Termômetro de Tira Bimetálica: Como Funciona e Suas Aplicações
O que é um termômetro de tira bimetálica?
Um termômetro de tira bimetálica é um dispositivo que utiliza o princípio da expansão térmica diferencial de sólidos para medir a temperatura. Ele consiste em duas tiras metálicas (por exemplo, aço e latão) com diferentes coeficientes de expansão térmica, que são firmemente unidas ao longo de seu comprimento. Quando a tira bimetálica é aquecida ou resfriada, ela se dobra ou torce devido à expansão ou contração desiguais dos dois metais. A quantidade de dobramento ou torção é proporcional à mudança de temperatura e pode ser indicada por um ponteiro em uma escala calibrada.
Os termômetros de tira bimetálica são amplamente utilizados em várias indústrias e aplicações devido à sua simplicidade, robustez e baixo custo. Eles podem medir temperaturas de abaixo de -100 °C até mais de 500 °C, dependendo dos materiais e do design da tira bimetálica. São também dispositivos totalmente mecânicos que não requerem nenhuma fonte de energia ou circuito elétrico.
Como funciona um termômetro de tira bimetálica?
A estrutura e o princípio básico de um termômetro de tira bimetálica são mostrados na figura abaixo. A tira bimetálica consiste em duas tiras metálicas com diferentes coeficientes de expansão térmica, como aço e latão. A tira de aço tem um coeficiente de expansão térmica menor que a tira de latão, o que significa que ela se expande ou contrai menos que a tira de latão para a mesma mudança de temperatura.
Figura: Estrutura e princípio de uma tira bimetálica
Quando a tira bimetálica é aquecida, a tira de latão se expande mais que a tira de aço, fazendo com que a tira bimetálica se dobre com o lado de latão no exterior da curva. Por outro lado, quando a tira bimetálica é resfriada, a tira de latão se contrai mais que a tira de aço, fazendo com que a tira bimetálica se dobre com o lado de latão no interior da curva.
O dobramento ou torção da tira bimetálica pode ser usado para mover um ponteiro anexado a uma extremidade da tira, que indica a temperatura em uma escala calibrada. Alternativamente, o dobramento ou torção da tira bimetálica pode ser usado para abrir ou fechar um contato elétrico, que pode acionar um sistema de controle de temperatura ou um dispositivo de segurança.
Tipos de termômetro de tira bimetálica
Existem principalmente dois tipos de termômetros de tira bimetálica disponíveis no mercado: tipo espiral e tipo helicoidal. Ambos os tipos usam uma tira bimetálica enrolada para aumentar a sensibilidade e a compactação do dispositivo.
Termômetro de tira bimetálica tipo espiral
Um termômetro de tira bimetálica tipo espiral usa uma tira bimetálica que é enrolada em uma espiral plana. A extremidade interna da espiral está fixa na carcaça, enquanto a extremidade externa da espiral está conectada a um ponteiro. Como mostrado na figura abaixo, quando a temperatura sobe ou cai, a espiral gira mais ou menos, fazendo com que o ponteiro se mova ao longo de uma escala circular.
Figura: Termômetro bimetálico (tipo espiral)
Um termômetro de tira bimetálica tipo espiral é simples e barato de fabricar e operar. No entanto, ele tem algumas limitações, como:
O mostrador e o sensor não estão separados um do outro, o que significa que todo o dispositivo deve ser exposto ao meio cuja temperatura será medida.
A precisão e a resolução do dispositivo dependem da qualidade e uniformidade da tira bimetálica e de sua união.
O dispositivo pode ser afetado por choques mecânicos ou vibrações que podem causar erros ou danos.
Termômetro de tira bimetálica tipo helicoidal
Um termômetro de tira bimetálica tipo helicoidal usa uma tira bimetálica que é enrolada em uma espiral helicoidal, semelhante a uma mola. A extremidade inferior da espiral está fixa em um eixo, enquanto a extremidade superior da espiral é livre para se mover. Como mostrado na figura abaixo, quando a temperatura sobe ou cai, a espiral se expande ou contrai axialmente, fazendo com que o eixo gire. A rotação do eixo pode ser transmitida a um ponteiro através de um sistema de engrenagem-alavanca, que indica a temperatura em uma escala linear.
Figura: Termômetro bimetálico (tipo helicoidal)
Um termômetro de tira bimetálica tipo helicoidal tem algumas vantagens sobre o tipo espiral, como:
O mostrador e o sensor podem ser separados um do outro usando um tubo capilar flexível, o que permite que o dispositivo meça a temperatura em locais remotos ou inacessíveis.
A precisão e a resolução do dispositivo são maiores que o tipo espiral devido ao maior deslocamento e alavancagem da espiral helicoidal.
O dispositivo é menos suscetível a choques mecânicos ou vibrações que podem afetar o tipo espiral.
Aplicações de termômetros de tira bimetálica
Os termômetros de tira bimetálica têm uma ampla variedade de aplicações em vários campos e indústrias, como:
Dispositivos de controle de temperatura: Os termômetros de tira bimetálica podem ser usados para ativar ou desativar um sistema de resfriamento ou aquecimento quando a temperatura atinge um valor pré-definido. Por exemplo, uma tira bimetálica pode ser usada para desligar um chaleira elétrica quando a água ferve ou para ligar um ventilador quando a temperatura do ambiente está muito alta.
Ar condicionado e refrigeração: Os termômetros de tira bimetálica podem ser usados para medir e regular a temperatura em dutos de ar, refrigeradores, freezers e outros dispositivos de resfriamento ou aquecimento. Por exemplo, um termômetro de tira bimetálica tipo espiral pode ser usado em um termostato de ar condicionado para ajustar o fluxo de ar de acordo com a temperatura desejada.
Processos industriais: Os termômetros de tira bimetálica podem ser usados para monitorar e controlar a temperatura em diversos processos industriais, como refino de óleo, vulcanização de pneus, soldagem quente, aquecimento por fio quente e outros. Por exemplo, um termômetro de tira bimetálica tipo helicoidal pode ser usado em um queimador de óleo para regular o fornecimento de combustível de acordo com a temperatura da chama.
Medição e indicação de temperatura: Os termômetros de tira bimetálica podem ser usados para medir e exibir a temperatura de diversos meios, como líquidos, gases, sólidos e superfícies. Por exemplo, um termômetro de tira bimetálica pode ser usado para medir a temperatura da água em um tubo de aquecimento ou a temperatura superficial de um motor.
Os termômetros de tira bimetálica são adequados para essas aplicações porque são:
Simples e baratos: Os termômetros de tira bimetálica têm uma estrutura e design simples que são fáceis de fabricar e operar. Eles não requerem nenhuma fonte de energia ou circuito elétrico, o que reduz o custo e a manutenção do dispositivo.
Robustos e duráveis: Os termômetros de tira bimetálica são feitos de materiais metálicos que são resistentes à corrosão, desgaste e choque. Eles podem suportar altas temperaturas e pressões sem perder sua precisão ou funcionalidade.
Mecânicos e analógicos: Os termômetros de tira bimetálica são dispositivos mecânicos que produzem uma saída analógica que é diretamente proporcional à mudança de temperatura. Eles não precisam de nenhuma calibração ou ajuste e não são afetados por interferência eletromagnética ou ruído.
Vantagens e desvantagens dos termômetros de tira bimetálica
