¿Qué es el módulo a granel?

Los materiales generalmente se pueden comprimir cuando se someten a presiones externas aplicadas sobre sus superficies. La reducción en el volumen de un material bajo una presión dada varía ampliamente de un material a otro. Los gases generalmente se comprimen más fácilmente bajo presión, mientras que los sólidos se pueden comprimir relativamente poco y con gran dificultad. El módulo de volumen es una propiedad del material que indica el grado de resistencia de un material a la compresión. También puede referirse a él mediante otros términos, como el módulo de elasticidad en masa, el módulo de compresión y otros.

Una forma de pensarlo es como el recíproco de la compresibilidad. El alto módulo de masa para un material indica una resistencia relativamente alta a la compresión, lo que significa que es difícil de comprimir. Un valor bajo indica relativamente poca resistencia a la compresión, lo que significa que el material se comprime con relativa facilidad. Por ejemplo, el módulo de masa del acero es varios órdenes de magnitud mayor que el del aire, que se puede comprimir con relativa facilidad con un compresor de aire.

Los valores del módulo de masa de un material varían según factores como la temperatura de ese material o la cantidad de aire que se mezcla en él. A medida que el material se calienta, su volumen generalmente se expandirá, lo que da como resultado una estructura física más abierta que es más fácil de comprimir. El aire atrapado en un material también afecta la estructura física de un material, lo que afecta su módulo de masa.

Algunos fluidos, como el agua o el fluido hidráulico, a veces se denominan fluidos incompresibles. Esto no es estrictamente preciso, pero debido a que sus compresibilidades son relativamente bajas, el módulo global puede ignorarse en algunos cálculos de ingeniería. Sin embargo, en ciertas circunstancias, como en algunas situaciones de alta presión, debe tenerse en cuenta para garantizar un diseño y funcionamiento adecuados del sistema.

Por ejemplo, el rendimiento del equipo hidráulico bajo una presión muy alta puede degradarse si el módulo de volumen del fluido hidráulico no se tiene en cuenta en el diseño del sistema. Esto se debe a que se gasta algo de energía en la compresión del fluido hidráulico en lugar de ir directamente hacia el trabajo que realiza el equipo. El fluido en el sistema debe comprimirse hasta el punto en que resista una mayor compresión antes de que se actúe sobre el equipo y la carga. El desvío de energía de la tarea principal puede afectar la posición del equipo, la potencia que tiene disponible para su función prevista, el tiempo de respuesta, etc.

El módulo de volumen es con menos frecuencia una característica de interés con respecto a los sólidos, ya que generalmente son extremadamente difíciles de comprimir, pero es relevante en algunas circunstancias. La velocidad a la que el sonido viaja a través de un sólido depende en parte del módulo de masa del material. La cantidad de energía que se puede almacenar en un sólido también está relacionada con esta propiedad, por lo que es relevante para el estudio de terremotos y ondas sísmicas.

Como función matemática, esta propiedad del material se expresa como la relación entre la presión aplicada y el cambio en el volumen de la sustancia por unidad de volumen. Esto produce un valor expresado en las mismas unidades utilizadas para expresar la presión porque las unidades de volumen se cancelan. En forma gráfica, es la pendiente de la curva formada al trazar las presiones aplicadas a un material versus los volúmenes específicos correspondientes del material a esas presiones.