miércoles, 8 de abril de 2009

choque termico

Colapso térmico
El concepto de colapso térmico o choque térmico se refiere al rompimiento de algún material al sufrir un cambio drástico de temperatura, es cuando un material sólido se quiebra al someterse a un brusco aumento o descenso de la temperatura. Objetos de vidrio o cerámica son vulnerables a este efecto debido a su bajo nivel de tenacidad, a su baja conductividad térmica y a su alto coeficiente de expansión térmica. La variación de temperatura causa que diferentes partes de un objeto se expandan mas que otras, la tensión del objeto no es lo suficientemente fuerte y entonces se quiebra.
La cerámica y los vidrios de borosílice como el pyrex, están hechos para resistir a un colapso térmico mejor que otros materiales gracias a su combinación de un coeficiente de expansión bajo y una alta dureza, en el caso de la cerámica, se cuenta con un coeficiente de expansión negativo.
El carbono reforzado es extremadamente resistente a un colapso térmico debido a la tan elevada conductividad térmica del grafito, a su bajo coeficiente de expansión y a la dureza de la fibra de carbono (la cual es uno de los componentes del carbono reforzado).

Propiedades Termicas

PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS MATERIALES Se sabe que los materiales cambian sus propiedades con la temperatura. En la mayoría de los casos las propiedades mecánicas y físicas dependen de la T° a la cual el material se usa o de la T° a la cual se somete el material durante su procedimiento. CAPACIDAD CALÓRICA: Un material sólido cuando se calienta, experimenta un incremento en la T°, lo que significa que algo de energía ha sido absorbida. La capacidad calórica es una propiedad que es indicativa de la habilidad de un material para absorber calor de los alrededores. Esta representa la cantidad de energía requerida para producir un aumento de la unidad de T° (1°C ó 1°K). En términos matemáticos la capacidad calórica C se expresa como: C = dQ donde dQ es la energía requerida para producir un dT (diferencial) o cambio de temperatura. Normalmente la capacidad calórica se expresa por mol de material (J/mol°k) ó (cal/mol°K). También se usa el termino calor especifico c , que representa la capacidad calórica por unidad de masa (J/kg°K) ó (cal/kg°K). Hay realmente dos formas en las cuales se puede medir esta propiedad, de acuerdo a las condiciones ambientales que acompañan la transferencia de calor. Una es la capacidad calórica mientras se mantiene el volumen constante, Cv, y el otro es manteniendo la presión exterior constante, denotada por Cp. La magnitud de Cp es mayor que la de Cv, pero esta diferencia es muy pequeña para la mayoría de sólidos a T° ambiental y por debajo. Capacidad Calórica Vibracional: En la mayoría de los sólidos el principal modo de asimilación de energía térmica es por el incremento de energía vibracional de los átomos. Los átomos en los materiales sólidos están vibrando continuamente a muy alta frecuencia y con relativamente pequeñas amplitudes.

4.5 Efecto de los gradientes de temperatura: roturas por choque térmico
Algunos materiales, como el vidrio o los refractarios cerámicos, pueden sufrir roturas o desconchados por choque térmico cuando aparece un gradiente de temperaturas en el material. El astillamiento o rotura debido al choque térmico es un fenómeno que aparece asociado con cambios bruscos de temperatura, especialmente en materiales frágiles como vidrios y cerámicas.Un cambio brusco de temperatura, por ejemplo, un enfriamiento, provoca que las partes exteriores del material reduzcan su temperatura más rápidamente que el interior. Como consecuencia de la contracción térmica, la superficie tiende a contraerse más de lo que lo hace el núcleo, que restringe la libre contracción superficial. Como se vió, anteriormente, esta contracción impedida da lugar a unas tensiones mecánicas que son la causa de las roturas o desconchados superficiales encontrados habitualmente en materiales frágiles.El choque térmico es un fenómeno que aparece como combinación de:
a)
restricciones a la dilatación o contracción
b)
gradientes de temperatura en el material
c)
cambios bruscos de fase (sólo en casos específicos)
d)
baja ductilidad en el material
La resistencia al choque térmico se puede medir experimentalmente por diversos procedimientos. Uno de ellos es la determinación del máximo salto de temperatura que puede soportar una pieza sin fracturarse al sumergirla en agua a temperatura ambiente. En los vidrios, en cambio, se determina por el número de sucesivos ciclos térmicos, inmersión en agua desde una temperatura dada - calentamiento, que es capaz de aguantar sin fracturarse.En el caso de materiales refractarios para servicio a alta temperatura (>1000°C) puede, sin embargo, determinarse un índice analítico de resistencia al choque térmico Ir que permite comparar materiales con fiabilidad, y cuyo valor depende tanto de características mecánicas como de las propiedades térmicas del material:
Ir = k · R / a E Ce (11.13)donde: k es la conductividad térmicaR, la carga de roturaa, el coeficiente de dilataciónE, el módulo de Young, yCe el calor específicoUna alta conductividad térmica favorece la conducción y la rápida eliminación de los gradientes de temperatura en el material.Una alta carga de rotura R permite soportar tensiones más altas sin fractura.Las tensiones por dilatación o contracción son proporcionales a a · E,