BTU (unidad térmica): equivalencias, usos, ejemplos
BTU son las siglas para British Thermal Unit, que se traduce como Unidad Térmica Inglesa. Se trata de una unidad que se usa en transferencia de calor y que comenzó a aparecer en los textos de ingeniería hacia fines del siglo XIX.
La siguiente es una de las definiciones de esta unidad: 1 BTU es la cantidad de calor necesaria para cambiar en un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua a 60 ºF a presión atmosférica. Otra definición empleada en la industria petrolera establece dicha temperatura en 59 ºF.
Ahora bien, la energía –de cualquier tipo- es una magnitud que presenta muchas posibilidades en cuanto a las unidades para medirla. Aunque en el Sistema Internacional de Unidades SI es el joule o julio, en muchos ámbitos, como todos los que se relacionan con la electricidad, la calefacción y la refrigeración, se da preferencia a otras.
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A continuación se muestran las principales conversiones de la BTU a otras unidades de energía de uso frecuente:
Tabla 1. Factores de conversión de BTU
Para convertir una cantidad dada de BTU a cualquiera de las unidades mostradas, basta con multiplicar la cantidad por el factor de conversión indicado. Y si lo que se desea es transformar desde cualquier unidad a BTU, se divide por dicho factor.
La energía en sus múltiples formas es lo que finalmente impulsa a la humanidad. Así que no es de sorprender la gran cantidad de unidades creadas a medida que los conocimientos se iban ampliando cada vez más.
Por una parte sucede que el joule es una unidad bastante pequeña para la energía o el calor, y por la otra, hay unidades de medida muy arraigadas en el área de la transferencia de calor, como la caloría y la misma BTU.
-Actualmente la BTU se sigue empleando en todo lo que se refiere a sistemas de calefacción, estufas, hornos, refrigeración y aire acondicionado. Es frecuente que aparezca en los manuales de operación y mantenimiento de tales equipos.
-También en los Estados Unidos el BTU se usa para expresar el precio del gas natural, la electricidad, el keroseno y otros combustibles (en dólares por millón de BTU). Por ejemplo, en Estados Unidos el precio de la electricidad oscila alrededor de $39 por millón de BTU, según fuentes de la U.S. Energy Information Administration.
-En las plantas eléctricas, la eficiencia de conversión de calor en energía eléctrica se expresa en BTU.
Aún más frecuente es expresar el consumo de BTU por unidad de tiempo, que es la potencia. En tal caso aparece como BTU/h o con las siglas BTUH. Esta unidad se usa en diversidad de industrias y aún los consumidores de países en los que el sistema métrico decimal es un estándar, reconocen esas siglas como distintivas en los equipos de aire acondicionado.
Tabla 2. Factores de conversión de BTU/h
*RT son las siglas de refrigeration ton o tonelada de refrigeración, una unidad de potencia utilizada para especificar potencia de refrigeradores y frigoríficos. No está relacionada con la tonelada métrica que sirve para medir masa y es igual a 1000 kg.
Una RT equivale al calor latente absorbido en la fusión de una tonelada corta (“short ton”) de hielo puro en un día, que es de 12000 BTU/h. La tonelada corta o short ton vale algo más que la tonelada métrica: 1.10231 veces.
Los sistemas de aire acondicionado central se expresan en RT. Por ejemplo, uno cuyo compresor sea de 2 RT, puede eliminar del aire una cantidad de 24.000 BTU en 1 hora.
Los siguientes ejemplos y ejercicios hacen uso de la BTU.
Al comprar una estufa (calefactor) o un equipo de aire acondicionado, se presentan muchas alternativas en el mercado. El siguiente procedimiento ayuda a escoger el equipo más adecuado para climatizar un espacio, según sus dimensiones:
-Medir ancho a, largo l y alto h de la habitación.
-Calcular el volumen mediante la fórmula V = a × l × h
-Dividir el resultado entre 2 y luego multiplicarlo por 1000
-El resultado indica las BTU/h más adecuadas para el tamaño de ese espacio, por lo tanto se debe elegir el equipo con BTU/h más cercano.
El procedimiento anterior es una buena estimación suponiendo que haya 1 o 2 personas en la habitación.
Encontrar las BTU/h requeridas para climatizar una habitación cuyas dimensiones son:
-4.0 metros de ancho
-3.0 metros de altura
-10 metros de largo
Solución
El volumen de este espacio es V = 4.0 x 3.0 x 10 m3 = 120 m3. La mitad de este valor es 60 y al multiplicarlo por 1000 se obtiene 60000. Luego, hay que buscar un equipo que especifique el valor más cercano a 60000 BTU/h.
A mayor BTU/h, mayor el tamaño y el costo del equipo, así como su consumo de energía eléctrica. Así que comprar el equipo más grande no siempre da el mejor resultado.
Otro detalle a considerar es la eficiencia: todos los equipos necesitan energía para funcionar (input) y la convierten en un trabajo (output). La eficiencia es el cociente entre la salida (input) y la entrada (output), que nunca es igual a 1, ya que siempre ocurren pérdidas.
Los equipos de aire acondicionado en general suelen estar en el rango de 3000 hasta 1800000 BTU/h. Pero los equipos de uso doméstico casi siempre se clasifican así:
-Portátiles: 8,000 – 12,000 BTU
-Sistema dividido (split system) : 9,000 – 36,000 BTU
-Aire acondicionado de ventana: 3,000 – 25,000 BTU
Un aire acondicionado de ventana tiene 5000 BTU/h y se desea calcular su potencia en kilovatios. Si el equipo está encendido durante 6 horas, ¿cuál será su consumo de energía en joules?
Solución
En la tabla 2 aparece el factor de conversión: 1 BTU /h = 0.00029307107 kilovatios, la operación a realizar es:
5000 x 0.00029307107 kilovatios= 1.470 kilovatios.
En cuanto al consumo de energía en joules, primero se transforma a watts la cantidad anterior multiplicando por 1000:
1470 kilovatios = 1470000 watts.
Y puesto que la potencia es energía por unidad de tiempo, se multiplica este resultado por 6 horas, expresadas en segundos:
6 horas = 6 x 3600 segundos = 21600 segundos
Energía consumida = 1470000 watts x 21600 segundos = 3.18 x 1010 joules.
Se trata de un número bastante grande: nada menos que 318 seguido de 8 ceros. Como se mencionó previamente, el joule es una unidad bastante pequeña y en este aspecto, emplear la BTU significa trabajar con cifras más pequeñas y manejables.
- Compact Appliance. Air Conditioning BTU’s: What Are They & What Do They Mean? Recuperado de: learn.compactappliance.com.
- Essential Home and Garden. What is BTU?. Recuperado de: essentialhomeandgarden.com.
- ¿Qué es un BTU en un aire acondicionado y cómo calcular el tamaño correcto? Recuperado de: samsung.com.
- U.S. Energy Information Administration. FAQS. Recuperado de: eia.gov.
- Wikipedia. British Thermal Unit. Recuperado de: en.wikipedia.org.