ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA JULIO GARAVITO

LABORATORIO DE MATERIALES

PROFESOR NORBERTO CHACON

FECHA DE ENTREGA 3 DE FEBRERO DEL 2016

NAREM STEPHEN MENDIVELSO BEJARANO– 2107589

LUIS CARLOS MONROY LAVERDE – 2106018

DILATOMETRO

1. INTRODUCCIÓN

La práctica de dilatación se realiza con unas probetas de material desconocido y diferentes, a los cuales se le toman las medidas o las dimensiones, para así compararlo con las dimensiones tomadas con el comprador de caratula en el transcurso de la práctica y medir la dilación en el cazo cuando se calienta la probeta, y como se contrae cuando se en fría la probeta.

Esto es muy importante para la vida de ingeniero mecánico, porque así lograra saber si el material que escogió es bueno para el diseño de su máquina, elemento, herramienta, etc.

1.1MARCO TEORICO

En todo tipo de material hay cambios físicos cuando hay variaciones en los factores que definen dicho material. Todo material solido al someterse a cambios de temperatura ya sea a una temperatura caliente o una temperatura fría, va a cambiar en su forma física o en su estructura.

En los materiales encontramos aumento de las dimensiones cuando se le aumenta la temperatura, esta propi3edad se relaciona con la energía de enlace y el tipo de en lace que tiene cada material, según estos enlaces es como sabemos que tal es su coeficiente de dilatación o como es el aumento o disminución de sus medidas.

FORMULAS A USAR:

Coeficiente de dilatación:

[ecua. 1]

α=

1L∗dL

dT

Lf : longitud final del al termino del experimento

L°: Longitud inicial de la contracción

Hallar el coeficiente de determinación:

[ecua. 2]

R2=( N∑ XY−(∑ X ) (∑Y )

√N∑ X2−(∑ X )2x √N∑Y 2−(∑Y )

2 )OBJETIVO:

Hallar el coeficiente de expansión de cada material en función del cambio de temperatura y luego con ello hacer una aproximación a su coeficiente de dilatación.

2. MATERIALES Y MÉTODOS DILATOMETRO

Es la herramienta que nos deja medir como cambian las dimensiones de un cuerpo al incrementar o disminuir la temperatura. Figura. 1

Figura.1

HORNO

Con esta herramienta podemos aumentar la temperatura de un cuerpo en poco tiempo. Figura. 2

Figura. 2

INDICADOR DE CARATULA

Instrumento con el cual podemos medir la contracción o la dilatación longitudinal a medida que la temperatura aumenta o disminuye, la precisión de este instrumento es de 0.01mm milímetros. Figura. 3

Figura. 3

TERMOMETRO DIGITAL

Instrumento con el que se mide la temperatura. Esos datos los tomamos en grados centígrados (°C), tiene una termocúpula al cual se introduce en el cuerpo a medir su temperatura, este aparato tiene una precisión de ±2. Figura. 4

Figura. 4

PROBETAS

Son materiales solidos desconocidos con los cuales hacemos la práctica del laboratorio y medimos su dilatación y su contracción. Figura. 5

Figura. 5

PROCEDIMIENTO DILATACIÓN

Es coger las probetas de materiales diferentes para realizar el experimento de dilatación y contracción

Introducir la probeta en el dilatómetro

Tomar con el calibrador las correspondientes medidas de las probetas con las que se va a hacer el experimento

Ajustar y calibrar el comparador de caratula

PROCEDIMIENTO

Encender la termocúpula

Tomar la temperatura inicial o temperatura mínima que registra el termómetro digital.

Empezar a tomar la temperatura cada °5 grados centígrados hasta obtener 25 datos

Retirar con las pinzas las probetas que previamente estaban en el horno

Encender el termómetro digital y conectar la termocúpula con la probeta

Introducir la probeta en el dilatómetro

Ajustar y calibrar el comparador de caratula

CONTRACCIÓN

PROCEDIMIENTO

Encender el termómetro y conectar la termocúpula en la probeta

3. RESULTADOS Y ANÁLISIS

3.1 Datos Obtenidos

Probeta # 1

Dilatación Longitud(mm) Diámetro(mm) Temperatura inicial(°C)Temperatura final(°C)

Probeta Amarilla 214mm 9,49mm 40°C 165°C

Tomar la temperatura máxima que registra el termómetro digital y tomar los datos cada °5 grados, tomar hasta tener 25 datos

No. TEMPERATURA(°C) LONGITUD (mm)0 40 °C 0mm1 45 °C 0,05mm2 50°C 0,08mm3 55°C 0,12mm4 60°C 0,15mm5 65°C 0,17mm6 70°C 0,20mm7 75°C 0,23mm8 80°C 0,25mm9 85°C 0,27mm

10 90°C 0,29mm11 95°C 0,31mm12 100°C 0,33mm13 105°C 0,35mm14 110°C 0,37mm15 115°C 0,40mm16 120°C 0,41mm17 125°C 0,43mm18 130°C 0,45mm19 135°C 0,47mm20 140°C 0,49mm21 145°C 0,51mm22 150°C 0,54mm23 155°C 0,57mm24 160°C 0,60mm25 165°C 0,65mm

Dilatación Longitud(mm) Diámetro(mm) Temperatura inicial(°C) Temperatura final(°C)Probeta Gris 214mm 12,58mm 50°C 175°C

Probeta # 2

No. TEMPERATURA(°C)LONGITUD (mm)

0 50°C 0mm1 55°C 0,04mm2 60°C 0,06mm3 65°C 0,12mm4 70°C 0,15mm5 75°C 0,19mm6 80°C 0,22mm7 85°C 0,24mm8 90°C 0,28mm9 95°C 0,33mm

10 100°C 0,36mm

11 105°C 0,39mm12 110°C 0,42mm13 115°C 0,45mm14 120°C 0,49mm15 125°C 0,52mm16 130°C 0,55mm17 135°C 0,58mm18 140°C 0,61mm19 145°C 0,65mm20 150°C 0,68mm21 155°c 0,71mm22 160°C 0,74mm23 165°C 0,77mm24 170°C 0,79mm25 175°C 0,81mm

Probeta # 3

Contracción Longitud(mm) Diámetro(mm) Temperatura inicial(°C) Temperatura final(°C)Probeta Gris 141.42mm 12,69mm 145°C 20°C

No. TEMPERATURA(°C) LONGITUD (mm)0 145°C 0mm1 140°C 0,03mm2 135°C 0,05mm3 130°C 0,08mm4 125°C 0,10mm5 120°C 0,12mm6 115°C 0,13mm7 110°C 0,17mm8 105°C 0,19mm9 100°C 0,20mm

10 95°C 0,23mm

11 90°C 0,25mm12 85°C 0,27mm13 80°C 0,29mm14 75°C 0,31mm15 70°C 0,33mm16 65°C 0,35mm17 60°C 0,37mm18 55°C 0,40mm19 50°C 0,42mm20 45 °C 0,44mm21 40 °C 0,46mm22 35°C 0,48mm23 30°C 0,50mm24 25°C 0,52mm25 20°C 0,53mm

Probeta # 4

contracción Longitud(mm) Diámetro(mm) Temperatura inicial(°C)Temperatura final(°C)

Probeta Amarilla 144,77mm 12,69mm 180°C 55°C

No. TEMPERATURA(°C) LONGITUD (mm)0 180°C 0mm1 175°C 0,02mm2 170°C 0,03mm3 165°C 0,05mm4 160°C 0,06mm5 155°C 0,07mm6 150°C 0,09mm7 145°C 0,11mm8 140°C 0,13mm9 135°C 0,14mm

10 130°C 0,16mm11 125°C 0,18mm

12 120°C 0,20mm13 115°C 0,22mm14 110°C 0,23mm15 105°C 0,25mm16 100°C 0,26mm17 95°C 0,28mm18 90°C 0,30mm19 85°C 0,32mm20 80°C 0,33mm21 75°C 0,35mm22 70°C 0,37mm23 65°C 0,38mm24 60°C 0,40mm25 55°C 0,41mm

Probeta #1 (dilatación)

Lf = 214mm + 0.65mm =214.65mm

Li= 214mm

Tf= 165 °CTi= 40°C

α=L f−Li

Li(T f−T i) = 214.65mm−214mm

214mm(165 ° C−40 °C )=¿ 2.429 x10−5C−1=2.429 x10−6

R²=0.99132(Calculado por excel)

Probeta # 2 (dilatación)

Lf = 214mm + 0.81mm =214.81mm

Li= 214mm

Tf= 175 °CTi= 50°C

α=L f−Li

Li(T f−T i) = 214.81mm−214mm

214mm(175 ° C−50° C)=¿ 3.028 x10−5C−1=3.028 x10−6

R²=0.99789(Calculado por excel)

Probeta # 3 (contracción)

Lf = 141.42mm

Li= 141.42mm +0.53mm =141.95mm

Tf= 20 °CTi= 145°C

α=L f−Li

Li(T f−T i) = 141.42mm−141.95mm

141.95mm (20 °C−145 °C )=¿ 2.986 x10−5C−1=2.986 x 10−6

R²=0.99883(Calculado por excel)

Probeta # 4 (contracción)

Lf = 144.77mm

Li= 144.77mm +0.41mm =145.18mm

Tf= 55 °CTi= 180°C

α=L f−Li

Li(T f−T i) = 144.77mm−145.18mm

145.18mm(55 °C−180 °C )=¿ 2.259 x10−5C−1=2.259 x10−6

R²=0.99886(Calculado por excel)

Probeta #1 (dilatación)

20 40 60 80 100 120 140 160 1800

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

f(x) = 0.00460649572649573 x − 0.137935042735043

Longitud(mm) vs Temperatura(°C)

Probeta # 2 (dilatación)

40 60 80 100 120 140 160 180 2000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

f(x) = 0.00657025641025641 x − 0.310307692307692

Longitud vs Temperatura

Probeta # 3 (contracción)

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

f(x) = − 0.00425025641025641 x + 0.628338461538462

Longitud(mm) vs Temperatura(°C)

Probeta # 4 (contracción)

40 60 80 100 120 140 160 180 2000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

f(x) = − 0.00336 x + 0.600184615384615

Longitud(mm) vs Temperatura(°C)

3.2Comparación de datos teóricos y experimentales

Probeta #1 (Dilatación): α=2.429 x10−6 se relaciona con el aluminio.

(Error de 2.9 x10−8)

Probeta #2(Dilatación): α=3.028 x10−6 se relaciona con el plomo.

(Error de 2.8 x10−8)

Probeta #3(Contracción): α=2.986 x10−6 se relaciona con el plomo.

(Error de1.4 x10−8)

Probeta #4 (Contracción): α=2.259 x10−6 se relaciona con el aluminio.

(Error de 1.47 x10−7)

3.4 Análisis de resultados

En el laboratorio se puede analizar la propiedad de dilatación y la propiedad de contracción de diferentes materiales, que se someten a cambios de temperatura, tanto el aumento o disminución de ella; los materiales van a cambiar su estructura física lo que nos dirá que tan fuerte o débil son los enlaces de cuyo material.

Se puede analizar que la probeta #1 y la probeta #4 son de aluminio, la probeta #2 y la numero #3 son de plomo, ya que el coeficiente de dilatación tiene un margen de error muy pequeño con este material mencionado

El comprador de caratula y el termómetro digital son instrumentos muy precisos, pero hacen que podamos tener errores en nuestras mediciones, ya que son instrumentos de calibración, como

también las condiciones climáticas y los malos movimientos o mala observación cuando estemos haciendo la toma de datos.

Las gráficas tienen que ser linealizadas , por los errores cometidos durante el laboratorio.

4. CONCLUSIONES

La temperatura y la dilatación son directamente proporcionales. Los enlaces y la estructura atómica del material son factores que contribuyen en el

comportamiento del cambio de sus dimensiones. El tiempo es un factor importante, ya que a más tiempo deje un material a cierta a

temperatura este se dilatara o contraerá.

5. BIBLIOGRAFÍA

[1]https://www.google.com.co/search?q=dilatometro&espv=2&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjQtb3Pwc3KAhXJGR4KHVX4DpIQ_AUIBigB#imgrc=hNzhM5PykmpldM%3A figura. 1

[2] https://www.google.com.co/search?q=dilatometro&espv=2&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjQtb3Pwc3KAhXJGR4KHVX4DpIQ_AUIBigB#tbm=isch&q=horno+de+laboratorio&imgrc=nww64NjWR_I7yM%3A figura. 2

[3] https://www.google.com.co/search?q=indicador+de+caratula&espv=2&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi0qLacw83KAhVEbR4KHSpoA1QQ_AUIBigB&dpr=1#imgrc=Rkuf2nDmtk4eOM%3A figura. 3

[4] https://www.google.com.co/search?q=termometro+digital&espv=2&biw=1366&bih=667&site=webhp&source=lnms&tbm=isch&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwirnuLnxM3KAhVFJR4KHdriD28Q_AUIBigB#tbm=isch&q=termometro+digital+lab&imgrc=w0MP59WW7kz2fM%3A figura. 4

[5] http://www.escuelaing.edu.co/uploads/laboratorios/6918_dilatometro.pdf figura.5, ecua.1, ecua.2