Expansión Termica

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INFORME DE EXPANSIÓN TÉRMICA

INGENIERIA DE MATERIALES

Jairo Elias Pinto Gamboa; Efrain Reyes Huertas; María Elena Rueda

jairoe.pintog@utadeo.edu.co ; efrain.reyesh@utadeo.edu ; mariae.ruedap@utadeo.edu.co

Objetivos:

Generales:

Encontrar y analizar las diferencias de las propiedades térmicas q en diferentes materiales.

Específicos:

Determinar el coeficiente de expansión térmica del acero y el aluminio

Observar por medio de un dispositivo la expansión térmica del material a medida que se aumenta la temperatura.

Marco Teórico:

Los materiales se expanden al ser llevados a altas temperaturas si afectar un cambio de estado, en donde pueden ser distintos materiales a los cuales teóricamente ya a algunos materiales se les tiene el coeficiente de expansión térmica, su determinación puede ser llevada a cabo mediante instrumentos de medición, el cual muestra la presión del sistema que ejerce el material al expandirse, y a determinado número de giros de la aguja de este medidor se conoce un desplazamiento unidimensional llamado deformación unitaria el cual es el cambio de longitud a una sola dimensión (L, h, ancho).

el coeficiente de expansión térmica al saber si es alto o bajo es importante conocerse, ya que al realizar los análisis, se aprovecha para identificar la capacidad de soportar choques térmicos, y choques físicos. además un material al llegar al punto de expansión y/o deformación alto, la conductividad también se ve afectada debido a los movimientos de partículas que también interfieren en los electrones, estos movimientos se producen por el cambio de temperatura que afectan el coeficiente de conductividad.

Introducción:

Se realizó la práctica con el fin de determinar el coeficiente de expansión lineal del acero y el aluminio para observar cómo es su variación lineal con respeto a la temperatura, además se dispuso a tomar la resistencia que dio el multímetro y así determinar la temperatura en determinados intervalos de tiempo, por otra parte el cambio de longitud lo dio una especie de medidor parecido a un manómetro, que determina el cambio de longitud con respeto a la inicial.

La mayoría de cuerpos se dilata en mayor o menor medida, cuando experimentan un cambio de su temperatura (cambio en las dimensiones geométricas). La expansión lineal en diferentes materiales, se determina como una función de la temperatura. Un incremento en la temperatura causa el cambio de la amplitud de vibración de los átomos en la red cristalina de los sólidos, haciendo que se incremente, por consiguiente el espaciamiento entre los átomos incrementa.

Si se considerada al material como isotrópico (propiedades iguales en toda la superficie del material), y que la expansión se da solamente en una dimensión, se obtiene el coeficiente de expansión lineal α, comúnmente usado para medir la dilatación lineal en los sólidos.

Metodología

Para montar el sistema, se insertó la barra de metal sobre el dilatómetro, las cuales van sostenidas por unos soportes que tienen las barras, también está ubicada al lado de los soporte un reloj que mide la dilatación (cada muesca equivale a 0,01mm) se calibra en cero para medir así el ΔL o sea la dilatación.

A la barra metálica ya conectada al dilatómetro se le inserta una manguera que está conectada al generador eléctrico de vapor para que así el vapor fluya dentro de la barra metálica y ocurra la transmisión de calor responsable de la dilatación.

El multímetro se calibra en el medidor de resistencias y se conecta al dilatómetro en las bananas para medir la resistencia y por medio de una tabla de conversiones registrar la temperatura.

Luego de medir la temperatura y longitud inicial, se deja pasar vapor, registrando la dilatación y paralelamente la temperatura, luego se procede a realizar los cálculos.

Datos y cálculos:

Primero se midieron las longitudes iniciales para cada barra de metal, luego se determinó por medio del multímetro las temperaturas iniciales, en seguida se aplica calor que es registrado en el dilatómetro las variaciones de longitud y en el multímetro las variaciones de la resistencia ( las cuales después se convierten a temperaturas). Para calcular la longitud final y la variación de temperatura.

Los datos fueron resumidos en la siguiente lista:

Para determinar el coeficiente de expansión térmica se necesitó calcular la temperatura de acuerdo, con la resistencia; pero debido a que dilatómetro tenía los datos tabulados:

No se necesitó calcularlo, sino la realización de una interpolación lineal, para determinar las temperaturas. Las temperaturas obtenidas, se utilizaron para determinar el coeficiente de expansión lineal, con la siguiente ecuación:

α=(1/L_0 )*(∆L/∆T)

Donde:

L0 = Longitud inicial de la barra de metal.

ΔL= La diferencia entre la longitud final e incial (esta la da el equipo).

ΔT= la diferencia entre la temperatura final e inicial.

Con esta fórmula y conociendo el delta de longitud dado por el equipo y la temperatura, interpolada.

ANALISIS DE RESULTADOS

La práctica de laboratorio llevó a cabo utilizando barras de acero y aluminio, el procedimiento que se realizó con la barra de aluminio se hizo de manera inversa, debido a que primero se calentó dicho material hasta que el termistor no presentara cambio en las mediciones de resistencia, se tomó el valor del termistor, y al mismo tiempo se observó el medidor, en seguida se apagó el generador de vapor y se tomaron los valores mientras que la barra alcanzaba la temperatura ambiente; mientras que la medición hecha con la barra de acero si se llevó acabo en el orden establecido.

Con las mediciones realizadas a cada ensayo, se obtuvieron valores de que se graficaron para analizar su comportamiento, obteniéndose los siguientes resultados:

Material : Aluminio

Rm (Ω) 136200 Tm (°C) 18.525

L inicial (cm) 69.8 L (mm) 698

Rhot (Ω) 8700 Thot (°C) 85.66

Delta L (mm) 82.5 Delta L (mm) 1.175

α (°C^-1) 2.5075E-05

Kohmios Ohmios Delta L Delta L T (°C) Delta L (mm) α

10 10000 0 1 82.15 1 2.25173E-05

15 15000 24 0.24 70.697 0.76 2.08699E-05

20 20000 36 0.36 63.197 0.64 2.05253E-05

25 25000 46 0.46 57.307 0.54 1.99484E-05

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