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PROPIEDADES TÉRMICAS TEMA 3 TECNOLOGÍA DE MATERIALES.

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1 PROPIEDADES TÉRMICAS TEMA 3 TECNOLOGÍA DE MATERIALES

2 3.1 Conductividad térmica 3.2 Coeficiente de expansión térmica 3.3 Resistencia al choque térmico 3.4 Otras propiedades térmicas ÍNDICE PROPIEDADES TÉRMICAS

3 TECNOLOGÍA DE MATERIALES Ley de Fourier q (W/m 2 ) = λ (T 1 -T 2 ) / x Figura 3.1 Determinación de la conductividad térmica 3.1 Conductividad térmica PROPIEDADES TÉRMICAS λ conductividad térmica Función del mecanismo de transferencia de calor que opera en las diferentes familias de materiales Régimen estacionario

4 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.1 Conductividad térmica PROPIEDADES TÉRMICAS Aleaciones metálicas: movimiento de sus electrones libres λ = c e ν l /3 Calor específico del electrón por unidad de volumen Velocidad a la que se desplazan en el interior del sólido (2,5x10 5 ) Camino libre medio o camino que recorre el electrón sin sufrir perturbación alguna (10 -7 m en los metales puros) (10 -9 m soluciones sólidas)

5 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.1 Conductividad térmica PROPIEDADES TÉRMICAS Cerámicas y polímeros: movimiento de los fonones λ = ρ c p ν l /3 Calor específico por unidad de volumen c p calor específico por unidad de peso (kJ/kgK) ρ densidad Velocidad de las ondas elásticas (~10 3 m/s) Recorrido libre medio (~10 -9 m ) 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

6 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.1 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 c p (m 2 /s)

7 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.1 Conductividad térmica PROPIEDADES TÉRMICAS λ

8 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.1 Conductividad térmica PROPIEDADES TÉRMICAS

9 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.2 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/l 0 / 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

10 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.2 Coeficiente de expansión térmica PROPIEDADES TÉRMICAS Tabla 3.2 Coeficientes de expansión térmica de los materiales

11 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.2 Coeficiente de expansión térmica PROPIEDADES TÉRMICAS Tener especialmente en cuenta los coeficientes de expansión térmica cando ser realicen uniones con materiales disimilares

12 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.3 Resistencia al choque térmico PROPIEDADES TÉRMICAS σ = E α ΔT/ C ε = α ΔT C cte 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* = σ u C/ α E; (σ u = σ TS ) ΔT = σ u C/ α E = f(1/a)=f(c p /λ) RCHT = λ σ u / E α c p

13 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.4 Otras propiedades térmicas PROPIEDADES TÉRMICAS Temperatura de fusión Temperatura de ablandamiento Temperatura de transición

14 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.4 Otras propiedades térmicas térmicas PROPIEDADES TÉRMICAS

15 TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.4 Otras propiedades térmicas PROPIEDADES TÉRMICAS Fluencia propiedad mecánica T > 0,4T m (K)


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