Los interruptores térmicos están diseñados para controlar y supervisar la temperatura en diversos sistemas y aplicaciones. Conmutan un contacto eléctrico cuando la temperatura supera o desciende por debajo de un determinado nivel, evitando así el sobrecalentamiento o garantizando un calentamiento suficiente.
Este artículo trata de los interruptores térmicos mecánicos que utilizan la expansión de metales, líquidos o gases. A medida que aumenta la temperatura, las sustancias de un interruptor térmico continúan expandiéndose hasta que se activa un contacto de conmutación cuando se alcanza una temperatura definida. Las corrientes de conmutación de 10 A o más no suponen ningún problema para la mayoría de los interruptores térmicos. Los calentadores pequeños pueden controlarse directamente; para sistemas más grandes, debe utilizarse un actuador, como un contactor de potencia. Los conmutadores de temperatura mecánicos también son conmutadores pasivos y, por tanto, no necesitan tensión de alimentación.
También existen en el mercado interruptores de temperatura electrónicos. Miden la temperatura con un termómetro de resistencia y evalúan su señal electrónicamente. El punto de conmutación puede ajustarse, por ejemplo, mediante el teclado, y pueden estar equipados con una pantalla. A menudo, la temperatura puede emitirse a través de una señal estándar (por ejemplo, de 4 a 20 mA).
El punto de conmutación (o temperatura de conmutación) de un interruptor térmico es la temperatura a la que se abre un contacto al aumentar la temperatura, desconectando así un calentador. El punto de conmutación es fijo en algunos interruptores, pero también puede ajustarse libremente en otras versiones. Además, los interruptores de temperatura tienen un punto de conmutación inferior (también conocido como punto de restablecimiento/punto de retroceso), es decir, la temperatura a la que el contacto se vuelve a cerrar cuando el proceso se enfría. La diferencia de temperatura entre los dos puntos de conmutación es la histéresis de conmutación o valor de restablecimiento/valor de retroceso.
Con los reguladores de temperatura se consigue un resultado de regulación muy preciso. Éstos miden la temperatura con un sensor de temperatura y, como reguladores PID, regulan la temperatura exactamente al valor de consigna. En el caso de la regulación binaria, es posible un ajuste preciso modificando el tiempo relativo de conexión del actuador. Por ejemplo, la potencia calorífica puede variar de 0 a 10 kW.
En cambio, en los reguladores discontinuos de dos estados se asignan interruptores de temperatura: la temperatura del proceso fluctúa con ellos en torno al valor de consigna. En muchas aplicaciones, estas fluctuaciones de temperatura son aceptables, por lo que los interruptores de temperatura pueden utilizarse para establecer un control de temperatura muy robusto a bajo coste.
Como su nombre indica, en los interruptores bimetálicos se utiliza un bimetal. Los 2 metales que se enrollan uno sobre otro (por ejemplo, cobre y níquel) tienen coeficientes de dilatación diferentes. Al aumentar la temperatura, los metales se dilatan en grados diferentes, de modo que se produce una desviación y un contacto se abre (NC) o se cierra (NO).
Los interruptores bimetálicos en entornos industriales tienen un diseño muy compacto y suelen atornillarse al proceso como un sensor. Su punto de conmutación se fija durante la producción. También son muy resistentes a las vibraciones: una resistencia a las vibraciones de hasta 10 g no es infrecuente. Los interruptores se conectan en la dirección del sistema de evaluación mediante una línea de conexión. Los interruptores de temperatura bimetálicos se utilizan, por ejemplo, en compresores, ya que desconectan el compresor en caso de exceso de temperatura o ponen en marcha la refrigeración activa (por ejemplo, el ventilador).
Este tipo de interruptor de temperatura suele denominarse termostato y consiste en una sonda llena de un gas o líquido que se coloca en el proceso. Si aumenta la temperatura en la sonda, aumenta la presión del sistema. Como la membrana está conectada a la sonda a través de la línea capilar, se crea la misma presión en ella. La membrana se expande y se dispara un interruptor de acción rápida. El diámetro interior del conducto capilar de 0,2 mm es justo el doble del diámetro de un cabello humano (hasta 0,1 mm).
La sonda y la carcasa del termostato están conectadas entre sí a través del conducto capilar. Se pueden considerar prácticas longitudes máximas de línea capilar de hasta 5 m. Por lo general, el punto de conmutación puede ajustarse en la carcasa.
La figura muestra un interruptor de temperatura para controlar la temperatura ambiente. En esta versión, el capilar sólo se dirige a una sonda en espiral, que se encuentra directamente en la carcasa del termostato.
En muchos casos, por ejemplo, un regulador compacto regula la temperatura del proceso, que se mide con un termómetro eléctrico. En el regulador se fija un valor de consigna para que la temperatura del proceso se controle exactamente al valor de consigna, activando en consecuencia el calentador a través de la salida del regulador. Un interruptor térmico mide también la temperatura y desconecta la calefacción a una temperatura límite (por ejemplo, 1000 °C).
Una temperatura demasiado alta puede deberse a un defecto técnico o a un funcionamiento incorrecto. Hay sistemas en los que la desconexión descrita es obligatoria. Algunos ejemplos son los sistemas de aceite térmico o los secadores de grano. A menudo, sin embargo, es simplemente una cuestión de sentido común proteger los productos a tratar o el sistema del sobrecalentamiento desconectándolo para evitar daños.
En el caso de los termostatos de regulación, se puede realizar una especificación sencilla del valor nominal, normalmente mediante un mando giratorio. Estos componentes se denominan reguladores de temperatura.
Los interruptores de temperatura que se desconectan a una temperatura límite definida se denominan monitores de temperatura. En estos interruptores de temperatura, el punto de consigna sólo puede ajustarse con una herramienta.
También hay interruptores térmicos para la desconexión que deben reajustarse. Si el contacto se abrió debido a un exceso de temperatura, no se cierra automáticamente cuando la temperatura vuelve al rango bueno. Estos limitadores de temperatura suelen utilizarse en sistemas no supervisados en los que no hay personal técnico in situ.
Los controladores y limitadores de temperatura suelen estar equipados con una función de seguridad adicional, por lo que se denominan controladores de temperatura de seguridad o limitadores de temperatura de seguridad.