Termostato

Un termostato es un componente del dispositivo regulador que detecta la temperatura de un sistema físico y realiza acciones para que la temperatura del sistema se mantenga cerca de un punto de ajuste deseado .

Honeywell icónica 'La Ronda' modelo 's T87 termostato, uno de los cuales está en el Smithsonian .

Productos Lux de próxima generación TX9600TS Termostato universal con pantalla táctil programable de 7 días.

Un termostato electrónico Honeywell en una tienda minorista

Los termostatos se utilizan en cualquier dispositivo o sistema que calienta o enfría a una temperatura de punto de ajuste, por ejemplo, calefacción de edificios , calefacción central , aires acondicionados , sistemas HVAC , calentadores de agua , así como equipos de cocina, incluidos hornos y refrigeradores e incubadoras médicas y científicas . En la literatura científica, estos dispositivos a menudo se clasifican en términos generales como cargas controladas termostáticamente (TCL). Las cargas controladas termostáticamente comprenden aproximadamente el 50% de la demanda total de electricidad en los Estados Unidos. ^[1]

Un termostato funciona como un dispositivo de control de "circuito cerrado", ya que busca reducir el error entre la temperatura deseada y la medida. A veces, un termostato combina los elementos de acción de detección y control de un sistema controlado, como en un termostato de automóvil.

La palabra termostato se deriva de las palabras griegas θερμός thermos , "caliente" y στατός statos , "de pie, estacionario".

Descripción general

Un termostato ejerce el control al encender o apagar los dispositivos de calefacción o enfriamiento, o al regular el flujo de un fluido de transferencia de calor según sea necesario, para mantener la temperatura correcta. Un termostato a menudo puede ser la unidad de control principal para un sistema de calefacción o refrigeración, en aplicaciones que van desde el control del aire ambiente hasta el control del refrigerante de automóviles. Los termostatos se utilizan en cualquier dispositivo o sistema que calienta o enfría a una temperatura de punto de ajuste. Los ejemplos incluyen calefacción de edificios , calefacción central y acondicionadores de aire , equipo de cocina como hornos y refrigeradores e incubadoras médicas y científicas .

Construcción

Los termostatos utilizan diferentes tipos de sensores para medir la temperatura. En una forma, el termostato mecánico, una tira bimetálica en forma de bobina, opera directamente los contactos eléctricos que controlan la fuente de calentamiento o enfriamiento. Los termostatos electrónicos, en cambio, utilizan un termistor u otro sensor semiconductor que requiere amplificación y procesamiento para controlar el equipo de calefacción o refrigeración. Un termostato es un ejemplo de un " controlador bang-bang ", ya que la salida del equipo de calefacción o refrigeración no es proporcional a la diferencia entre la temperatura real y el punto de ajuste de temperatura. En cambio, el equipo de calefacción o refrigeración funciona a plena capacidad hasta que se alcanza la temperatura establecida y luego se apaga. Por lo tanto, aumentar la diferencia entre el ajuste del termostato y la temperatura deseada no cambia el tiempo para alcanzar la temperatura deseada. La velocidad a la que puede cambiar la temperatura del sistema objetivo está determinada tanto por la capacidad del equipo de calefacción o refrigeración para agregar o eliminar calor hacia o desde un sistema objetivo, respectivamente , como por la capacidad del sistema objetivo para almacenar calor.

Para evitar ciclos excesivamente rápidos del equipo cuando la temperatura está cerca del punto de ajuste, un termostato puede incluir cierta histéresis . En lugar de cambiar de "encendido" a "apagado" y viceversa instantáneamente a la temperatura establecida, un termostato con histéresis no cambiará hasta que la temperatura haya cambiado un poco más allá del punto de temperatura establecido. Por ejemplo, un refrigerador configurado a 2 ° C puede que no encienda el compresor de enfriamiento hasta que la temperatura de su compartimiento de alimentos alcance los 3 ° C, y lo mantendrá en funcionamiento hasta que la temperatura haya bajado a 1 ° C. Esto reduce el riesgo de desgaste del equipo por conmutaciones demasiado frecuentes, aunque introduce una oscilación de temperatura del sistema objetivo de cierta magnitud.

Para mejorar la comodidad de los ocupantes de espacios con calefacción o aire acondicionado, los termostatos con sensor bimetálico pueden incluir un sistema "anticipador" para calentar ligeramente el sensor de temperatura mientras el equipo de calefacción está funcionando, o para calentar ligeramente el sensor cuando el sistema de enfriamiento no está funcionando. operando. Cuando se ajusta correctamente, esto reduce cualquier histéresis excesiva en el sistema y reduce la magnitud de las variaciones de temperatura. Los termostatos electrónicos tienen un equivalente electrónico. ^[2]

Tipos de sensores

Las primeras tecnologías incluían termómetros de mercurio con electrodos insertados directamente a través del vidrio, de modo que cuando se alcanzaba una cierta temperatura (fija), los contactos se cerraban con mercurio. Estos fueron precisos dentro de un grado de temperatura.

Las tecnologías de sensores habituales que se utilizan actualmente incluyen:

• Sensores bimetálicos mecánicos o eléctricos.
• Pellets de cera expansiva
• Termistores electrónicos y dispositivos semiconductores
• Termopares eléctricos

Estos luego pueden controlar el aparato de calentamiento o enfriamiento usando:

• Control mecánico directo
• Señales eléctricas
• Señales neumáticas

Historia

Posiblemente, los primeros ejemplos registrados de control de termostato fueron construidos por el innovador holandés Cornelis Drebbel (1572-1633) alrededor de 1620 en Inglaterra. Inventó un termostato de mercurio para regular la temperatura de una incubadora de pollos . ^[3] Este es uno de los primeros dispositivos registrados controlados por retroalimentación .

El control de termostato moderno fue desarrollado en la década de 1830 por Andrew Ure (1778-1857), un químico escocés, quien inventó el termostato bimetálico. Las fábricas textiles de la época necesitaban una temperatura constante y constante para funcionar de manera óptima, por lo que para lograr esto Ure diseñó el termostato bimetálico, que se doblaría a medida que uno de los metales se expandiera en respuesta al aumento de temperatura y cortara el suministro de energía. ^[4]

Warren S. Johnson (1847-1911) de Wisconsin patentó un termostato de ambiente bimetálico en 1883 y dos años más tarde presentó una patente para el primer sistema de control termostático multizona. ^{[5] [6]} Albert Butz (1849-1905) inventó el termostato eléctrico y lo patentó en 1886.

Uno de los primeros usos industriales del termostato fue en la regulación de la temperatura en incubadoras de aves. Charles Hearson , un ingeniero británico, diseñó la primera incubadora moderna para huevos que se utilizó en granjas avícolas en 1879. Las incubadoras incorporaron un termostato preciso para regular la temperatura a fin de simular con precisión la experiencia de que un huevo se incubó de forma natural. ^[7]

Termostatos mecánicos

Esto cubre solo los dispositivos que detectan y controlan utilizando medios puramente mecánicos.

Bimetal

Los sistemas de calefacción central a base de agua y vapor domésticos se han controlado tradicionalmente mediante termostatos de tira bimetálica, y esto se trata más adelante en este artículo. El control puramente mecánico se ha realizado mediante termostatos bimetálicos de radiador de vapor o agua caliente localizados que regulaban el caudal individual. Sin embargo, las válvulas termostáticas de radiador (TRV) ahora se utilizan ampliamente.

Los termostatos puramente mecánicos se utilizan para regular los amortiguadores en algunas ventilaciones de turbinas en los techos, lo que reduce la pérdida de calor del edificio en períodos fríos o frescos.

Algunos sistemas de calefacción de pasajeros de automóviles tienen una válvula controlada termostáticamente para regular el flujo de agua y la temperatura a un nivel ajustable. En los vehículos más antiguos, el termostato controla la aplicación de vacío del motor a los actuadores que controlan las válvulas de agua y las aletas para dirigir el flujo de aire. En los vehículos modernos, los actuadores de vacío pueden ser operados por pequeños solenoides bajo el control de una computadora central.

Bolita de cera

Automotor

Termostato de motor de coche

Quizás el ejemplo más común de tecnología de termostato puramente mecánico que se usa en la actualidad es el termostato del sistema de enfriamiento del motor de combustión interna , que se utiliza para mantener el motor cerca de su temperatura de funcionamiento óptima al regular el flujo de refrigerante a un radiador enfriado por aire . Este tipo de termostato funciona con una cámara sellada que contiene una pastilla de cera que se derrite y se expande a una temperatura establecida. La expansión de la cámara acciona una varilla que abre una válvula cuando se excede la temperatura de funcionamiento. La temperatura de funcionamiento está determinada por la composición de la cera. Una vez que se alcanza la temperatura de funcionamiento, el termostato aumenta o disminuye progresivamente su apertura en respuesta a los cambios de temperatura, equilibrando dinámicamente el flujo de recirculación de refrigerante y el flujo de refrigerante al radiador para mantener la temperatura del motor en el rango óptimo.

En muchos motores de automóviles, incluidos todos los productos de Chrysler Group y General Motors, el termostato no restringe el flujo al núcleo del calentador. El tanque del lado del pasajero del radiador se utiliza como un desvío al termostato, que fluye a través del núcleo del calentador. Esto evita la formación de bolsas de vapor antes de que se abra el termostato y permite que el calentador funcione antes de que se abra el termostato. Otro beneficio es que todavía hay algo de flujo a través del radiador si falla el termostato.

Ducha y otros controles de agua caliente.

Una válvula mezcladora termostática utiliza una pastilla de cera para controlar la mezcla de agua fría y caliente. Una aplicación común es permitir el funcionamiento de un calentador de agua eléctrico a una temperatura lo suficientemente alta como para matar la bacteria Legionella (por encima de 60 ° C (140 ° F)), mientras que la salida de la válvula produce agua lo suficientemente fría como para no quemarse inmediatamente ( 49 ° C (120 ° F)).

Análisis

Una válvula accionada por gránulos de cera se puede analizar mediante la representación gráfica de la histéresis del gránulo de cera, que consta de dos curvas de expansión térmica; extensión (movimiento) frente a aumento de temperatura y contracción (movimiento) frente a disminución de temperatura. La extensión entre las curvas ascendente y descendente ilustra visualmente la histéresis de la válvula; siempre hay histéresis dentro de las válvulas impulsadas por cera debido a la transición de fase o cambio de fase entre sólidos y líquidos. La histéresis se puede controlar con mezclas especializadas de hidrocarburos; histéresis ajustada es lo que la mayoría desea, sin embargo, algunas aplicaciones requieren rangos más amplios. Las válvulas accionadas por gránulos de cera se utilizan en aplicaciones anti escaldado, protección contra el congelamiento, purga de sobretemperatura, energía solar térmica o solar térmica , automotriz y aeroespacial, entre muchas otras.

Expansión de gas

En ocasiones, los termostatos se utilizan para regular los hornos de gas. Consiste en un bulbo lleno de gas conectado a la unidad de control por un delgado tubo de cobre. Normalmente, la bombilla se encuentra en la parte superior del horno. El tubo termina en una cámara sellada por un diafragma. A medida que el termostato se calienta, el gas se expande aplicando presión al diafragma, lo que reduce el flujo de gas al quemador.

Termostatos neumaticos

Un termostato neumático es un termostato que controla un sistema de calefacción o refrigeración a través de una serie de tubos de control llenos de aire. Este sistema de "control de aire" responde a los cambios de presión (debido a la temperatura) en el tubo de control para activar la calefacción o la refrigeración cuando sea necesario. El aire de control se mantiene típicamente en la "red" a 15-18  psi (aunque normalmente funciona hasta 20 psi). Los termostatos neumáticos generalmente proporcionan presiones de salida / derivación / post-restrictor (para operación de tubería única) de 3-15 psi que se conectan al dispositivo final (válvula / actuador de compuerta / interruptor neumático-eléctrico, etc.). ^[8]

El termostato neumático fue inventado por Warren Johnson en 1895 ^[9] poco después de que inventara el termostato eléctrico. En 2009, Harry Sim recibió una patente para una interfaz neumática a digital ^[10] que permite integrar edificios controlados neumáticamente con sistemas de automatización de edificios para proporcionar beneficios similares a los del control digital directo (DDC).

Una válvula accionada por gránulos de cera puede analizarse graficando la histéresis del gránulo de cera, que consta de dos curvas de expansión térmica; extensión (movimiento) frente a aumento de temperatura y contracción (movimiento) frente a disminución de temperatura. La extensión entre las curvas ascendente y descendente ilustra visualmente la histéresis de la válvula ; Siempre hay histéresis dentro de la tecnología impulsada por cera debido al cambio de fase entre sólidos y líquidos. La histéresis se puede controlar con mezclas especializadas de hidrocarburos; la histéresis estrecha es lo que la mayoría desea, sin embargo, las aplicaciones de ingeniería especializadas requieren rangos más amplios. Las válvulas accionadas por gránulos de cera se utilizan en aplicaciones anti escaldado, protección contra el congelamiento, purga por sobretemperatura, energía solar térmica, automotriz y aeroespacial, entre muchas otras.

Termostatos electrónicos eléctricos y analógicos

Termostatos de conmutación bimetálicos

Termostato bimetálico para edificios.

Los sistemas de calefacción central a base de agua y vapor tradicionalmente han tenido el control general mediante termostatos de tira bimetálica montados en la pared. Estos detectan la temperatura del aire utilizando la expansión diferencial de dos metales para activar un interruptor de encendido / apagado. ^[11] Normalmente, el sistema central se enciende cuando la temperatura cae por debajo del punto de ajuste del termostato y se apaga cuando sube por encima, con algunos grados de histéresis para evitar una conmutación excesiva. La detección bimetálica ahora está siendo reemplazada por sensores electrónicos . Un uso principal del termostato bimetálico hoy en día es en calentadores de convección eléctricos individuales, donde el control es encendido / apagado, basado en la temperatura del aire local y el punto de ajuste deseado por el usuario. Estos también se utilizan en acondicionadores de aire, donde se requiere control local.

Nomenclatura de configuración de contactos

Esto sigue la misma nomenclatura que se describe en Relé (relé de contactos guiados por la fuerza) e Interruptor (terminología de contacto) .

• "NO" significa "normalmente abierto". Esto es lo mismo que "COR" ("Close on Rise"). Puede usarse para encender un ventilador cuando hace calor, es decir, detener el ventilador cuando se enfría lo suficiente.
• "NC" significa "normalmente cerrado". Es lo mismo que "OOR" ("Abrir al subir"). Puede usarse para encender un calentador cuando hace frío, es decir, detener el calentador cuando se haya calentado lo suficiente.
• "CO" significa "Cambio". Esto sirve tanto como "NO" y "NC". Puede usarse para encender un ventilador cuando hace calor, pero también (en el terminal opuesto), para encender un calentador cuando hace frío.

Cualquier número inicial representa el número de conjuntos de contactos, como "1NA", "1NC" para un conjunto de contactos con dos terminales. "1CO" también tendrá un juego de contactos, incluso si se trata de una conmutación con tres terminales.

Termostatos simples de dos hilos

Mecanismo de termostato de milivoltios

La ilustración es el interior de un termostato doméstico común de dos cables solo para calefacción, que se utiliza para regular un calentador de gas a través de una válvula de gas eléctrica. También se pueden usar mecanismos similares para controlar hornos de aceite, calderas, válvulas de zona de calderas , ventiladores de ático eléctricos, hornos eléctricos, calentadores eléctricos de zócalo y electrodomésticos como refrigeradores, cafeteras y secadores de pelo. La energía a través del termostato es proporcionada por el dispositivo de calefacción y puede variar de milivoltios a 240 voltios en la construcción común de América del Norte, y se usa para controlar el sistema de calefacción ya sea directamente (calentadores eléctricos de placa base y algunos hornos eléctricos) o indirectamente (todo gas, sistemas de aceite y agua caliente forzada). Debido a la variedad de posibles voltajes y corrientes disponibles en el termostato, se debe tener cuidado al seleccionar un dispositivo de reemplazo.

1. Palanca de control del punto de ajuste . Esto se mueve hacia la derecha para una temperatura más alta. El pin indicador redondo en el centro de la segunda ranura se muestra a través de una ranura numerada en la carcasa exterior.
2. Tira bimetálica enrollada en una bobina. El centro de la bobina está unido a un poste giratorio unido a la palanca (1). A medida que la bobina se enfría, el extremo móvil, que lleva (4), se mueve en el sentido de las agujas del reloj .
3. Alambre flexible. El lado izquierdo está conectado a través de un cable de un par a la válvula de control del calentador.
4. Contacto móvil unido a la bobina bimetálica. De allí, al controlador del calentador.
5. Tornillo de contacto fijo. Esto lo ajusta el fabricante . Está conectado eléctricamente por un segundo cable del par al termopar y la válvula de gas del calentador operada eléctricamente.
6. Imán . Esto asegura un buen contacto cuando el contacto se cierra. También proporciona histéresis para evitar ciclos cortos de calentamiento, ya que la temperatura debe elevarse varios grados antes de que se abran los contactos. Como alternativa, algunos termostatos usan un interruptor de mercurio en el extremo de la bobina bimetálica. El peso del mercurio en el extremo de la bobina tiende a mantenerlo allí, evitando también ciclos cortos de calentamiento. Sin embargo, este tipo de termostato está prohibido en muchos países debido a su naturaleza altamente y permanentemente tóxica si se rompe. Al sustituir estos termostatos, deben considerarse residuos químicos .

En la ilustración no se muestra un termómetro bimetálico separado en la carcasa exterior para mostrar la temperatura real en el termostato.

Termostatos de milivoltios

Como se ilustra en el uso del termostato anterior, toda la energía para el sistema de control es proporcionada por una termopila que es una combinación de muchos termopares apilados, calentados por la luz piloto. La termopila produce suficiente energía eléctrica para accionar una válvula de gas de baja potencia, que bajo el control de uno o más interruptores de termostato, a su vez controla la entrada de combustible al quemador.

Este tipo de dispositivo generalmente se considera obsoleto, ya que las luces piloto pueden desperdiciar una cantidad sorprendente de gas (de la misma manera que un grifo que gotea puede desperdiciar una gran cantidad de agua durante un período prolongado), y tampoco se usan más en estufas, pero son todavía se encuentra en muchos calentadores de agua a gas y chimeneas de gas. Su baja eficiencia es aceptable en los calentadores de agua, ya que la mayor parte de la energía "desperdiciada" en el piloto todavía representa una ganancia de calor directa para el tanque de agua. El sistema Millivolt también hace innecesario el tendido de un circuito eléctrico especial al calentador de agua o al horno; Estos sistemas a menudo son completamente autosuficientes y pueden funcionar sin ninguna fuente de alimentación eléctrica externa. Para los calentadores de agua sin tanque "a pedido", el encendido por piloto es preferible porque es más rápido que el encendido por superficie caliente y más confiable que el encendido por chispa.

Algunos termostatos programables , aquellos que ofrecen modos simples de "milivoltios" o "dos cables", controlarán estos sistemas.

Termostatos de 24 voltios

La mayoría de los termostatos modernos de calefacción / refrigeración / bomba de calor operan en circuitos de control de bajo voltaje (típicamente 24 voltios CA ). La fuente de alimentación de CA de 24 voltios es un transformador de control instalado como parte del equipo de calefacción / refrigeración. La ventaja del sistema de control de bajo voltaje es la capacidad de operar múltiples dispositivos de conmutación electromecánicos como relés , contactores y secuenciadores utilizando niveles de voltaje y corriente inherentemente seguros. ^[12] El termostato incorpora una disposición para mejorar el control de la temperatura mediante la anticipación. Un anticipador de calor genera una pequeña cantidad de calor adicional al elemento sensor mientras el aparato de calefacción está funcionando. Esto abre los contactos de calefacción un poco antes para evitar que la temperatura del espacio sobrepase en gran medida el ajuste del termostato. Un anticipador de calor mecánico es generalmente ajustable y debe ajustarse a la corriente que fluye en el circuito de control de calefacción cuando el sistema está funcionando. Un anticipador de enfriamiento genera una pequeña cantidad de calor adicional al elemento sensor mientras el aparato de enfriamiento no está funcionando. Esto hace que los contactos energicen el equipo de enfriamiento un poco antes, evitando que la temperatura del espacio suba excesivamente. Los anticipadores de enfriamiento generalmente no son ajustables.

Los termostatos electromecánicos utilizan elementos de resistencia como anticipadores. La mayoría de los termostatos electrónicos utilizan dispositivos de termistor o elementos lógicos integrados para la función de anticipación. En algunos termostatos electrónicos, el anticipador del termistor puede estar ubicado al aire libre, proporcionando una anticipación variable según la temperatura exterior. Las mejoras del termostato incluyen pantalla de temperatura exterior, programabilidad e indicación de fallas del sistema. Si bien estos termostatos de 24 voltios son incapaces de hacer funcionar un horno cuando falla la alimentación de red, la mayoría de estos hornos requieren alimentación de red para ventiladores de aire caliente (y a menudo también para encendido por chispa electrónica o de superficie caliente), lo que hace que la funcionalidad del termostato sea irrelevante. En otras circunstancias, como la pared pilotada y el piso "por gravedad" (sin ventilador) y los calentadores centrales, el sistema de bajo voltaje descrito anteriormente puede ser capaz de permanecer funcional cuando la energía eléctrica no está disponible.

No existen estándares para los códigos de color del cableado, pero la convención se ha establecido en los siguientes códigos y colores de terminales. ^{[13] [14]} En todos los casos, las instrucciones del fabricante deben considerarse definitivas.

Código de terminal	Color	Descripción
R	rojo	24 voltios (línea de retorno al aparato; a menudo atada a Rh y Rc)
Rh	rojo	Carga de CALOR de 24 voltios (línea de retorno de calor)
Rc	rojo	Carga FRÍO de 24 voltios (línea de retorno fría)
C	Negro / Azul / Marrón / Cian	Conexión común de 24 voltios a relés
W / W1	blanco	Calor
W2	Varía / Blanco / Negro	2da etapa / calor de respaldo
Y / Y1	Amarillo	Fresco
Y2	Azul / Naranja / Morado / Amarillo / Blanco	2da etapa Cool
GRAMO	Verde	Ventilador
O	Varía / Naranja / Negro	Válvula de inversión Energizar para enfriar (bomba de calor)
B	Varía / Azul / Negro / Marrón / Naranja	Válvula de inversión Energizar para calentar (bomba de calor) o común
mi	Varía / Azul / Rosa / Gris / Tostado	Calefacción de emergencia (bomba de calor)
S1 / S2	Marrón / Negro / Azul	Sensor de temperatura (generalmente al aire libre en un sistema de bomba de calor)
T	Varía / Bronceado / Gris	Restablecimiento del anticipador exterior, termistor
X	Varía / Negro	Calefacción de emergencia (bomba de calor) o común
X2	Varía	2a etapa / calefacción de emergencia o luces indicadoras
L	Varía	Luz de servicio
U	Varía	Programable por el usuario (generalmente para humidificador)
K	Amarillo verde	Y y G combinados

Designaciones más antiguas, en su mayoría depreciadas

Código de terminal	Descripción
V	24 voltios
4 / M	Carga de CALOR de 24 voltios
F	Ventilador
H	Calor
METRO	Compresor de bomba de calor
PAG	Descongelamiento por bomba de calor
R	Válvula de inversión de la bomba de calor
VR	Calefacción auxiliar de 24 voltios
Y	Calor auxiliar
C	Energía fría o de reloj
T	Transformador común
en blanco / 6	No calentar para cerrar la válvula

Termostatos de voltaje de línea

Los termostatos de voltaje de línea se usan más comúnmente para calentadores eléctricos de espacio, como un calentador de placa base o un horno eléctrico con cableado directo. Si se usa un termostato de voltaje de línea, la energía del sistema (en los Estados Unidos, 120 o 240 voltios) es conmutada directamente por el termostato. Con la corriente de conmutación que a menudo excede los 40 amperios , el uso de un termostato de bajo voltaje en un circuito de voltaje de línea resultará al menos en la falla del termostato y posiblemente en un incendio. Los termostatos de voltaje de línea a veces se usan en otras aplicaciones, como el control de unidades fan-coil (ventilador alimentado por voltaje de línea que sopla a través de una bobina de tubería que se calienta o enfría mediante un sistema más grande) en sistemas grandes que usan calderas y enfriadores centralizados , o para controlar bombas de circulación en aplicaciones de calefacción hidrónica.

Algunos termostatos programables están disponibles para controlar sistemas de voltaje de línea. Los calentadores de placa base se beneficiarán especialmente de un termostato programable que es capaz de control continuo (como lo son al menos algunos modelos de Honeywell ), controlando de manera efectiva el calentador como un atenuador de lámpara y aumentando y disminuyendo gradualmente la calefacción para garantizar una temperatura ambiente extremadamente constante (control continuo en lugar de depender de los efectos promediados de la histéresis). Los sistemas que incluyen un ventilador (hornos eléctricos, calentadores de pared, etc.) generalmente deben usar controles simples de encendido / apagado.

Termostatos electrónicos digitales

Termostato digital residencial

Termostato de pantalla táctil modelo TX9000TS de Lux Products .

Se muestra el termostato de salida programable de calefacción y refrigeración de Lux Products WIN100 con la puerta de control cerrada y abierta.

Los termostatos digitales más nuevos no tienen partes móviles para medir la temperatura y, en cambio, se basan en termistores u otros dispositivos semiconductores como un termómetro de resistencia (detector de temperatura de resistencia). Por lo general, se deben instalar una o más baterías normales para operarlo, aunque algunos termostatos digitales de los llamados "robos de energía" usan los circuitos comunes de CA de 24 voltios como fuente de energía, pero no funcionarán en circuitos de "milivoltios" alimentados por termopila que se usan en algunos hornos. Cada uno tiene una pantalla LCD que muestra la temperatura actual y la configuración actual. La mayoría también tiene un reloj y ajustes de temperatura para la hora del día e incluso el día de la semana, que se utilizan para la comodidad y la conservación de energía . Algunos modelos avanzados tienen pantallas táctiles o la capacidad de trabajar con sistemas de automatización del hogar o de edificios .

Los termostatos digitales utilizan un relé o un dispositivo semiconductor como triac para actuar como un interruptor para controlar la unidad HVAC . Las unidades con relés operan sistemas de milivoltios, pero a menudo hacen un ruido audible de "clic" cuando se encienden o apagan.

Los sistemas HVAC con la capacidad de modular su salida se pueden combinar con termostatos que tienen un controlador PID incorporado para lograr un funcionamiento más suave. También hay termostatos modernos con algoritmos adaptativos para mejorar aún más el comportamiento del sistema propenso a la inercia. Por ejemplo, configurarlos para que la temperatura de la mañana a las 7 a.m. deba ser de 21 ° C (69,8 ° F), se asegura de que en ese momento la temperatura sea de 21 ° C (69,8 ° F), donde un termostato convencional comenzaría a trabajar en ese momento. Los algoritmos deciden a qué hora debe activarse el sistema para alcanzar la temperatura deseada en el momento deseado. ^[15] Otro termostato utilizado para control de procesos / industrial donde el control de ENCENDIDO / APAGADO no es adecuado, el control PID también puede garantizar que la temperatura sea muy estable (por ejemplo, al reducir los rebasamientos mediante el ajuste fino de las constantes PID para el valor establecido (SV) ^[16] o mantener la temperatura en una banda mediante la implementación del control de histéresis. ^[17] )

La mayoría de los termostatos digitales de uso residencial común en América del Norte y Europa son termostatos programables , que normalmente proporcionarán un ahorro de energía del 30% si se dejan con sus programas predeterminados; los ajustes a estos valores predeterminados pueden aumentar o reducir el ahorro de energía. ^[18] El artículo del termostato programable proporciona información básica sobre el funcionamiento, selección e instalación de dicho termostato.

Operación de termostatos y HVAC

Secuencias de encendido en sistemas convencionales modernos

Gas

1. Encienda el ventilador / soplador del inductor de tiro (si el horno es relativamente reciente) para crear una columna de aire que fluya hacia arriba por la chimenea.
2. Caliente el encendedor o encienda el sistema de encendido por chispa
3. Abra la válvula de gas para encender los quemadores principales.
4. Espere (si el calefactor es relativamente reciente) hasta que el intercambiador de calor esté a la temperatura de funcionamiento adecuada antes de encender el ventilador principal o la bomba de circulación.

Petróleo

Similar al gas, excepto que en lugar de abrir una válvula, el horno encenderá una bomba de aceite para inyectar aceite en el quemador.

Eléctrico

Se pondrá en marcha el ventilador o la bomba de circulación, y un relé electromecánico grande o TRIAC encenderá los elementos calefactores.

Carbón, grano o pellet

Generalmente raro hoy en día (aunque los granos como el maíz, el trigo y la cebada, o los gránulos hechos de madera, corteza o cartón están ganando popularidad); similar al gas, excepto que en lugar de abrir una válvula, el horno iniciará un tornillo para impulsar el carbón / grano / pellets en la cámara de combustión

Con sistemas no zonificados (residencial típico, un termostato para toda la casa), cuando las terminales R (o Rh) y W del termostato están conectadas, el calefactor pasará por su procedimiento de puesta en marcha y producirá calor.

Con los sistemas por zonas (algunos residenciales, muchos sistemas comerciales, varios termostatos que controlan diferentes "zonas" en el edificio), el termostato hará que los pequeños motores eléctricos abran válvulas o amortiguadores y enciendan el horno o caldera si aún no está funcionando.

La mayoría de los termostatos programables controlarán estos sistemas.

Regulación combinada de calefacción / refrigeración

Dependiendo de lo que se esté controlando, un termostato de aire acondicionado de aire forzado generalmente tiene un interruptor externo para calentar / apagar / enfriar, y otro encendido / automático para encender el ventilador constantemente o solo cuando la calefacción y el enfriamiento están funcionando. Cuatro cables llegan al termostato ubicado en el centro desde la unidad principal de calefacción / refrigeración (generalmente ubicada en un armario , sótano u ocasionalmente en el ático ): un cable, generalmente rojo, suministra energía de CA de 24 voltios al termostato, mientras que el otro tres señales de control de suministro del termostato, generalmente blanco para calor, amarillo para enfriamiento y verde para encender el ventilador. La energía es suministrada por un transformador , y cuando el termostato hace contacto entre la energía de 24 voltios y uno o dos de los otros cables, un relé en la unidad de calefacción / refrigeración activa la función correspondiente de calefacción / ventilador / refrigeración de la unidad ( s).

Un termostato, cuando se configura en "enfriar", solo se encenderá cuando la temperatura ambiente de la habitación circundante esté por encima de la temperatura establecida. Por lo tanto, si el espacio controlado tiene una temperatura normalmente superior al ajuste deseado cuando el sistema de calefacción / refrigeración está apagado, sería prudente mantener el termostato en "frío", a pesar de la temperatura exterior. Por otro lado, si la temperatura del área controlada cae por debajo del grado deseado, entonces es recomendable poner el termostato en "calentar".

Regulación de la bomba de calor

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Diseño de termostato