Entenda o que a fórmula representa
Para uma barra ou trecho de tubo reto, aquecido de maneira uniforme e livre para se alongar, uma aproximação linear é ΔL = ᾱ·L₀·ΔT. L₀ é o comprimento na temperatura inicial, ΔT é a temperatura final menos a inicial e ᾱ é um coeficiente médio de expansão linear válido para aquele material e intervalo. Usando L₀ em metros e ᾱ em K⁻¹, ΔL sai em metros.
Diferenças de temperatura têm o mesmo valor numérico em °C e K. Não se soma 273,15 ao intervalo térmico. No resfriamento, ΔT e ΔL ficam negativos, indicando contração em relação ao comprimento inicial. O sinal deve ser preservado quando se avaliam movimentos em sentidos diferentes.
Exemplo didático com coeficiente assumido
Adote, somente para este exemplo, ᾱ = 12 × 10⁻⁶ K⁻¹, um trecho inicial de 12 m a 20 °C e temperatura final de 80 °C. O intervalo é 60 K. Portanto, ΔL = 12 × 10⁻⁶ × 12 × 60 = 0,00864 m, ou 8,64 mm. O comprimento final estimado é 12,00864 m.
Esse coeficiente não é apresentado como propriedade certificada de todo aço carbono. A tabela mantém a mesma hipótese para mostrar o efeito do intervalo térmico. Em uma aplicação real, o valor precisa vir da documentação apropriada do material e da faixa de temperatura considerada.
| Temperatura final (°C) | ΔT (K) | Expansão livre ΔL (mm) |
|---|---|---|
| 40 | 20 | 2,88 |
| 80 | 60 | 8,64 |
| 120 | 100 | 14,40 |
Por que um coeficiente único pode ser insuficiente
Composição, condição metalúrgica e temperatura influenciam a expansão. Para intervalos amplos, pode ser necessário usar dados tabulados de deformação térmica ou integrar um coeficiente dependente da temperatura. Confirme também a referência do dado: coeficiente instantâneo e coeficiente médio não são automaticamente intercambiáveis.
Movimento livre não é esforço na tubulação
Se os apoios impedirem a expansão, o movimento observado pode ser menor que o calculado, enquanto surgem esforços em tubos, bocais e suportes. A fórmula acima não calcula essas cargas. Curvas, derivações, ancoragens, atrito, gradientes térmicos e ciclos de operação alteram a resposta da instalação.
Para especificar componentes, reúna temperaturas de montagem e operação, material, comprimentos, traçado e posições dos suportes. A escolha de juntas, folgas ou alterações de trajeto deve acompanhar uma análise de flexibilidade e os requisitos do projeto. A estimativa de milímetros é útil para organizar os dados; não basta para dimensionar um compensador ou definir a carga de um ponto fixo.
Fontes e critérios
Consulta técnica e redação própria da GDL. As tabelas de exemplos foram calculadas para este guia.
- Spirax Sarco — expansão e suportação de tubulações
- NPL — boas práticas de metrologia dimensional, guia 80
- NIST — unidades de temperatura