Choque Térmico

 

choque térmico  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 eteriores del material redu!can su temperatura más rápidamente que el interior. "omo consecuencia de la contracción térmica, la superficie tiende a contraerse esta más contracción de lo que lo impedida hace el n#cleo, quea unas restringe la libre contracción superficial. "omo se vió, anteriormente, da lugar 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  

$a resistencia al choque térmico se puede medir eperimentalmente por diversos procedimientos. Uno de ellos es la determinación del máimo salto de temperatura que puede soportar una pie!a sin fracturarse al sumergirla en agua a temperatura ambiente. En los vidrios, en cambio, se determina por el n#mero de sucesivos ciclos térmicos, inmersión en agua desde una temperatura dada % calentamiento, que es capa! de aguantar sin fracturarse. En el caso de materiales refractarios para servicio a alta temperatura &'()))*"+ puede, sin embargo, determinarse un ndice analtico de resistencia al choque térmico -r que permite comparar materiales con fiabilidad, y cuyo valor depende tanto de caractersticas mecánicas como de las propiedades térmicas del material -r  /  / 0 1 2 3  E "e  &((.(4+ donde 0 es la conductividad térmica 2, la carga de rotura , el coeficiente de dilatación E, el módulo de 5oung, y "e el calor especfico Una alta conductividad térmica favorece la conducción y la rápida eliminación de los gradientes de temperatura en de el material. Una alta carga rotura 2 permite soportar tensiones más altas sin fractura. $as tensiones por dilatación o contracción son proporcionales a  1 E, por lo que una reducción en este factor permite reducir la dilatación o contracción y, por ende, las tensiones térmicas generadas, seg#n la ecuación ((.() Un calor especfico elevado "e hace que, para una misma cantidad de calor suministrada al material, los cambios de temperatura afecten sólo a una parte más estrecha del material cerca de la superficie. Ello contribuye a aumentar el gradiente térmico entre la superficie y el centro de la pie!a y, por tanto, disminuye la resistencia al choque térmico. La resistencia al choque térmico de un material depende directamente de la conductividad térmica k e inversamente del coeficiente de de dilatación  del calor específico !e" Las roturas por choque térmico son características de materiales fr#giles sometidos a fuertes gradientes de temperatura$ como es el caso de los vidrios  cer#micas refractarias" En estos materiales$ la resistencia al choque térmico es un par#metro fundamental de dise%o" Un ejemplo de uso habitual de materiales resistentes al choque térmico son los distintos tipos de vidrio usualmente empleados. $os vidrios resistentes al choque térmico &6ycor, &6ycor, 7yre+ presentan %9 coeficientes de dilatación  inferiores a 8)1()  cm3cm1: y pueden incluso colocarse directamente al fuego. ;tros tipos de vidrios com#n, como el vidrio cortado para ventanales presenta valores de  por encima de

 

9)1()%9 cm3cm1: y se fractura rápidamente al someterlo a enfriamientos y calentamientos bruscos en agua a ())*". choque térmico

El choque térmico se produce cuando un gradiente térmico hace que las la s diferentes partes de un objeto de ampliar en diferentes candades. candades. Esta expansión diferencial se puede entender en términos de tensión o de tensión, de manera equivalente. equivalente. En algún momento, este estrés puede exceder la resistencia del material, provocando una grieta a la forma. Si nada se deene esta grieta se propague a trav través és del material, que har que la estructura del objeto a fallar. Si no debido al choque c hoque térmico se puede prevenir por! 

"a reducción del gradient g radiente e térmico visto por el objeto, por



cambiando su temperatura ms lentamente



el aumento de la conducvidad térmica del material de



"a reducción del coe#ciente de expansión térmica de materiales



El aumento de su fuer$a



%ntroduciendo una función de la tensión de compresión, como por ejemplo en vidrio templado



"a disminución de su módulo de &oung



El aumento de su dure$a, por



grieta punta embotamiento, es decir, la plascidad o fase de transformación



reprimir de'exión



Efecto sobre materiales

(idrio de borosilicato est hecho para soportar el choque térmico mejor que la ma)or*a de otros pos de vidrio a través de una combinación de una menor coe#ciente de expansión ) una ma)or resistencia, resistencia, aunque cuar$o fundido supera en estos dos aspectos. +lgunos materiales vitrocermicos inclu)en una proporción controlada de material con un coe#ciente de expansión negavo, de modo que el coe#ciente global puede reducirse a casi exactamente igual a cero durante un ra$onablemente amplia gama de temperaturas. temperaturas. efor$ado efor$ ado carbono-carbono es extremadamente resistente resistente a los choques térmicos, debido a la mu) alta conducvidad térmica del gra#to ) bajo coe#ciente de dilatación, la alta resistencia de la #bra de carbono, ) una capacidad ra$onable para desviar las grietas en la estructura. ara medir el impacto térmico de la técnica de excitación impulso demostró ser una herramienta herramienta úl. uede ser uli$ado para medir el módulo de &oung, /ódulo de ci$allamiento, la relación de oisson ) el coe#ciente de amorguación de una manera no destrucva. "a misma pie$a de prueba se puede medir después de diferentes ciclos de choque térmico ) de esta manera el deterioro de las propiedades 0sicas se pueden asignar a cabo. obuste$ relava de los materiales "a robuste$ de un material al choque térmico, o resistencia al choque térmico 12 "u, 3+ 4lec5, la resistencia al choque térmico de sólidos, eino 6nido, h7p899:::mech.eng.cam.ac.u59pro#les9'ec59papers9;