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Ahorro de Energía mediante Control Automático |  |
Fig. 1 Control automático se utiliza en este calentador de agua.
¿Alguna vez se ha preguntado cómo las luces de la calle «saben «encenderse cuando oscurece y apagarse durante el día, o cómo una puerta automática» sabe » abrirse para usted cuando camina cerca y se cierra después de haber pasado? ¿Ha pensado en cómo un acondicionador de aire «sabe» cuándo una habitación está lo suficientemente fría y apaga su compresor, o cómo un calentador de agua «sabe» apagarse para evitar que el agua se hierva? Todas estas y muchas más son las maravillas del control automático. Como verá en este módulo, los controles automáticos no solo son convenientes, sino que también ahorran energía. Echemos un vistazo más de cerca.
Farolas
Las farolas están diseñadas para encenderse automáticamente cuando está oscuro y apagarse cuando hay luz para ahorrar energía. ¿Cómo perciben las luces de la calle la oscuridad y la luz del día? Un dispositivo común se llama resistencia dependiente de la luz (LDR). Es una resistencia con resistencia que cambia según la cantidad de luz que cae sobre ella. Cuando el LDR está en la oscuridad, su resistencia es muy grande, típicamente en el rango M
. Cuando está bajo luz brillante, su resistencia está en el rango k. Un circuito que hace uso de este cambio de resistencia en diferentes condiciones de luz es capaz de encender y apagar las luces automáticamente durante la noche y el día, respectivamente. El LDR para luces de calle debe colocarse de tal manera que otras fuentes de luz no brillen en el LDR. También es necesario un retardo de tiempo en el circuito de conmutación para que los períodos cortos de oscuridad (por ejemplo, cuando un pájaro vuela sobre el LDR durante el día) o los períodos cortos de brillo (por ejemplo, cuando los faros de un automóvil brillan en el LDR durante la noche) no enciendan ni apaguen las luces.
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| Fig. 2 Luces de calle tienen un control sensible a la luz que les permite encenderse automáticamente por la noche. | Fig. La resistencia dependiente de la luz 3 se utiliza en muchos circuitos de control automático. |
Calentadores de agua, hornos, refrigeradores, acondicionadores de aire
Hay muchos aparatos, como calentadores de agua, refrigeradores y acondicionadores de aire, que están diseñados para encenderse o apagarse automáticamente una vez que se alcanza una temperatura predeterminada. Esto evita el funcionamiento continuo de los aparatos y el consumo excesivo de electricidad.
Algunos dispositivos de control automático funcionan detectando el cambio de temperatura y rompen o completan un circuito en consecuencia. Estos dispositivos se utilizan comúnmente en aparatos eléctricos, como se demuestra en las siguientes secciones:
Tiras bimetálicas
El principio detrás de una tira bimetálica es que diferentes metales se expanden a diferentes grados con los cambios de temperatura. Al combinar dos metales diferentes uno encima del otro en una tira, se forma una tira bimetálica. A medida que los dos metales se expanden o contraen de manera diferente bajo el mismo cambio de temperatura, la tira se dobla. Luego se puede usar para encender o apagar un circuito a ciertas temperaturas. Las tiras bimetálicas se encuentran a menudo en hornos. La estructura típica de este tipo de control se muestra en la Fig. 5.
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| Fig. 4 Una tira bimetálica típica | Fig. 5 La estructura de una tira bimetálica |
El dispositivo que se muestra en la Fig. 5 es típico de los utilizados en hornos. El metal superior (azul) se expande más cuando se calienta y se contrae más cuando se enfría que el metal inferior. Por lo tanto, cuando la temperatura dentro del horno cae por debajo de un cierto punto, la tira bimetálica se dobla lo suficiente hacia arriba para completar el circuito, encendiendo el elemento calefactor. En un refrigerador, se usa la configuración inversa. Cuando la temperatura dentro del refrigerador aumenta, la banda bimetálica se dobla para encender el compresor que inicia el ciclo de enfriamiento.
Termistores
Fig. 6 Un termistor tiene una resistencia dependiente de la temperatura.
Un termistor cambia su resistencia de acuerdo con la temperatura. A diferencia del metal, la resistencia de un termistor generalmente disminuye con el aumento de la temperatura. Un termistor típico tiene una resistencia de unos pocos cientos de ohmios a temperatura ambiente. Esto disminuye continuamente a menos de cien ohmios a 100 oC. En una caldera de agua doméstica controlada electrónicamente, por ejemplo, un procesador o circuito mide la resistencia del termistor. Cuando se alcanza una resistencia que indica una temperatura particular, los elementos calefactores se encienden o apagan.
Los termistores utilizan semiconductores para lograr los cambios de resistencia. Muchos termistores están hechos de una bobina delgada de material semiconductor, como un óxido metálico sinterizado. El material tiene la propiedad de que, a medida que aumenta la temperatura, más electrones en el material se excitan y pueden moverse para la conducción de electricidad. A medida que hay más portadores de carga disponibles para la conducción, la resistencia del material disminuye con el aumento de la temperatura.
Modernos controladores de temperatura
Fig. 7 Este controlador de temperatura utiliza un termopar para medir los cambios de temperatura. Cuando la temperatura medida (22 oC) se aproxima a un valor determinado (42 oC), la salida de potencia eléctrica a la toma se reducirá automáticamente.
Los controladores de temperatura modernos utilizan termopares para medir el cambio de temperatura detallado del objeto que se está monitoreando. El termopar convierte los datos de temperatura en señales eléctricas. Los componentes electrónicos del controlador utilizan esta información para deducir futuros cambios de temperatura y controlar la potencia de salida de un aparato (p. ej. calefacción o aire acondicionado) para mantener la temperatura del objeto dentro de un rango preestablecido. Los usuarios pueden preseleccionar fácilmente el rango de temperatura de acuerdo con sus necesidades.
Los termopares utilizados en los controladores de temperatura generalmente consisten en dos alambres de metal/aleación diferentes unidos entre sí (por ejemplo, mediante soldadura) en un extremo. El extremo adjunto es para medir la temperatura y se llama unión caliente. El otro extremo del termopar está conectado a un dispositivo de medición de voltaje, y se llama unión fría. Cuando la temperatura de las dos uniones es diferente, aparecerá una diferencia de potencial entre los dos materiales diferentes. La diferencia de potencial es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura entre las dos uniones. Este fenómeno se llama efecto Seebeck. Los termopares generalmente son muy duraderos, se pueden colocar en espacios reducidos y pueden medir altas temperaturas, lo que los hace termómetros muy versátiles.
Sensores de movimiento para luces y escaleras mecánicas
Sensores de movimiento infrarrojos para control de iluminación
Los sensores de movimiento infrarrojos se utilizan comúnmente para encender las luces automáticamente cuando se detecta la presencia de personas. Esto ahorra energía y, al mismo tiempo, proporciona una iluminación adecuada cuando es necesario. Este control es especialmente útil para pasillos o habitaciones que no se utilizan con frecuencia.
Normalmente se utilizan sensores de movimiento de tipo pasivo. En este caso,» Pasivos » significa que son sensibles a la radiación infrarroja emitida por los objetos que se detectan (p. ej. cuerpo humano), pero no tienen una fuente activa para emitir radiación infrarroja.
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| Fig. Se utilizan 8 sensores de movimiento infrarrojos para controlar la iluminación en los pasillos. | Fig. 9 La estructura interna del sensor de movimiento infrarrojo. |
¿Cuál es la estructura de estos sensores de movimiento infrarrojos y cómo funcionan? Mira la fotografía del sensor de movimiento infrarrojo. La superficie curva en la parte delantera es un tipo especial de lente llamada lente Fresnel que enfoca la radiación infrarroja en el dispositivo de detección infrarroja, un sensor piroeléctrico,en el interior. La lente Fresnel está hecha de un material transparente a la radiación infrarroja, especialmente al rango de radiación infrarroja emitida por el cuerpo humano, pero no a la luz visible.
Los sensores piroeléctricos se componen de un material piroeléctrico que produce voltaje cuando hay un cambio de temperatura. Cuando una persona pasa, por ejemplo, hay un cambio en la cantidad de radiación infrarroja que llega a los sensores piroeléctricos, lo que a su vez desencadena un cambio en la temperatura y produce un voltaje . La tensión generada se puede utilizar para el control de la iluminación.
sensor de Movimiento para escaleras mecánicas
Fig. Se utilizan 10 sensores de movimiento infrarrojos para controlar escaleras mecánicas y ahorrar energía durante las horas no pico.
Para el control de escaleras mecánicas, se utilizan sensores de movimiento infrarrojo de tipo activo que emiten un haz de radiación infrarroja a través de la entrada de las escaleras mecánicas. Por lo general, tanto la fuente del haz de infrarrojos (llamado transmisor) como el detector de infrarrojos están en el mismo lado, mientras que un reflector está en el lado opuesto. Cuando una persona se interpone entre el transmisor y el reflector, se interrumpe el haz de infrarrojos y se enciende la escalera mecánica. Cuando la trayectoria del haz se restaura durante un cierto período de tiempo, la escalera mecánica se apaga y, por lo tanto, se ahorra energía sin afectar el servicio.
La siguiente animación muestra el funcionamiento de algunos controles automáticos.
Hemos introducido varios tipos de dispositivos y materiales de control automático. Ahora haga clic en la siguiente actividad para experimentar con estos dispositivos.