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 y 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 (sustancia) aumenta su temperatura provoca que que las moléculas de su interior se agiten más rápido y tiendan a separarse, lo que origina una expansión del material. Cuando ocurre un cambio volumétrico provocando (expansión) del material provocada 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, es el proceso inverso a la dilatación y es provocado debido a la disminución de la temperatura en los materiales. Ver tabla al final de este post.

Formulas para calcular la dilatación:

Es el alargamiento que experimenta la unidad de longitud de un cuerpo al elevar su temperatura en 1° C afecta su Longitud inicial (L_𝑜); a su Área inicial (A₀); o su 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 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  

En las formulas expresadas anteriormente tenemos tres coeficientes de los que dependemos para poder realizar el cálculo. En el caso de el coeficiente de dilatación lineal (alfa) lo podremos encontrar más abajo en este post identificando el valor para cada material. En el caso de 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 en este post.
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 tenemos en cuenta que un cuerpo se encentra 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 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 la diferencia de temperatura.

Contracción Lineal

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

Ejemplo: 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