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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 (L𝑜); 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:

  • Cl contracción lineal.
  • Li es la longitud inicial (caliente).
  • Lf es la longitud final del cuerpo (frío).

Coeficiente de dilatación Lineal –

MaterialCoeficiente
10 (^-6) a 20 ºC
Acero 12
Acero al carbono10.8
Acero Inoxidable17.3
Agua69
Aluminio 23
Caucho77
Cinc 26
Cobre17
Diamante1
Etanol250
Gasolina320
Grafito3
Hierro11
Hormigón12
Latón 19
Madera de Pino34
Madera de Roble4
Magnesio26
Molibdeno 4.8
Niquel13
Oro14
Paladio12
Plata20
Plomo29
PVC52
Silicio3
Vanadio9
Vidrio8.5
Vidrio de borosilicato3.3
Wolframio4.5

Coeficiente de Contracción Lineal

MaterialCoeficiente en %
Acero1.8
Acero Moldeado1.6 a 2.0
Aluminio1.8
AlSi (Fundición)0.5 a 1.2
Antimonio0.3 a 0.7
Bronce de estaño0.8 a 1.6
Bronce de plomo1 a 1.5
Cobre1.4
Estaño 0.3 a 0.7
Hierro (Fundición)1.1 a 1.5
Latón1.5 a 1.8
Plomo1.1
Zinc1.6
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