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É por isso que o vidro racha! Aprenda como o choque térmico destrói materiais
No nosso dia a dia, a quebra de vidros costuma ser surpreendente e muitas vezes ocorre em momentos inesperados. Nesses casos, o fenômeno físico do choque térmico costuma ser o culpado. Choque térmico refere-se à carga mecânica transitória de um objeto em temperaturas que mudam rapidamente, resultante de diferenças na expansão entre diferentes partes do objeto devido a mudanças de temperatura. Quando a deformação causada por esta mudança excede a resistência à tração do material, podem ocorrer fissuras, levando à falha estrutural.
O choque térmico é geralmente definido como uma mudança de temperatura à qual o material não consegue se adaptar em um curto período de tempo. Nesse caso, a relação entre deformação e tensão deve ser compreendida.
O que é choque térmico?
O choque térmico é definido principalmente como uma rápida mudança de temperatura que causa expansão e contração desiguais entre diferentes partes de um objeto. Tais mudanças não só causam tensão, mas também causam danos estruturais locais, que são uma das principais causas de falha de muitos materiais. Portanto, prevenir o choque térmico é um fator importante a considerar ao projetar e utilizar vários materiais.
Como o choque térmico afeta os materiais?
Por exemplo, o vidro resistente ao calor, como o vidro borossilicato, é mais capaz de resistir ao choque térmico devido ao seu menor coeficiente de expansão e maior resistência. Em contrapartida, o quartzo fundido apresenta melhor desempenho nesses aspectos. Certos materiais vitrocerâmicos, especialmente sistemas de aluminossilicato de lítio, controlam a proporção de coeficientes de expansão negativos no material, de modo que o coeficiente de expansão global cai para quase zero em uma ampla faixa de temperaturas. Este tipo de material apresenta propriedades termomecânicas superiores.
Os testes de choque térmico normalmente usam técnicas de excitação de choque, um método de medição não destrutivo.
Medidas para prevenir choque térmico
Para prevenir eficazmente o choque térmico, as seguintes medidas podem ser tomadas durante o projeto:
- Minimize os gradientes térmicos alterando gradualmente a temperatura.
- Melhore a condutividade térmica do material.
- Reduza o coeficiente de expansão térmica do material.
- Aumente a resistência do material.
- Introduza tensões de compressão, por exemplo, usando vidro temperado.
Exemplos de testes de choque térmico
Em aplicações industriais, o teste de choque térmico é frequentemente usado para garantir a estabilidade do produto sob mudanças extremas de temperatura. Por exemplo, alguns recipientes de vidro podem tornar-se quebradiços quando expostos a breves ciclos de altas e baixas temperaturas, e este método de teste é frequentemente utilizado para avaliar a sua durabilidade. Nestes testes, as amostras são colocadas num ambiente que alterna rapidamente entre temperaturas altas e baixas, por vezes a velocidades superiores a 15°C por minuto.
Falha por choque térmico de materiais frágeis
Materiais frágeis são frequentemente mais suscetíveis a choques térmicos, especialmente sob rápidas mudanças de temperatura. Por exemplo, fogões de ferro antigos podem causar rachaduras no material se forem superaquecidos e depois revestidos com água fria. Isso ocorre porque a parte externa do material esfria rapidamente enquanto a parte interna permanece alta, resultando em tensões desiguais.
Os testes de choque térmico são usados por muitas indústrias para melhorar a estabilidade dos produtos e garantir que eles mantenham sua integridade sob condições extremas.
Resumo dos efeitos do choque térmico e sua importância para a seleção de materiais
O impacto do choque térmico não pode ser ignorado, especialmente ao projetar e selecionar materiais. A escolha de materiais com alta resistência ao choque térmico, como certos vidros e cerâmicas, pode melhorar significativamente o desempenho e a estabilidade do produto. À medida que a ciência dos materiais avança, materiais mais inovadores que possam enfrentar os desafios do choque térmico poderão ser desenvolvidos no futuro.
Quando selecionamos materiais, consideramos o impacto potencial do choque térmico no seu desempenho?
