CONCEPTO DE DILATACIÓN

Por lo general, al aumentar la temperatura de un cuerpo, sus dimensiones aumentan y al contrario, al disminuir la temperatura las dimensiones también disminuyen. Esta variación de dimensiones se produce debido a que la agitación térmica (vibración partículas que componen el cuerpo) y la temperatura están estrechamente relacionadas. Al aumentar la temperatura las partículas vibran con mayor intensidad y por lo tanto requieren mayor espacio. La suma de todos esos pequeños incrementos de espacio, al aumentar la temperatura, da lugar a una dilatación. Y, en sentido contrario, la disminución de temperatura origina una contracción.

Una aplicación interesante de la dilatación son los dispositivos basados en láminas bimetálicas. Se trata de dos o más láminas de diferentes materiales, con diferentes coeficientes de dilatación, unidas. Al calentarse, las dilataciones son distintas y hace que el conjunto de las láminas se curve en función de la temperatura. Este es el principio de funcionamiento de los termómetros bimetálicos, tal como se ha indicado antes.

En la siguiente imagen puedes ver un caso práctico que se produce en las instalaciones térmicas. Las juntas que ves sirven para, en el primer caso, permitir la dilatación del suelo. Un suelo radiante necesita ese tipo de juntas dado que la superficie aumenta con la temperatura. En la segunda imagen la junta permite ajustar el diferente grado de dilatación de la tubería y del muro que atraviesa.

  

DILATACIÓN DE SÓLIDOS

Se distinguen tres tipos de dilataciones:

• Lineales.
• Superficiales.
• Cúbicas (Volumétricas).

La dilatación lineal es la que se produce en cualquier dimensión lineal de un cuerpo por efecto de la temperatura. La tendrás que tener muy en cuenta en el tendido de tuberías, ya que deberás dejar espacio suficiente para que se produzca la dilatación. El coeficiente lineal de expansión (α): es la variación de la unidad de longitud de un sólido cuando su temperatura varía en una unidad.

La dilatación superficial es la que se produce en cualquier superficie del cuerpo. El coeficiente superficial (β) es la variación de la unidad de superficie por unidad de temperatura.

La dilatación volumétrica o cúbica, es la que se produce en el volumen de un cuerpo por efecto de un incremento de la temperatura. El coeficiente volumétrico (γ) es la variación de volumen por unidad de temperatura.

 

La relación entre los tres coeficientes es, con bastante aproximación:

Los líquidos también aumentan su volumen al aumentar la temperatura. El que más vas a utilizar es el agua. Como verás más adelante, en las instalaciones térmicas tendremos que disponer siempre de algún sistema que nos permita afrontar el aumento de volumen del líquido contenido en las tuberías.

El agua presenta además un comportamiento anómalo con respecto a la correlación entre temperatura y dilatación. Si el agua se enfría por debajo de 4 ºC deja de contraerse y comienza una dilatación. Esto hace que el hielo sea menos denso que el agua, lo que permite que en los ríos, el hielo se forme en la parte superior, permaneciendo el agua líquida bajo su superficie. Por lo tanto se puede decir que el agua tiene su volumen mínimo y su densidad máxima a 4 °C.

LA ANOMALÍA DEL AGUA

El hecho de que el agua no siga la conducta de los demás cuerpos, en lo que a la dilatación se refiere, es providencial para la vida marina en las zonas árticas. Si el hielo fuera más denso que el agua, en el momento en que se formaran cristales de hielo, estos irían al fondo del mar, quedando en contacto con la atmósfera otra capa de agua, repitiéndose el proceso indefinidamente hasta que toda el agua del mar quedara congelada. Más abajo, el agua a 4 °C presenta mayor densidad que a 0 °C, por lo que el agua del fondo estará más caliente que la que se encuentra en contacto con el hielo.

COEFICIENTES DE DILATACIÓN

En las dos siguientes tablas podemos ver los coeficientes de dilatación lineal de algunos sólidos y los coeficientes de dilatación cúbica (volumétrica) de algunos líquidos.