Calculadora de dilatación térmica
Calcula cuánto crece o se encoge una pieza, tubería, raíl o depósito de líquido cuando cambia su temperatura. Elige un material (metales, plásticos, vidrio, hormigón o líquidos) o introduce tu propio coeficiente, elige dilatación lineal, superficial o volumétrica, y obtén el nuevo tamaño, el cambio porcentual y la tensión si la pieza está fija.
Última actualización:
Solo para la estimación de la tensión con restricción
Negativo para enfriamiento
Cómo usar Calculadora de dilatación térmica
- Elige el tipo: lineal para barras, tuberías y raíles; superficial para placas; volumétrica para sólidos o líquidos.
- Elige el material de la lista, o elige Personalizado y escribe un coeficiente de una ficha técnica.
- Introduce el tamaño inicial y su unidad.
- Introduce las temperaturas (inicial y final) o solo el cambio ΔT, en °C, °F o K.
- Lee el cambio y el tamaño final, y compara materiales en la tabla debajo de los resultados.
Fórmulas de dilatación térmica
- Lineal: ΔL = α × L₀ × ΔT, nueva longitud L = L₀ (1 + αΔT)
- Superficial: ΔA ≈ 2α × A₀ × ΔT (exacta para una placa: A₀(1 + αΔT)²)
- Volumétrica: ΔV = β × V₀ × ΔT, con β ≈ 3α para sólidos (regla exacta del cubo V₀(1 + αΔT)³)
- Tensión con restricción: σ = E × α × ΔT, donde E es el módulo de Young
- Unidades: α por °F × 1.8 = α por °C; ΔT en °F × 5/9 = ΔT en °C
Las fórmulas lineales son aproximaciones de primer orden. Son muy precisas para metales y cerámicas en rangos de temperatura habituales, porque αΔT es diminuto (unas pocas partes por mil). En plásticos o con cambios de temperatura muy grandes, el propio coeficiente cambia con la temperatura, así que toma el resultado como una estimación.
Coeficientes típicos de dilatación lineal
| Material | α (×10⁻⁶ /°C) | α (×10⁻⁶ /°F) | Crecimiento por cada 100 ft con +50 °F |
|---|---|---|---|
| Invar | 1.2 | 0.67 | 0.04 in |
| Vidrio borosilicato | 3.3 | 1.8 | 0.11 in |
| Hierro fundido | 10.8 | 6.0 | 0.36 in |
| Acero al carbono / hormigón | 12 | 6.7 | 0.40 in |
| Cobre | 16.5 | 9.2 | 0.55 in |
| Acero inoxidable 304 | 17.3 | 9.6 | 0.58 in |
| Latón | 19 | 10.6 | 0.63 in |
| Aluminio | 23.1 | 12.8 | 0.77 in |
| PVC (rígido) | 52 | 29 | 1.73 in |
| ABS | 99 | 55 | 3.3 in |
| HDPE | ≈150 | ≈83 | ≈5.0 in |
Los valores son típicos a temperatura ambiente. Los grados y mezclas varían, así que consulta la ficha técnica del producto para trabajos críticos.
Consejos prácticos
- Usa todo el rango de temperatura al que estará expuesta la pieza, desde la temperatura de instalación hasta las condiciones de servicio más cálidas y más frías. En tuberías o revestimientos exteriores puede superar los 100 °F.
- Los plásticos se mueven mucho. El PVC, el ABS y el PE crecen de 4 a 12 veces más que el acero, así que los tramos largos necesitan liras de dilatación, desvíos o soportes deslizantes.
- Los materiales combinados (una pieza de aluminio atornillada a acero, un cristal en un marco metálico) acumulan tensión o abren holguras porque crecen a ritmos distintos. Compáralos en la tabla.
- Los líquidos en recipientes cerrados, como calentadores de agua y depósitos de combustible, se dilatan mucho más que el recipiente; por eso tienen vasos de expansión, válvulas de alivio o espacio libre.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la fórmula de la dilatación térmica lineal?
ΔL = α × L₀ × ΔT, donde α es el coeficiente de dilatación lineal (por °C), L₀ la longitud original y ΔT el cambio de temperatura. Una pieza de acero al carbono de 100 ft (α ≈ 12 × 10⁻⁶ /°C) calentada 70 °F (38.9 °C) crece unos 100 × 12e-6 × 38.9 = 0.047 ft, aproximadamente 0.56 pulgadas.
¿Qué relación hay entre la dilatación volumétrica y la lineal?
En un sólido isótropo, el coeficiente volumétrico es aproximadamente tres veces el lineal (β ≈ 3α) y el superficial aproximadamente el doble (2α). Los líquidos no tienen forma fija, así que se describen solo con β, medido directamente.
¿Cómo convierto un coeficiente de por °F a por °C?
Un cambio de temperatura de 1 °F es 5/9 de 1 °C, así que un coeficiente por °C es 1.8 veces el mismo coeficiente por °F. Por ejemplo, 6.5 × 10⁻⁶ /°F equivale a 11.7 × 10⁻⁶ /°C. Un cambio de 1 K es idéntico a un cambio de 1 °C.
¿Cuánto se dilata una tubería de cobre o de PVC?
El cobre (α ≈ 16.5 × 10⁻⁶ /°C) crece aproximadamente 1.1 pulgadas por cada 100 ft con una subida de 50 °F. El PVC rígido (unos 52 × 10⁻⁶ /°C) crece más del triple, aproximadamente 3.5 pulgadas por cada 100 ft con la misma subida, por eso los tramos largos de plástico necesitan liras de dilatación o desvíos.
¿Qué pasa si una pieza no puede dilatarse?
Acumula tensión interna. Para una barra sujeta entre apoyos rígidos, la tensión es σ = E × α × ΔT. Calentar 40 °C una barra de acero totalmente restringida da unos 200 GPa × 12e-6 × 40 ≈ 96 MPa (14,000 psi) de compresión, suficiente para pandear piezas esbeltas; por eso puentes, raíles y oleoductos usan juntas de dilatación.
¿Los coeficientes son exactos?
No. Los coeficientes varían con la aleación, el grado, la humedad y el rango de temperatura, y los plásticos varían mucho. Los valores predefinidos son típicos a temperatura ambiente; para trabajos de diseño, usa el valor de la ficha técnica del fabricante con la opción Personalizado. La fórmula lineal también supone que el coeficiente se mantiene constante en tu rango de temperatura.
¿Por qué el agua se comporta de otra forma?
El agua es inusual: su coeficiente de dilatación aumenta con la temperatura (unos 207 × 10⁻⁶ /°C a 20 °C, mucho más cerca del punto de ebullición) y de hecho se contrae al calentarse de 0 a 4 °C. El valor predefinido del agua usa el de 20 °C, así que los resultados con grandes cambios de temperatura son aproximados.
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