Esfuerzo térmico Se denomina esfuerzo o tensión a la fuerza por unidad de área a la que se somete un sólido cuando se somete a una tracción o a una compresión. Un esfuerzo es térmico cuando varía la temperatura del material.
Esfuerzo térmico
Al presentarse un cambio de temperatura en un elemento, éste experimentará una deformación axial, denominada deformación térmica. térmica. Si la deformación es controlada, entonces no se presenta la deformación, pero si un esfuerzo, llamado esfuerzo térmico. Esfuerzo Térmico PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS MATERIALES MATERIALES Se sabe que los materiales cambian sus propiedades con la temperatura. En la mayoría de los casos las propiedades mecánicas y físicas dependen de la Temperatura a la cual el material se usa o de la Temperatura a la cual se somete el material durante su procedimiento. ESFUERZO TERMICO Esfuerzo térmico: Esfuerzo de tensión o compresión que se produce en un material que sufre una dilatación o contracción térmica. Un cambio de temperatura puede ocasionar que un material cambie sus dimensiones. Si la temperatura aumenta, generalmente un material se dilata, mientras que si la temperatura disminuye, el material se contrae. Ordinariamente esta dilatación o contracción es linealmente relacionada con el incremento o disminución de temperatura que se presenta. Si este es el caso y el material es homogéneo e isotrópico, se ha encontrado experimentalmente que la deformación de un miembro de longitud L puede calcularse utilizando la formula: δT = αΔTL Donde: α= propiedad del material llamada coeficiente lineal de dilatación térmica. Las unidades
miden deformación unitaria por grado de temperatura. Ellas son 1/ºF en el sistema ingles y 1/ºC o 1/ºK en el sistema SI. ΔT = cambio algebraico en la temperatura del miembro. δT = cambio algebraico en la longitud del miembro.
Si el cambio de temperatura varia sobre toda la longitud del miembro esto es ΔT = ΔT(x), o si α varia a lo largo de la longitud, entonces la ecuación anterior es apreciable
para cada segmento de longitud dx. En este caso el cambio de longitud en el miembro es. δT = 0LαΔT dx
Los casos más generales de deformación y esfuerzo térmico son :
Puentes y elementos estructurales, donde se puede pasar de temperaturas iniciales de – 30 °F a 110 °F .
Vehículos y maquinaria. Piezas de máquinas con calentamiento excesivo, como motores, hornos, cortadores de metal, trenes de laminación, equipo de moldeo y extrusión de plástico, equipo procesador de alimentos, compresores de aire, y mecanismos industriales.
La relación entre el esfuerzo realizado sobre un material por tracción o compresión y la deformación que sufre es una constante llamada Módulo de Young
Hiperestático
Una viga hiperestática.
En estática estática,, una estructura es hiperestática o estáticamente indeterminada cuando está en equilibrio pero las ecuaciones de la estática resultan insuficientes para determinar todas las fuerzas internas o las reacciones. [Una estructura en equilibrio estable que no es hiperestática es isoestática]. Existen diversas formas de hiperestaticidad:
Una estructura es internamente hiperestática si las ecuaciones de la estática no son suficientes para determinar los esfuerzos internos de la misma. Una estructura es externamente hiperestática si las ecuaciones de la estática no son suficientes para determinar fuerzas de reacción de la estructura al suelo o a otra estructura.
Una estructura es completamente hiperestática si es internamente y externamente hiperestática.
Ejemplo
En la viga hiperestática representada en la figura existen cuatro reacciones para determinar las fuerzas que la viga transmite a sus tres apoyos, tres componentes verticales V A, V B, V C C y una componente horizontal H A (F representa aquí la fuerza exterior). A base de las leyes de Newton, Newton, las ecuaciones de equilibrio de la estática aplicables a esta estructura plana en equilibrio son que la suma de componentes verticales debe ser cero, que la suma de fuerzas horizontales debe ser cero y que la suma de momentos respecto a cualquier punto del plano debe ser cero: Σ V = 0: V A
− F v + V B + V C = 0
Σ H = 0: H A
− F h = 0
Σ MA = 0:
F v · a
− V B · (a + b) + V C · (a + b + c) = 0.
Puesto que tenemos tres ecuaciones linealmente independientes y cuatro fuerzas o componentes desconocidos (V A, V B, V C C y H A) con sólo estas ecuaciones resulta imposible calcular las reacciones y por tanto la estructura es hiperestática (de hecho, externamente hiperestática). Sólo cuando se considera las propiedades elásticas del material y se aplican las debidas ecuaciones de compatibilidad de las deformaciones el problema puede ser resuelto (siendo estáticamente indeterminado es al mismo tiempo elásticamente determinado).