La lógica central de un termómetro bimetálico: a través de una lámina bimetálica, transforma directamente la energía térmica en desplazamiento mecánico. Esta lámina metálica suele estar formada por dos metales con propiedades físicas muy diferentes (normalmente acero y latón) firmemente soldados entre sí.

Lo más ingenioso de este diseño es aprovechar la diferencia en el coeficiente de dilatación del material. Cuando aumenta la temperatura, la velocidad de elongación de los dos metales no es la misma, y la fuerza desigual obligará a la chapa a doblarse o curvarse. En los productos industriales, enrollaremos este trozo de metal en un muelle espiral. Cuando cambie la temperatura, el tubo en espiral se retorcerá, haciendo girar el eje central, y la aguja de la esfera señalará la lectura. Este diseño puramente mecánico no requiere fuente de alimentación y es extremadamente duradero. Siempre ha sido estándar en la industria en tuberías, tanques de almacenamiento y sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, donde los sensores electrónicos (como los RTD) son fáciles de golpear o parecen sobrecualificados.

Este vídeo explica el principio básico de funcionamiento de un termómetro bimetálico:

Componentes básicos es bimetálico

Para entenderlo, debemos ver a través de su lógica subyacente la ciencia de los materiales. La tira bimetálica suele estar unida de forma permanente por una capa de un metal de alta expansión, como el latón, y una capa de un metal de baja expansión, como el acero o una aleación.

Como cada metal "reacciona" de forma diferente al calor, una capa quiere crecer más rápido cuando cambia la temperatura, pero como está pegada a la otra capa, el resultado es que toda la lámina sólo puede doblarse hacia el lado con menor índice de expansión. Este desplazamiento físico es el primer paso para convertir el calor invisible en una señal medible.

De la flexión a la rotación

Aunque las láminas metálicas rectas también pueden mostrar cambios de temperatura, los escenarios industriales requieren gran precisión y volumen. Para conseguir una alta sensibilidad en un espacio de sonda reducido, los fabricantes enrollan la tira bimetálica en una bobina en espiral (similar a un muelle).

A medida que aumenta la temperatura, la torsión causada por la expansión incoherente de los dos metales tensará o relajará toda la bobina. Este efecto de "torsión" es crucial, puede producir suficiente fuerza de rotación. Lo mejor de este diseño es que puede embutir un largo trozo de metal en una sonda delgada, lo que no sólo garantiza el rango de medición, sino que además no hincha el equipo.

Conexión mecánica y visualización de la esfera

La parte más tranquilizadora del termómetro bimetálico es su transmisión mecánica total. Un extremo de la bobina en espiral se fija en la parte inferior de la sonda, y el otro extremo se conecta directamente al eje central del puntero.

• Entrada de calor: la varilla de la sonda detecta el calor ambiente.
• Reacción mecánica: la dilatación del metal provoca la torsión del tubo helicoidal.
• Salida visual: el eje acciona la aguja para que se mueva en la esfera.

Al no haber componentes electrónicos de por medio, el movimiento del puntero es muy suave y continuo, casi sin la sensación de retardo habitual en el procesamiento digital.

Principales ventajas del termómetro bimetálico

Este principio de expansión física le confiere varias ventajas fundamentales que los sensores electrónicos (como los termopares) no pueden igualar:

• No necesita alimentación externa: mientras haya calor, funcionará. En caso de corte del suministro eléctrico o en la naturaleza remota, esto simplemente salva vidas.
• Fuerte resistencia a los golpes: la estructura de la bobina en espiral en sí es muy estable, instalado en la sala de máquinas o estación de bombeo este lugar con fuertes sacudidas, la lectura sigue siendo muy fijo.
• Extremadamente útil: sin placa de circuito, sin batería, naturalmente no tan delicado. Ya se trate de la exposición al aire libre o ambiente químico, puede soportar.

Escenarios de aplicación industrial

Como esta estructura es extremadamente resistente, se ha convertido en la primera opción en muchas zonas clave:

• Tuberías y depósitos: Aquí, la estabilidad a largo plazo es mucho más importante que 1‰ grados de precisión.
• Calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC): Las grandes calderas y enfriadoras dependen de él para garantizar que el fluido funcione en el rango de temperatura correcto.
• Alimentación y bebidas: La carcasa de acero inoxidable y las características de fácil calibración lo convierten en estándar para la supervisión de la temperatura de la cuba de procesamiento.

En última instancia, los termómetros bimetálicos se basan en leyes físicas altamente predictivas, más que en señales eléctricas de alta y baja. Por eso hoy, con un grado tan alto de automatización, sigue siendo una piedra angular indispensable de los cuadros de mando industriales modernos.

Autor: David S. Miller

"Soy ingeniero mecánico con más de 12 años de experiencia en instrumentación de procesos industriales. A lo largo de mi carrera, he diseñado y calibrado sistemas de control térmico para complejas infraestructuras de climatización y tuberías. Me apasiona la "elegante simplicidad" de los sensores mecánicos; aunque la tecnología digital evoluciona, la fiabilidad basada en la física del termómetro bimetálico sigue siendo una piedra angular de la seguridad industrial. Escribí esta guía para ayudar a ingenieros y técnicos a comprender la ciencia precisa de los materiales que hace que estas robustas herramientas sean tan indispensables sobre el terreno."