Motor Bimetálico

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br 

Introdução
Esse motorzinho didático baseia-se num dos equipamentos mais comuns no estudo do calor: um termômetro. Neste caso, o termômetro usado não é o do tipo mais comum, com o líquido termométrico encerrado num tubo de vidro, e sim daqueles que existem, por exemplo, nas tampas do forno de um fogão: o termômetro bimetálico. O 'coração' desse motor é uma tira bimetálica (dois metais distintos rigidamente unidos) enrolada em forma de espiral. Uma extremidade da espiral (a final) é fixada na tampa do forno (internamente) e a outra extremidade (a central), livre, leva um ponteiro que se desloca sobre uma escala. Essa espiral bimetálica é facilmente obtida nas lojas de peças para fogões. Para detalhes sobre o termômetro de lâmina bimetálica veja o seguinte trabalho, da Sala 08:  Termômetro bimetálico  .

O termômetro bimetálico do autor (fotos abaixo), para fins didáticos, consta de uma tira bimetálica em espiral, uma placa de acrílico, uma base de madeira e um ponteiro. A foto esquerda superior mostra o aparelho de frente, a direita superior mostra o verso, a esquerda inferior o perfil (onde se percebe que na placa de acrílico há um furo e por ele passa o eixo do ponteiro que se fixa no centro da espiral) e a direita inferior um 'close' da espiral e ponteiro. Na placa de acrílico foram feitas algumas marcas (com caneta para circuito impresso) para leitura relativa de temperaturas.

Descrição do motor bimetálico
O conceito por trás desse 'brinquedo' térmico é bastante simples. A espiral bimetálica (termômetro) é colocada numa 'gangorra' equilibrada; contra-pesos na espiral e na extremidade livre da gangorra permitem o equilíbrio crítico dessa 'balança'. Se o termômetro indica "frio" (seu contra-peso pende para a esquerda -- sentido anti-horário) a gangorra penderá para a esquerda e baterá na haste de apoio; se o termômetro indica "quente" (seu contra-peso é levado para a direita -- sentido horário) a gangorra penderá para a direita e eleva o termômetro afastando-o da fonte quente (e encontrando ar mais fresco). Como o termômetro esfria, o contra-peso é girado novamente para a esquerda desequilibrando a gangorra que será levada novamente para a esquerda aproximando-se da fonte de calor (xícara com água fervendo) ... e o fenômeno se repete várias vezes.
Eis um visual de uma das montagens:

A lâmina bimetálica para termômetro de fogão, em espiral, tem normalmente a extremidade externa reta (e um tanto longa) e serve para a fixação na tampa do fogão; essa extremidade vem bem a calhar para a fixação do parafuso. Nesse motor, os contra-pesos são parafusos de latão de 1/8" e porcas; as porcas permitem o bom ajuste do equilíbrio na posição "quente". Uma vez que as cabeças dos parafusos não são necessárias, podem ser cortadas com serra de metal. Eis a foto da extremidade esquerda de nossa gangorra:

O parafuso foi fixado na parte reta do termômetro com dois pequenos pedaços de fios de cobre torcidos firmemente com um par de alicates. O centro da espiral é fixado com dois fios de cobre mais finos (um por cima e outro por baixo da lâmina e torcidos firmemente. Depois, pode aplicar solda comum. Essa soldadura, a seguir, é fixada nos dois arames que formam a gangorra.
A gangorra propriamente dita pode ser feita com dois pedaços do arame aproveitado de um cabide; esses pedaços de arames devem ser lixados nos locais onde se farão as soldas. Cada arame é enrolado (uma espira) no arame (ou prego) que servirá de eixo para a gangorra e postos lado a lado; pequenos pedaços de fio de cobre foram usados para dar a conveniente rigidez à gangorra. Eis alguns detalhes:

O contra-peso na extremidade direita dessa gangorra é, também, um parafuso de latão de 1/8" (com cabeça) e porcas (nesse modelo, uma porca foi soldada entre os arames da gangorra).

Nessa montagem, repare que a gangorra de arame é ligeiramente encurvada para cima, de modo que o ponto de suspensão fique abaixo do centro de gravidade do sistema, o que dará certa instabilidade à gangorra. É justamente esse tipo de equilíbrio aquele que mais convém para o funcionamento desse motor bimetálico. Quando está "frio", o parafuso da esquerda desce, baixa o centro de gravidade e a gangorra pende para a esquerda. É só ter a devida calma para obter o ponto certo do ajuste.

Funcionamento
Numa primeira montagem usamos uma xícara de água bem quente, como fonte térmica, colocada logo abaixo do termômetro bimetálico. O vapor quente aquece a lâmina, ela enverga, desenrola e arrasta o contra-peso para a direita (o parafuso sobe). Isso eleva o centro de gravidade em relação ao eixo da gangorra; a gangorra desequilibra e gira para a direita. Essa é a fase onde os devidos ajustes são necessários. No lado direito há um apoio para a gangorra para impedir o giro completo; esse apoio deve ser experimentado antes de se fazer o furo definitivo no bloco de madeira.

Algumas melhorias para esse motor podem ser pensadas. Uma delas é substituir a xícara de água quente por uma lata de refrigerante (com cortes laterais) que tem uma vela acesa em seu interior e água colocada no "fundo" da lata. A água permanece fervente e temos uma melhor fonte de calor. Eis o visual da coisa:

Veja como fica o sistema quando o termômetro está inclinado para a esquerda: 

Veja como fica o sistema quando o termômetro está inclinado para a direita: 

Nessa segunda montagem veja como ficou a extremidade direita da gangorra.

Bem, espero que se divirta bastante com essa máquina térmica. Bom sucesso em sua montagem e, não esqueça de escrever-me, contando suas dificuldades e peripécias para o bom funcionamento da engenhoca.