TENSIONES T RMICAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LUJAN
Depto. de Tecnología – División Tecnologías Industriales
Asignatura: TECNOLOGÍA Y RESISTENCIA DE LOS MATERIALES
Prof.:
Ingeniero Julio P. Ortiz
Ingeniero José E. Gonzalez
Arquitecto. Fernando López Yañez
Ayudante: Ing. Daniel Laera
TENSIONES TÉRMICAS
El análisis tiene validez si se cumplen las siguientes condiciones:
1) El aumento o disminución de temperatura seaplica sobre sólidos perfectamente
homogéneos, bajo la forma de barras de eje recto.
2) La temperatura aumenta o disminuye en forma constante, sin presencia de gradientes, en
toda la masa del material.

Tensiones resultantes de la dilatación y contracción impedidas.
Consideramos primero un sólido homogéneo e isótropo en forma de barra que es calentado o
bien enfriado uniformemente; o sea, no seimponen gradientes de temperatura. En el caso de
la dilatación o contracción libres, la barra estará libre de tensiones. Sin embargo, si el
movimiento axial de la barra está restringido por extremos rígidos, se formarán tensiones
térmicas. Sabemos que

σ=Eε

donde E= Módulo de Elasticidad longitudinal y ε=

α(ΔT)
Entonces podemos decir que σ= Eα(T0 – Tf)= EαΔT (1) donde α es el coeficiente lineal dedilatación térmica. Al calentar (Tf > T0), la tensión es de compresión (-) puesto que la
Deformación específica, la cual a su vez =

dilatación ha estado impedida. Desde luego, si la barra es enfriada (Tf < T0), se producirá una
tracción (+). También la tensión de la ecuación 1 es la misma que la que se requeriría para
acortar elásticamente (o alargar) la barra de nuevo a su longitud original despuésque se ha
dilatado (o contraído) con un cambio de temperatura.
Ejemplos:
1)
En cañerías industriales (piping) principalmente distribución de vapor y retornos de
condensado, cuando un caño es sometido a una variación de temperatura sufrirá una
variación en su longitud, en caso de encontrarse libre de impedimentos. En cambio,
encontrándose sujeto de manera rígida, experimentará tensiones internas yreacciones de
vínculo en los soportes, como consecuencia de las restricciones impuestas a la libre dilatación
o contracción, según el caso. El empuje, o reacción de vínculo sobre las fijaciones surge de la
siguiente expresión : P/A = E
ΔL/L
Donde P= empuje sobre los puntos de fijación
A= área transversal de la barra o de la cañería
ΔL= Variación de longitud
L= Longitud de la cañería
Estos empujesdeben ser absorbidos dado el riesgo de que se produzcan efectos no
deseados. Si la cañería recibiera calor el esfuerzo interno resultante sería de compresión,

pudiendo producirse además pandeo. En caso de enfriamiento, el esfuerzo sería de tracción,
por consiguiente de menor riesgo.
Existen varias soluciones a este problema, dependiendo de las posibilidades económicas de
implementarlas. La máscomún consiste en evitar el desarrollo rectilíneo de la cañería a los
efectos de reducir la rigidez de la misma, mediante un desarrollo más flexible del trazado. Se
minimizan de esta manera los efectos no deseados de pandeo y flexión, permitiendo tensiones
de torsión, de mejor asimilación por parte del material, en lo que se conoce como cañería
tridimensional.

Ejemplo de cañería industrialtridimensional

También, con menor frecuencia, se recurre al pretensionado (cold-spring) consistente en
aplicar al caño –durante el montaje – tensiones de signo contrario a las esperadas,
aproximadamente un 50% inferiores a las mismas.
Finalmente, y menos recomendable, existen las juntas de expansión, elementos elásticos que
además de su alto costo, suponen un punto vulnerable en la cañería. Sejustifica su uso solo
en determinadas situaciones, a saber: a) cuando resulte antieconómico instalar un trazado
flexible (cañería de gran diámetro), b) en determinados procesos, en los cuales se deban
evitar las turbulencias que producirían esos trazados, c) donde además de la carga térmica,
existan vibraciones.
Fuera de las 2 hipótesis iniciales, existen también casos comunes de tensiones térmicas que...