Dilatación y Contracción Térmica (Tabla de coeficientes)
Los ingenieros convivimos diariamente con fenómenos como la dilatación y la contracción térmica, es una propiedad innata de los materiales y algo con lo que las empresas de ingeniería deben lidiar constantemente. Estas propiedades, fundamentales para la ingeniería mecánica, tienen un impacto directo en sectores como la construcción, el diseño mecánico y la tecnología. Los ingenieros involucrados en el diseño y desarrollo de productos calculan las dilataciones o contracciones esperadas para así evitar daños en las estructuras, máquinas o dispositivos que crean.
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, y esto, es a lo que llamamos dilatación.
Cuando ocurre un cambio volumétrico provocando por el aumento de temperatura, se 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 térmica
El alargamiento que experimenta la unidad de longitud de un cuerpo al elevar su temperatura en 1 °C afecta su:
- Longitud inicial (L𝑜)
- 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 coeficientes de dilatación de superficie (Área) o el coeficiente de dilatación volumétrico, estos dependen del Coeficiente de dilatación lineal, es decir;
- Coeficiente de dilatación lineal,
los valores de este coeficiente se pueden ver más abajo. - Coeficiente de dilatación de superficie,
este se va a representar como dos veces el coeficiente de dilatación lineal. 
- Coeficiente de dilatación volumétrico,
este se calculará como tres veces el coeficiente de dilatación lineal. 
Fuerza de dilatación o contracción en 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 las demás piezas con las que se encuentran en contacto. Esta fuerza, se debe tener en cuenta para el diseño y montaje de la pieza o elemento.
La 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.
Tabla con Coeficientes de Dilatación Lineal – α
| Material | Coeficiente 10-6 a (20 °C) |
| 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 |
| Níquel | 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 |
Calculadora de Dilatación Térmica Lineal
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Contracción Lineal: ¿Qué es y cómo se calcula?
La contracción lineal se refiere a la reducción porcentual de una dimensión lineal específica en un cuerpo, en relación con su tamaño original, como respuesta a una disminución en la temperatura. Este fenómeno es el opuesto a la dilatación lineal, donde un aumento en la temperatura resulta en un incremento en las dimensiones lineales. La contracción lineal es un concepto fundamental en la física y la ingeniería, ya que permite a los profesionales predecir y compensar los cambios dimensionales en materiales y estructuras bajo diferentes condiciones térmicas.
Veamos un Ejemplo: La diferencia en dimensión entre un cuerpo fundido en un molde frío y el molde mismo, al enfriarse el material, se expresa como un porcentaje de la dimensión original del molde. Este fenómeno, conocido como contracción de solidificación, ocurre porque la mayoría de los materiales se contraen al pasar de un estado líquido a un sólido durante el proceso de enfriamiento. La cantidad específica de contracción depende del material y debe tenerse en cuenta en el diseño del molde para asegurar que la pieza final tenga las dimensiones deseadas.
%
Donde:
- Cl contracción lineal.
- Li es la longitud inicial (caliente).
- Lf es la longitud final del cuerpo (frío).
En función del material a utilizar, existen tablas donde podemos encontrar los coeficientes de contracción lineal para los materiales y así determinar cuál será la reducción de longitud esperada para cada material.
¿Cómo calculamos el cambio de longitud?
ΔL = Loriginal × C
Donde:
- ΔL es el cambio en longitud (o dimensión)
- Loriginal es la longitud (o dimensión) original del material en el molde antes de enfriarse
- C es el coeficiente de contracción lineal del material. (la tabla puede verla más abajo en este artículo).
Coeficiente de contracción térmica lineal (C)
| Material | Coeficiente en % |
| Acero | 1.8 |
| Acero Moldeado | 1.6 a 2.0 |
| Aluminio | 1.8 |
| Al-Si (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 |
¿Cómo calcular las deformaciones en la soldadura?
Las deformaciones en la soldadura son muy comunes y al mismo tiempo muy perjudiciales. Nos referimos a los cambios en la forma y tamaño de las piezas metálicas que se unen mediante soldadura. Este fenómeno ocurre debido al calor intenso aplicado durante el proceso de soldadura, que calienta el metal localmente hasta su punto de fusión para unirlo. Al enfriarse el metal, se contrae y puede causar diversos tipos de deformaciones en la pieza soldada. Aquí te explico de manera sencilla los principales tipos de deformaciones que pueden ocurrir:
- Deformación Angular: Sucede cuando las dos partes de metal que se unen no se contraen de manera uniforme después de soldarlas, lo que puede hacer que la pieza completa se tuerza o doble en los bordes de la soldadura. (Similar a doblar ligeramente una tarjeta de crédito; la deformación angular es similar pero en el metal.)
- Contracción Longitudinal: Piensa en cómo un elástico se encoge cuando lo sueltas después de estirarlo. De manera similar, el metal puede encogerse a lo largo de la línea de soldadura. Esto puede acortar toda la longitud de la pieza soldada, lo que podría ser problemático si se necesitan medidas precisas.
- Contracción Transversal: Este tipo de deformación ocurre de manera perpendicular a la línea de soldadura. Tomemos como ejemplo apretar el centro de un globo inflado; los lados se expandirán mientras el centro se contrae. En el metal, esto puede causar que la pieza se curve o se pandee alrededor de la soldadura.
- Deformación por Pandeo y Alabeo: Las piezas metálicas pueden deformarse de formas irregulares debido a las tensiones internas y al enfriamiento desigual después de la soldadura.
Estas deformaciones pueden afectar la integridad estructural y la precisión dimensional de las piezas soldadas, por lo que es crucial tenerlas en cuenta durante el diseño y la ejecución de proyectos de soldadura. Los ingenieros y soldadores experimentados utilizan diversas técnicas para minimizar estas deformaciones, como el control del aporte de calor, el uso de dispositivos de sujeción para mantener las piezas en su lugar, y la planificación de secuencias de soldadura específicas.
