Cómo Funcionan los Termómetros Bimetálicos
Figura 1: Termómetros bimetálicos
Un termómetro bimetálico es un dispositivo de medición de temperatura. Convierte la temperatura del medio en desplazamiento mecánico mediante una banda bimetálica. La banda bimetálica está formada por dos metales que tienen coeficientes de dilatación térmica distintos. Los termómetros bimetálicos se utilizan en aparatos residenciales como aires acondicionados, hornos, y en aparatos industriales como calentadores, cables calientes, refinerías, etc. Son una forma sencilla, duradera y rentable de medir la temperatura.
Índice de contenidos
- Construcción y diseño
- Ventajas e inconvenientes de los termómetros bimetálicos
- Tipos de termómetros bimetálicos
- Criterios de selección
- Calibración de termómetros bimetálicos
- Aplicaciones
Consulte aquí nuestra selección de termómetros bimetálicos
Construcción y diseño
Un termómetro bimetálico funciona gracias a dos principios básicos:
- La expansión térmica del metal
- La diferencia de coeficiente de dilatación térmica entre dos metales para una misma temperatura.
El componente principal del termómetro bimetálico es la banda bimetálica. La banda bimetálica está formada por dos tiras finas de metales diferentes, cada una de ellas con coeficientes de dilatación térmica distintos. La dilatación térmica es la propiedad de un metal de cambiar su forma o volumen con un cambio de temperatura. Las tiras de metal se conectan a lo largo de su longitud fundiéndolas o remachándolas. Las tiras quedan fijas en un extremo y libres en el otro.
Los dos metales que se suelen emplear son el acero y el cobre, pero también se puede utilizar el acero y el latón. Dado que su dilatación térmica es diferente, la longitud de estos metales cambia a ritmos diferentes para una misma temperatura. Debido a esta propiedad, cuando la temperatura cambia, la banda metálica de un lado se expande y la del otro no, lo que crea un efecto de flexión. Esto puede verse en la figura 2.
Cuando la temperatura aumenta, la banda flectará en la dirección del metal con menor coeficiente de temperatura. Cuando la temperatura disminuye, la banda flecta en la dirección del metal que tiene un mayor coeficiente de temperatura. La desviación de la banda indica la variación de la temperatura. Este movimiento de flexión está conectado al reloj del termómetro, que muestra la temperatura del medio. La calibración es un paso importante para garantizar la lectura correcta de la temperatura.
Figura 2: Banda bimetálica: extremo fijo (A), extremo libre (B), banda bimetálica (C) y desviación (D)
Ventajas e inconvenientes de los termómetros bimetálicos
Las ventajas de los termómetros bimetálicos son:
- Diseño sencillo y robusto
- Más barato que otros termómetros
- Son totalmente mecánicos y no necesitan ninguna fuente de energía para funcionar.
- Fácil instalación y mantenimiento
- Respuesta casi lineal al cambio de temperatura
- Adecuado para amplios rangos de temperatura
Algunas desventajas de los termómetros bimetálicos son:
- No se aconseja su uso para temperaturas muy altas.
- Pueden requerir una calibración frecuente.
- Puede no dar una lectura precisa para la baja temperatura.
- La calibración se altera si se manipula sin delicadeza
Tipos de termómetros bimetálicos
Existen dos tipos de termómetros bimetálicos, el termómetro bimetálico de tira helicoidal y el termómetro bimetálico de tira en espiral. Las tiras en hélice y en espiral se utilizan para mantener el tamaño del termómetro dentro de un límite manejable.
Termómetro bimetálico de tira helicoidal
Como su nombre indica, en este tipo de termómetro utiliza una tira bimetálica en forma de hélice para medir la temperatura. El puntero se conecta a través del eje en el extremo libre de la tira. La tira se enrolla helicoidalmente dentro de la tija, como se ilustra en la figura 3. Al aumentar la temperatura, la tira helicoidal detecta el cambio de temperatura. La tira de metal con un mayor coeficiente de expansión térmica se expande y se enrolla a lo largo de la tija, haciendo girar el eje. Esta rotación hace que la aguja se desplace a su posición en el reloj que indica la temperatura del medio. Al disminuir la temperatura, el metal con menor coeficiente de dilatación térmica se contrae y hace girar el eje. El puntero lee entonces la temperatura más baja en el reloj.
Se utilizan sobre todo para aplicaciones industriales, ya que pueden colocarse dentro de un pozo térmico que permite su funcionamiento en entornos de alta temperatura y presión.
Figura 3: Termómetro bimetálico de tira helicoidal: escala de temperatura (A), puntero (B), hélice bimetálica (C), bulbo (D)
Termómetro bimetálico de tira en espiral
En un termómetro de tira espiral bimetálica se utiliza una tira en forma de espiral para medir la temperatura, como se ve en la figura 4. A medida que la temperatura aumenta, las dos tiras de metal se expanden de forma diferente. Esto crea un efecto de flexión y la banda se enrolla de tal manera que el metal con mayor coeficiente térmico forma el lado exterior del arco. A medida que la temperatura disminuye, el metal con menor coeficiente térmico forma la capa interior del arco. La aguja y el reloj fijados a la espiral leen esta deformación que indica la temperatura del medio.
Se utilizan sobre todo para los termostatos o para medir la temperatura ambiente, ya que son sensibles a las variaciones de temperatura más bajas.
Figura 4: Termómetro bimetálico de tira en espiral: tira bimetálica (A), extremo fijo (B)
Criterios de selección
Los siguientes criterios de selección deben tenerse en cuenta a la hora de elegir el termómetro bimetálico para su aplicación:
- Rango de temperaturas: El termómetro bimetálico debe estar dentro de las temperaturas límite superior e inferior. Debido a las temperaturas extremas, los metales pueden alcanzar sus límites de expansión y no recuperar su forma inicial, lo que puede dañar el termómetro de forma permanente.
- La Tija: La longitud y el diámetro de la tija del termómetro bimetálico deben determinarse según lo requiera la aplicación. Para ello, puede ser necesario determinar la longitud de inmersión o la profundidad del tanque donde se utilizará el termómetro.
- Termopozos: Un termopozo es un accesorio de tubo cilíndrico que protege los sensores de temperatura instalados en aplicaciones industriales. Actúa como una barrera para proteger el termómetro de cualquier daño potencial del fluido del proceso. Los termopozos deben ser utilizados donde la tija pueda estar expuesta a temperaturas extremas, presión, alta velocidad o fluido de naturaleza corrosiva. Con un termopozo instalado, los termómetros pueden retirarse y sustituirse fácilmente sin detener el proceso. Como el termopozo protege el termómetro, éste dura más tiempo, lo que reduce los costes de mantenimiento y sustitución.
- Tipo de termómetro: El termómetro bimetálico puede tener una banda en hélice o en espiral. El termómetro de tira helicoidal es el preferible en aplicaciones industriales como refinerías, quemadores de aceite, etc. Las tiras bimetálicas se enrollan helicoidalmente en el interior de la tija y pueden apoyarse en termopozos para trabajar con temperaturas y presiones extremas. Los termómetros de banda en espiral se utilizan en los termostatos por su sensibilidad a las variaciones de baja temperatura.
Calibración de termómetros bimetálicos
El método más preciso para calibrar el termómetro bimetálico es el método del punto de hielo. Para calibrar un termómetro bimetálico con este método, llene un vaso completamente con hielo, añada agua fría y déjelo reposar de 4 a 5 minutos. A continuación, introduce la tija del termómetro en el agua helada. Asegúrese de que la tija o no toca el fondo o los lados del vaso. Déjelo reposar hasta que el reloj deje de moverse. Si el termómetro es preciso, debe medir 0°C o 32°F. Si no es así, gire la tuerca situada debajo del reloj hasta que indique 0°C. Compruebe a intervalos regulares para asegurar la exactitud. Debe establecerse un proceso de calibración del termómetro semanal o mensual en función de los requisitos de su aplicación.
Aplicaciones
Los termómetros bimetálicos se utilizan tanto para fines residenciales como comerciales. Un termómetro bimetálico se utiliza habitualmente en:
- Aire acondicionado
- Termostatos
- Dispositivos de control
- Calentadores
- Hornos
- Puentes
- Refinerías
- Quemadores de aceite
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Es necesario sumergir todo el tubo en el medio o basta con la punta?
Todo el tubo debe sumergirse en el medio. El tubo contiene una bobina bimetálica que se deforma con la temperatura. Para una medición precisa, debe entrar completamente en contacto con el medio.