Bimetals: Definición Propiedades y Aplicaciones

Un bimetal se define como un objeto compuesto por dos metales separados unidos mediante un proceso metalúrgico. A diferencia de las aleaciones, que son mezclas de dos o más metales, los bimetales consisten en capas de diferentes metales que conservan sus atributos individuales. Los bimetales también se pueden llamar productos bimetálicos o materiales bicomponentes.

Los bimetales se caracterizan por dos zonas metálicas distintas de los metales base, que funcionan mecánica y eléctricamente como una sola unidad. La ventaja de los bimetales es la capacidad de aprovechar al máximo las mejores cualidades de cada metal en un solo producto. Por ejemplo, los bimetales pueden combinar la resistencia de un metal con la resistencia a la corrosión de otro, o la conductividad de un metal con la rentabilidad de otro.

Los bimetales se utilizan ampliamente en diversas industrias y aplicaciones, como conductores eléctricos, contactos eléctricos, termostatos, termómetros, dispositivos protectores, relojes, monedas, latas, cuchillas, y más. En este artículo, exploraremos el principio de funcionamiento, las combinaciones comunes y las principales aplicaciones de los bimetales.

¿Cómo funcionan los bimetales?

El principio de funcionamiento de los bimetales se basa en el hecho de que diferentes metales tienen diferentes coeficientes de expansión térmica lineal (αL), lo que significa que se expanden o contraen a diferentes tasas cuando se calientan o se enfrían. El coeficiente de expansión térmica lineal se define como el cambio fraccional en la longitud por grado de cambio en la temperatura.

Donde,

l es la longitud inicial del objeto,

Δl es el cambio en la longitud,

Δt es el cambio en la temperatura,

La unidad de αL es por °C.

Un bimetal consta de dos tiras de dos metales diferentes con diferentes coeficientes de expansión térmica lineal, soldadas juntas longitudinalmente. Un bimetal a temperatura normal se muestra en la figura a continuación.

Cuando se calienta, las expansiones en la longitud de ambas tiras metálicas son diferentes. Esto hace que el elemento bimetálico se doble y forme un arco de tal manera que el metal con un coeficiente de expansión térmica lineal mayor esté en el lado exterior del arco, y el metal con un coeficiente de expansión térmica lineal menor esté en el lado interior del arco, como se muestra en la figura a continuación.

Cuando se enfría, el elemento bimetálico se dobla y forma un arco de tal manera que el metal con un coeficiente de expansión térmica lineal menor esté en el lado exterior del arco, y el metal con un coeficiente de expansión térmica lineal mayor esté en el lado interior del arco, como se muestra en la figura a continuación.

Este fenómeno puede utilizarse para producir un dispositivo útil para detectar y medir cambios en la temperatura.

¿Cuáles son algunas combinaciones comunes para fabricar bimetales?

Muchas combinaciones de metales con diferentes coeficientes de expansión térmica lineal pueden usarse para formar bimetales. Algunas de las combinaciones comúnmente utilizadas para hacer tiras bimetálicas se enumeran a continuación:

• Hierro (alto αL) y níquel (bajo αL)

• Latón (alto αL) y acero (bajo αL)

• Cobre (alto αL) y hierro (bajo αL)

• Constantan (alto αL) y Invar (bajo αL)

¿Cuáles son algunas aplicaciones principales de los bimetales?

Los bimetales tienen muchas aplicaciones en diversos campos. Algunas de estas se enumeran a continuación:

Termostatos

Los bimetales son muy útiles para hacer termostatos para el encendido automático de circuitos para controlar la temperatura de ciertos electrodomésticos como calefactores eléctricos, planchas eléctricas, refrigeradores, hornos eléctricos, etc. En algunos circuitos, la corriente que pasa a través del termostato produce calor para su operación.

Un termostato bimetálico típico para esta operación se muestra en la figura a continuación:

En la operación como termostato, un extremo del bimetal está fijo y conectado a la fuente de alimentación. El otro extremo es libre para moverse. Un contacto eléctrico está adjunto al extremo libre del bimetal, que se mueve con su expansión y flexión.

A temperatura normal, este contacto móvil hace contacto con un contacto fijo, como se muestra en la figura anterior. Cuando se calienta, esta tira bimetálica se dobla y se desconecta del contacto fijo, como se muestra en la figura a continuación. Esto abre o cierra un circuito dependiendo de su diseño.