Calculadora de deformación térmica libre

Introduzca el coeficiente de dilatación térmica lineal del material y el cambio de temperatura; la herramienta aplicará ε_th = αΔT. El resultado se presenta como razón de deformación, porcentaje y microdeformación para facilitar los cálculos de ingeniería. Los valores positivos indican dilatación libre y los negativos, contracción libre. El cálculo supone que el material no está restringido y que su coeficiente permanece constante durante el intervalo térmico indicado.

Qué representa la deformación térmica libre

La deformación térmica expresa cuánto cambiaría la longitud de un material respecto de su longitud original al variar la temperatura, siempre que nada impida su movimiento. Como es el cociente entre el cambio de longitud y la longitud inicial, no tiene unidad física. Un valor de 0.0006 significa que cada metro se alargaría libremente 0.0006 metro en las condiciones indicadas; la misma proporción sirve para milímetros, pulgadas o cualquier unidad de longitud coherente. La calculadora también muestra el resultado como porcentaje y microdeformación, donde una microdeformación equivale a una millonésima de deformación. El signo tiene significado físico. Un coeficiente positivo combinado con calentamiento produce deformación positiva, mientras que el enfriamiento produce deformación negativa. Los materiales con coeficiente de dilatación térmica negativo invierten esa respuesta habitual. El cálculo solo describe la deformación libre. No predice fuerza ni tensión, pues estas aparecen cuando restricciones, piezas vecinas, apoyos o condiciones de compatibilidad se oponen al cambio dimensional natural.

Cómo introducir el coeficiente y el cambio de temperatura

Introduzca el coeficiente de dilatación térmica lineal como valor inverso de temperatura, normalmente en 1/K. Las tablas de materiales suelen presentar la misma magnitud en µm/(m·K) o ppm/K. Esas formas equivalen numéricamente a microdeformación por kelvin, por lo que debe convertirlas a 1/K antes de introducirlas: por ejemplo, 12 ppm/K se convierte en 0.000012 1/K. Introduzca el cambio de temperatura como temperatura final menos temperatura inicial. Así, un aumento de 20 °C a 70 °C es +50 °C y una disminución de 70 °C a 20 °C es −50 °C. Los intervalos en kelvin y grados Celsius tienen la misma magnitud numérica, de modo que puede usar cualquiera para ΔT si el coeficiente está expresado por kelvin o por grado Celsius. No introduzca una temperatura absoluta en lugar de la variación. Se admiten coeficientes y cambios de temperatura negativos porque ambos pueden representar situaciones reales. La herramienta exige números finitos y rechaza valores ausentes, texto no numérico, infinito y cualquier producto fuera del intervalo numérico finito.

Supuestos, interpretación y pasos siguientes

La fórmula ε_th = αΔT supone una variación uniforme de temperatura, un coeficiente constante durante el intervalo y una dirección del material representada por el coeficiente introducido. Estos supuestos sirven para muchos cálculos preliminares en intervalos térmicos moderados. Pueden resultar insuficientes cerca de transiciones de fase, en intervalos muy amplios o con materiales compuestos y anisótropos cuya dilatación depende de la dirección. En esos casos, utilice datos específicos para cada dirección y, cuando α varíe con la temperatura, integre el coeficiente a lo largo de la trayectoria térmica en vez de multiplicar un único valor constante. La deformación térmica libre tampoco equivale a la deformación total medida en un componente cargado: pueden intervenir deformación mecánica, fluencia, retracción y otros efectos. Si necesita el cambio real de longitud, multiplique la razón de deformación por la longitud original. Cuando la dilatación esté total o parcialmente restringida, el análisis estructural o de tensión térmica debe considerar rigidez, condiciones de contorno, geometría y comportamiento del material. Use este resultado como componente térmico no restringido del análisis general, no como predicción aislada de tensión.