propiedades tÉrmicas tema 3 tecnologÍa de materiales
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PROPIEDADES TÉRMICAS
TEMA 3
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
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3.1 Conductividad térmica
3.2 Coeficiente de expansión térmica
3.3 Resistencia al choque térmico
3.4 Otras propiedades térmicas
ÍNDICE
PROPIEDADES TÉRMICAS
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
Ley de Fourier
q (W/m2) = λ (T1-T2) / x
Figura 3.1 Determinación de la conductividad térmica
3.1 Conductividad térmica3.1 Conductividad térmica
PROPIEDADES TÉRMICAS
λconductividad térmica
Función del mecanismo de transferencia de
calor que opera en las diferentes familias de
materiales
Régimen estacionario
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.1 Conductividad térmica3.1 Conductividad térmica
PROPIEDADES TÉRMICAS
Aleaciones metálicas: movimiento de sus electrones libres
λ = ceν l/3
Calor específico del electrón
por unidad de volumen
Velocidad a la que se
desplazan en el interior
del sólido (2,5x105)
Camino libre medio o camino que
recorre el electrón sin sufrir
perturbación alguna
(10-7m en los metales puros)
(10-9m soluciones sólidas)
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.1 Conductividad térmica3.1 Conductividad térmica
PROPIEDADES TÉRMICAS
Cerámicas y polímeros: movimiento de los fonones
λ = ρ cpν l/3
Calor específico por unidad de volumen
cp calor específico por
unidad de peso (kJ/kgK)
ρ densidad
Velocidad de las ondas elásticas(~103 m/s)
Recorrido libre medio (~10-9m )
En general estos materiales presentan valores de λ bajos
Excepciones: grafito, nitruro de boro, carburo de silicio (estructuras cristalinas muy perfectas)
De cualquier forma los menores valores de λ corresponden a los materiales porosos
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.1 Conductividad térmica3.1 Conductividad térmica
PROPIEDADES TÉRMICAS
Flujo de calor transitorio (por ejemplo aplicar o retirar directamente una fuente de calor sobre la región de un material)
q = f (difusividad térmica del material (a) )
a = λ /ρ cp (m2/s)
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.1 Conductividad térmica3.1 Conductividad térmica
PROPIEDADES TÉRMICAS
λ
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.1 Conductividad térmica3.1 Conductividad térmica
PROPIEDADES TÉRMICAS
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.2 Coeficiente de expansión térmica3.2 Coeficiente de expansión térmica
PROPIEDADES TÉRMICAS
Coeficiente de expansión térmica (α) refleja el aumento de longitud que experimenta un material cuando se calienta
α = ε / ΔT = Δl/l0 / ΔT
Figura 3.3 Determinación del coeficiente de expansión lineal
Mat. Isótropos coeficiente de expansión térmica volumétrico=3α
Mat. anisótropos coeficiente de expansión térmica depende de la
dirección en que se mida
α normalmente es inversamente proporcional a la temperatura de
fusión
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.2 Coeficiente de expansión térmica3.2 Coeficiente de expansión térmica
PROPIEDADES TÉRMICAS
Tabla 3.2 Coeficientes de expansión térmica de los materiales
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.2 Coeficiente de expansión térmica3.2 Coeficiente de expansión térmica
PROPIEDADES TÉRMICAS
Tener especialmente en cuenta
los coeficientes de expansión
térmica cando ser realicen
uniones con materiales
disimilares
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.3 Resistencia al choque térmico3.3 Resistencia al choque térmico
PROPIEDADES TÉRMICAS
σ = E α ΔT/ C
ε = α ΔT
Ccte
1 si es unidireccional
(1-μ) si es bidireccional
(1-2μ) si es tridireccional
(la restricción del movimiento)
μ coeficiente de Poisson
La resistencia al choque térmico mide el máximo cambio súbito de
temperatura a que un material es capaz de soportar sin romperse
ΔT* = σu C/ α E; (σu = σTS)
ΔT = σu C/ α E = f(1/a)=f(cp/λ)
RCHT = λ σu/ E α cp
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.4 Otras propiedades térmicas3.4 Otras propiedades térmicas
PROPIEDADES TÉRMICAS
•Temperatura de fusión
•Temperatura de ablandamiento
•Temperatura de
transición
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.4 Otras propiedades3.4 Otras propiedades
térmicastérmicas
PROPIEDADES TÉRMICAS
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES
3.4 Otras propiedades térmicas3.4 Otras propiedades térmicas
PROPIEDADES TÉRMICAS
Fluencia propiedad mecánica
T > 0,4Tm (K)