestro medio es muy común referirse al diámetro de una tubería diciendo 1 pulgada que 2.54 centímetros, aunque las cantidades sean equivalentes. Análogamente, es más usual especificar la altura de una persona diciendo 1.75 metros en lugar de 5.741 pies. Esto se debe, principalmente, a la existencia de normas precisas para cada sector: laboral, social, comercial, industrial, que no son universales y varían de un país a otro.

Por tanto, un sistema de unidades presenta un patrón unitario para cada magnitud fundamental y define las correspondientes a cada magnitud derivada.

Los de uso más frecuente en Ingeniería se pueden dividir en:

• Físicos y,
• Electromagnéticos.

Los sistemas físicos eligen como unidades primarias o fundamentales a la longitud, la masa, i el tiempo y la temperatura.Entre ellos están el c.g.s. (centímetro - gramo - segundo) o el Sistema Internacional, S.I., similar al sistema M.K.S. (metro - kilogramo - segundo), y que al escoger la masa como unidad fundamental reciben el nombre de sistemas absolutos.

Los de ingeniería, como el Técnico Británico o el inglés y métrico de ingeniería, toman como magnitud fundamental la fuerza en vez de la masa y se conocen con el nombre de sistemas gravitacionales.

En Astronomía se utiliza un conjunto que tiene dos unidades fundamentales: longitud y tiempo, empleándose la ley de la gravitación universal y la Segunda ley de Newton para definir la masa y la fuerza como unidades derivadas.

Los sistemas electromagnéticos son útiles para medir magnitudes de fenómenos electromagnéticos, magnetostáticos y electrostáticos. Como ocurre con los sistemas de unidades mecánicas, éstas se definen en términos de un número menor de dimensiones fundamentales. Las leyes físicas de Coulomb y Biot-Savart se utilizan para deducir las dimensiones de magnitudes secundarias. Las dimensiones fundamentales son las de naturaleza mecánica (longitud, masa y tiempo) las cuales se complementan con unidades electromagnéticas. Entre estos sistemas de unidades se encuentran el Electrostático y el Electromagnético.

Aunque hay tres sistemas de unidades Electromagnéticas, en ingeniería se utiliza preferentemente el MKSA, un subconjunto del S.I.

La tabla 2.1 muestra los sistemas físicos de unidades más conocidos, con las dimensiones de mayor uso en el estudio de la Ingeniería Química.

Tal como se ve en la tabla, los sistemas cgs, pls, MKS e Internacional eligen como dimensiones fundamentales (entre otras) la longitud, la masa y el tiempo. La fuerza es una unidad derivada, definida por la Ley de Newton, F = m x a.

El Sistema Inglés Gravitacional escoge como dimensiones fundamentales (entre otras) la longitud, el tiempo y la fuerza.La masa es una dimensión derivada que se denomina slug.

Los sistemas Americano o Inglés de Ingeniería y el Métrico de Ingeniería eligen la longitud, la masa, el tiempo y la fuerza como unidades fundamentales. La fuerza se mide en las unidades de libra-fuerza y kilogramo-fuerza, respectivamente, definidas de la siguiente manera:

"Una libra-tuerza, (lb-f), es la fuerza con que es atraída por la tierra una unidad de masa de una libra, en un sitio donde la aceleración de la gravedad es de 32.174pies/seg²".

"Un kilogramo fuerza, (Kg.-f), es la fuerza con que es atraída por la tierra una unidad de masa de un kilogramo en un sitio donde la aceleración de la gravedad sea de 9.81 m/seg²".

Tabla 2.1. Principales Sistemas de Unidades