Um atuador térmico também é chamado de elemento de cera, elemento expansível ou elemento termostático. Ele converte energia térmica em movimento mecânico e, após uma mudança de temperatura, transmite automaticamente força e curso definidos. É componente-chave de muitos sistemas de controle e segurança.
É usado nos setores automotivo, de aquecimento predial, sanitário, HVAC, solar, petroquímico, naval, de eletrodomésticos, proteção contra incêndio e válvulas industriais. As vantagens incluem ampla faixa térmica, estrutura simples, operação silenciosa e repetibilidade.
Conforme o método de vedação e transmissão de força, existem três construções principais.
1. Modelo de compressão e empuxo
Uma cápsula fechada é formada por guia, copo e inserto elastomérico. A cera fica selada no copo e o pistão é envolvido pelo elastômero. Quando a temperatura supera o início de trabalho, a cera se expande. A pressão atua radial e axialmente sobre o inserto e empurra o pistão para fora. Uma mola externa garante o retorno durante o resfriamento.
Vantagens: grande curso, alta capacidade de carga e boa confiabilidade, comum no gerenciamento térmico do motor.
Limitações: sensibilidade e histerese podem ser menos favoráveis que no modelo de diafragma.
2. Modelo de diafragma
A cera é vedada por um diafragma flexível. Durante o aquecimento, a expansão pressiona o diafragma e o movimento é transmitido ao pistão por uma peça intermediária. A guia permite deslocamento linear preciso e uma mola retorna o conjunto durante o resfriamento.
Vantagens: percurso preciso, alta sensibilidade e baixo atrito, adequado a aplicações sanitárias e de aquecimento.
Limitações: não é a primeira opção para cursos muito grandes ou cargas elevadas.
3. Modelo de pistão
A cápsula contém copo, tampão de vedação, guia e pistão. A cera expandida atua através do tampão diretamente sobre o pistão. A construção compacta suporta forças altas e utiliza mola externa para o retorno.
Vantagens: grande curso, alta carga admissível e dimensões compactas para arrefecimento de motores e aplicações especiais.
Limitações: vedação, histerese e vida útil devem ser cuidadosamente dimensionadas para a carga prevista.
Termos técnicos
Altura inicial: posição do pistão na temperatura de referência antes do início do curso.
Curso total: deslocamento da altura inicial até a posição totalmente aberta.
Sobrecurso: deslocamento adicional acima do curso nominal na temperatura máxima.
Histerese: diferença entre as curvas de aquecimento e resfriamento, influenciada pela cera, atrito e construção.
Tempo de resposta: tempo necessário para atingir o curso especificado sob condições definidas.
A seleção deve considerar temperatura, curso, força, posição de montagem, mola de retorno, velocidade de aquecimento e resfriamento, compatibilidade com o meio e vida útil.
