Practica 4 - Resistencia de materiales - Grupo 5

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA
MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE
BOLIVIA
“PRÁCTICA 4 – DEFORMACION POR TEMPERATURA”
MATERIA:
RESISTENCIA DE MATERIALES (T)
TEMA:
DEFORMACIÓN POR TEMPERATURA
GRUPO:
GRUPO N°5
DOCENTE:
ING. ARTURO REQUENA GUZMAN
INTEGRANTES:
GONZALES CHAMBI SAMUEL EDGAR A25793-1
QUELCA MAMANI RODRIGO VICENTE A25839-3
TICONA APAZA OLIVER EDWIN A25711-7
FECHA:
13– 10 – 2023
LA PAZ – BOLIVIA
2023
1. INTRODUCCIÓN
La deformación por temperatura es un fenómeno intrínseco a los materiales que
ha sido objeto de estudio y consideración en diversas disciplinas, desde la
ingeniería hasta la ciencia de materiales. Este proceso, en el que los materiales
experimentan cambios en sus dimensiones y formas debido a variaciones en la
temperatura, desempeña un papel crítico en el diseño y la operación de
estructuras, componentes y dispositivos en una amplia gama de aplicaciones. La
comprensión de los principios subyacentes de la deformación por temperatura,
sus causas, efectos y cómo se puede controlar, es fundamental para garantizar
la eficacia y la seguridad en el mundo moderno.
Este informe abordará en detalle la deformación por temperatura, explorando su
origen, los coeficientes de expansión térmica, los efectos que genera y las
estrategias de control utilizadas en diversas aplicaciones. A través de una revisión
exhaustiva de la literatura y ejemplos concretos, se pretende proporcionar una
visión completa de este fenómeno y su relevancia en la ingeniería y la ciencia de
materiales.
2. DESARROLLO
2.1.
LA DEFORMACION POR TEMPERATURA
La deformación por temperatura, también conocida como deformación térmica,
se refiere a los cambios en las dimensiones y formas de un material debido a las
variaciones en la temperatura. Este fenómeno es fundamental en la ingeniería y
la ciencia de materiales, ya que puede tener un impacto significativo en la
estabilidad y el rendimiento de estructuras, componentes y materiales.
2.2.
CAUSAS DE LA DEFORMACIÓN POR TEMPERATURA
La deformación por temperatura se debe a la expansión o contracción térmica de
los materiales. Cuando un material se calienta, sus átomos o moléculas
aumentan su energía cinética y, por lo tanto, se separan más entre sí, lo que
provoca una expansión. Cuando se enfría, la disminución de la energía cinética
conduce a una contracción. Este proceso es generalmente reversible y sigue las
leyes de la termodinámica.
2.3.
COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA
La magnitud de la deformación por temperatura se cuantifica mediante el
coeficiente de expansión térmica (α), que es una propiedad material específica.
Este coeficiente indica cuánto cambia la longitud de un material por unidad de
longitud inicial por cada grado Celsius de cambio de temperatura. Los materiales
tienen coeficientes de expansión térmica diferentes, lo que afecta la magnitud de
la deformación.
2.4.
EFECTOS DE LA DEFORMACIÓN POR TEMPERATURA
a) Dilatación y Contracción de Estructuras: En aplicaciones prácticas, la
deformación por temperatura puede ser una consideración crítica. Por
ejemplo, puentes, vías férreas y edificios deben diseñarse teniendo en
cuenta la expansión y contracción de sus componentes debido a las
fluctuaciones de temperatura.
b) Tensión y Compresión: La expansión térmica puede causar tensiones o
compresión en materiales y estructuras. Estas tensiones pueden ser
perjudiciales, ya que pueden llevar a la fatiga del material o incluso a la
deformación permanente.
c) Aplicaciones Beneficiosas: A veces, la deformación por temperatura se
utiliza de manera deliberada en aplicaciones como termostatos, sensores
de temperatura y juntas de dilatación, donde se aprovechan los cambios
dimensionales para realizar una función específica.
2.5.
¿CÓMO SE CALCULA LA DEFORMACIÓN POR TEMPERATURA?
La deformación por temperatura se calcula mediante la fórmula:
ΔL = L₀ x α x ΔT
Donde:
- ΔL es el cambio en longitud debido a la temperatura.
- L₀ es la longitud inicial.
- α es el coeficiente de expansión térmica.
- ΔT es el cambio de temperatura.
2.6.
CONTROL DE LA DEFORMACIÓN POR TEMPERATURA
Para controlar la deformación por temperatura, se pueden utilizar materiales con
coeficientes de expansión térmica específicos, emplear juntas de dilatación, o
diseñar estructuras que permitan la expansión y contracción sin causar daño.
En resumen, la deformación por temperatura es un fenómeno importante en la
ingeniería y la ciencia de materiales. Comprender y gestionar este efecto es
esencial para garantizar la integridad y el rendimiento de estructuras y
componentes en una variedad de aplicaciones.
2.7.
EJERCICIOS PLANTEADOS
2.7.1. EJERCICIO 1
Una barra rígida de peso w=750 lb cuelga de tres alambres a distancias iguales, dos de
acero y una de aluminio, (véase la figura). El diámetro de los alambres es 1/8 in. Antes
de cargarlos, los tres tenían la misma longitud.
¿Qué aumento de temperatura ∆𝑇 en los tres alambres causará que toda la carga la
tomen los alambres de acero?
DATOS
W= 750 lb
d= 178 in
𝐸𝑆 = 30𝑥103 𝑘𝑠𝑖
𝛼𝑠 = 6.5𝑥10−6 ℉
𝛼𝑠 = 12𝑥10−6 ℉
Conexión de equilibrio
Los 3 alambres se encuentra a
distancias iguaes por lo que es
simetrico entonces:
2.7.2. EJERCICIO 2
Unas barras rectangulares de cobre y aluminio se sujetan con pasadores en
sus extremos, como se ve en la figura. Unos distanciadores delgados causan
una separación entre las barras. Las barras de cobre tienen dimensiones
transversales de 0,5x2 in y las dimensiones de la barra de aluminio son de
1x2 in.
Determine el esfuerzo cortante en los pasadores de 7/10 in de diámetro, si la
temperatura se eleva 100° F. (Para el cobre, EC = 18.000 ksi y αC = 9,5x10-6 /
°F, para el aluminio, EA = 10.000 ksi y αA = 13x10-6/°F)
La sección transversal de las barras es
rectangular por lo tanto el área de las
barras será:
Realizamos un corte para obtener un diagrama de cuerpo libre para
visualizar las fuerzas que interactúan con el sistema.
Se concluye que por la forma que están unidas las barras la deformación total del
aluminio es igual la deformación en el bronce
Aplicamos este concepto
a cada material
Sustituimos la ecuación 1 en 2.
Se agrupan de un lado todos los términos
que contengan a la carga del aluminio
El perno que une a las placas en la sección del aluminio esta sometido a cortante doble
Trazamos un diagrama de cuerpo libre
Usamos la ecuación del esfuerzo cortante
3. CONCLUSIONES
La deformación por temperatura es un aspecto crucial a considerar en la
ingeniería y la ciencia de materiales. Los hallazgos y conceptos clave derivados
de este informe son los siguientes:
•
Esta deformación es el resultado de la expansión y contracción térmica de
los materiales a medida que cambia su temperatura. Es una consecuencia
directa de la agitación térmica de las partículas en un material.
•
Cada material tiene un coeficiente de expansión térmica único que
cuantifica cuánto cambia su longitud por unidad de longitud inicial por cada
grado Celsius de cambio de temperatura. Esto afecta la magnitud de la
deformación.
•
La deformación por temperatura puede causar tensiones y compresiones
en materiales y estructuras, lo que puede llevar a la fatiga y la deformación
permanente. Esto es especialmente importante en aplicaciones como
puentes, edificios y componentes electrónicos.
•
Se pueden utilizar estrategias como la selección de materiales con
coeficientes de expansión térmica específicos, el uso de juntas de
dilatación y el diseño cuidadoso de estructuras para controlar la
deformación por temperatura. Además, en algunas aplicaciones, esta
deformación se aprovecha de manera beneficiosa, como en termostatos y
sensores de temperatura.
En resumen, la deformación por temperatura es un fenómeno fundamental que
impacta la funcionalidad y la integridad de una amplia variedad de estructuras y
dispositivos. Su comprensión y gestión adecuada son esenciales para el éxito en
el diseño y la operación de sistemas en entornos sometidos a fluctuaciones de
temperatura. Este informe proporciona una visión completa de la deformación por
temperatura, destacando su importancia en el mundo de la ciencia y la
ingeniería de materiales.
4. BIBLIOGRAFIA
•
Mott.R. (2011) Resistencia de Materiales Problema 2.3 pag 45
•
Gamio.L (2014). Resistencia de Materiales Problema 8 pag. 58.
5. GLOSARIO Y ACRÓNIMOS
En el presente informe realizado no se encontró palabras que necesiten de un
respectivo glosario o acrónimo.