¿Qué es la tensión térmica?
Cuando un material se calienta o se enfría tiende, de forma natural, a dilatarse o a contraerse. Si se impide ese movimiento —por ejemplo, una viga de acero empotrada rígidamente entre dos muros— en lugar de deformarse libremente acumula tensiones internas. Esta tensión térmica puede llegar a ser tan grande como para pandear vías de ferrocarril, agrietar el hormigón o reventar uniones de tuberías. Esta calculadora estima la tensión en un elemento totalmente restringido a partir de tres datos.
Cómo usarla
Introduce el módulo de Young (E) del material en gigapascales (GPa), el coeficiente de dilatación térmica lineal (α) en unidades de \(\times 10^{-6}\) por °C y el cambio de temperatura (ΔT) en °C. La herramienta devuelve la tensión resultante en megapascales (MPa). Un \(\Delta T\) positivo (calentamiento) en un elemento impedido genera una tensión de compresión; el enfriamiento produce tensión de tracción. La magnitud es la misma con independencia del signo.
La fórmula explicada
La ecuación que rige el cálculo es $$\sigma = E \cdot \alpha \cdot \Delta T.$$ La deformación térmica libre es \(\varepsilon = \alpha \cdot \Delta T\). Cuando el elemento está totalmente restringido, esa deformación se transforma íntegramente en tensión mediante la ley de Hooke \(\sigma = E \cdot \varepsilon\), lo que da \(\sigma = E \cdot \alpha \cdot \Delta T\). La calculadora convierte E de GPa a MPa (\(\times 1000\)) y α de \(\times 10^{-6}\) a unidades base antes de multiplicar, de modo que el resultado se expresa en MPa.
Ejemplo resuelto
Para acero estructural: \(E = 200\ \text{GPa}\), \(\alpha = 12 \times 10^{-6}\ /°C\), \(\Delta T = 50\ °C\). Entonces $$\sigma = 200\,000\ \text{MPa} \times 0{,}000012 \times 50 = 120\ \text{MPa}.$$ Una variación de 50 °C en una barra de acero totalmente empotrada produce unos 120 MPa, una fracción considerable del límite elástico habitual; por eso existen las juntas de dilatación.
Preguntas frecuentes
¿Influye la longitud? No. En un elemento totalmente restringido la tensión depende únicamente de E, α y ΔT: la longitud se cancela. La longitud afecta a la dilatación libre, no a la tensión cuando está impedida.
¿Y si el elemento solo está parcialmente restringido? En ese caso únicamente la parte de la deformación que se impide se convierte en tensión, por lo que la tensión real es menor que este valor máximo.
¿El resultado es de compresión o de tracción? Calentar un elemento restringido genera compresión; enfriarlo produce tracción. Esta herramienta indica la magnitud.
