Un termómetro bimetálico es un dispositivo de medición de temperatura. Convierte la temperatura del medio en desplazamiento mecánico utilizando una tira bimetálica. La banda bimetálica consta de dos metales diferentes que tienen diferentes coeficientes de expansión térmica. Los termómetros bimetálicos se utilizan en dispositivos residenciales como acondicionadores de aire, hornos y dispositivos industriales como calentadores, cables calientes, refinerías, etc. Son una forma sencilla, duradera y rentable de medir la temperatura.

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• Construcción y diseño
• Ventajas y desventajas de los termómetros bimetálicos
• Tipos de termómetro bimetálico
• Criterios de selección
• Calibración del termómetro bimetálico
• Aplicaciones

Construcción y diseño

A el termómetro bimetálico funciona utilizando dos propiedades básicas del metal:

1. La propiedad de expansión térmica del metal
2. El coeficiente de expansión térmica de diferentes metales es diferente para la misma temperatura.

El componente principal del termómetro bimetálico es la tira bimetálica. La tira bimetálica consta de dos tiras delgadas de metales diferentes, cada una con diferentes coeficientes de expansión térmica. La expansión térmica es la propiedad de un metal para cambiar su forma o volumen con un cambio de temperatura. Las tiras de metal se conectan a lo largo de su longitud fusionándolas o remachándolas. Las tiras se fijan en un extremo y se pueden mover libremente en el otro extremo.

Los dos metales utilizados normalmente son el acero y el cobre, pero también se pueden usar acero y latón. Dado que su expansión térmica es diferente, la longitud de estos metales cambia a diferentes velocidades para la misma temperatura. Debido a esta propiedad, cuando la temperatura cambia, la tira de metal en un lado se expande y el otro no, lo que crea un efecto de flexión. Esto se puede ver en la Figura 2.

Cuando la temperatura aumenta, la tira girará en la dirección del metal con el coeficiente de temperatura más bajo. Cuando la temperatura disminuye, la tira se dobla en la dirección del metal que tiene un coeficiente de temperatura más alto. La desviación de la tira indica la variación de temperatura. Este movimiento de flexión está conectado al dial del termómetro, lo que genera la temperatura del medio. La calibración es un paso importante para garantizar la lectura correcta de la temperatura.

Ventajas y desventajas de los termómetros bimetálicos

Las ventajas de los termómetros bimetálicos incluyen:

1. Diseño simple y robusto
2. Menos costoso que otros termómetros
3. Son completamente mecánicos y no requieren ninguna fuente de alimentación para funcionar.
4. Fácil instalación y mantenimiento
5. Respuesta casi lineal al cambio de temperatura
6. Adecuado para amplios rangos de temperatura

Algunas desventajas de los termómetros bimetálicos son:

1. No se recomienda su uso para temperaturas muy altas.
2. Pueden requerir calibración frecuente.
3. Puede no dar una lectura precisa para temperaturas bajas.
4. La calibración se altera si se manipula aproximadamente

Tipos de termómetro bimetálico

Hay dos tipos de termómetros bimetálicos, termómetro bimetálico de tira helicoidal y termómetro bimetálico de tira espiral. Las tiras helicoidales y espirales se utilizan para mantener el tamaño del termómetro dentro de un límite manejable.

Termómetro bimetálico de tira helicoidal

Como su nombre indica, se utiliza una tira bimetálica en forma de hélice para medir la temperatura en este tipo de termómetro. El puntero está conectado a través del eje en el extremo libre de la tira. La tira se enrolla helicoidalmente dentro del tallo, como se ilustra en la Figura 3. A medida que aumenta la temperatura, la tira helicoidal detecta el cambio de temperatura. La tira de metal con un coeficiente de expansión térmica más alto se expande y se enrolla a lo largo del vástago, girando el eje. Esta rotación hace que el puntero mueva su posición en el dial que indica la temperatura del medio. A medida que disminuye la temperatura, el metal con un coeficiente de expansión térmica más bajo se contrae y gira el eje. El puntero lee la temperatura más baja en el dial.

Estos se utilizan principalmente para aplicaciones industriales, ya que se pueden colocar dentro de un termopozo que proporciona operación en entornos de alta temperatura y presión.

Termómetro bimetálico de tira en espiral

Una tira en forma de espiral se utiliza para medir la temperatura en un termómetro de tira en espiral bimetálico, como se ve en la Figura 4. A medida que aumenta la temperatura, las dos tiras de metal se expanden de manera diferente. Esto crea un efecto de flexión y la banda se enrolla de tal manera que el metal con un coeficiente térmico más alto forma el lado exterior del arco. A medida que disminuye la temperatura, el metal con un coeficiente térmico más bajo forma la capa interna del arco. El puntero y el dial unidos a la espiral leen esta deformación que indica la temperatura del medio.

Estos se utilizan principalmente para termostatos o para medir la temperatura ambiente, ya que son sensibles a variaciones de temperatura más bajas.

Criterios de selección

Los siguientes criterios de selección deben tenerse en cuenta al seleccionar el termómetro bimetálico para su aplicación:

1. Rango de temperatura: 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 rebotar causando que el termómetro se dañe permanentemente.
2. Tallo: La longitud y el diámetro del vástago para el termómetro de vástago bimetálico deben determinarse según lo requiera la aplicación. Esto puede requerir determinar la longitud de inmersión o la profundidad del tanque donde se utilizará el termómetro.
3. 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 costoso termómetro de cualquier daño potencial del fluido de proceso. Los termopozos deben usarse donde el vástago pueda estar expuesto a temperaturas extremas, presión, alta velocidad o fluido de naturaleza corrosiva. Con un termopozo instalado, los termómetros se pueden quitar y reemplazar fácilmente sin detener el proceso. Como el termopozo protege el termómetro, dura más tiempo, lo que reduce los costos de mantenimiento y reemplazo.
4. Tipo de termómetro: El termómetro bimetálico puede tener una tira helicoidal o una tira espiral. El termómetro de tiras helicoidales es el preferido para aplicaciones industriales como refinerías,quemadores de aceite, etc. Las tiras bimetálicas se enrollan helicoidalmente dentro del vástago y pueden ser apoyadas por termopozos para trabajar con temperaturas y presiones extremas. Los termómetros de tira espiral se utilizan en termostatos por su sensibilidad a las variaciones de baja temperatura.

Calibración de termómetro bimetálico

El método más preciso para calibrar el termómetro bimetálico es el método de punto de hielo. Para calibrar un termómetro bimetálico con este método, llene un vaso completamente con hielo, agregue agua fría y deje reposar durante 4 a 5 minutos. Luego, inserte el tallo del termómetro en el agua helada. Asegúrese de que el tallo no toque la parte inferior o los lados del vaso. Déjalo reposar hasta que el dial deje de moverse. Si el termómetro es preciso, debe medir 0°C o 32°F. De lo contrario, gire la tuerca ubicada debajo del dial para que lea 0°C. Verifique a intervalos regulares para garantizar la precisión. Se debe poner en marcha un proceso de calibración de termómetro semanal o mensual en función de los requisitos de su aplicación.

Aplicaciones

Los termómetros bimetálicos se utilizan para fines residenciales y comerciales. Se utilizan comúnmente en:

1. Acondicionadores de aire
2. Termostatos
3. Dispositivos de control
4. Calentador
5. Hornos
6. Hotwires
7. Refinerías
8. Quemadores de aceite

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