Termómetro de Tira Bimetálica: Cómo Funciona y Sus Aplicaciones

¿Qué es un termómetro de tira bimetálica?

Un termómetro de tira bimetálica es un dispositivo que utiliza el principio de la expansión térmica diferente de los sólidos para medir la temperatura. Consiste en dos tiras metálicas (por ejemplo, acero y latón) con diferentes coeficientes de expansión térmica, que están unidas firmemente a lo largo de su longitud. Cuando la tira bimetálica se calienta o se enfría, se dobla o gira debido a la expansión o contracción desigual de los dos metales. La cantidad de flexión o torsión es proporcional al cambio de temperatura y puede indicarse mediante un puntero en una escala calibrada.

Los termómetros de tira bimetálica se utilizan ampliamente en diversas industrias y aplicaciones debido a su simplicidad, robustez y bajo costo. Pueden medir temperaturas desde menos de -100 °C hasta más de 500 °C, dependiendo de los materiales y el diseño de la tira bimetálica. También son dispositivos totalmente mecánicos que no requieren ninguna fuente de alimentación o circuito eléctrico.

¿Cómo funciona un termómetro de tira bimetálica?

La estructura y el principio básico de un termómetro de tira bimetálica se muestran en la figura a continuación. La tira bimetálica consiste en dos tiras metálicas con diferentes coeficientes de expansión térmica, como el acero y el latón. La tira de acero tiene un coeficiente de expansión térmica menor que la tira de latón, lo que significa que se expande o contrae menos que la tira de latón para el mismo cambio de temperatura.

Figura: Estructura y principio de una tira bimetálica

Cuando la tira bimetálica se calienta, la tira de latón se expande más que la tira de acero, causando que la tira bimetálica se doble con el lado de latón en el exterior de la curva. Por el contrario, cuando la tira bimetálica se enfría, la tira de latón se contrae más que la tira de acero, causando que la tira bimetálica se doble con el lado de latón en el interior de la curva.

El doblado o torsión de la tira bimetálica puede usarse para mover un puntero unido a un extremo de la tira, lo que indica la temperatura en una escala calibrada. Alternativamente, el doblado o torsión de la tira bimetálica puede usarse para abrir o cerrar un contacto eléctrico, lo que puede activar un sistema de control de temperatura o un dispositivo de seguridad.

Tipos de termómetro de tira bimetálica

Existen principalmente dos tipos de termómetros de tira bimetálica disponibles en el mercado: tipo espiral y tipo helicoidal. Ambos tipos utilizan una tira bimetálica enrollada para aumentar la sensibilidad y la compacidad del dispositivo.

Termómetro bimetálico de tipo espiral

Un termómetro bimetálico de tipo espiral utiliza una tira bimetálica que está enrollada en una espiral plana. El extremo interno de la espiral está fijado a la carcasa, mientras que el extremo externo de la espiral está conectado a un puntero. Como se muestra en la figura a continuación, cuando la temperatura sube o baja, la espiral gira más o menos, causando que el puntero se mueva a lo largo de una escala circular.

Figura: Termómetro bimetálico (tipo espiral)

Un termómetro bimetálico de tipo espiral es simple y económico de fabricar y operar. Sin embargo, tiene algunas limitaciones, como:

• El dial y el sensor no están separados entre sí, lo que significa que todo el dispositivo debe estar expuesto al medio cuya temperatura se desea medir.

• La precisión y resolución del dispositivo dependen de la calidad y uniformidad de la tira bimetálica y su unión.

• El dispositivo puede verse afectado por golpes o vibraciones mecánicas que pueden causar errores o daños.

Termómetro bimetálico de tipo helicoidal

Un termómetro bimetálico de tipo helicoidal utiliza una tira bimetálica que está enrollada en una espiral helicoidal, similar a un resorte. El extremo inferior de la espiral está fijado a un eje, mientras que el extremo superior de la espiral es libre de moverse. Como se muestra en la figura a continuación, cuando la temperatura sube o baja, la espiral se expande o contrae axialmente, causando que el eje rote. La rotación del eje puede transmitirse a un puntero a través de un sistema de engranajes y palancas, lo que indica la temperatura en una escala lineal.

Figura: Termómetro bimetálico (tipo helicoidal)

Un termómetro bimetálico de tipo helicoidal tiene algunas ventajas sobre el tipo espiral, como:

• El dial y el sensor pueden separarse entre sí mediante el uso de un tubo capilar flexible, lo que permite que el dispositivo mida la temperatura en ubicaciones remotas o inaccesibles.

• La precisión y resolución del dispositivo son mayores que las del tipo espiral debido al mayor desplazamiento y palanca de la espiral helicoidal.

• El dispositivo es menos susceptible a golpes o vibraciones mecánicas que pueden afectar al tipo espiral.

Aplicaciones de los termómetros de tira bimetálica

Los termómetros de tira bimetálica tienen una amplia gama de aplicaciones en diversos campos e industrias, como:

• Dispositivos de control de temperatura: Los termómetros de tira bimetálica pueden usarse para activar o desactivar un sistema de enfriamiento o calefacción cuando la temperatura alcanza un valor predeterminado. Por ejemplo, una tira bimetálica puede usarse para apagar un hervidor eléctrico cuando el agua hierve o para encender un ventilador cuando la temperatura de la habitación es demasiado alta.

• Aire acondicionado y refrigeración: Los termómetros de tira bimetálica pueden usarse para medir y regular la temperatura en conductos de aire, refrigeradores, congeladores y otros dispositivos de enfriamiento o calefacción. Por ejemplo, un termómetro bimetálico de tipo espiral puede usarse en un termostato de aire acondicionado para ajustar el flujo de aire según la temperatura deseada.

• Procesos industriales: Los termómetros de tira bimetálica pueden usarse para monitorear y controlar la temperatura en diversos procesos industriales, como el refinamiento de petróleo, la vulcanización de neumáticos, la soldadura a caliente, la calefacción por hilo caliente y otros. Por ejemplo, un termómetro bimetálico de tipo helicoidal puede usarse en un quemador de aceite para regular el suministro de combustible según la temperatura de la llama.

• Medición e indicación de temperatura: Los termómetros de tira bimetálica pueden usarse para medir y mostrar la temperatura de diversos medios, como líquidos, gases, sólidos y superficies. Por ejemplo, un termómetro de tira bimetálica puede usarse para medir la temperatura del agua en un tubo de calefacción o la temperatura superficial de un motor.

Los termómetros de tira bimetálica son adecuados para estas aplicaciones porque son:

• Simples y económicos: Los termómetros de tira bimetálica tienen una estructura y diseño sencillos que son fáciles de fabricar y operar. No requieren ninguna fuente de alimentación o circuito eléctrico, lo que reduce el costo y el mantenimiento del dispositivo.

• Robustos y duraderos: Los termómetros de tira bimetálica están hechos de materiales metálicos que son resistentes a la corrosión, al desgaste y a los golpes. Pueden soportar altas temperaturas y presiones sin perder su precisión o funcionalidad.

• Mecánicos y analógicos: Los termómetros de tira bimetálica son dispositivos mecánicos que producen una salida analógica que es directamente proporcional al cambio de temperatura. No necesitan ningún calibrado o ajuste, y no se ven afectados por la interferencia electromagnética o el ruido.

Ventajas y desventajas de los termómetros de tira bimetálica