Un actuador térmico también se denomina elemento de cera, elemento expansible o elemento termostático. Convierte energía térmica en movimiento mecánico y, después de un cambio de temperatura, transmite automáticamente una fuerza y una carrera definidas. Es el componente clave de numerosos sistemas de regulación y seguridad.
Se utiliza en automoción, calefacción de edificios, grifería sanitaria, HVAC, energía solar, petroquímica, construcción naval, electrodomésticos, protección contra incendios y válvulas industriales. Sus ventajas son el amplio intervalo térmico, la estructura sencilla, el funcionamiento silencioso y la repetibilidad.
Según el método de sellado y transmisión de fuerza se distinguen tres diseños principales.
1. Diseño de compresión y empuje
Una cápsula cerrada está formada por guía, copa e inserto elastomérico. La cera queda sellada en la copa y el pistón está rodeado por el elastómero. Cuando la temperatura supera el inicio de trabajo, la cera se expande. La presión actúa radial y axialmente sobre el inserto y empuja el pistón hacia fuera. Un muelle externo asegura el retorno al enfriarse.
Ventajas: gran carrera, alta capacidad de carga y buena fiabilidad; es habitual en la gestión térmica del motor.
Limitaciones: la sensibilidad y la histéresis pueden ser menos favorables que en un diseño de diafragma.
2. Diseño de diafragma
La cera se cierra mediante un diafragma flexible. Durante el calentamiento, la expansión presiona el diafragma y el movimiento se transmite mediante una pieza intermedia al pistón. La guía permite un desplazamiento lineal preciso y un muelle devuelve el conjunto durante el enfriamiento.
Ventajas: recorrido preciso, alta sensibilidad y baja fricción, especialmente apropiado para aplicaciones sanitarias y de calefacción.
Limitaciones: no es la primera opción para carreras muy grandes o cargas mecánicas elevadas.
3. Diseño de pistón
La cápsula contiene copa, tapón de sellado, guía y pistón. La cera expandida actúa a través del tapón directamente sobre el pistón. La construcción compacta soporta fuerzas elevadas y utiliza un muelle exterior para el retorno.
Ventajas: gran carrera, alta carga admisible y dimensiones compactas para refrigeración de motores y aplicaciones especiales.
Limitaciones: el sellado, la histéresis y la vida útil deben dimensionarse cuidadosamente para la carga prevista.
Términos técnicos
Altura inicial: posición del pistón a la temperatura de referencia antes de comenzar la carrera.
Carrera completa: desplazamiento desde la altura inicial hasta la posición totalmente abierta.
Sobrecarrera: desplazamiento adicional por encima de la carrera nominal a la temperatura máxima.
Histéresis: diferencia entre las curvas de calentamiento y enfriamiento, influida por la mezcla de cera, la fricción y la construcción.
Tiempo de respuesta: tiempo necesario para alcanzar la carrera especificada en condiciones definidas.
La selección debe considerar conjuntamente temperatura, carrera, fuerza, posición de montaje, muelle de retorno, velocidad de calentamiento y enfriamiento, compatibilidad con el medio y vida útil.
