DILATACIÓN TÉRMICA

Miguel Barrera, Paola Peña, Rosana Pérez

Agosto 18, 2015

Grupo 11 LMTR

1. DESCRIPCIÓNEn la prueba se desarrolló la demostración de la dilatación y la contracción térmica por medio del dilatómetro y el calentador por inducción respectivamente. Se comenzó calentando una probeta de aluminio y acero1, seguido de esto, se llevaron al dilatómetro. Como segunda prueba, se colocaron una probeta de acero y aluminio1 a temperatura ambiente en el calentador por inducción; en los dos procedimientos, se registró la variación de las dimensiones con respecto a la temperatura.

2. DIMENSIONES DE LAS PROBETAS

PROBETA DE ALUMINIO Y ACERO PARA DILATÓMETRO

PROBETA DE ALUMINIO Y ACERO PARA CALENTADOR POR INDUCCIÓN

3. GRÁFICAS Y CÁLCULOS

1 (Facultad de Ingeniería Industrial, 2011-2)

142,45mm

218mm

12,60m

12,70m

DILATACIÓN PROBETA DE ALUMINIO EN DILATÓMETRO

40 60 80 100 120 140 1600

50

100

150

200

250

TEMPERATURA (ºC)

LONG

ITUD

(mm

)

L=0,5202 x+139,65

α al=

1L∗dL

dT=

1142,41

∗0,5202=3,65∗10−3º C−1

DILATACIÓN PROBETA DE ACERO EN CALENTADOR POR INDUCCIÓN

60 80 100 120 140 160 180 200205

210

215

220

225

230

235

240

245

250

TEMPERATURA (ºC)

LONG

ITUD

(mm

)

L=0,2965 x+191,95

α ac=

1L∗dL

dT=1218

∗0,2965=1,36∗10−3 ºC−1

DILATACIÓN PROBETA DE ALUMINIO CALENTADOR POR INDUCCIÓN

20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

50

100

150

200

250

TEMERATURA (ºC)

LONG

ITUD

(mm

)

L=0,4109 x+131,14

α al=

1L∗dL

dT=

1142,41

∗0,4109=2,88∗10−3 ºC−1

DILATACIÓN PROBETA DE ACERO EN DIALTÓMETRO

50 100 150 200 250 3000

50

100

150

200

250

300

350

f(x) = 0.3195093905711 x + 196.072364890763

TEMPERATURA (ºC)

LONG

ITUD

(mm

)

L=0,3195 x+196,07

α ac=

1L∗dL

dT=1218

∗0,3195=1,49∗10−3º C−1

Variación de los coeficientes de expansión térmica lineal

DILATÓMETRO-INDUCCIÓN (aluminio):

1,49*10-3-1,36*10-3=0,13*10-3º C−1

DILATÓMETRO-INDUCCIÓN (acero):

3,65*10-3-2,88*10-3=0,77*10-3º C−1

4. COMPARACIÓN

En la norma ASTM2 requerida para el desarrollo del laboratorio pide que se calibren los sensores de temperatura y del dilatómetro. Con respecto al dilatómetro sugiere que se calibre midiendo por lo menos una de las referencias de dilatación térmica de algún material ya conocido. Este procedimiento no se realizó.

El procedimiento a seguir en el protocolo3 y en la norma E228-852 son similares; sin embargo al desarrollar el experimento en el dilatómetro no se midió la distancia entre los soportes móvil y fijo como se indica en la norma; en lugar de ello, se anotó en un intervalo de temperaturas la variación de la longitud de la probeta que enseñaba el indicador de carátula.

2 (ASTM INTERNATIONAL, 2009)3 (Facultad de Ingeniería Industrial, 2011-2)

Los gráficos presentados en éste documentos son de Longitud vs Temperatura; la norma E228-85 sugiere graficar ∆ Ll 0vsT (variación de

longitud sobre longitud inicial versus temperatura), α vsT (constante de expansión térmica lineal versus temperatura), y α (t ) vs T (constante de expansión térmica lineal en función del tiempo versus temperatura)

Las dimensiones reales de las probetas trabajadas se encuentran especificadas en el punto 2 de este documento. Las especificaciones para las probetas trabajadas con el dilatómetro según el protocolo3 varían en cuanto a centésimas de milímetro, esto pudo ocurrir debido a que las probetas pudieron ser trabajadas con anterioridad en otros laboratorios, alterando sus dimensiones; las probetas usadas con el calentador de inducción tienen una mayor longitud puesto que el calentador por inducción tiene una profundidad mayor a la longitud de las probetas usadas en el equipo del dilatómetro. Finalmente, la norma ASTM E-2282 trabaja especímenes bajo especificaciones que no se

aplicaron en el desarrollo del laboratorio.

5. CONCLUSIONES

A partir de las constantes obtenidas en el punto 3 de este documento, podemos suponer que los datos tomados con una mayor precaución fueron aquellos que se sacaron del dilatómetro. Entre los dos método trabajados no se puede comparar su precisión o exactitud debido a que el indicador de carátula que se usó en ambos es el mismo.

Para obtener mejores resultados en este laboratorio se recomendaría la previa medición de las probetas y la revisión del calentador por inducción, además de hacer ensayos previos al desarrollo de la práctica para reducir los errores aleatorios que se puedan presentar.

Los valores encontrados a partir de los dos métodos trabajados en el laboratorio de los coeficientes de expansión térmica lineal para el acero y el aluminio tienen una diferencian en centésimas de milímetro entre ellos, estas diferencias se pueden deber a un error de paralaje o a una mala lectura del indicador de carátula ya que es un equipo de medición análoga y no digital para facilitar la lectura correcta en el momento en que se encuentra en la temperatura deseada.

6. REFERENCIAS

ASTM INTERNATIONAL. (2009). STANDARD TEST METHOD FOR LINEAR THERMAL EXPANSION OF SOLID MATERIALS WITH A VTREOUS SILICA DILATOMETER. Conshohocken: PA.

Facultad de Ingeniería Industrial. (2011-2). Dilatómetro Protocolo. Bogotá D.C.: Escuela Colombiana De Ingeniería. Recuperado el 15 de 08 de 2015