Propiedades termicas

1. Presentación
Algunas aplicaciones industriales importantes requieren la utilización de materiales con propiedades térmicas específicas, imprescindibles para el correcto funcionamiento del dispositivo o equipo en cuestión. así ocurre, por ejemplo, en un intercambiador de calor, cuyo rendimiento depende directamente de la conductividad térmica del material empleado en su construcción. En otroscasos, estas propiedades no son tan determinantes, pero deberán ser tenidas en cuenta a la hora de seleccionar el material idóneo. Así, por ejemplo, un coeficiente de dilatación alto puede dar lugar a tensiones térmicas importantes en piezas con responsabilidad mecánica.
[pic]Las propiedades térmicas como el calor específico o los coeficientes de dilatación son importantes en piezas sometidas afuertes gradientes de temperatura, como la estructura y recubrimiento de los hornos. Tanto el calor específico como el coeficiente son prácticamente invariantes con la estructura policristalina, dependiendo fundamentalmente del tipo de enlaces y de las características de la red cristalina básica.
[pic]La conductividad térmica, en cambio, sí se ve notablemente afectada por la estructurapolicristalina. La conductividad térmica es un parámetro fundamental en dispositivos donde la transmisión de calor sea determinante de su eficacia, como ocurre con los ya citados intercambiadores de calor o, en el caso contrario, en los sistemas de aislamiento térmico.

2. Propiedades térmicas de los materiales. Indicadores
La temperatura es un factor externo de enorme importancia, ya que afecta aprácticamente todas las características de los materiales. Las propiedades mecánicas, eléctricas o magnéticas sufren importantes cambios cuando la temperatura varía, por lo que los efectos térmicos sobre estas propiedades deberán tenerse en cuenta siempre a la hora de dimensionar o seleccionar el material idóneo.
[pic]En efecto, cuando un sólido recibe energía en forma de calor, el material absorbecalor, lo transmite y se expande. Estos tres fenómenos dependen respectivamente de tres propiedades características del material: la capacidad calorífica o su equivalente calor específico, de su conductividad térmica y de su coeficiente de dilatación. Analizaremos por separado cada uno de ellos.
 
2.1 CAPACIDAD CALORIFICA Y CALOR ESPECIFICO
[pic]Se define la capacidad calorífica o capacidad térmicamolar como la energía necesaria para hacer variar en 1 K la temperatura de un mol de material. En los sólidos se trabaja usualmente con el valor Cp, definido como al capacidad calorífica a presión constante.
[pic]Desde el punto de vista de la ingeniería de materiales es más usual trabajar con el concepto de calor específico a presión constante Ce, que se define como la energia necesaría parahacer variar en 1 K la temperatura de un gramo del material. La relación entre Ce y Cp viene dada por:
[pic][pic](11.1)
siendo Pa el peso atómico del material.
 
2.2 DILATACION TERMICA
[pic]Al aumentar la temperatura, los átomos vibran con mayor amplitud alrededor de su posición de equilibrio, provocando un incremento en la distancia interatómica d0 de equilibrio, y por tanto haciendo aumentarlas dimensiones del material.
[pic]El cambio de dimensión dL por unidad de longitud y por grado centígrado (o absoluto) de temperatura está dado por la expresión:
[pic][pic](11.2)
donde α se define como el coeficiente de expansión térmica o coeficiente de dilatación.
[pic]El conocimiento del coeficiente de expansión térmica o coeficiente de dilatación permite determinar los cambios dimensionalesque sufre el material como consecuencia de un cambio en su temperatura.
[pic][pic](11.3)
[pic]La determinación experimental del coeficiente de dilatación correspondiente a un material en un rango de temperaturas dado se realiza con ayuda de un dilatómetro. Los fundamentos de la dilatometría y los registros característicos se presentaron en la unidad correspondiente a las transformaciones...