{"id":110386,"date":"2021-06-29T08:31:35","date_gmt":"2021-06-29T07:31:35","guid":{"rendered":"https:\/\/material-properties.org\/fibra-de-carbono-densidad-resistencia-punto-de-fusion\/"},"modified":"2021-07-22T13:21:08","modified_gmt":"2021-07-22T12:21:08","slug":"fibra-de-carbono-densidad-resistencia-punto-de-fusion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/material-properties.org\/es\/fibra-de-carbono-densidad-resistencia-punto-de-fusion\/","title":{"rendered":"Fibra de carbono – Densidad – Resistencia – Punto de fusi\u00f3n"},"content":{"rendered":"

Acerca de la fibra de carbono<\/h2>\n

La fibra de carbono es un pol\u00edmero que es un material muy fuerte que tambi\u00e9n es muy ligero.\u00a0Las fibras de carbono tienen varias ventajas que incluyen alta rigidez, alta resistencia a la tracci\u00f3n, bajo peso, alta resistencia qu\u00edmica, tolerancia a altas temperaturas y baja expansi\u00f3n t\u00e9rmica.\u00a0La fibra de carbono es cinco veces m\u00e1s resistente que el acero y el doble de r\u00edgida.\u00a0Aunque la fibra de carbono es m\u00e1s fuerte y r\u00edgida que el acero, es m\u00e1s liviana que el acero;\u00a0lo que lo convierte en el material de fabricaci\u00f3n ideal para muchas piezas.\u00a0Las fibras de carbono generalmente se combinan con otros materiales para formar un compuesto.\u00a0

<\/div>\"fibra<\/a>
<\/div>\n

Resumen<\/h3>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Nombre<\/td>\nFibra de carbon<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Fase en STP<\/td>\ns\u00f3lido<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Densidad<\/td>\n2000 kg \/ m3<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Resistencia a la tracci\u00f3n<\/td>\n4000 MPa<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
L\u00edmite de elastacidad<\/td>\n2500 MPa<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
M\u00f3dulo de Young<\/td>\n500 GPa<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Dureza Brinell<\/td>\nN \/ A<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Punto de fusion<\/td>\n3657 \u00b0 C<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Conductividad t\u00e9rmica<\/td>\n100 W \/ mK<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Capacidad calor\u00edfica<\/td>\n800 J \/ g K<\/span><\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Precio<\/td>\n22 $ \u200b\u200b\/ kg<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
<\/div>\n

Densidad de la fibra de carbono<\/h2>\n

Las densidades t\u00edpicas de varias sustancias se encuentran a presi\u00f3n atmosf\u00e9rica.\u00a0La densidad<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0se define como la\u00a0\u00a0masa por unidad de volumen<\/strong>\u00a0.\u00a0Es una\u00a0\u00a0propiedad intensiva<\/strong>\u00a0, que se define matem\u00e1ticamente como masa dividida por volumen:\u00a0\u00a0\u03c1 = m \/ V<\/strong><\/p>\n

En palabras, la densidad (\u03c1) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia.\u00a0La unidad est\u00e1ndar del SI es\u00a0\u00a0kilogramos por metro c\u00fabico<\/strong>\u00a0\u00a0(\u00a0kg \/ m\u00a03<\/sup><\/strong>\u00a0).\u00a0La unidad de ingl\u00e9s est\u00e1ndar es\u00a0\u00a0libras de masa por pie c\u00fabico<\/strong>\u00a0\u00a0(\u00a0lbm \/ ft\u00a03<\/sup><\/strong>\u00a0).<\/p>\n

La densidad de la fibra de carbono es de\u00a02000 kg \/ m\u00a03<\/sup>\u00a0.<\/strong><\/p>\n

Ejemplo: densidad<\/h3>\n

Calcula la altura de un cubo hecho de fibra de carbono, que pesa una tonelada m\u00e9trica.<\/p>\n

Soluci\u00f3n:<\/strong><\/p>\n

La densidad<\/strong>\u00a0\u00a0se define como la\u00a0\u00a0masa por unidad de volumen<\/strong>\u00a0.\u00a0Se define matem\u00e1ticamente como masa dividida por volumen:<\/p>\n

\u03c1 = m \/ V<\/strong><\/p>\n

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a\u00a03<\/sup>\u00a0), la altura de este cubo se puede calcular:<\/p>\n

\"densidad<\/a><\/p>\n

La altura de este cubo es entonces\u00a0a = 0,793 m<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

<\/div>
\n<\/div><\/div>
\n

Densidad de materiales<\/h3>\n

\"Tabla<\/p>\n<\/div><\/div>

\n<\/div><\/div>
<\/div>\n

Propiedades mec\u00e1nicas de la fibra de carbono<\/h2>\n

Resistencia de la fibra de carbono<\/h3>\n

En mec\u00e1nica de materiales, la\u00a0resistencia de un material<\/strong>\u00a0es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones pl\u00e1sticas.\u00a0La resistencia de los materiales<\/strong>\u00a0b\u00e1sicamente considera la relaci\u00f3n entre las\u00a0cargas externas<\/strong>\u00a0aplicadas a un material y la\u00a0deformaci\u00f3n<\/strong>\u00a0resultante\u00a0o cambio en las dimensiones del material.\u00a0Al dise\u00f1ar estructuras y m\u00e1quinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.<\/p>\n

La resistencia de un material<\/strong>\u00a0es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones pl\u00e1sticas.\u00a0Para la tensi\u00f3n de tracci\u00f3n, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia m\u00e1xima a la tracci\u00f3n (UTS).\u00a0El<\/a>\u00a0l\u00edmite\u00a0el\u00e1stico<\/a>\u00a0o l\u00edmite el\u00e1stico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse pl\u00e1sticamente, mientras que el l\u00edmite el\u00e1stico es el punto donde comienza la deformaci\u00f3n no lineal (el\u00e1stica + pl\u00e1stica).\u00a0En caso de tensi\u00f3n de tensi\u00f3n de una barra uniforme (curva tensi\u00f3n-deformaci\u00f3n), la\u00a0\u00a0ley de Hooke<\/b><\/a>\u00a0describe el comportamiento de una barra en la regi\u00f3n el\u00e1stica.\u00a0El\u00a0m\u00f3dulo de elasticidad de Young<\/a>\u00a0es el m\u00f3dulo de elasticidad para esfuerzos de tracci\u00f3n y compresi\u00f3n en el r\u00e9gimen de elasticidad lineal de una deformaci\u00f3n uniaxial y generalmente se eval\u00faa mediante ensayos de tracci\u00f3n.<\/p>\n

Ver tambi\u00e9n:\u00a0Resistencia de los materiales<\/a><\/p>\n

M\u00e1xima resistencia a la tracci\u00f3n de la fibra de carbono<\/h3>\n

La resistencia m\u00e1xima a la tracci\u00f3n de la fibra de carbono es de 4000 MPa.<\/p>\n

L\u00edmite de elastacidad de la fibra de carbono<\/h3>\n

El l\u00edmite el\u00e1stico de la fibra de carbono\u00a0\u00a0<\/strong>es de 2500 MPa.<\/p>\n

M\u00f3dulo de Young de la fibra de carbono<\/h3>\n

El m\u00f3dulo de Young de la fibra de carbono es de 500 MPa.<\/p>\n

Dureza de la fibra de carbono<\/h3>\n

En la ciencia de los materiales, la\u00a0\u00a0dureza<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0es la capacidad de resistir\u00a0\u00a0la hendidura de la superficie<\/strong>\u00a0\u00a0(\u00a0deformaci\u00f3n pl\u00e1stica localizada<\/strong>\u00a0) y el\u00a0\u00a0rayado<\/strong>\u00a0.\u00a0La prueba de dureza Brinell<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0es una de las pruebas de dureza por indentaci\u00f3n, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza.\u00a0En las pruebas Brinell, se fuerza un\u00a0penetrador esf\u00e9rico<\/strong>\u00a0duro\u00a0\u00a0bajo una carga espec\u00edfica en la superficie del metal que se va a probar.<\/p>\n

El\u00a0\u00a0n\u00famero de dureza Brinell<\/strong>\u00a0\u00a0(HB) es la carga dividida por el \u00e1rea de la superficie de la muesca.\u00a0El di\u00e1metro de la impresi\u00f3n se mide con un microscopio con una escala superpuesta.\u00a0El n\u00famero de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuaci\u00f3n:<\/p>\n

\"N\u00famero<\/a><\/p>\n

La dureza Brinell de la fibra de carbono es aproximadamente N \/ A.<\/p>\n

Ver tambi\u00e9n:\u00a0dureza de materiales<\/a><\/p>\n

Ejemplo: resistencia<\/h3>\n

Suponga una varilla de pl\u00e1stico, que est\u00e1 hecha de fibra de carbono.\u00a0Esta varilla de pl\u00e1stico tiene un \u00e1rea de secci\u00f3n transversal de 1 cm\u00a02<\/sup>\u00a0.\u00a0Calcule la fuerza de tracci\u00f3n necesaria para lograr la m\u00e1xima resistencia a la tracci\u00f3n de este material, que es: UTS = 4000 MPa.<\/p>\n

Soluci\u00f3n:<\/p>\n

La tensi\u00f3n (\u03c3)<\/strong>\u00a0\u00a0se puede equiparar a la carga por unidad de \u00e1rea o la fuerza (F) aplicada por \u00e1rea de secci\u00f3n transversal (A) perpendicular a la fuerza como:<\/p>\n

\"resistencia<\/a><\/p>\n

por lo tanto, la fuerza de tracci\u00f3n necesaria para lograr la m\u00e1xima resistencia a la tracci\u00f3n es:<\/p>\n

F<\/strong>\u00a0= UTS x A = 4000 x 10\u00a06<\/sup>\u00a0x 0,0001 =\u00a0400 000 N<\/strong><\/p>\n

<\/div>
\n

Resistencia de materiales<\/h3>\n

\"Tabla<\/a><\/p><\/div><\/div>

\n

Elasticidad de materiales<\/h3>\n

\"Tabla<\/a><\/p><\/div><\/div>

\n

Dureza de los materiales<\/h3>\n

\"Tabla<\/a>\u00a0 <\/p><\/div><\/div>

<\/div>\n

Propiedades t\u00e9rmicas de la fibra de carbono<\/h2>\n

Fibra de carbono – Punto de fusi\u00f3n<\/h3>\n

Punto de fibra de carbono de fusi\u00f3n es de 3657 <\/strong>\u00b0 C<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

Tenga en cuenta que estos puntos est\u00e1n asociados con la presi\u00f3n atmosf\u00e9rica est\u00e1ndar.\u00a0En general, la\u00a0\u00a0fusi\u00f3n<\/strong>\u00a0\u00a0es un\u00a0\u00a0cambio<\/strong>\u00a0\u00a0de\u00a0fase<\/strong>\u00a0de una sustancia de la fase s\u00f3lida a la l\u00edquida.\u00a0El\u00a0\u00a0punto<\/strong>\u00a0\u00a0de\u00a0fusi\u00f3n<\/strong>\u00a0de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase.\u00a0El\u00a0\u00a0punto de fusi\u00f3n\u00a0<\/strong>\u00a0tambi\u00e9n define una condici\u00f3n en la que el s\u00f3lido y el l\u00edquido pueden existir en equilibrio.\u00a0Para varios compuestos qu\u00edmicos y aleaciones, es dif\u00edcil definir el punto de fusi\u00f3n, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos qu\u00edmicos.<\/p>\n

Fibra de carbono – Conductividad t\u00e9rmica<\/h3>\n

La conductividad t\u00e9rmica de la\u00a0fibra<\/strong>\u00a0de\u00a0carbono<\/strong>\u00a0\u00a0es\u00a0\u00a0100\u00a0<\/strong>W \/ (m \u00b7 K)<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

Las caracter\u00edsticas de transferencia de calor de un material s\u00f3lido se miden mediante una propiedad llamada\u00a0\u00a0conductividad t\u00e9rmica<\/strong>\u00a0, k (o \u03bb), medida en\u00a0\u00a0W \/ mK<\/strong>\u00a0.\u00a0Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a trav\u00e9s de un material por\u00a0\u00a0conducci\u00f3n<\/a>\u00a0.\u00a0Tenga en cuenta que\u00a0\u00a0la ley de Fourier se<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0aplica a toda la materia, independientemente de su estado (s\u00f3lido, l\u00edquido o gas), por lo tanto, tambi\u00e9n se define para l\u00edquidos y gases.<\/p>\n

La\u00a0\u00a0conductividad t\u00e9rmica<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0de la mayor\u00eda de los l\u00edquidos y s\u00f3lidos var\u00eda con la temperatura.\u00a0Para los vapores, tambi\u00e9n depende de la presi\u00f3n.\u00a0En general:<\/p>\n

\"conductividad<\/a><\/p>\n

La mayor\u00eda de los materiales son casi homog\u00e9neos, por lo que normalmente podemos escribir\u00a0\u00a0k = k (T)<\/em><\/strong>\u00a0.\u00a0Se asocian definiciones similares con las conductividades t\u00e9rmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material is\u00f3tropo, la conductividad t\u00e9rmica es independiente de la direcci\u00f3n de transferencia, kx = ky = kz = k.<\/p>\n

Fibra de carbono – Calor espec\u00edfico<\/h3>\n

El calor espec\u00edfico de la fibra de carbono es\u00a0<\/strong>800 J \/ g K<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

El calor espec\u00edfico, o capacidad calor\u00edfica espec\u00edfica,\u00a0<\/strong>\u00a0es una propiedad relacionada con\u00a0la energ\u00eda interna<\/a><\/strong>\u00a0\u00a0que es muy importante en termodin\u00e1mica.\u00a0Las\u00a0\u00a0propiedades intensivas\u00a0\u00a0<\/strong>c\u00a0<\/em><\/strong>v<\/sub><\/em><\/strong>\u00a0\u00a0y\u00a0\u00a0c\u00a0<\/em><\/strong>p<\/sub><\/em><\/strong>\u00a0\u00a0se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la\u00a0\u00a0energ\u00eda interna\u00a0\u00a0<\/strong>u (T, v)<\/em><\/strong>\u00a0\u00a0y la\u00a0\u00a0entalp\u00eda\u00a0\u00a0<\/strong>h (T, p)<\/em><\/strong>\u00a0, respectivamente:\u00a0<\/strong><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

donde los sub\u00edndices\u00a0\u00a0v<\/strong>\u00a0\u00a0y\u00a0\u00a0p<\/strong>\u00a0\u00a0denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciaci\u00f3n.\u00a0Las propiedades\u00a0\u00a0c\u00a0v<\/sub>\u00a0<\/strong>\u00a0y\u00a0\u00a0c\u00a0p<\/sub><\/strong>\u00a0\u00a0se denominan\u00a0\u00a0calores espec\u00edficos\u00a0<\/strong>\u00a0(o\u00a0\u00a0capacidades calor\u00edficas<\/strong>\u00a0) porque, en determinadas condiciones especiales, relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energ\u00eda a\u00f1adida por la transferencia de calor.\u00a0Sus unidades SI son\u00a0\u00a0J \/ kg K<\/strong>\u00a0\u00a0o\u00a0\u00a0J \/ mol K<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

Ejemplo: c\u00e1lculo de transferencia de calor<\/h3>\n

\"Fibra<\/a>La conductividad t\u00e9rmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a trav\u00e9s de un \u00e1rea cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura.\u00a0Cuanto menor sea la conductividad t\u00e9rmica del material, mayor ser\u00e1 la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.<\/p>\n

Calcule la tasa de\u00a0flujo<\/u>\u00a0de\u00a0\u00a0calor a<\/u>\u00a0\u00a0trav\u00e9s de una pared de 3 mx 10 m de \u00e1rea (A = 30 m\u00a02<\/sup>\u00a0).\u00a0La pared tiene 15 cm de espesor (L\u00a01<\/sub>\u00a0) y est\u00e1 hecha de Fibra de Carbono con la\u00a0conductividad t\u00e9rmica<\/u>\u00a0\u00a0de k\u00a01<\/sub>\u00a0= 100 W \/ mK (mal aislante t\u00e9rmico).\u00a0Suponga que las\u00a0temperaturas<\/u>\u00a0interior y exterior\u00a0\u00a0son 22 \u00b0 C y -8 \u00b0 C, y los\u00a0\u00a0coeficientes de transferencia de calor por convecci\u00f3n<\/u>\u00a0\u00a0en los lados interior y exterior son h\u00a01<\/sub>\u00a0\u00a0= 10 W \/ m\u00a02<\/sup>\u00a0K y h\u00a02<\/sub>\u00a0\u00a0= 30 W \/ m\u00a02<\/sup>\u00a0K, respectivamente.\u00a0Tenga en cuenta que estos coeficientes de convecci\u00f3n dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).<\/p>\n

Calcule el flujo de calor (\u00a0p\u00e9rdida de calor<\/strong>\u00a0) a trav\u00e9s de esta pared.<\/p>\n

Soluci\u00f3n:<\/strong><\/p>\n

Como se escribi\u00f3, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinaci\u00f3n de\u00a0\u00a0conducci\u00f3n<\/u>\u00a0\u00a0y\u00a0\u00a0convecci\u00f3n<\/u>\u00a0.\u00a0Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un\u00a0\u00a0coeficiente de transferencia de calor en general<\/u><\/strong>\u00a0,\u00a0<\/strong>\u00a0conocido como un\u00a0\u00a0factor U<\/strong>\u00a0.\u00a0El factor U se define mediante una expresi\u00f3n an\u00e1loga a\u00a0\u00a0la ley de enfriamiento de Newton<\/strong><\/a>\u00a0:<\/p>\n

\"C\u00e1lculo<\/a><\/p>\n

El\u00a0\u00a0coeficiente de transferencia de calor general<\/strong>\u00a0\u00a0est\u00e1 relacionado con la\u00a0\u00a0resistencia t\u00e9rmica total<\/a>\u00a0\u00a0y depende de la geometr\u00eda del problema.<\/p>\n

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a trav\u00e9s de la pared plana y sin tener en cuenta la radiaci\u00f3n, el\u00a0\u00a0coeficiente de transferencia de calor general<\/strong>\u00a0\u00a0se puede calcular como:<\/p>\n

\"C\u00e1lculo<\/a><\/p>\n

El\u00a0coeficiente de transferencia de calor total\u00a0<\/strong>\u00a0es entonces: U = 1 \/ (1\/10 + 0,15 \/ 100 + 1\/30) = 7,42 W \/ m\u00a02<\/sup>\u00a0K<\/p>\n

El flujo de calor se puede calcular simplemente como: q = 7,42 [W \/ m\u00a02<\/sup>\u00a0K] x 30 [K] = 222,5 W \/ m\u00a02<\/sup><\/p>\n

La p\u00e9rdida total de calor a trav\u00e9s de esta pared ser\u00e1:\u00a0q\u00a0p\u00e9rdida<\/sub>\u00a0<\/strong>\u00a0= q.\u00a0A = 222,5 [W \/ m\u00a02<\/sup>\u00a0] x 30 [m\u00a02<\/sup>\u00a0] =\u00a06674,91 W<\/strong><\/p>\n

<\/div>
\n

Punto de fusi\u00f3n de materiales<\/h3>\n

\"Tabla<\/a><\/p><\/div><\/div>

\n

Conductividad t\u00e9rmica de materiales<\/h3>\n

\"Tabla<\/a><\/p><\/div><\/div>

\n

Capacidad calor\u00edfica de materiales<\/h3>\n

\"Tabla<\/a><\/p>\n<\/div><\/div>

<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Acerca de la fibra de carbono La fibra de carbono es un pol\u00edmero que es un material muy fuerte que tambi\u00e9n es muy ligero.\u00a0Las fibras de carbono tienen varias ventajas que incluyen alta rigidez, alta resistencia a la tracci\u00f3n, bajo peso, alta resistencia qu\u00edmica, tolerancia a altas temperaturas y baja expansi\u00f3n t\u00e9rmica.\u00a0La fibra de carbono … Read more<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[4],"tags":[],"yoast_head":"\nFibra de Carbono | Densidad, resistencia, punto de fusi\u00f3n<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"La fibra de carbono es un pol\u00edmero que es un material muy fuerte que tambi\u00e9n es muy ligero. 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