Módulos de Young comparativos
Propiedades generales
Sección titulada «Propiedades generales»El módulo de Young (E) cuantifica la rigidez elástica de un material, definido por la relación entre tensión uniaxial (σ) y deformación unitaria (ε) en la región elástica lineal. Se expresa en pascales (Pa) y habitualmente en gigapascales (GPa). Cuanto mayor es el módulo, mayor es la tensión necesaria para producir una deformación dada. Los valores típicos oscilan entre 0,01 GPa para elastómeros hasta 1220 GPa para el diamante; en metales estructurales como el acero se sitúa alrededor de 200 GPa.
Composición química
Sección titulada «Composición química»Las composiciones de algunos materiales comunes extraídas de las fuentes son:
| Material | C (máx) | Si (máx) | Mn (máx) | Cr | Ni | P (máx) | S (máx) | Otros |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AISI 304 (acer inox.) | 0,08 | 1,0 | 2,0 | 17,5–20,0 | 8,0–11,0 | 0,045 | 0,03 | Fe resto |
| S275JR (acer estructural) | 0,22 | – | 1,5 | – | – | 0,04 | 0,04 | N máx 0,012; Cu máx 0,55; Fe resto |
| S355JR (acer estructural) | 0,24 | 0,55 | 1,6 | – | – | 0,04 | 0,04 | N máx 0,012; Cu máx 0,55; Fe resto |
| Aluminio 1100 (aprox.) | – | ≤1,0 (Fe+Si) | ≤0,05 | – | – | – | – | Al ≥99,0 |
Propiedades mecánicas
Sección titulada «Propiedades mecánicas»La tabla siguiente presenta el módulo de Young y otras propiedades de resistencia para materiales seleccionados. Los valores indican el rango típico o valores nominales según las condiciones de suministro habituales.
| Material | Módulo de Young (GPa) | Límite elástico (MPa) | Resistencia a la tracción (MPa) |
|---|---|---|---|
| Acero inoxidable AISI 304 | 190 – 203 | 205 – 310 | 510 – 620 |
| Acero estructural S275JR (espesor ≤16 mm) | ~200 | 275 | 430 – 580 |
| Acero estructural S355JR (espesor ≤16 mm) | ~200 | 355 | 510 – 680 |
| Acero estructural ASTM A36 | 200 | 250 | 400 |
| Acero inoxidable AISI 302 | 180 | – | 860 |
| Fundición gris | 130 | – | 170 (compresión) |
| Aluminio puro | 69 | 95 | 110 |
| Aleaciones de aluminio | 70 | – | – |
| Cobre | 117 | 70 | 220 |
| Latón | 102 – 125 | – | 250 |
| Bronce fosforoso | 116 | – | – |
| Titanio aleado | 105 – 120 | 730 | 900 |
| Níquel | 170 | – | – |
| Nylon 6 | 2 – 4 | 45 | 45 – 90 |
| PVC (no plastificado) | 2,4 – 4,1 | – | – |
| Madera de pino (a lo largo de la fibra) | 9 | – | 40 |
| Madera de roble (a lo largo de la fibra) | 11 | – | – |
| CFRP (fibra de carbono unidireccional) | 150 | – | – |
| Diamante | 1220 | – | – |
| Grafeno (monocapa) | ~1000 | – | – |
Conversión: 1 GPa = 0,145×10^6 psi ≈ 145 kpsi
Propiedades físicas
Sección titulada «Propiedades físicas»Se comparan densidades de algunos materiales de referencia.
| Material | Densidad (Mg/m³) | Densidad (lb/ft³) |
|---|---|---|
| AISI 304 | 7,85 – 8,06 | 490 – 503 |
| Acero al carbono (S275JR/S355JR) | ~7,85 | ~490 |
| Aluminio | 2,70 | 169 |
| Cobre | 8,96 | 559 |
| Titanio | 4,51 | 281 |
| PVC | 1,38 – 1,41 | 86 – 88 |
Propiedades térmicas
Sección titulada «Propiedades térmicas»Datos térmicos disponibles para el acero inoxidable AISI 304.
| Propiedad | Valor (SI) | Valor (Imperial) |
|---|---|---|
| Conductividad térmica a 100 °C | 14 – 17 W/m·K | 26,2 – 31,8 BTU·ft/h·ft²·°F |
| Calor específico | 490 – 530 J/kg·K | 0,379 – 0,410 BTU/lb·°F |
| Coeficiente de dilatación térmica (20–100 °C) | 16 – 18 ×10⁻⁶ /K | 28,8 – 32,4 ×10⁻⁶ /°F |
| Intervalo de fusión | 1673 – 1723 K (1400 – 1450 °C) | 2552 – 2642 °F |
Aplicaciones comunes
Sección titulada «Aplicaciones comunes»- AISI 304: equipos de procesado de alimentos, utensilios de cocina, tuberías, tanques criogénicos, arquitectura.
- S275JR/S355JR: estructuras de edificación, puentes, torres eólicas, maquinaria pesada.
- Aluminio: aeronáutica, envases, disipadores, perfiles arquitectónicos.
- Cobre: conductores eléctricos, tuberías de agua, intercambiadores de calor.
- Titanio aleado: industria aeroespacial, implantes médicos, componentes de alto rendimiento.
- CFRP: equipamiento deportivo, estructuras aeroespaciales, automoción de competición.
- Nylon: engranajes, cojinetes, fibras textiles.
Comparativa con otros materiales
Sección titulada «Comparativa con otros materiales»Se presenta la rigidez específica (módulo de Young / densidad), parámetro útil para diseño ligero.
| Material | E/ρ (GPa·m³/Mg) |
|---|---|
| AISI 304 | ≈25,0 |
| Aluminio | ≈25,6 |
| Cobre | ≈13,1 |
| Titanio aleado | ≈24,4 |
| CFRP unidireccional | ≈93,8 |
| Madera (pino) | ≈16,4 |
| Diamante | ≈339 |
Los compuestos de fibra de carbono muestran la mayor rigidez específica entre los materiales de ingeniería comunes.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es el módulo de Young del acero inoxidable 304?
Sección titulada «¿Cuál es el módulo de Young del acero inoxidable 304?»El acero inoxidable 304 presenta un módulo de Young entre 190 GPa y 203 GPa (27,6×10⁶ psi a 29,4×10⁶ psi), dependiendo del tratamiento y la composición exacta dentro de la norma.
¿Qué material tiene el mayor módulo de Young?
Sección titulada «¿Qué material tiene el mayor módulo de Young?»El diamante posee el módulo de Young más elevado con 1220 GPa, seguido del grafeno monocapa con aproximadamente 1000 GPa y el carburo de silicio con un intervalo de 450 a 650 GPa.
¿Cuánto vale el módulo de Young de un acero estructural S275JR?
Sección titulada «¿Cuánto vale el módulo de Young de un acero estructural S275JR?»El acero estructural S275JR tiene un módulo de Young de aproximadamente 200 GPa (29,0×10⁶ psi), valor similar al de la mayoría de los aceros al carbono no aleados.
¿Qué material combina alta rigidez y baja densidad?
Sección titulada «¿Qué material combina alta rigidez y baja densidad?»El plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) alcanza una rigidez específica de alrededor de 93,8 GPa·m³/Mg, aproximadamente 3,7 veces superior a la del acero inoxidable 304.
¿Cuál es la diferencia de rigidez entre el aluminio y el acero?
Sección titulada «¿Cuál es la diferencia de rigidez entre el aluminio y el acero?»El aluminio puro tiene un módulo de Young de 69 GPa (10,0×10⁶ psi), mientras que un acero estructural típico alcanza 200 GPa; esto significa que el acero es alrededor de 2,9 veces más rígido que el aluminio.
¿Cómo se convierte el módulo de Young de GPa a psi?
Sección titulada «¿Cómo se convierte el módulo de Young de GPa a psi?»La conversión es 1 GPa = 145 038 psi; por ejemplo, un valor de 200 GPa equivale a 29,0×10⁶ psi.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=965
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/compare_steel_eu.php?name_id_3=3&name_id_4=8&count_mat=19