¿Qué es la tensión térmica?

La tensión térmica se desarrolla cuando un material se calienta o enfría, pero no puede expandirse ni contraerse libremente. Para un elemento completamente restringido: σ = E × α × ΔT, donde E es el módulo elástico, α es el coeficiente de expansión térmica (CTE) y ΔT es la variación de temperatura.

¿Qué es el coeficiente de expansión térmica (CTE)?

El CTE (α) mide la expansión de un material por cada grado de cambio de temperatura. Acero: ~12×10⁻⁶/°C, Aluminio: ~23×10⁻⁶/°C, Cobre: ~17×10⁻⁶/°C, Acero inoxidable: ~17×10⁻⁶/°C.

¿Cuándo se produce la tensión térmica?

La tensión térmica se produce cuando la expansión está restringida: tuberías fijadas en ambos extremos, rieles soldados de forma continua, materiales diferentes unidos entre sí, secciones gruesas con gradientes de temperatura o cualquier estructura a la que se le impide el libre movimiento.

¿Cómo se puede reducir la tensión térmica?

Utilice juntas de expansión o bucles en las tuberías, permita soportes deslizantes, elija materiales con menor CTE, reduzca el ΔT con aislamiento o utilice conexiones flexibles. En sistemas bimetálicos, iguale los valores de CTE lo más posible.

¿La tensión térmica es siempre de compresión cuando se calienta?

Sí, para un elemento completamente restringido calentado uniformemente. El material intenta expandirse, pero no puede, por lo que se genera tensión de compresión interna. El enfriamiento provoca tensión de tracción. El signo depende de si se restringe la expansión o la contracción.

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Calculadora de tensión térmica

Calcular la tensión térmica σ = E × α × ΔT para un miembro completamente restringido sometido a un cambio de temperatura.

σ = E·α·ΔTElemento restringido#169

Material preestablecido

Módulo elástico E (GPa)

CTE α (×10⁻⁶ /°C)

Cambio de temperatura ΔT (°C)

Ajustes preestablecidos rápidos

Resultados

Tensión térmica σ

—

Deformación térmica ε

—

Tipo de esfuerzo

—

Tensión térmica en elementos restringidos

Valores comunes de CTE

Material	E (GPa)	α (×10⁻⁶/°C)
Acero carbono	200	12
Acero inoxidable 304	193	17.3
Aluminio 6061	69	23.6
Cobre	117	16.6
Titanio	114	8.6
Latón	100	19

La tensión térmica aparece cuando un material se calienta o se enfría pero no puede dilatarse o contraerse libremente. Para una restricción total: σ = E × α × ΔT.

El CDT (α) es el cambio fraccional de longitud por grado. Acero: ~12×10⁻⁶/°C, Aluminio: ~23.6×10⁻⁶/°C, Cobre: ~16.6×10⁻⁶/°C.

Tuberías empotradas en ambos extremos, carriles soldados, materiales distintos unidos entre sí, secciones gruesas con gradientes de temperatura o cualquier estructura restringida.

Juntas de dilatación (compensadores), soportes deslizantes, materiales de menor CDT, aislamiento para reducir ΔT, conexiones flexibles o igualación del CDT en sistemas bimetálicos.

Sí, para un elemento totalmente restringido. Calentamiento → el material tiende a dilatarse → la restricción lo impide → tensión de compresión. El enfriamiento provoca tensión de tracción.

Los procedimientos descritos en esta página fueron desarrollados y probados en campo por el equipo de Vibromera utilizando el Balanset-1A, un equilibrador portátil de dos canales y analizador de vibraciones para el equilibrado de rotores in situ.