Termostato - Thermostat

O termostato T87 icônico da Honeywell "The Round" , um dos quais está no Smithsonian .

Produtos Lux de última geração TX9600TS Termostato universal com tela de toque programável para 7 dias.

Um termostato eletrônico Honeywell em uma loja de varejo

Um termostato é um componente de dispositivo regulador que detecta a temperatura de um sistema físico e executa ações para que a temperatura do sistema seja mantida perto de um ponto de ajuste desejado .

Os termostatos são usados ​​em qualquer dispositivo ou sistema que aquece ou resfria a uma temperatura nominal. Os exemplos incluem aquecimento de edifícios , aquecimento central , condicionadores de ar , sistemas HVAC , aquecedores de água , bem como equipamentos de cozinha, incluindo fornos e geladeiras e incubadoras médicas e científicas . Na literatura científica, esses dispositivos são frequentemente classificados como cargas termostaticamente controladas (TCLs). Cargas controladas termostaticamente representam cerca de 50% da demanda total de eletricidade nos Estados Unidos.

Um termostato funciona como um dispositivo de controle em “malha fechada”, pois busca reduzir o erro entre a temperatura desejada e a medida. Às vezes, um termostato combina os elementos de detecção e de ação de controle de um sistema controlado, como em um termostato automotivo.

A palavra termostato é derivada das palavras gregas θερμός thermos , "quente" e στατός statos , "em pé, estacionário".

Visão geral

Um termostato exerce controle ligando ou desligando os dispositivos de aquecimento ou resfriamento ou regulando o fluxo de um fluido de transferência de calor conforme necessário para manter a temperatura correta. Um termostato pode muitas vezes ser a unidade de controle principal para um sistema de aquecimento ou resfriamento, em aplicações que variam de controle de ar ambiente a controle de refrigerante automotivo. Os termostatos são usados ​​em qualquer dispositivo ou sistema que aquece ou resfria a uma temperatura nominal. Os exemplos incluem aquecimento de edifícios , aquecimento central e aparelhos de ar condicionado , equipamentos de cozinha, como fornos e geladeiras , e incubadoras médicas e científicas .

Construção

Os termostatos usam diferentes tipos de sensores para medir a temperatura. Em uma forma, o termostato mecânico, uma tira bimetálica na forma de uma bobina opera diretamente os contatos elétricos que controlam a fonte de aquecimento ou resfriamento. Os termostatos eletrônicos, em vez disso, usam um termistor ou outro sensor semicondutor que requer amplificação e processamento para controlar o equipamento de aquecimento ou resfriamento. Um termostato é um exemplo de " controlador bang-bang ", pois a saída do equipamento de aquecimento ou resfriamento não é proporcional à diferença entre a temperatura real e o ponto de ajuste da temperatura. Em vez disso, o equipamento de aquecimento ou resfriamento funciona com capacidade total até que a temperatura definida seja atingida e, em seguida, desliga. Aumentar a diferença entre a configuração do termostato e a temperatura desejada, portanto, não altera o tempo para atingir a temperatura desejada. A taxa à qual a temperatura do sistema pode alterar-alvo é determinada tanto pela capacidade do equipamento de aquecimento ou arrefecimento, respectivamente, adicionar ou remover calor para ou a partir de um sistema de destino e a capacidade do sistema de destino para armazenar calor.

Para evitar ciclos excessivamente rápidos do equipamento quando a temperatura está próxima do ponto de ajuste, um termostato pode incluir alguma histerese . Em vez de mudar de "ligado" para "desligado" e vice-versa instantaneamente na temperatura definida, um termostato com histerese não mudará até que a temperatura tenha mudado um pouco além do ponto de temperatura definido. Por exemplo, um refrigerador ajustado para 2 ° C pode não iniciar o compressor de resfriamento até que a temperatura do compartimento de alimentos alcance 3 ° C e o manterá funcionando até que a temperatura seja reduzida para 1 ° C. Isso reduz o risco de desgaste do equipamento devido a chaveamentos muito frequentes, embora introduza uma oscilação de temperatura do sistema alvo de uma certa magnitude.

Para melhorar o conforto dos ocupantes de espaços aquecidos ou com ar-condicionado, termostatos de sensor bimetálico podem incluir um sistema "antecipador" para aquecer levemente o sensor de temperatura enquanto o equipamento de aquecimento está operando, ou para aquecer levemente o sensor quando o sistema de refrigeração não está operativo. Quando ajustado corretamente, isso reduz qualquer histerese excessiva no sistema e reduz a magnitude das variações de temperatura. Os termostatos eletrônicos têm um equivalente eletrônico.

Tipos de sensor

As primeiras tecnologias incluíam termômetros de mercúrio com eletrodos inseridos diretamente no vidro, de modo que, quando uma certa temperatura (fixa) fosse atingida, os contatos seriam fechados pelo mercúrio. Eles eram precisos em um grau de temperatura.

As tecnologias de sensores comuns em uso hoje incluem:

• Sensores bimetálicos mecânicos ou elétricos.
• Pelotas de cera em expansão
• Termistores eletrônicos e dispositivos semicondutores
• Termopares elétricos

Estes podem então controlar o aparelho de aquecimento ou resfriamento usando:

• Controle mecânico direto
• Sinais elétricos
• Sinais pneumáticos

História

Possivelmente, os primeiros exemplos registrados de controle de termostato foram construídos pelo inovador holandês Cornelis Drebbel (1572-1633) por volta de 1620 na Inglaterra. Ele inventou um termostato de mercúrio para regular a temperatura de uma incubadora de galinhas . Este é um dos primeiros dispositivos controlados por feedback registrados .

O controle de termostato moderno foi desenvolvido na década de 1830 por Andrew Ure (1778-1857), um químico escocês, que inventou o termostato bimetálico. As fábricas têxteis da época precisavam de uma temperatura constante e estável para operar de forma otimizada, então, para conseguir isso, Ure projetou o termostato bimetálico, que se dobraria quando um dos metais se expandisse em resposta ao aumento da temperatura e cortaria o fornecimento de energia.

Warren S. Johnson (1847–1911), de Wisconsin, patenteou um termostato bimetálico para ambientes em 1883 e, dois anos depois, registrou a patente do primeiro sistema de controle termostático de várias zonas. Albert Butz (1849–1905) inventou o termostato elétrico e o patenteou em 1886.

Um dos primeiros usos industriais do termostato foi na regulação da temperatura em incubadoras de aves. Charles Hearson , um engenheiro britânico, projetou a primeira incubadora moderna para ovos que foi usada em granjas avícolas em 1879. As incubadoras incorporavam um termostato preciso para regular a temperatura de modo a simular com precisão a experiência de um ovo chocando naturalmente.

Termostatos mecânicos

Isso cobre apenas dispositivos que detectam e controlam usando meios puramente mecânicos.

Bimetal

Os sistemas de aquecimento central baseados em água e vapor para uso doméstico têm sido tradicionalmente controlados por termostatos de fita bimetálica, e isso é tratado mais adiante neste artigo. O controle puramente mecânico foi localizado a vapor ou termostatos bimetálicos de radiador de água quente que regulam o fluxo individual. No entanto, as válvulas termostáticas do radiador (TRV) estão sendo amplamente utilizadas.

Termostatos puramente mecânicos são usados ​​para regular os amortecedores em algumas aberturas das turbinas do telhado, reduzindo a perda de calor do edifício em períodos de frio ou frio.

Alguns sistemas de aquecimento de passageiros de automóveis têm uma válvula controlada termostaticamente para regular o fluxo de água e a temperatura em um nível ajustável. Em veículos mais antigos, o termostato controla a aplicação de vácuo do motor a atuadores que controlam válvulas de água e flappers para direcionar o fluxo de ar. Em veículos modernos, os atuadores a vácuo podem ser operados por pequenos solenóides sob o controle de um computador central.

Pelota de cera

Automotivo

Termostato do motor do carro

Talvez o exemplo mais comum de tecnologia de termostato puramente mecânico em uso hoje seja o termostato do sistema de refrigeração do motor de combustão interna , usado para manter o motor próximo de sua temperatura operacional ideal , regulando o fluxo do líquido refrigerante para um radiador refrigerado a ar . Este tipo de termostato opera usando uma câmara selada contendo um pellet de cera que derrete e se expande em uma temperatura definida. A expansão da câmara opera uma haste que abre uma válvula quando a temperatura de operação é excedida. A temperatura de operação é determinada pela composição da cera. Uma vez que a temperatura operacional é atingida, o termostato aumenta ou diminui progressivamente sua abertura em resposta às mudanças de temperatura, equilibrando dinamicamente o fluxo de recirculação do líquido refrigerante e o fluxo do líquido refrigerante para o radiador para manter a temperatura do motor na faixa ideal.

Em muitos motores de automóveis, incluindo todos os produtos do Grupo Chrysler e General Motors, o termostato não restringe o fluxo para o núcleo do aquecedor. O tanque do lado do passageiro do radiador é usado como um desvio para o termostato, fluindo através do núcleo do aquecedor. Isso evita a formação de bolsas de vapor antes de o termostato abrir e permite que o aquecedor funcione antes de o termostato abrir. Outro benefício é que ainda há algum fluxo através do radiador se o termostato falhar.

Chuveiro e outros controles de água quente

Uma válvula de mistura termostática usa um pellet de cera para controlar a mistura de água quente e fria. Uma aplicação comum é permitir a operação de um aquecedor elétrico de água a uma temperatura quente o suficiente para matar a bactéria Legionella (acima de 60 ° C (140 ° F)), enquanto a saída da válvula produz água que é fria o suficiente para não escaldar imediatamente ( 49 ° C (120 ° F)).

Análise

Uma válvula acionada por pellet de cera pode ser analisada através do gráfico da histerese do pellet de cera, que consiste em duas curvas de expansão térmica; extensão (movimento) vs. aumento da temperatura e contração (movimento) vs. diminuição da temperatura. A diferença entre as curvas para cima e para baixo ilustra visualmente a histerese da válvula; sempre há histerese dentro das válvulas acionadas por cera devido à transição de fase ou mudança de fase entre sólidos e líquidos. A histerese pode ser controlada com misturas especializadas de hidrocarbonetos; histerese restrita é o que a maioria deseja, no entanto, algumas aplicações requerem faixas mais amplas. As válvulas acionadas por pellets de cera são usadas em aplicações anti-escaldamento, proteção contra congelamento, purga de temperatura excessiva, energia solar térmica ou solar térmica , automotiva e aeroespacial, entre muitas outras.

Expansão de gás

Os termostatos às vezes são usados ​​para regular os fornos a gás. Consiste em um bulbo cheio de gás conectado à unidade de controle por um tubo de cobre delgado. A lâmpada está normalmente localizada na parte superior do forno. O tubo termina em uma câmara selada por um diafragma. À medida que o termostato aquece, o gás se expande aplicando pressão ao diafragma, o que reduz o fluxo de gás para o queimador.

Termostatos pneumáticos

Um termostato pneumático é um termostato que controla um sistema de aquecimento ou resfriamento por meio de uma série de tubos de controle cheios de ar. Este sistema de "ar de controle" responde às mudanças de pressão (devido à temperatura) no tubo de controle para ativar o aquecimento ou resfriamento quando necessário. O ar de controle normalmente é mantido na "rede" a 15-18  psi (embora normalmente funcione até 20 psi). Os termostatos pneumáticos normalmente fornecem pressões de saída / ramificação / pós-restritor (para operação de tubo único) de 3-15 psi que é canalizado para o dispositivo final (válvula / atuador amortecedor / interruptor elétrico-pneumático, etc.).

O termostato pneumático foi inventado por Warren Johnson em 1895, logo depois que ele inventou o termostato elétrico. Em 2009, Harry Sim foi premiado com uma patente para uma interface pneumático-digital que permite que edifícios controlados pneumaticamente sejam integrados com sistemas de automação predial para fornecer benefícios semelhantes como controle digital direto (DDC).

Uma válvula acionada por pellet de cera pode ser analisada traçando um gráfico da histerese do pellet de cera, que consiste em duas curvas de expansão térmica; extensão (movimento) vs. aumento da temperatura e contração (movimento) vs. diminuição da temperatura. A diferença entre as curvas para cima e para baixo ilustra visualmente a histerese da válvula ; sempre há histerese dentro da tecnologia acionada por cera devido à mudança de fase entre sólidos e líquidos. A histerese pode ser controlada com misturas especializadas de hidrocarbonetos; histerese rígida é o que a maioria deseja, no entanto, as aplicações de engenharia especializadas requerem faixas mais amplas. As válvulas acionadas por pellets de cera são usadas em aplicações anti-escaldamento, proteção contra congelamento, purga de temperatura excessiva, energia solar térmica, automotiva e aeroespacial, entre muitas outras.

Termostatos elétricos e eletrônicos analógicos

Termostatos de comutação bimetálicos

Termostato bimetálico para edifícios.

Os sistemas de aquecimento central baseados em água e vapor têm tradicionalmente controle geral por termostatos de fita bimetálica montados na parede. Eles detectam a temperatura do ar usando a expansão diferencial de dois metais para acionar um botão liga / desliga. Normalmente, o sistema central seria ligado quando a temperatura cair abaixo do ponto de ajuste no termostato e desligado quando subir acima, com alguns graus de histerese para evitar comutação excessiva. A detecção bimetálica está agora sendo substituída por sensores eletrônicos . Um uso principal do termostato bimetálico hoje é em aquecedores elétricos de convecção individuais, onde o controle é ligado / desligado, com base na temperatura do ar local e no ponto de ajuste desejado pelo usuário. Eles também são usados ​​em aparelhos de ar condicionado, onde o controle local é necessário.

Nomenclatura de configuração de contato

Isso segue a mesma nomenclatura descrita em Relé (relé de contatos guiados pela força) e Interruptor (terminologia de contato) .

• "NÃO" significa "Normalmente aberto". É o mesmo que "COR" ("Close on Rise"). Pode ser usado para ligar um ventilador quando está ficando quente, ou seja, parar o ventilador quando ficar frio o suficiente.
• "NC" significa "Normalmente fechado". É o mesmo que "OOR" ("Abrir ao aumentar"). Pode ser usado para ligar um aquecedor quando está esfriando, ou seja, para desligar o aquecedor quando ele ficar quente o suficiente.
• "CO" significa "Change Over". Isso funciona como "NÃO" e "NC". Pode ser usado para ligar um ventilador quando está ficando quente, mas também (no terminal oposto), para ligar um aquecedor quando está ficando frio.

Qualquer número inicial representa o número de conjuntos de contato, como "1NO", "1NC" para um conjunto de contato com dois terminais. "1CO" também terá um conjunto de contatos, mesmo que se trate de uma comutação com três terminais.

Termostatos simples de dois fios

Mecanismo de termostato milivolts

A ilustração é o interior de um termostato doméstico comum de dois fios, usado para regular um aquecedor a gás por meio de uma válvula elétrica de gás. Mecanismos semelhantes também podem ser usados ​​para controlar fornos a óleo, caldeiras, válvulas de zona de caldeira , ventiladores elétricos de sótão, fornos elétricos, aquecedores de rodapé elétricos e eletrodomésticos como geladeiras, cafeteiras e secadores de cabelo. A energia através do termostato é fornecida pelo dispositivo de aquecimento e pode variar de milivolts a 240 volts na construção comum na América do Norte e é usada para controlar o sistema de aquecimento diretamente (aquecedores elétricos de placa de base e alguns fornos elétricos) ou indiretamente (todos a gás, sistemas de óleo e água quente forçada). Devido à variedade de tensões e correntes possíveis disponíveis no termostato, deve-se tomar cuidado ao selecionar um dispositivo de substituição.

1. Alavanca de controle de setpoint . Isso é movido para a direita para uma temperatura mais alta. O pino indicador redondo no centro da segunda fenda mostra através de uma fenda numerada na caixa externa.
2. Tira bimetálica enrolada em uma bobina. O centro da bobina está preso a um poste rotativo preso à alavanca (1). Conforme a bobina esfria, a extremidade móvel - carregando (4) - se move no sentido horário .
3. Fio flexível. O lado esquerdo é conectado por meio de um fio de um par à válvula de controle do aquecedor.
4. Contato móvel conectado à bobina bimetálica. Daí, ao controlador do aquecedor.
5. Parafuso de contato fixo. Isso é ajustado pelo fabricante . Ele é conectado eletricamente por um segundo fio do par ao termopar e à válvula de gás operada eletricamente do aquecedor.
6. Ímã . Isso garante um bom contato quando o contato fecha. Ele também fornece histerese para evitar ciclos de aquecimento curtos, pois a temperatura deve ser elevada vários graus antes que os contatos se abram. Como alternativa, alguns termostatos usam um interruptor de mercúrio na extremidade da bobina bimetálica. O peso do mercúrio na ponta da bobina tende a mantê-lo ali, evitando também ciclos curtos de aquecimento. No entanto, este tipo de termostato é proibido em muitos países devido à sua natureza altamente e permanentemente tóxico se quebrado. Ao substituir esses termostatos, eles devem ser considerados resíduos químicos .

Não é mostrado na ilustração um termômetro bimetálico separado na caixa externa para mostrar a temperatura real no termostato.

Termostatos milivolts

Conforme ilustrado no uso do termostato acima, toda a energia para o sistema de controle é fornecida por uma termopilha que é uma combinação de muitos termopares empilhados, aquecida pela luz piloto. A termopilha produz energia elétrica suficiente para acionar uma válvula de gás de baixa potência, que, sob o controle de um ou mais termostatos, controla a entrada de combustível no queimador.

Este tipo de dispositivo é geralmente considerado obsoleto, pois as lâmpadas piloto podem desperdiçar uma quantidade surpreendente de gás (da mesma forma que uma torneira pingando pode desperdiçar uma grande quantidade de água durante um período prolongado), e também não são mais usadas em fogões, mas são ainda pode ser encontrado em muitos aquecedores de água a gás e lareiras a gás. Sua baixa eficiência é aceitável em aquecedores de água, uma vez que a maior parte da energia "desperdiçada" no piloto ainda representa um ganho direto de calor para o tanque de água. O sistema Millivolt também torna desnecessário que um circuito elétrico especial seja conectado ao aquecedor de água ou ao forno; esses sistemas costumam ser completamente autossuficientes e podem funcionar sem qualquer fonte de alimentação elétrica externa. Para aquecedores de água sem tanque "sob demanda", a ignição piloto é preferível porque é mais rápida do que a ignição de superfície quente e mais confiável do que a ignição por centelha.

Alguns termostatos programáveis - aqueles que oferecem modos simples de "milivolts" ou "dois fios" - controlarão esses sistemas.

Termostatos de 24 volts

A maioria dos termostatos modernos de aquecimento / resfriamento / bomba de calor opera em circuitos de controle de baixa tensão (normalmente 24 volts AC ). A fonte de alimentação de 24 volts CA é um transformador de controle instalado como parte do equipamento de aquecimento / resfriamento. A vantagem do sistema de controle de baixa tensão é a capacidade de operar vários dispositivos de chaveamento eletromecânicos, como relés , contatores e sequenciadores, usando níveis de tensão e corrente inerentemente seguros. Integrado ao termostato está uma provisão para controle de temperatura aprimorado usando antecipação. Um antecipador de calor gera uma pequena quantidade de calor adicional para o elemento de detecção enquanto o aparelho de aquecimento está operando. Isso abre os contatos de aquecimento um pouco mais cedo para evitar que a temperatura ambiente ultrapasse em muito a configuração do termostato. Um antecipador de calor mecânico geralmente é ajustável e deve ser definido para a corrente que flui no circuito de controle de aquecimento quando o sistema está operando. Um antecipador de resfriamento gera uma pequena quantidade de calor adicional para o elemento de detecção enquanto o aparelho de resfriamento não está operando. Isso faz com que os contatos energizem o equipamento de resfriamento um pouco mais cedo, evitando que a temperatura ambiente suba excessivamente. Os antecipadores de resfriamento geralmente não são ajustáveis.

Os termostatos eletromecânicos usam elementos de resistência como antecipadores. A maioria dos termostatos eletrônicos usa dispositivos termistor ou elementos lógicos integrados para a função de antecipação. Em alguns termostatos eletrônicos, o antecipador de termistor pode estar localizado ao ar livre, fornecendo uma antecipação variável dependendo da temperatura externa. Os aprimoramentos do termostato incluem exibição da temperatura externa, capacidade de programação e indicação de falha do sistema. Embora esses termostatos de 24 volts sejam incapazes de operar um forno quando a energia da rede falha, a maioria desses fornos requer energia da rede para ventiladores de ar aquecido (e muitas vezes também de superfície quente ou ignição por faísca eletrônica), tornando discutível a funcionalidade do termostato. Em outras circunstâncias, como parede pilotada e piso "gravitacional" (sem ventoinha) e aquecedores centrais, o sistema de baixa tensão descrito anteriormente pode ser capaz de permanecer funcional quando a energia elétrica não estiver disponível.

Não há padrões para códigos de cores de fiação, mas a convenção estabeleceu-se nos seguintes códigos e cores de terminal. Em todos os casos, as instruções do fabricante devem ser consideradas definitivas.

Designações mais antigas, principalmente depreciadas

Termostatos de tensão de linha

Termostatos de tensão de linha são mais comumente usados ​​para aquecedores elétricos de ambiente, como aquecedores de rodapé ou fornos elétricos com fio direto. Se um termostato de tensão de linha for usado, a energia do sistema (nos Estados Unidos, 120 ou 240 volts) é comutada diretamente pelo termostato. Com a corrente de comutação frequentemente excedendo 40 amperes , o uso de um termostato de baixa tensão em um circuito de tensão de linha resultará pelo menos na falha do termostato e possivelmente em um incêndio. Os termostatos de tensão de linha às vezes são usados ​​em outras aplicações, como o controle de fan-coil (ventoinha alimentada pela tensão da linha soprando através de uma bobina de tubulação que é aquecida ou resfriada por um sistema maior) unidades em grandes sistemas usando caldeiras e chillers centralizados , ou para controlar bombas de circulação em aplicações de aquecimento hidrônico.

Alguns termostatos programáveis ​​estão disponíveis para controlar sistemas de tensão de linha. Os aquecedores de base irão se beneficiar especialmente de um termostato programável que é capaz de controle contínuo (como pelo menos alguns modelos Honeywell ), controlando efetivamente o aquecedor como um dimmer de lâmpada e aumentando e diminuindo gradualmente o aquecimento para garantir uma temperatura ambiente extremamente constante (controle contínuo em vez de depender dos efeitos de média da histerese). Os sistemas que incluem um ventilador (fornos elétricos, aquecedores de parede, etc.) geralmente devem usar controles simples de ligar / desligar.

Termostatos eletrônicos digitais

Termostato digital residencial

Termostato de tela de toque modelo TX9000TS da Lux Products .

Lux Products WIN100 Termostato de saída programável de aquecimento e resfriamento mostrado com a porta de controle aberta e fechada.

Os termostatos digitais mais recentes não têm partes móveis para medir a temperatura e, em vez disso, contam com termistores ou outros dispositivos semicondutores , como um termômetro de resistência (detector de temperatura de resistência). Normalmente, uma ou mais baterias regulares devem ser instaladas para operá-lo, embora alguns termostatos digitais chamados de "roubo de energia" usem os circuitos CA comuns de 24 volts como fonte de energia, mas não operem em circuitos de "milivolts" alimentados por termopilhas usados ​​em alguns fornos. Cada um possui uma tela LCD que mostra a temperatura atual e a configuração atual. A maioria também tem um relógio e configurações de hora do dia e até mesmo dia da semana para a temperatura, usadas para conforto e economia de energia . Alguns modelos avançados possuem telas sensíveis ao toque ou a capacidade de trabalhar com automação residencial ou sistemas de automação predial .

Os termostatos digitais usam um relé ou um dispositivo semicondutor , como o triac, para atuar como uma chave para controlar a unidade HVAC . Unidades com relés operam sistemas milivolts, mas geralmente fazem um ruído audível de "clique" ao ligar ou desligar.

Os sistemas HVAC com a capacidade de modular sua saída podem ser combinados com termostatos que possuem um controlador PID integrado para obter uma operação mais suave. Existem também termostatos modernos com algoritmos adaptativos para melhorar ainda mais o comportamento do sistema propenso a inércia. Por exemplo, configurando-os de forma que a temperatura pela manhã às 7h da manhã seja de 21 ° C (69,8 ° F), certifique-se de que nesse momento a temperatura seja de 21 ° C (69,8 ° F), onde um termostato convencional iria apenas começar a trabalhar naquele momento. Os algoritmos decidem em que horário o sistema deve ser acionado para atingir a temperatura desejada no horário desejado. Outro termostato usado para controle de processo / industrial onde o controle LIGADO / DESLIGADO não é adequado, o controle PID também pode garantir que a temperatura seja muito estável (por exemplo, reduzindo as ultrapassagens ajustando as constantes PID para o valor definido (SV) ou mantendo a temperatura em uma banda, implantando o controle de histerese.)

A maioria dos termostatos digitais de uso residencial comum na América do Norte e na Europa são termostatos programáveis , que normalmente fornecem uma economia de energia de 30% se deixados com seus programas padrão; ajustes nesses padrões podem aumentar ou reduzir a economia de energia. O artigo sobre termostato programável fornece informações básicas sobre a operação, seleção e instalação de tal termostato.

Termostatos e operação HVAC

Sequências de ignição em sistemas convencionais modernos

Gás

1. Inicie o ventilador / soprador do indutor de tiragem (se o forno for relativamente recente) para criar uma coluna de ar fluindo pela chaminé
2. Aqueça o ignitor ou inicie o sistema de ignição por centelha
3. Abra a válvula de gás para acender os queimadores principais
4. Espere (se o forno for relativamente recente) até que o trocador de calor esteja na temperatura de operação adequada antes de ligar o ventilador principal ou a bomba circuladora

Óleo

Semelhante ao gás, exceto que em vez de abrir uma válvula, a fornalha iniciará uma bomba de óleo para injetar óleo no queimador

Elétrico

O ventilador do ventilador ou bomba circuladora será iniciado, e um grande relé eletromecânico ou TRIAC ligará os elementos de aquecimento

Carvão, grão ou pellet

Geralmente raro hoje (embora grãos como milho, trigo e cevada ou pellets feitos de madeira, casca de árvore ou papelão estejam aumentando em popularidade); semelhante ao gás, exceto que em vez de abrir uma válvula, a fornalha iniciará uma rosca para conduzir carvão / grãos / pelotas para a fornalha

Com sistemas não zoneados (residencial típico, um termostato para toda a casa), quando os terminais R (ou Rh) e W do termostato estiverem conectados, o forno passará por seu procedimento de inicialização e produzirá calor.

Com sistemas zoneados (alguns residenciais, muitos sistemas comerciais - vários termostatos controlando diferentes "zonas" no prédio), o termostato fará com que pequenos motores elétricos abram válvulas ou amortecedores e liguem o forno ou caldeira se ainda não estiver funcionando.

A maioria dos termostatos programáveis ​​controlará esses sistemas.

Regulagem de combinação de aquecimento / resfriamento

Dependendo do que está sendo controlado, um termostato de ar condicionado de ar forçado geralmente tem uma chave externa para aquecer / desligar / resfriar e outra liga / automática para ligar o ventilador constantemente ou apenas quando o aquecimento e o resfriamento estiverem funcionando. Quatro fios vêm para o termostato localizado centralmente da unidade principal de aquecimento / resfriamento (geralmente localizada em um armário , porão ou, ocasionalmente, no sótão ): Um fio, geralmente vermelho, fornece energia CA de 24 volts para o termostato, enquanto o outro três sinais de controle de alimentação do termostato, geralmente branco para aquecimento, amarelo para resfriamento e verde para ligar o ventilador. A energia é fornecida por um transformador , e quando o termostato faz contato entre a energia de 24 volts e um ou dois dos outros fios, um relé de volta na unidade de aquecimento / resfriamento ativa a função de aquecimento / ventilação / refrigeração correspondente da unidade ( s).

Um termostato, quando definido para "resfriar", só ligará quando a temperatura ambiente da sala ao redor estiver acima da temperatura definida. Assim, se o espaço controlado tiver uma temperatura normalmente acima da desejada quando o sistema de aquecimento / resfriamento estiver desligado, seria aconselhável manter o termostato na posição "cool", independente da temperatura externa. Por outro lado, se a temperatura da área controlada cair abaixo do grau desejado, é aconselhável girar o termostato para "aquecer".

Regulagem da bomba de calor

Tocar mídia

Projeto do termostato

A bomba de calor é um aparelho baseado em refrigeração que inverte o fluxo de refrigerante entre as bobinas internas e externas. Isso é feito energizando uma válvula de reversão (também conhecida como válvula de "4 vias" ou "comutação"). Durante o resfriamento, a serpentina interna é um evaporador que remove o calor do ar interno e o transfere para a serpentina externa, onde é rejeitado para o ar externo. Durante o aquecimento, a bobina externa se torna o evaporador e o calor é removido do ar externo e transferido para o ar interno através da bobina interna. A válvula reversora, controlada pelo termostato, provoca a passagem do calor para o resfriamento. Os termostatos da bomba de calor residencial geralmente têm um terminal "O" para energizar a válvula de reversão no resfriamento. Alguns termostatos de bomba de calor residenciais e muitos comerciais usam um terminal "B" para energizar a válvula de reversão no aquecimento. A capacidade de aquecimento de uma bomba de calor diminui à medida que as temperaturas externas caem. Em alguma temperatura externa (chamada de ponto de equilíbrio), a capacidade do sistema de refrigeração de transferir calor para o prédio fica abaixo das necessidades de aquecimento do prédio. Uma bomba de calor típica é equipada com elementos de aquecimento elétrico para complementar o calor de refrigeração quando a temperatura externa está abaixo desse ponto de equilíbrio. A operação do calor suplementar é controlada por um contato de aquecimento de segundo estágio no termostato da bomba de calor. Durante o aquecimento, a bobina externa está operando a uma temperatura abaixo da temperatura externa e pode ocorrer condensação na bobina. Essa condensação pode então congelar na bobina, reduzindo sua capacidade de transferência de calor. As bombas de calor, portanto, têm uma provisão para degelo ocasional da bobina externa. Isso é feito revertendo o ciclo para o modo de resfriamento, desligando o ventilador externo e energizando os elementos de aquecimento elétrico. O aquecimento elétrico no modo de descongelamento é necessário para evitar que o sistema sopre ar frio para o interior do edifício. Os elementos são então usados ​​na função "reaquecer". Embora o termostato possa indicar que o sistema está em degelo e o aquecimento elétrico ativado, a função de degelo não é controlada pelo termostato. Uma vez que a bomba de calor possui elementos de aquecimento elétricos para suplementar e reaquecer, o termostato da bomba de calor prevê o uso de elementos de aquecimento elétricos em caso de falha do sistema de refrigeração. Esta função é normalmente ativada por um terminal "E" no termostato. Quando em aquecimento de emergência, o termostato não faz nenhuma tentativa de operar o compressor ou o ventilador externo.

Localização do termostato

O termostato não deve ser localizado em uma parede externa ou onde possa ser exposto à luz solar direta a qualquer hora do dia. Ele deve estar localizado longe das aberturas de ventilação ou aquecimento da sala ou do dispositivo, mas exposto ao fluxo de ar geral da (s) sala (s) a ser regulada. Um corredor aberto pode ser mais apropriado para um sistema de zona única, onde salas de estar e quartos funcionam como uma única zona. Se o corredor puder ser fechado por portas dos espaços regulamentados, elas devem ser deixadas abertas quando o sistema estiver em uso. Se o termostato estiver muito próximo da fonte controlada, o sistema tenderá a "abreviar um ciclo", e várias partidas e paradas podem ser irritantes e, em alguns casos, encurtar a vida útil do equipamento. Um sistema de zonas múltiplas pode economizar energia considerável regulando espaços individuais, permitindo que salas não utilizadas variem em temperatura desligando o aquecimento e o resfriamento.

Termostatos fictícios

Foi relatado que muitos termostatos em prédios de escritórios são dispositivos fictícios não funcionais, instalados para dar aos funcionários dos inquilinos uma ilusão de controle . Esses termostatos falsos são, na verdade, um tipo de botão de placebo . No entanto, esses termostatos são freqüentemente usados ​​para detectar a temperatura na zona, mesmo que seus controles estejam desativados. Esta função é freqüentemente chamada de "bloqueio".

Veja também

• Termostato inteligente (e termostato Wi-Fi)
• Controle automático
• Controle liga-desliga
• OpenTherm

Notas e referências

links externos

• Guia de Referência Profissional
• Artigo de 1951 "How A Thermostat Tends Your Furnance" sobre os fundamentos dos termostatos de fornalha automática - esta referência tem bons desenhos e ilustrações.
• Como o Sol afeta um termostato (Energy2D: Simulação Java Online)
• "Como funcionam as válvulas termostáticas de pastilhas de cera" Uma ilustração
• "Diagramas de motores de cera, ou seja," Pellets de cera ""
• "Animation of Bimetallic Switch"