O que é faixa bimetálica: construção e seus tipos

Cada material metálico no universo tem suas próprias propriedades, como propriedade elétrica, propriedade mecânica, propriedades magnéticas, propriedades químicas, propriedades térmicas e propriedades ópticas. Este artigo explica sobre uma tira bimetálica que é baseada na propriedade de expansão térmica. Geralmente é observado em aplicações como uma caixa de ferro, aquecedores, chaleiras, etc. Uma tira bimetálica converte energia térmica em deslocamento mecânico.

O que é Bimetallic Strip?

Definição: Uma tira bimetálica funciona segundo o princípio da expansão térmica, que é definida como a variação do volume do metal com a variação da temperatura. A tira bimetálica funciona em dois fundamentos básicos de metais.

• O primeiro fundamento é a expansão térmica, que afirma que os metais se expandem ou contraem com base na variação da temperatura
• O segundo fundamento é o coeficiente de temperatura, onde cada metal (tendo seu próprio coeficiente de temperatura) se expande ou contrai de forma diferente a uma temperatura constante.

Propriedades da faixa bimetálica

Algumas das propriedades importantes da tira bimetálica são

• Coeficiente de expansão: é definido como uma mudança nas propriedades físicas de um metal em resposta a mudanças nas temperaturas, como forma, área e volume.
• Módulos de elasticidade: É definida como a razão entre a tensão e a deformação em uma região de deformação elástica.
• Limite elástico no resfriamento: É o limite padrão no qual o metal volta ao seu estado normal no resfriamento. Essa propriedade varia de metal para metal.
• Condutividade elétrica: É definida como a quantidade de corrente que passa pelo material.
• Ductilidade
• Habilidade metalúrgica.

Construção da Faixa Bimetálica

Uma tira bimetálica é formada pela ligação de duas tiras finas diferentes de metais geralmente de aço (12 * 10^-6PARA^-1) e latão (18,7 * 10^-6PARA^-1), ou cobre (16,6 * 10^-6PARA^-1), onde uma extremidade desses metais é fixada por soldagem e a outra extremidade fica livre. Ao aplicar temperatura a esses materiais, eles começarão a mudar seu estado físico por expansão ou deformação.

Construção

Isso pode ser explicado nos dois casos a seguir,

Caso (i): Quando a temperatura aumenta, permite que a faixa se expanda em direção ao metal com menor valor de coeficiente de temperatura, o que pode ser observado na figura abaixo.

Faixa fixada em uma extremidade

Casas (ii): Quando a temperatura diminui, permite que a tira se expanda em direção ao metal com um valor maior de coeficiente de temperatura, conforme mostrado abaixo.

Deflexão da Faixa Bimetálica

A partir disso, podemos entender que o

Faixa de deflexão = metal usado

Deflexão do metal = (comprimento da tira + variação de temperatura) / espessura da tira

Representação Matemática

Considere dois metais como A e B em duas temperaturas diferentes 'T1' e 'T2'. O raio da curvatura da tira bimetálica pode ser determinado matematicamente a partir da equação abaixo.

R = t {3 (1 + m)^dois+ (1 + m * n) [m^dois+ 1 / m * n]} / 6 (α ‘_PARA- α ‘_B) (T_dois-T₁) (1 + m)^dois…… 1

Onde,

R = raio de curvatura na temperatura ‘T2’

t = (t1 + t2) = soma da espessura da tira bimetálica

n = E_PARA/ É_B = razão de elasticidade de dois metais

m = t1 / t2 = (espessura inferior - expansão do metal) / (espessura superior - expansão do metal)

uma'_PARA, uma '_B = Coeficiente térmico do metal de expansão A e B

T₁ = temperatura inicial

T_dois = Temperatura final.

A equação para a curvatura da tira metálica em direção ao metal com coeficiente de baixa temperatura é dada como

r = 2 t / [6 * (α_PARA- α_B) (T_dois-T₁)] ……………(dois)

Em um mundo prático, a proporção dos módulos de elasticidade dos metais e sua espessura devem ser mantidas iguais, de modo que o metal volte à sua posição normal quando a temperatura aplicada mudar. Se a espessura do metal for t / 2, então

[r + (t / 2)] / r = Comprimento Expandido da Faixa Expandida A / Comprimento Expandido da Faixa Expandida B

= L [1 + α_PARA(T_dois-T₁)] / L [1 + α_B(T_dois-T₁)]

= t / 2 [[1 + α_B(T_dois-T₁)] / [(uma_PARA- α_B) (T_dois-T₁)]]

r = t / [2 α_PARA(T_dois-T₁)] ………… .. (3)

A partir da equação acima, podemos concluir que se uma extremidade da tira metálica for fixada, a outra extremidade da tira se expande ou contrai em temperaturas variáveis. Esse tipo de princípio é geralmente observado em termômetros de baixa sensibilidade.

Tipos de tiras bimetálicas

As tiras bimetálicas estão disponíveis em dois tipos, eles são

Tipo de tira espiral

Ele consiste em uma estrutura em forma de espiral e um ponteiro é anexado a ela, que é usado para escalar a temperatura. Quando esta estrutura de mola é aquecida, os metais apresentam propriedade de expansão térmica e se deforma quando há queda de temperatura. Nesse estágio, o ponteiro registra a temperatura na escala. Esses tipos de termômetros geralmente são usados ​​para registrar a temperatura ambiente.

Tipo de tira espiral

Tipo Helicoidal

Consiste em uma estrutura tipo helicoidal cujo funcionamento é semelhante ao da faixa bimetálica. Onde a extremidade livre da tira é conectada a um ponteiro. Sempre que a tira é aquecida, ela experimenta a propriedade de expansão térmica e se contrai no resfriamento. Nesse estágio, o ponteiro registra a leitura da temperatura. Normalmente, esses tipos de termômetros são usados ​​em aplicações industriais.

Tipo Helicoidal

Vantagens

A seguir estão as vantagens da tira bimetálica

• Nenhuma fonte de alimentação externa é necessária
• Simples no uso e robusto
• Menos custo
• Fornece precisão entre ± 2 a 5%

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da tira bimetálica

• Eles podem medir até 4000 C
• Haverá uma mudança na qualidade do metal com o uso regular, o que pode levar a um erro durante a medição.
• Em baixa temperatura, a sensibilidade e a precisão não estão à altura.

Aplicações da Faixa Bimetálica

A seguir estão as aplicações da tira bimetálica

• Relógios
• Termistor
• Caixa de ferro
• Motor térmico
• Aquecedores

FAQs

1). Quais dispositivos usam uma tira bimetálica?

Uma tira bimetálica é usada em dispositivos como um alarme de incêndio, ventiladores, etc.

2). O que acontece quando uma tira bimetálica é aquecida?

• Quando uma tira bimetálica é aquecida, os metais se expandem ou deformam com base em suas propriedades de coeficiente térmico.
• Caso 1: Com o aumento da temperatura faz com que a faixa se expanda em direção ao metal com o menor valor de coeficiente de temperatura, o que pode ser observado na figura abaixo e
• Caso 2: Quando a temperatura diminui faz com que a tira se expanda em direção ao metal com maior valor de coeficiente de temperatura, conforme mostrado abaixo.

3). A tira bimetálica é usada em ventiladores?

Sim, eles são usados ​​em ventiladores para converter a temperatura em deslocamento mecânico.

4). Por que as tiras bimetálicas se dobram?

As tiras bimetálicas dobram devido à propriedade de expansão térmica do metal.

5). Uma tira bimetálica de latão e prata pode ser usada no termostato?

Não, a tira bimetálica de latão e prata não pode ser usada no termostato. Uma vez que eles têm uma diferença insignificante em sua propriedade de expansão térmica.

Portanto, isso é tudo sobre uma visão geral de uma tira bimetálica que funciona em dois principais fundamentos de expansão térmica e coeficiente de temperatura. Geralmente é um dispositivo termômetro que mede a temperatura. É constituído por duas bandas metálicas distintas, onde ambas são soldadas entre si e uma das extremidades é fixada e a outra é libertada. Esses metais se expandem ou deformam em temperaturas variáveis. Eles estão disponíveis em duas formas, helicoidal e espiral. Onde o termômetro de tira bimetálica helicoidal é usado em áreas industriais, e o termômetro bimetálico espiral é usado em áreas menos sensíveis. A principal vantagem é que fornece uma precisão entre ± 2 a 5%. Aqui fica uma pergunta para você, qual é a função da tira bimetálica?