Tiras Bimetálicas Explicadas: Conversión de Calor en Movimiento Mecánico

Una tira bimetálica es un dispositivo simple que convierte energía térmica en movimiento mecánico. Se usa como un interruptor activado térmicamente o indicador de calor y funciona en el principio de expansión diferencial de metales disímiles calentados. La tira bimetálica está compuesta por dos metales diferentes que se unen para formar una tira recta y plana o una bobina concéntrica. Cuando la tira se calienta, uno de los metales se calienta y se expande más rápido que el otro, causando que la tira se doble. Esta deflexión mecánica se aprovecha de varias formas para conmutar circuitos eléctricos o mover una aguja para dar una indicación de valor de calor.

Cuando cualquier sólido, fluido o gas se calienta, sus moléculas comienzan a alejarse entre sí llevando a la expansión. Mientras un material calentado no esté contenido en algún punto, se expandirá de manera equilibrada. Si, por alguna razón, el material está contenido o impedido de expandirse a lo largo de una de sus superficies, la expansión sin restricciones en el resto del material causará que se desvíe o doble. Obviamente, algunos materiales se calentarán más rápido o se expandirán más que otros dependiendo de su estructura molecular. Si dos materiales tan disímiles se unen, el que se calienta más lento restringirá la expansión a lo largo de una cara del otro y causará que ocurra este fenómeno de deflexión.

Este principio de deflexión térmica de materiales disímiles se utiliza para suministrar movimiento mecánico relacionado con el calor en una amplia gama de equipos eléctricos y de medición. Las tiras bimetálicas generalmente se construyen de dos metales disímiles con latón y acero y cobre y acero siendo combinaciones típicas. Los dos materiales se sueldan, brasan o remachan típicamente para producir una unión uniforme y segura entre las dos caras de contacto. Las tiras bimetálicas pueden formarse como elementos tipo resorte rectos o de bobina concéntrica. Su deflexión física cuando se calientan se aprovecha de una variedad de formas para lograr diferentes funciones.

Uno de los métodos más comunes de utilizar la deflexión de una tira bimetálica es emplear la tira como un contacto eléctrico para hacer o romper circuitos. Los termostatos de calefactores son un buen ejemplo de este tipo de aplicación y usan la tira recta sin calentar para mantener contacto con un punto de conmutación y mantener el circuito del calefactor activo. Cuando la temperatura sube a un punto predeterminado, la tira se calienta y se dobla, rompiendo así el circuito y apagando el calefactor. Cuando la tira se enfría de nuevo, se endereza y reactiva el circuito del calefactor. Esto permite mantener un rango de temperatura constante.

El tipo de tira bimetálica en bobina tiende a desenrollarse a medida que se calienta y gira la aguja de un termómetro de dial para indicar un valor de temperatura. Las tiras bimetálicas también se usan como dispositivos de sobrecarga térmica para cortar el suministro de energía a equipos eléctricos cuando consumen corriente excesiva o se sobrecalientan físicamente. Las características de expansión conocidas de los diferentes metales en la tira bimetálica permiten un ajuste muy preciso de estos dispositivos para operar a temperaturas exactas. Esto hace que las tiras sean un método fiable y asequible de usar el calor como entrada de control o medición.