Apa itu koefisien ekspansi termal (CTE)?

CTE (α) adalah perubahan panjang fraksional per derajat perubahan suhu. Satuan: µm/(m·°C) atau 10⁻⁶/°C. Contoh: baja α ≈ 12 µm/(m·°C) berarti batang sepanjang 1m memanjang 12 µm per kenaikan 1°C.

Bagaimana cara menghitung tegangan termal pada elemen yang terkekang?

Ketika ekspansi sepenuhnya dibatasi: σ = E × α × ΔT. Untuk baja pada ΔT = 100°C: σ = 200.000 × 12e-6 × 100 = 240 MPa — hampir mencapai tegangan luluh!

Apa itu ekspansi volumetrik?

Untuk material isotropik, CTE volumetrik ≈ 3 × CTE linier. Perubahan volume: ΔV = V₀ × 3α × ΔT. Penting untuk tangki, pipa, dan sistem fluida tertutup.

Bagaimana cara menentukan ukuran yang tepat untuk pipa ekspansi?

Rumus guided-cantilever: panjang kaki loop L = √(3 × E × D × Δ / Sₐ), di mana E = modulus elastisitas (MPa), D = diameter luar pipa (mm), Δ = ekspansi (mm), Sₐ = rentang tegangan yang diizinkan (MPa); L dalam mm. Aturan praktis untuk baja karbon (E ≈ 200 GPa, Sₐ ≈ 138 MPa): L ≈ 66 × √(D × Δ) dalam mm.

Apakah CTE bervariasi dengan suhu?

Ya. Koefisien ekspansi termal (CTE) umumnya sedikit meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Nilai yang diberikan adalah nilai rata-rata dalam suatu rentang (biasanya 20–100°C). Untuk pekerjaan kriogenik atau suhu tinggi, gunakan data spesifik untuk rentang suhu sebenarnya.

Alat Teknik Gratis

Kalkulator Ekspansi Termal

Hitung ekspansi termal linier dan volumetrik untuk 20+ material. Ekspansi pipa di antara jangkar, ukuran loop ekspansi, dan tegangan termal saat dibatasi (σ = E·α·ΔT).

Linier & Volumetrik20+ BahanTegangan TermalEkspansi Pipa

Bahan

CTE α (×10-⁶ /°C)

Panjang Asli (mm)

Perubahan Suhu ΔT (°C)

Volume Asli (cm³ — opsional, untuk satuan volume)

Modulus Elastisitas E (GPa — untuk perhitungan tegangan)

Pengaturan cepat

Hasil Ekspansi

Ekspansi Linier ΔL

—

Ekspansi dalam mm

—

Ekspansi dalam µm

—

Ekspansi dalam mil

—

Panjang Baru

—

Regangan ε

—

Tegangan Termal (jika dibatasi)

—

Gaya Termal (per cm² luas)

—

Ekspansi Volumetrik ΔV

—

Lingkaran Ekspansi (pipa baja, aturan praktis)

—

Ekspansi Linier

Di mana α adalah koefisien ekspansi termal (CTE) dalam 1/°C, L₀ adalah panjang awal, dan ΔT adalah perubahan suhu.

Ekspansi Volumetrik

Untuk material isotropik, CTE volumetrik kira-kira 3 kali CTE linier.

Tegangan Termal (Anggota yang Terkekang)

Ketika pemuaian sepenuhnya dicegah (misalnya, pipa di antara dua jangkar kaku), tegangan yang dihasilkan dapat sangat tinggi. Tegangan ini bersifat tekan saat pemanasan dan tarik saat pendinginan.

Penentuan Ukuran Lingkaran Ekspansi (Aturan Praktis)

Di mana D adalah diameter luar pipa (mm) dan Δ adalah pemuaian (mm); hasil L dalam mm. Faktor 66 berasal dari rumus guided-cantilever L = √(3 · E · D · Δ / Sₐ) yang dihitung untuk baja karbon (E = 200 GPa, Sₐ = 138 MPa). Untuk material atau tegangan izin lain, gunakan rumus lengkap (L berskala sebagai √(E/Sₐ)). Ini adalah estimasi penyaringan awal, bukan analisis fleksibilitas kode penuh.

Contoh Praktis

Contoh — Pipa Baja Karbon 6m, ΔT = 80°C

Diberikan: L₀ = 6000 mm, α = 12 × 10-⁶ / ° C, ΔT = 80 ° C, E = 200 GPa

ΔL = 12 × 10⁻⁶ × 6000 × 80 = 5,76 mm

Tegangan termal jika dibatasi: σ = 200.000 × 12e-6 × 80 = 192 MPa

Loop pemuaian (DN100/OD 114 mm): L ≈ 66 × √(114 × 5.76) ≈ 1,690 mm ≈ 1.7 m

Basis Data CTE Material

Bahan	α (×10⁻⁶ /°C)	E (GPa)	Catatan
Baja karbon	12.0	200	SA-516, P265GH
Baja paduan rendah	12.5	200	16Mo3, SA-387
Baja Cr-Mo (2,25Cr)	12.0	205	SA-335 P22
Baja tahan karat 304	17.3	193	1.4301, 18Cr-8Ni
Baja tahan karat 316	16.0	193	1.4401, 16Cr-10Ni-2Mo
Baja tahan karat 321	17.0	193	1.4541, distabilkan oleh Ti
Dupleks 2205	13.0	200	1.4462
Aluminium 6061	23.6	69	Temperatur T6
Tembaga	17.0	117	Murni, dianil
Kuningan (CuZn30)	20.0	110	Selongsong peluru kuningan
Perunggu (CuSn8)	18.0	110	Perunggu fosfor
Titanium Kelas 2	8.6	103	Murni secara komersial
Nikel 200	13.3	207	Nikel murni
Inconel 625	12.8	207	Ni-Cr-Mo
Inconel 718	13.0	211	Ni-Cr-Fe
Besi cor abu-abu	10.5	110	GG25
Besi cor ulet	11.0	170	GGG40
Beton	12.0	30	Bervariasi tergantung campurannya
Kaca (soda-kapur)	9.0	72	Kaca jendela
PTFE (Teflon)	120.0	0.5	CTE sangat tinggi
HDPE	150.0	1.0	Polietilen
PVC	80.0	3.0	PVC Kaku
Invar 36	1.2	145	Paduan CTE ultra-rendah

💡 Catatan: Nilai CTE adalah nilai rata-rata untuk suhu 20–100°C. Untuk aplikasi suhu tinggi atau kriogenik, gunakan data spesifik dari standar material.