Choque Térmico

Definição

O choque térmico é uma variação de temperatura que causa tensão em um material. Frequentemente causa ruptura no material, e é mais comum em materiais frágeis, como a cerâmica.

Este é um processo que ocorre abruptamente quando há uma variação súbita de temperatura, seja quente ou frio ou vice-versa. É mais comum em materiais que são estruturalmente fracos, bem como aqueles que oferecem uma baixa condutividade térmica.

O que é choque térmico?

O choque térmico descreve a maneira como alguns materiais são propensos a danificar se estiverem expostos a uma mudança brusca de temperatura.

O vidro e certos outros materiais são vulneráveis a este processo, em parte porque eles não conduzem energia térmica muito bem. Isto é facilmente observado quando um vidro quente é exposto a água gelada – o resultado é um vidro rachado ou mesmo quebrado.

O dano é uma reação a uma flutuação de temperatura rápida e extrema, mas o processo é um pouco mais complicado do que isso. O choque é o resultado de um gradiente térmico, que se refere ao fato de que a mudança de temperatura ocorre de forma desigual.

A mudança de temperatura provoca a expansão da estrutura molecular de um objeto, devido ao enfraquecimento das ligações que mantêm as moléculas em formação. A existência do gradiente térmico significa que esta expansão ocorre de forma desigual, e o vidro em particular é muito vulnerável a este processo.

No exemplo do vidro quente, isso significa que a rápida mudança de temperatura faz com que algumas partes do vidro rapidamente se tornem muito mais quentes do que outras partes. Isso, por sua vez, provoca uma expansão desigual, o que coloca o estresse na estrutura molecular. Se o estresse se tornar suficientemente grande, a força do material é superada e o vidro quebra.

O vidro é suscetível ao choque térmico

A cerâmica e o vidro são ambos vulneráveis a este processo, em parte porque não são bons condutores de energia térmica, e também porque não possuem alta resistência à tração. Mesmo assim, esses materiais são frequentemente usados para aplicações em que extremos de temperatura são comuns, porque eles têm pontos de fusão muito altos. O problema torna-se então como evitar choque térmico enquanto ainda mantém os extremos de temperatura exigidos pelo processo.

Melhorar a resistência ao choque de vidro e cerâmica pode ser conseguida melhorando a resistência do material ou reduzindo a sua tendência à expansão desigual.

Um exemplo de sucesso nesta área é Pyrex®, a marca de um tipo de vidro que é mais conhecido pelos consumidores como utensílios de cozinha, mas que também é usado para fabricar produtos de vidro de laboratório. O tipo de vidro tradicionalmente utilizado para fazer o Pyrex® é chamado de vidro de borosilicato, devido à adição de boro, o que evita o choque ao reduzir a tendência do vidro para expansão.

Quando os materiais devem ser testados quanto à sua capacidade de suportar temperaturas extremas, eles são testados dentro de uma câmara de choque térmico. Dentro da câmara, eles são expostos a ciclos rápidos de temperaturas extremas e frias, para determinar as temperaturas às quais a resistência à tração do material é superada. Este tipo de testes é usado em uma ampla gama de indústrias, incluindo desenvolvimento de terra, ar e espaçonave, bem como fabricação industrial.

Resumo

Uma mudança de temperatura sempre produzirá uma expansão ou uma contração de um material. Se o material tiver alta condução de calor (como metais), a mudança física em tamanho é bastante uniforme. Se isso for acompanhado de um material forte resistente à tensão, o choque térmico não é um resultado provável.

No entanto, em materiais como cerâmica, vidro, rochas e outros, o choque térmico é provável. Esses materiais têm baixa condução de calor, o que os faz aquecer ou arrefecer de maneira desigual, o que, por sua vez, os faz expandir ou contrair de forma diferente.

Alguns exemplos de choque térmico são:

O gelo em um líquido mais quente irá quebrar, pois a água (líquida ou sólida) é um condutor de calor ruim. O gelo no líquido sofre um aumento repentino da temperatura e se expande a taxas diferentes.

As rochas que contêm estirpes de minério perto de uma fonte de calor, como uma fogueira, esfriarão de forma desigual quando esvaziadas com água fria. A mudança de temperatura faz com que as pedras se contratem de forma desigual, o que causa fratura.

As juntas de cabeça em motores de combustão interna podem falhar por rachaduras devido a um choque térmico ao encontrar mudanças repentinas de temperatura.

O choque térmico pode ser prevenido por:

Evitando mudanças repentinas de temperatura

Aumentando a força estrutural do material

Habilitando o material para conduzir o calor de forma mais eficiente, causando uma expansão ou contração mais uniforme ao encontrar mudanças de temperatura.

Fonte: www.wisegeek.org/www.corrosionpedia.com/www.collinsdictionary.com