Dilatación y Contracción Térmica (Tabla de coeficientes)

Convivimos diariamente con fenómenos como la Dilatación y la Contracción Térmica, es una propiedad innata de los materiales por lo que no mantiene un valor constante cuando existe una variación de la temperatura. Cada material cambia sus características volumétricas de manera diferente al existir una variación de tan solo un grado de temperatura.

Cuando un material o sustancia aumenta su temperatura provoca que las moléculas de su interior se agiten y tiendan a separarse, lo que origina una expansión del material (dilatación).

Cuando ocurre un cambio volumétrico provocando por el aumento de temperatura se le conoce como dilatación térmica. La dilatación térmica es una propiedad común para todos los materiales y estados de la naturaleza, ya sean; sólidos, líquidos o gaseosos.

La Contracción Térmica por el contrario, es el proceso inverso a la dilatación y es provocada por la disminución de la temperatura en los materiales. Ver tabla al final de esta publicación.

Fórmulas para calcular la dilatación:

El alargamiento que experimenta la unidad de longitud de un cuerpo al elevar su temperatura en 1 °C afecta su:

• Longitud inicial (L_𝑜)

• Área inicial (A₀)

• Volumen inicial (𝑉₀).

Para el cambio de Longitud:         

Para el cambio de Área:               

Para el cambio en Volumen:         

• El valor representa la variación de temperatura final menos la inicial.
• es la longitud final después de la dilatación.
• es el área final después de la dilatación.
• es el volumen final después de la dilatación.

Coeficientes de dilatación

Según las fórmulas anteriores tenemos tres coeficientes de los que dependemos para poder realizar el cálculo. El coeficiente de dilatación lineal (α), lo encontraremos explicado a continuación, identificando el valor para cada material.

Los coeficiente de dilatación de superficie (Área) o el coeficiente de dilatación volumétrico, estos dependen del Coeficiente de dilatación lineal, es decir;

1. Coeficiente de dilatación lineal los valores de este coeficiente se pueden ver más abajo.
2. Coeficiente de dilatación de superficie este se va a representar como dos veces el coeficiente de dilatación lineal.
3. Coeficiente de dilatación volumétrico este se calculará como tres veces el coeficiente de dilatación lineal. 

La Fuerza de dilatación o contracción de un cuerpo al variar la temperatura

Si consideramos que un cuerpo se encuentra empotrado o fijo en uno de sus extremos, al este dilatarse bajo la acción de la temperatura ejerce una fuerza a tener en cuenta para el diseño o montaje de una pieza. Esta fuerza se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

Donde:

• Alfa (α) es el coeficiente de dilatación lineal.
• E es el módulo de elasticidad del material del elemento.
• A área de la sección transversal del elemento.
• Y (ΔT) la diferencia de temperatura.

Contracción Lineal

La contracción lineal es el porcentaje de contracción con respecto a la dimensión original que sufre un cuerpo.

Veamos un Ejemplo: La diferencia entre un molde frío donde se ha fundido un cuerpo. Al enfriarse este se representa como un tanto porciento de la dimensión del molde.

 %

Donde:

• C_l contracción lineal.
• L_i es la longitud inicial (caliente).
• L_f es la longitud final del cuerpo (frío).

Coeficiente de dilatación Lineal –

Material	Coeficiente 10-6 a 20 ºC
Acero	12
Acero al carbono	10.8
Acero Inoxidable	17.3
Agua	69
Aluminio	23
Caucho	77
Cinc	26
Cobre	17
Diamante	1
Etanol	250
Gasolina	320
Grafito	3
Hierro	11
Hormigón	12
Latón	19
Madera de Pino	34
Madera de Roble	4
Magnesio	26
Molibdeno	4.8
Niquel	13
Oro	14
Paladio	12
Plata	20
Plomo	29
PVC	52
Silicio	3
Vanadio	9
Vidrio	8.5
Vidrio de borosilicato	3.3
Wolframio	4.5

Coeficiente de Contracción Lineal

Material	Coeficiente en %
Acero	1.8
Acero Moldeado	1.6 a 2.0
Aluminio	1.8
AlSi (Fundición)	0.5 a 1.2
Antimonio	0.3 a 0.7
Bronce de estaño	0.8 a 1.6
Bronce de plomo	1 a 1.5
Cobre	1.4
Estaño	0.3 a 0.7
Hierro (Fundición)	1.1 a 1.5
Latón	1.5 a 1.8
Plomo	1.1
Zinc	1.6

Fórmulas para calcular las deformaciones en la soldadura manual por arco eléctrico

El cálculo de la deformación se realiza en función del espesor de la pieza y de las dimensiones de la misma y se obtiene en mm.

Cuando el cuello (a) no es 0,7 x e , se operará como si así lo fuera, y luego se multiplicará por:

a₁ = Cuello real del plano

a = Cuello 0,7 x e

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