El funcionamiento de bimetales se basa en la teoría de que un metal gasta en calefacción y se contrae en refrigeración. Si consideramos una tira de metal de longitud l. Cuando la temperatura aumenta, su longitud aumenta. El aumento de la longitud de la tira debido al aumento de la temperatura está relacionado con Coeficiente de expansión térmica lineal. DenotabaL.
Donde, l es la longitud inicial del objeto,
Es el aumento de la longitud,
es el aumento de la temperatura,
La unidad de L es por oC.
Bimetal está formado por dos tiras de dos metales diferentes con diferentes coeficientes de expansión térmica lineal, soldadas entre sí a lo largo de la longitud. A bimetal a temperatura normal se muestra en la siguiente figura.
En la calefacción, las expansiones en la longitud de ambas tiras de metal son diferentes. Debido a que el elemento bimetálico se dobla y forma un arco de tal manera que el metal con mayor coeficiente de expansión térmica lineal es el exterior en el lado de la arc y el metal con menor coeficiente de expansión térmica lineal está en el lado interno del arco como se muestra en la siguiente figura.
Al enfriarse, el elemento bimetálico se dobla y forma un arco de tal manera que el metal con menor coeficiente de expansión térmica lineal está en la parte exterior del arco y el metal con mayor coeficiente de expansión térmica lineal está en la parte interior del arco, como se muestra en la siguiente figura.
El fenómeno anterior puede utilizarse para producir un dispositivo útil para detectar y medir el cambio de temperatura.
Combinaciones comúnmente usadas para hacer tiras bimetálicas
Muchas combinaciones de metales con diferentes coeficientes de expansión térmica lineal pueden utilizarse para formar el bimetales. Algunas de las combinaciones comúnmente usadas para hacer tiras bimetálicas se enumeran a continuación…
- Hierro, níquel, constantan (alto coeficiente de expansión térmica lineal)
- Aleación de hierro y níquel (bajo coeficiente de expansión térmica lineal)
Aplicaciones de los bimetales
El bimetal tiene muchas aplicaciones. Algunas de ellas se enumeran a continuación…
El termostato de los bimetales
Bimetales son muy útiles para hacer el termostato bimetálico para la conmutación automática del circuito para controlar la temperatura de ciertos aparatos como, Calentador eléctrico, Planchas eléctricas, refrigeradores, hornos eléctricos, etc. En algunos circuitos, la corriente que pasa a través del propio termostato produce el calor para el funcionamiento del termostato. Un termostato bimetálico típico para este funcionamiento se muestra en la figura siguiente-
En funcionamiento como un termostato, un extremo del bimetal se fija y se conecta a la fuente de suministro. El otro extremo es libre de moverse. Se conecta un contacto eléctrico en el extremo libre del bimetal, que se mueve con la expansión y la flexión del bimetal. A temperatura normal, este contacto móvil hace el contacto con el contacto fijo como se muestra en la figura de abajo. Cuando se produce el calor esta tira bimetálica se dobla. Debido a ello, el contacto unido al extremo libre de movimiento de la tira bimetálica se mueve y se desconecta del contacto fijo como se muestra en la figura siguiente. De nuevo cuando la temperatura disminuye y vuelve a la condición normal, el bimetal vuelve a la condición normal y como el circuito está cerrado por el bimetal. Un ejemplo de este tipo de termostato es el utilizado en la plancha eléctrica.
En la figura anterior, el bimetal es una tira recta, sin embargo se puede hacer en forma de bobina (como se muestra en la figura siguiente) para aumentar la longitud con el fin de aumentar la sensibilidad del termostato.
Reloj de Bimetales
El sistema de reloj mecánico es muy sensible a la temperatura, lo que resulta en un error en el funcionamiento del reloj. Utilizando una tira bimetálica, el error puede ser compensado hasta un punto considerable.
Termómetro de Bimetales
La tira bimetálica puede utilizarse en termómetros de tipo indicador directo. En los termómetros, la tira bimetálica se utiliza en forma de bobina. Un tipo típico de termómetro que utiliza la tira bimetálica en forma de bobina se muestra en la siguiente figura
Un extremo de esta bobina está conectado a la carcasa del instrumento y el otro extremo está conectado al puntero. Al calentar la tira bimetálica de la bobina, el extremo libre de la bobina se mueve lo que resulta en el desinflado del puntero en la escala. La escala se calibra en función de la temperatura. De modo que la deflexión de la aguja indica directamente la temperatura en la escala.
Dispositivos de protección eléctrica de los bimetales
Termostato bimetálico se utilizan para detectar el exceso de actual en dispositivos eléctricos para protegerlos de la sobrecorriente. La corriente que fluye por el circuito o el dispositivo pasa a través de una bobina calefactora que calienta la tira bimetálica. Debido al calentamiento, la tira bimetálica se dobla en el circuito de disparo para proteger el circuito o dispositivo eléctrico de la sobrecorriente.
