Esfuerzos y deformaciones por efectos térmicos y por carga

ESFUERZOS Y DEFORMACIONES POR EFECTOS TÉRMICOS Y POR CARGA

PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS MATERIALES

Se sabe que los materiales cambian sus propiedades con la temperatura. En la mayoría de los casos las propiedades mecánicas y físicas dependen de la Temperatura a la cual el material se usa o de la Temperatura a la cual se somete el material durante su procedimiento.

DEFORMACIÓN QUE CAUSANLOS CAMBIOS DE TEMPERATURA
 
Los elementos de maquinas cuando están en funcionamiento sufren cambios de temperatura. Al presentarse este cambio de temperatura en un elemento, éste experimentará una deformación axial, denominada deformación térmica. Si la deformación es controlada, entonces no se presenta la deformación, pero si un esfuerzo, llamado esfuerzo térmico. Los casos más generales dedeformación y esfuerzo térmicos, son:
Puentes y elementos estructurales, donde se puede pasar de temperaturas iniciales de – 30 °F a 110 °F.
Vehículos y maquinaria.
Piezas de máquinas con calentamiento excesivo, como motores, hornos, cortadores de metal, trenes de laminación, equipo de moldeo y extrusión de plástico, equipo procesador de alimentos, compresores de aire, y mecanismosindustriales, maquinas herramientas (fresadoras, tornos, cortadoras), equipos de moldeo y extrusión de plástico.

Los diferentes materiales cambian de dimensiones a diferente tasa cuando se exponen a cambios de temperatura.
Estos cambios de dimensiones en los materiales están determinados por el coeficiente de expansión térmica, el cual permite calcular la deformación térmica respectiva. En el sistemaingles, la unidad del coeficiente de expansión térmica es °F -1 , y en el sistema internacional es °C -1 .
Coeficiente de expansión térmica (α): es la propiedad de un material que indica la cantidad de cambio unitario dimensional con un cambio unitario d temperatura

La deformación térmica () depende del coeficiente de expansión térmica (), de la longitud del elemento (L) y del cambio detemperatura ( ΔT) se puede calcular como:

 =  L(ΔT)

 
Coeficientes de expansión térmica de compuestos seleccionados, x 10 -6.
  | L o n g i | t u d i n al | T r a n s | v e r s a l |
MATERIAL | °F -1 | °C -1 | °F -1 | °C -1 |
Vidrio / fibras epóxicas unidireccionales | 3.50 | 6.30 | 11.00 | 19.80 |
Aramida / fibras epóxicas unidireccionales | -1.10 | -1.98 | 38.00 |68.40 |
Carbón / fibras epóxicas unidireccionales | 0.05 | 0.09 | 9.00 | 16.20 |
Carbón / fibras epóxicas cuasi - direccionales | 1.60 | 2.88 | 1.60 | 2.88 |
 

Coeficiente de expansión térmica de algunos metales, vidrio cilindrado, madera y concreto, x 10 -6.
MATERIAL | °F -1 | °C -1 |
Acero AISI 1020 | 6.5 | 11.7 |
Acero AISI 1040 | 6.3 | 11.3 |
Acero AISI 4140| 6.2 | 11.2 |
Acero estructural | 6.5 | 11.7 |
Hierro fundido gris | 6.0 | 10.8 |
Acero inoxidable AISI 301 | 9.4 | 16.9 |
Acero inoxidable AISI 430 | 5.8 | 10.4 |
Acero inoxidable AISI 501 | 6.2 | 11.2 |
Aleación de aluminio 2014 | 12.8 | 23.0 |
Aleación de aluminio 6061 | 13.0 | 23.4 |
Aleación de aluminio 7075 | 12.9 | 23.2 |
Latón C36000 | 11.4 |20.5 |
Bronce C22000 | 10.2 | 18.4 |
Cobre C14500 | 9.9 | 17.8 |
Magnesio AST AZ63A-T6 | 14.0 | 25.2 |
Titanio Ti – 6A1 – 4V | 5.3 | 9.5 |
Vidrio cilindrado | 5.0 | 9.0 |
Madera (pino) | 3.0 | 5.4 |
Concreto | 6.0 | 10.8 |
 
 
Coeficiente de expansión térmica para plásticos seleccionados, x 10 -6 .
MATERIAL | °F -1 | °C -1 |
ABS resina sin relleno |53.0 | 95.4 |
ABS relleno de fibra de vidrio | 16.0 | 28.8 |
Acetal resina sin relleno | 45.0 | 81.0 |
Acetal relleno de fibra de vidrio | 22.0 | 39.6 |
Policarbonato resina sin relleno | 37.0 | 66.6 |
Policarbonato relleno de fibra de vidrio | 13.0 | 23.4 |
Poliéster resina sin relleno | 53.0 | 95.4 |
Poliéster relleno de fibra de vidrio | 12.0 | 21.6 |...