Semana-3 282v4o

FACULTAD DE INGENIERIA Escuela de Ingeniería Agroindustrial

DEFORMACIÓN PROVOCADA POR CAMBIOS DE TEMPERATURA

MSc. Hebert Vizconde Poémape

Las dimensiones cambian en los diferentes materiales a tasas diferentes cuando se someten a cambios de temperatura. La mayoría de los materiales se dilatan conforme la temperatura se incrementa, aunque unos cuantos se contraen y algunos prácticamente permanecen del mismo tamaño. El coeficiente de dilatación térmica rige la deformación térmica y el esfuerzo térmico experimentados por un material.  

ec. 1

  coeficiente de dilatación térmica, , es la propiedad de un material que indica la cantidad de cambio unitario de una El dimensión con un cambio unitario de temperatura.

 

Coeficiente de dilatación térmica, , de algunos materiales.

 

Coeficientes de dilatación térmica de plásticos seleccionados

 

Coeficientes de dilatación térmica de compuestos seleccionados

•Ejemplo   1: Una varilla de acero AISI 1040 se utiliza como eslabón en un mecanismo de dirección de un gran camión. Si su longitud nominal es de 56 in, calcule su cambio de longitud cuando la temperatura cambia de -30°F a 110°F. Objetivo: Calcular el cambio de longitud del eslabón. Datos: El eslabón es de acero AISI 1040, longitud= 56 in, Temperatura original t1=-30 °F Temperatura final t2= 110 °F Análisis: Utilizar la ecuación 1

Ejemplo 2: Una varilla de empuje del mecanismo de válvulas de un motor automotriz tiene una longitud nominal de 203 mm. Si la varilla es de acero AISI4140, calcule el alargamiento provocado por un cambio de temperatura de -20°C a 140°C.   Objetivo: Calcular el cambio de longitud de la varilla de empuje. Datos: El eslabón es de acero AISI 4140; longitud = 203 mm. Temperatura original t1= -20°C Temperatura final t2= 140 °C -1

Análisis: utilizar la ecuación 1

Esfuerzo Térmico  

ec. 2 Los esfuerzos resultantes en la parte se determinan con:  

 

ec. 3

•Ejemplo   3: El miembro estructural de acero AISI 1020 de un horno se somete a un incremento de temperatura de 95 °F mientras se mantiene rígido en sus extremos. Calcule el esfuerzo resultante en el acero. Objetivo: Calcular el esfuerzo térmico en el acero. Datos: El acero es AISI 1020; 6.5x10-6 °F-1; E=30x106 Psi, Análisis: Utilizar la ecuación 3

•Ejemplo   4: Una barra de aleación de aluminio 2014-T6 de una máquina se mantiene sujeta por sus extremos mientras se enfría desde 95°C. ¿A qué temperatura el esfuerzo de tensión en la barra sería igual a la mitad de la resistencia a la cedencia del aluminio si originalmente se encontraba a cero esfuerzo? Objetivo: Calcular la temperatura cuando Datos: El aluminio es de aleación 2014-T6; 23x10-6 °C-1; E=73GPa, Análisis: Utilizar la ecuación 3

Deformación térmica y esfuerzo bajo restricción parcial.

Ejemplo 5: La barra de latón mostrada en la figura forma parte de una banda transportadora que conduce componentes a un homo. Inicialmente, cuando la temperatura es de 15°C, existe una tolerancia u holgura total de 0.25 mm entre el extremo de la barra y el interior de los armazones en ambos lados. Describa que sucede cuando la temperatura se incrementa de 15°C a 90°C. Considere que los armazones son rígidos y que sus dimensiones no cambian cuando se eleva la temperatura.

Objetivo: Describir el comportamiento de la barra conforme se eleva la temperatura. •

 

Datos: Longitud inicial de la barra L=250 mm. Brecha inicial:

Material de la barra: Latón C36000, duro. 10 -6 °C-1 E=110 GPa,

.

Análisis: Paso1. Determinar primero que elevación de temperatura hará que la barra se dilate 0.25 mm y que su extremo apenas se ponga en o con el armazón. Se puede utilizar la ecuación 1. Paso2. Determinar entonces qué tanta elevación de temperatura ocurre desde ese punto hasta que la temperatura es de 90 °C Paso3. Se puede utilizar entonces la ecuación 3 para calcular el esfuerzo desarrollado en la barra durante la elevación final de la temperatura. La seguridad de este esfuerzo debe ser evaluada.