Bimetáis: Definición Propiedades e Aplicacións

Un bimetal defínese como un obxecto composto por dous metais distintos unidos por un proceso metalúrxico. A diferenza das aleacións, que son mezclas de dous ou máis metais, os bimetáis constan de capas de diferentes metais que mantén as súas propiedades individuais. Os bimetáis tamén poden chamarse produtos bimetálicos ou materiais bicompónentes.

Os bimetáis caracterízanse por dúas zonas metálicas distintas dos metais orixinais, que funcionan mecánica e eléctricamente como unha unidade única. A vantaxe dos bimetáis é a capacidade de aproveitar ao máximo as mellores cualidades de cada metal nun só produto. Por exemplo, os bimetáis poden combinar a resistencia dun metal coa resistencia á corrosión doutro, ou a conductividade dun metal coa eficiencia económica doutro.

Os bimetáis empreganse amplamente en varias industrias e aplicacións, como conductores eléctricos, contactos eléctricos, termostatos, termómetros, dispositivos protexidos, reloxos, moedas, latas, lâminas e máis. Neste artigo, exploraremos o principio de funcionamento, as combinacións comúns e as aplicacións principais dos bimetáis.

Como funcionan os bimetáis?

O principio de funcionamento dos bimetáis basease no feito de que diferentes metais teñen diferentes coeficientes de expansión térmica linear (αL), o que significa que se expanden ou contraen a diferentes velocidades cando se aquecen ou refrixan. O coeficiente de expansión térmica linear define a variación fraccionaria na lonxitude por grao de cambio na temperatura.

Onde,

l é a lonxitude inicial do obxecto,

Δl é a variación na lonxitude,

Δt é a variación na temperatura,

A unidade de αL é por °C.

Un bimetal consiste en dúas tiras de dous metais diferentes con diferentes coeficientes de expansión térmica linear, soldadas xuntas longitudinalmente. Un bimetal a temperatura normal amósase na figura de abaixo.

Cando se aquece, as expansións na lonxitude de ambas as tiras metálicas son diferentes. Isto fai que o elemento bimetálico dobrense e forme un arco de tal xeito que o metal con maior coeficiente de expansión térmica linear estea no lado externo do arco, e o metal con menor coeficiente de expansión térmica linear estea no lado interno do arco, como se amosa na figura de abaixo.

Cando se refrixan, o elemento bimetálico dobre e forma un arco de tal xeito que o metal con menor coeficiente de expansión térmica linear estea no lado externo do arco, e o metal con maior coeficiente de expansión térmica linear estea no lado interno do arco, como se amosa na figura de abaixo.

Este fenómeno pode usarse para producir un dispositivo útil para detectar e medir cambios na temperatura.

Que combinacións son comúns para facer bimetáis?

Muitas combinacións de metais con diferentes coeficientes de expansión térmica linear poden usarse para formar bimetáis. Algúns das combinacións comúns para facer tiras bimetálicas están listadas a continuación:

• Ferro (alto αL) e níquel (baixo αL)

• Latón (alto αL) e acero (baixo αL)

• Cobre (alto αL) e ferro (baixo αL)

• Constantan (alto αL) e Invar (baixo αL)

Que aplicacións principais teñen os bimetáis?

Os bimetáis teñen moitas aplicacións en varios campos. Algúns destes están listados a continuación:

Termostatos

Os bimetáis son moi útiles para facer termostatos para o comutado automático de circuitos para controlar a temperatura de certos electrodomésticos como radiadores eléctricos, planchas, frigoríficos, fornos eléctricos, etc. En algúns circuitos, a corrente pasada polo termostato mesmo produce calor para o seu funcionamento.

Un termostato bimetálico típico para esta operación amósase na figura de abaixo:

No funcionamento como termostato, un extremo do bimetal está fixo e conectado á fonte de alimentación. O outro extremo é libre para moverse. Un contacto eléctrico está adxunto ao extremo libre do bimetal, que se move coa súa expansión e dobrado.

A temperatura normal, este contacto móbil fai contacto cun contacto fixo, como se amosa na figura de arriba. Cando se aquece, esta tira bimetálica dobre e desconecta do contacto fixo, como se amosa na figura de abaixo. Isto abre ou pecha un circuito dependendo do seu deseño.