¿Cuáles son algunos usos de la expansión y contracción térmica?

Hay muchos usos comunes y cotidianos.

  • Un tipo común de termostato es la tira bimetálica. Dos metales con diferentes coeficientes de expansión (porcentaje de expansión para una cantidad dada de calor) están unidos. Cuando se aplica calor, la tira se dobla. Esto puede cerrar o abrir un contacto. Estos tipos de termostatos se utilizan en sistemas de calefacción y aire acondicionado en el hogar y en estufas y hornos eléctricos.
  • Flotadores de hielo. Una expansión térmica inusual es que el hielo, la forma sólida de agua, es menos denso que el agua. Como resultado, el hielo flota. Esto es conveniente en bebidas mixtas. También es esencial para la vida en la Tierra, ya que, si el hielo fuera más pesado que el agua y se hundiera, el océano en los polos sería hielo sólido, sin agua debajo, y la vida podría no haberse desarrollado.
  • Los motores a reacción tienen fugas de combustible a temperaturas normales. Una vez que se encienden, el metal se expande y las fugas se detienen. El jet supersónico Concorde en realidad fue diseñado para crecer (aproximadamente 18 pulgadas), creo, debido a la expansión térmica en vuelo.
  • Los globos de aire caliente dependen de la expansión térmica del aire: el aire más caliente es más delgado, pero, si se mantiene caliente en un recipiente cerrado, ejerce presión hacia afuera para mantener la bolsa grande. El aire caliente expandido y más ligero dentro de la bolsa produce elevación.
  • Sellado de frascos en conservas. Si la comida se cocina y enlata (generalmente en frascos de vidrio con tapas de metal) caliente, luego fría, el sello de vacío deja poco aire adentro, lo que permite un almacenamiento a largo plazo sin deterioro.
  • En el otro lado del mismo proceso, abra un frasco ejecutándolo bajo agua caliente. El metal se expande más que el vidrio, y la parte superior de la jarra se suelta de la jarra. Se reduce la fricción y se necesita menos fuerza para girar el frasco, abrir el sello hermético, eliminar la presión y liberar la tapa para que se abra.

Considere la Parte ‘A’ y la Parte ‘B’. Cada uno es cilíndrico. La parte ‘A’ es un cilindro sólido de diámetro D. La parte ‘B’ es un cilindro hueco con diámetro interno Dc donde c es muy pequeño en comparación con D. Las dos partes no encajan porque Dc < D . Pero si la Parte ‘B’ es un material con un CTE positivo (coeficiente de expansión térmica), entonces el diámetro interno aumenta si la parte se calienta a una temperatura T mucho más alta que la temperatura ambiente. El diámetro interno se expandirá a un poco más que D (y obviamente el material debe tolerar una temperatura lo suficientemente alta como para que no se derrita).

Si la Parte ‘A’ (temperatura ambiente) se inserta en la Parte ‘B’ (a temperatura T >> temperatura ambiente) y la Parte ‘B’ se deja enfriar a temperatura ambiente, las dos partes pueden volverse inseparables en el rango de temperatura de servicio del conjunto . Este es un método simple y de muy bajo costo para unir dos partes coaxiales que se deben anidar juntas. Si lo piensa, ¡este es un escenario muy común en muchos ensambles mecánicos!

Esto se usa mucho en una industria de servicios públicos. Por ejemplo, los cojinetes para bombas o motores generalmente se contraen en los ejes. Se calientan con un calentador de inducción, a veces el eje se enfría con hielo seco o nitrógeno líquido, y luego el rodamiento puede deslizarse fácilmente sobre el eje. Una vez que todo vuelve a la temperatura ambiente, el rodamiento queda bloqueado en el eje.