Sobre el cálculo del coeficiente de dilatación térmica
Esta calculadora estima el cambio térmico de longitud de un elemento a partir de tres datos: longitud del elemento, diferencia de temperatura y coeficiente de dilatación lineal del material. Se usa para evaluar movimientos y dimensionar holguras, juntas de dilatación y uniones deslizantes.
Criterios y recomendaciones
Algoritmo de cálculo
Paso 1. Se toma la longitud del elemento L.
Paso 2. Se toma la diferencia de temperatura ΔT como la diferencia entre dos estados. En el cálculo se usa el valor numérico introducido por el usuario.
Paso 3. Se toma el coeficiente de dilatación lineal del material α en la forma 10⁻⁶ 1/°C.
Paso 4. Se calcula la magnitud del cambio de longitud térmico con la fórmula de abajo.
Fórmula y su significado
ΔL = α · L · ΔT / 1 000 000
Explicación. Escribir α en el formato 10⁻⁶ significa “por millón”. Por eso es necesaria la división entre 1 000 000. De lo contrario, el resultado sería un millón de veces mayor.
Cómo interpretar el resultado
Magnitud del movimiento es el cambio de longitud calculado para la diferencia de temperatura indicada.
Dirección depende de cómo se defina ΔT en el escenario. Si se introduce ΔT como diferencia absoluta, la calculadora devuelve la magnitud sin asignar dirección.
Valor gobernante para un detalle. Si se comprueban varios escenarios térmicos, normalmente gobierna el mayor cambio de longitud entre ellos. Ese valor se usa para dimensionar una holgura o elegir una unión compensadora.
Hipótesis del cálculo
Linealidad. Se asume una relación lineal y α se considera constante dentro del intervalo de temperaturas elegido.
Uniformidad. Se supone temperatura uniforme a lo largo de la longitud y en la sección. No se consideran gradientes térmicos.
Deformación libre. El resultado es el movimiento sin considerar restricciones. Si el movimiento está impedido, aparecen tensiones térmicas. Dependen del esquema de restricción y de la rigidez y no se determinan con esta calculadora.
Elección de ΔT en la práctica
En función del montaje. Un enfoque habitual es la diferencia entre la temperatura de montaje y las temperaturas extremas de servicio. En elementos exteriores se suelen comprobar dos escenarios: “calentamiento” y “enfriamiento”, para obtener el mayor cambio de longitud.
Por tramos. Si las condiciones varían a lo largo de la longitud, se divide el elemento en tramos. Se calcula el cambio de longitud de cada tramo y luego se combinan los movimientos según el esquema de uniones adoptado.
Normas europeas relacionadas
Acciones térmicas se tratan como un tipo de acción independiente. Las reglas para definir acciones térmicas y los principios de combinación se recogen en los documentos siguientes.
- EN 1991-1-5 (Eurocódigo 1). Acciones en estructuras. Parte 1-5: Acciones térmicas.
- EN 1990 (Eurocódigo). Bases de proyecto de estructuras.
- EN 1992-1-1 (Eurocódigo 2). Proyecto de estructuras de hormigón. Reglas generales y reglas para edificación.
- EN 1993-1-1 (Eurocódigo 3). Proyecto de estructuras de acero. Reglas generales y reglas para edificación.
- EN 1995-1-1 (Eurocódigo 5). Proyecto de estructuras de madera. Reglas generales y reglas para edificación.
FAQs
¿Por qué es necesaria la división entre 1 000 000?
Porque α se expresa como 10⁻⁶ 1/°C, es decir, “por millón”. Sin esa división, el resultado sería un millón de veces mayor.
¿Cómo debo elegir la diferencia de temperatura para el cálculo?
Un enfoque común es la diferencia entre la temperatura de montaje y la temperatura de servicio. En elementos exteriores se suelen comprobar dos escenarios, “calentamiento” y “enfriamiento”, para obtener el mayor cambio de longitud.
¿Puedo usarlo para dimensionar una holgura en una unión?
Sí, si la unión debe admitir movimiento. Normalmente se usa el mayor cambio de longitud entre los escenarios y se añade una reserva constructiva por tolerancias.
¿Qué pasa si el elemento es compuesto o tiene materiales distintos?
Divida el elemento en tramos donde el material y α sean constantes. Calcule el cambio de longitud de cada tramo y combine los movimientos según el esquema adoptado.
¿Por qué la calculadora no calcula tensiones térmicas?
Las tensiones aparecen cuando el movimiento está restringido por apoyos o uniones y dependen del esquema de restricción y de la rigidez. Sin esos datos, solo se puede calcular con fiabilidad el movimiento libre.