NTE INEN 2994 - Servicio Ecuatoriano de Normalización

Quito – Ecuador
NORMA
TÉCNICA
ECUATORIANA
NTE INEN 2994
2016-XX
PLÁSTICOS. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE DILATACIÓN
LINEAL
PLASTICS. DETERMINATION OF COEFFICIENT OF LINEAR THERMAL EXPANSION
DESCRIPTORES: Plásticos, método de ensayo, coeficiente de expansión
ICS: 83.080.01
6
Páginas
Norma
Técnica
Ecuatoriana
PLÁSTICOS
DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL
NTE INEN
2994:2016
1. OBJETO
Esta norma describe el método de ensayo para determinar el coeficiente de dilatación lineal de los
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materiales plásticos que tienen coeficientes de expansión mayores a 1 × 10 / °C, mediante el uso de
un dilatómetro de cuarzo.
A las temperaturas de ensayo y bajo los esfuerzos impuestos en la medida, los materiales a ensayar
deben tener una velocidad de fluencia o deformación elástica o ambas, despreciables, ya que esto
afectaría significativamente a la precisión de las medidas.
NOTA. Para materiales que tienen un coeficiente de expansión muy bajo, se recomiendan técnicas de interferometría o
capacitancia.
2. REFERENCIAS NORMATIVAS
Esta norma no requiere de otras para su aplicación.
3. TÉRMINOS Y DEFINICIONES
Para los efectos de esta norma, se adopta la siguiente definición:
3.1
Coeficiente de dilatación térmica lineal:
El coeficiente de dilatación térmica lineal a, entre las temperaturas T1 y T2 para una probeta cuya
longitud inicial es L0 a la temperatura de referencia T0 (temperatura ambiente, 23 ºC ± 2 ºC), viene
dado por la fórmula siguiente:
α = ΔL / L0 • ΔT
siendo
ΔL = L2 – L1
ΔT = T2 – T1
donde
L2 y L1 son las longitudes de la probeta a las temperaturas T2 y T1 respectivamente.
4. MÉTODO DE ENSAYO
4.1 Resumen y/o fundamento
El ensayo consiste en medir las variaciones de longitud de la probeta en función de la temperatura,
mediante el movimiento de una varilla que está en contacto con la probeta. Las medidas se deben
realizar dentro de un intervalo de temperaturas en los que no se origine ningún tipo de transición
térmica.
NOTA. El intervalo de – 30 ºC a + 30 ºC se considera adecuado para la mayoría de los plásticos. Se admiten también otros
intervalos de parecida amplitud siempre y cuando esté comprendida en ellos la temperatura de referencia T0.
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4.2 Equipos
4.2.1 Dilatómetro de cuarzo
El dilatómetro de cuarzo aconsejable para la realización de este ensayo se muestra en la figura 1,
permitiéndose una tolerancia de aproximadamente 1 mm entre los tubos interior y exterior.
NOTA. Se admite alternativamente el empleo de un dilatómetro construido mediante tubos de vidrio borosilicatado en lugar de
cuarzo para su empleo; por ejemplo; con probetas extraídas de tubos compuestos de polímero/polímero con fibra de
vidrio/polímero. Las dimensiones recomendadas para los tubos de vidrio borosilicatado son las siguientes:
Tubo exterior Øext 18 mm x 1,5 mm o 20 mm x 2,0 mm → Tubo interior Øext 13 mm x 1,0 mm o 13 mm x 1,5 mm
Tubo exterior Øext 38 mm x 1,7 mm → Tubo interior Øext 32 mm x 1,7 mm o 32 mm x 2,0 mm
FIGURA 1. Dilatómetro de cuarzo para la determinación de la dilatación lineal
Dimensiones en milímetros
4.2.2 Dispositivo para medir los cambios de longitud
Un dispositivo que pueda ajustar su posición para acomodar probetas de longitud variable. La
precisión debe ser tal que el error de medida no exceda de ± 10 μm, para cualquier cambio de
longitud. El peso del tubo interior más la reacción del dispositivo de medida no debe ejercer una
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presión superior a 0,07 MPa (0,7 kgf/cm ) sobre la probeta, para que ésta no se deforme o
experimente indentación apreciable.
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4.2.3 Pie de rey o micrómetro
Un pie de rey o micrómetro capaz de medir la longitud inicial de la probeta con una exactitud de ± 0,5
%.
4.2.4 Baño termostático
Un baño termostático capaz de mantener uniforme la temperatura en toda la longitud de la probeta. El
baño debe disponer de un sistema de agitación y control capaz de mantener la temperatura dentro
del intervalo previsto con una precisión de ± 0,2 ºC. Se recomienda el empleo de dos baños, uno para
cada temperatura, T1 y T2.
NOTA. De emplearse un baño termostático líquido es preferible evitar el contacto entre el líquido y la probeta de ensayo. Si
esto no es posible se debe seleccionar un líquido que no afecte las propiedades físicas del material sometido a ensayo.
4.2.5 Termómetro o termopar
Un termómetro o termopar para medir la temperatura del baño con una precisión de ± 0,1 ºC.
4.3 Preparación y preservación de muestras y piezas ensayadas
4.3.1 Probetas
Las probetas de ensayo se deben preparar por mecanizado, moldeado, o colada bajo condiciones
que den un mínimo de anisotropía. Si se trata de muestras que puedan presentar anisotropía, se
deben extraer series de probetas distribuidas de manera uniforme a lo largo de los ejes principales de
anisotropía y el coeficiente de dilatación térmica se debe medir en cada serie. En cualquier caso el
número mínimo de probetas a ensayar debe ser dos.
NOTA. En el caso de geometría circular (por ejemplo tubos) se pueden extraer series de probetas situadas a 0º, 90º, 180º,
270º.
La longitud de las probetas debe estar comprendida entre 50 mm y 125 mm. La longitud utilizada
debe estar condicionada por la sensibilidad y el intervalo de temperatura del dispositivo de medida, el
alargamiento esperado y la precisión deseada.
La sección transversal de la probeta de ensayo puede ser circular, rectangular o cuadrada y debe ser
tal que pueda ajustarse al tubo exterior del dilatómetro, sin excesivo juego ni fricción y debe ser lo
suficientemente grande para que no se produzca su flexión o alabeo.
Las secciones transversales de la probeta más habituales son: 12,5 mm x 6,3 mm, 12,5 mm x 3 mm y
12,5 mm o 6,3 mm de diámetro; se admiten otras dimensiones para probetas de mayor tamaño.
Si existe un excesivo juego con alguna de las probetas más delgadas, deben colocarse unas
secciones guías o bien pegarse las mismas a los lados de la probeta para rellenar el espacio.
Los extremos de la probeta deben ser planos y perpendiculares a su eje longitudinal. Si se prevé la
indentación de los extremos de la probeta por efecto del dilatómetro es necesario protegerlos por
medio de placas planas y delgadas de acero de 0,3 mm a 0,5 mm de espesor firmemente fijadas a
ellos. Se permite el empleo de otros materiales de bajo coeficiente de dilatación lineal, como por
ejemplo el vidrio o la cerámica.
4.3.2 Acondicionamiento
Para aquellos materiales en los cuales se requiera, las probetas se deben acondicionar como mínimo
40 h a 23 ºC ± 2 ºC y 50 % ± 5 % de humedad relativa.
4.5 Procedimiento
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a) Medir, con un pie de rey o micrómetro, la longitud de la probeta acondicionada a temperatura
ambiente con una aproximación de 0,025 mm.
b) Si procede, pegar o unir las placas de acero a los extremos de las probetas para evitar la
indentación. Medir las nuevas longitudes de las probetas.
c) Montar cada probeta en un dilatómetro. Colocar el dilatómetro en el baño termostático
acondicionado a la temperatura T1. Asegurar que la parte superior de la probeta esté al menos a 50
mm por debajo del nivel del líquido del baño. Mantener la temperatura del baño a la temperatura T1
con una tolerancia de ± 0,2 ºC hasta que la temperatura de la probeta, a lo largo de toda su longitud,
sea constante como se denota por la ausencia de movimiento adicional, indicado mediante el
dispositivo de medición durante un periodo de 5 min a 10 min. Registrar la temperatura actual y la
lectura del dispositivo de medición.
d) Sin perturbar o sacudir el dilatómetro, cambiar éste al baño termostático acondicionado a la
temperatura T2, de forma que la parte superior de la probeta esté al menos a 50 mm por debajo del
nivel del baño. Mantener la temperatura del baño a la temperatura T2 con una tolerancia de ± 0,2 ºC
hasta que la probeta alcanza la temperatura del baño según se denota por la ausencia de cambios
adicionales en la lectura del dispositivo de medición durante un periodo de 5 min a 10 min. Registrar
la temperatura actual y la lectura del dispositivo de medición.
e) Sin perturbar o sacudir el dilatómetro, cambiar al baño con la temperatura T1 y repetir el
procedimiento desde c).
NOTA. Es conveniente usar alternativamente dos baños a las temperaturas T1 y T2. Se debe tener especial cuidado en no
alterar el aparato durante el paso de uno a otro baño. Se recomienda el uso de dos baños porque reduce el tiempo requerido
para llevar la probeta a la temperatura deseada. El ensayo se debería realizar en un periodo de tiempo lo más corto posible
para evitar cambios en las propiedades físicas durante las largas exposiciones a alta y baja temperatura que, posiblemente
podrían tener lugar.
f) Medir la longitud final de la probeta a temperatura ambiente.
g) Si el cambio en longitud por grado de diferencia de temperatura debido al calentamiento no
coincide con el cambio en longitud por grado debido al enfriamiento en más de un 10 % de su valor
medio, se debe investigar la causa de la discrepancia y, si es posible, eliminarla. Repetir el ensayo
hasta alcanzar la concordancia anteriormente indicada.
4.6 Cálculos
El coeficiente de dilatación térmica lineal en el intervalo de temperaturas T1 - T2 se calcula mediante la
ecuación siguiente:
α = ΔL / L0 • ΔT
donde
α
es el coeficiente de dilatación térmica lineal por ºC (promedio);
ΔL
es el cambio de longitud de la probeta de ensayo en el intervalo de temperaturas T debido al
calentamiento o enfriamiento, expresado en mm;
L0
es la longitud de la probeta de ensayo a la temperatura ambiente, expresado en mm;
ΔT
es la diferencia de temperaturas sobre las cuales se mide el cambio de la longitud de la
probeta, expresado en ºC.
El valor a indicar en el informe de ensayo debe ser la media de los valores de α para el calentamiento
y para el enfriamiento.
NOTA. La corrección para la expansión térmica del cuarzo es de (4,3 x 10-7)/ºC. Si se requiere, éste valor debería añadirse al
valor calculado para compensar la expansión del aparato equivalente a la longitud de la probeta. Si se emplean unas placas
gruesas, también puede requerirse una corrección apropiada para su expansión térmica.
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4.7 Informe de ensayo
En el informe de ensayo se debe indicar, al menos, la siguiente información:
a) designación del material;
b) método de preparación de las probetas de ensayo;
c) número, forma y medidas de las probetas, posición relativa de las mismas (si es aplicable);
d) tipo de aparato utilizado;
e) temperaturas entre las que se ha determinado el coeficiente de dilatación térmica lineal;
f) coeficiente medio de dilatación térmica lineal por grado Celsius.
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APÉNDICE Z
BIBLIOGRAFÍA
UNE 53126:2014, Plásticos. Determinación del coeficiente de dilatación lineal.
ASTM D696:2008 (e1), Standard test method for coefficient of linear thermal expansion of plastics
between −30 °C and 30 °C with a vitreous silica dilatometer.
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INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA
Documento:
NTE INEN 2994
TÍTULO: PLÁSTICOS. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE Código: ICS
DE DILATACIÓN LINEAL
83.080.01
ORIGINAL:
Fecha de iniciación del estudio:
2015-03-02
REVISIÓN:
La Subsecretaría de la Calidad del Ministerio de Industrias
y Productividad aprobó este proyecto de norma
Oficialización con el Carácter de
por Resolución No.
publicado en el Registro Oficial No.
Fecha de iniciación del estudio:
Fechas de consulta pública:
Comité Técnico de:
Fecha de iniciación:
Integrantes del Comité:
Fecha de aprobación:
NOMBRES:
INSTITUCIÓN REPRESENTADA:
Otros trámites:
La Subsecretaría de la Calidad del Ministerio de Industrias y Productividad aprobó este proyecto de
norma
Oficializada como:
No.
Por Resolución No.
Registro Oficial
Servicio Ecuatoriano de Normalización, INEN - Baquerizo Moreno E8-29 y Av. 6 de Diciembre
Casilla 17-01-3999 - Telfs: (593 2)2 501885 al 2 501891
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URL:www.normalizacion.gob.ec