TECNOLOGÍA DE MATERIALES TEMA 3 PROPIEDADES TÉRMICAS

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

TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.1 Conductividad térmica PROPIEDADES TÉRMICAS 3.1 Conductividad térmica Ley de Fourier q (W/m2) = λ (T1-T2) / x Régimen estacionario Figura 3.1 Determinación de la conductividad térmica λconductividad térmica Función del mecanismo de transferencia de calor que opera en las diferentes familias de materiales

PROPIEDADES TÉRMICAS 3.1 Conductividad térmica TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES TÉRMICAS 3.1 Conductividad térmica Aleaciones metálicas: movimiento de sus electrones libres λ = ceν l/3 Camino libre medio o camino que recorre el electrón sin sufrir perturbación alguna (10-7m en los metales puros) (10-9m soluciones sólidas) Calor específico del electrón por unidad de volumen Velocidad a la que se desplazan en el interior del sólido (2,5x105)

PROPIEDADES TÉRMICAS 3.1 Conductividad térmica TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES TÉRMICAS 3.1 Conductividad térmica Cerámicas y polímeros: movimiento de los fonones λ = ρ cpν l/3 Recorrido libre medio (~10-9m ) 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) 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

PROPIEDADES TÉRMICAS 3.1 Conductividad térmica TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES TÉRMICAS 3.1 Conductividad térmica 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)

TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.1 Conductividad térmica PROPIEDADES TÉRMICAS 3.1 Conductividad térmica λ

TECNOLOGÍA DE MATERIALES 3.1 Conductividad térmica PROPIEDADES TÉRMICAS 3.1 Conductividad térmica

PROPIEDADES TÉRMICAS 3.2 Coeficiente de expansión térmica TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES TÉRMICAS 3.2 Coeficiente de expansión térmica Coeficiente de expansión térmica (α)  refleja el aumento de longitud que experimenta un material cuando se calienta α = ε / ΔT = Δl/l0 / ΔT Mat. Isótropos coeficiente de expansión térmica volumétrico=3α Figura 3.3 Determinación del coeficiente de expansión lineal Mat. anisótropos coeficiente de expansión térmica depende de la dirección en que se mida α normalmente es inversamente proporcional a la temperatura de fusión

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

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

PROPIEDADES TÉRMICAS 3.3 Resistencia al choque térmico TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES TÉRMICAS 3.3 Resistencia al choque térmico 1 si es unidireccional σ = E α ΔT/ C ε = α ΔT (1-μ) si es bidireccional Ccte (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

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

TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES TÉRMICAS 3.4 Otras propiedades térmicas

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