Comportamiento del termostato y modos de falla

Si Zaid es excelente ¿Cómo puedo probar mi termostato? es "Termostatos 101", entonces este podría ser el comienzo de "Termostatos 201"...

Mi VW Jetta TDI (diésel) se ha enfriado (alrededor de una o dos marcas en el indicador de temperatura) en lugar de estar fijado a 190 °; cortesía de la ECU, el indicador realmente no lee la temperatura entre aproximadamente 170 ° F y 210° F se muestra como 190°. La salida del calentador también se ha sentido baja y el motor ha tardado más en calentarse.

En general, me pareció que era un problema del termostato (a diferencia de un problema del sensor de temperatura) ya que el calentador no emitía tanto calor como esperaba y también porque un problema del sensor generalmente va con un indicador de temperatura algo errático. y el mío era bueno y estable, solo bajo.

Entonces, obtuve un nuevo termostato de mi amigable (realmente) tienda NAPA local y lo puse anoche. Después de una prueba de manejo, el problema parecía resuelto: el indicador volvió a 190 ° y tengo mucho calor. Pero no podía dejarlo lo suficientemente bien solo y puse el viejo termostato en una olla de agua con un termómetro y comencé a calentarlo. La especificación del termostato es que se abra a 195° y eso es exactamente lo que hizo. Lo quité de la estufa y cuando la temperatura bajó más allá de los 190 °, el termostato estaba en camino de cerrarse, a los 160 ° estaba cerrado por completo.

Ahora estoy desconcertado. Ver que esto sucede me hace pensar que el viejo termostato podría no ser malo. ¿O está tardando demasiado en cerrarse? Así que fui a dar una vuelta, necesitaba un corte de pelo de todos modos, el nuevo termostato realmente parece estar funcionando mejor.

Entonces, lo que me gustaría entender es:

  • ¿Cómo debería ser la curva de histéresis de un buen termostato? Si comienza a abrirse a, digamos, 195 ° con una temperatura en aumento, ¿debería terminar de cerrarse en el mismo punto en que baja la temperatura?

  • ¿Hay modos de falla además de "atascado abierto" y "atascado cerrado"?

Creo que obtienes un sombrero por esto.
@DucatiKiller - ¿Polímata? No es que esté contando... Pero realmente reemplacé mi termostato anoche.
+1 por incluir el concepto de histéresis en tu pregunta

Respuestas (2)

¿Hay modos de falla además de "atascado abierto" y "atascado cerrado"?

Absolutamente. Esta ha sido la pesadilla de muchos propietarios de E39 M5.

Si el refrigerante puede navegar a través de una ruta de flujo alternativa además de la ruta que se espera que tome, un termostato mecánico modulará la temperatura ligeramente por debajo de lo esperado.

Entonces, ¿qué podría causar esto?

El termostato estará invariablemente asentado en una junta/sello de algún tipo. Si esta junta está pellizcada, tiene el tamaño incorrecto o está floja debido a la edad/fatiga térmica (histéresis real, honesta con Dios), parte del flujo de refrigerante podrá pasar por alto el termostato y hacer funcionar el sistema de enfriamiento general a una temperatura ligeramente más alta. tasa de flujo.

Estoy seguro de que la respuesta a esta pregunta es específica para la marca y el modelo, pero si tiene mucha curiosidad, podría configurar fácilmente un experimento para obtener una aproximación a la respuesta correcta. Realmente dudaría que la histéresis juegue un papel en el termostato de un automóvil de la misma manera que lo hace en un termostato HVAC (ya que el termostato no solo está completamente abierto o completamente cerrado, sino que puede estar en cualquier lugar entre ese espectro).

Probablemente podría ver la diferencia simplemente encontrando la brecha de estado estacionario para varios niveles de temperatura como se describe en el siguiente experimento.

Experimento: encontrar la "curva infinita"

Simplemente compre otro termostato nuevo de NAPA y obtenga un micrómetro para tomar medidas precisas, luego caliente el agua en diferentes recipientes a varias temperaturas diferentes (digamos de 160° a 200° en incrementos de 5°). Deje el termostato en cada recipiente el tiempo suficiente para que alcance un estado estable y mida el espacio con su micrómetro. Repita el experimento con el termostato anterior y luego podrá calcular dos curvas discretas en función de la temperatura ambiente.

Mi hipótesis es que la diferencia entre los dos termostatos probablemente se verá al comparar estas dos curvas, el viejo termostato tiene un espacio menor a 190° que el nuevo. En este paradigma, el modo de falla sería "abierto a la brecha incorrecta a una temperatura dada".

Si las curvas son las mismas, eso significa que la histéresis del termostato es realmente esencial para la regulación de la temperatura, y tendría que idear un experimento para medir las constantes de tiempo de apertura y cierre también en función de la temperatura. Entonces, un modelo de ecuación diferencial lineal de la brecha estaría dado por

dg/dt = (g_inf - g)/g_tau

donde g_inf es la curva calculada en el primer experimento y g_tau es la curva calculada es la curva constante de tiempo.

Y g es la apertura a una temperatura particular? Esto es emocionante, no había razones para el cálculo cuando lo tomé en la universidad; creo que simplemente asumieron que sabría por qué lo necesitaba...
Tiene sentido para mí que los detalles de la respuesta dependan del termostato específico, pero ¿no habría algo en común general que uno podría esperar? Por ejemplo, un termostato que comienza a abrirse en T cuando aumenta la temperatura normalmente necesitará para enfriar a una temperatura T cerrada que es menor que X abierta antes de que esté completamente cerrada. Cuáles son esas temperaturas y la dispersión entre ellas obviamente será diferente, pero ¿se mantendrá la relación general, o es ese comportamiento el signo de una falla?
sí g sería la brecha
¿Esa ecuación modela el tamaño de la brecha o la velocidad a la que la brecha está cambiando o algo completamente diferente?
No estoy realmente seguro de si el termostato de un automóvil es tan sofisticado, según tengo entendido, el mecanismo que abre y cierra el termostato es simplemente la presión de aire dentro del cilindro. Tal vez la física de la transferencia de calor permitiría cierta histéresis aquí (es decir, en términos de tener un Topen más bajo que un Tclose), pero no estoy muy seguro.
en inglés, la ecuación dice que la forma en que la brecha cambia con la temperatura es igual a la diferencia entre la brecha actual y el valor de estado estable de la brecha, multiplicada por la velocidad a la que cambia
Esto es genial, definitivamente volveré a NAPA por un termostato "de repuesto". Afortunadamente, son realmente económicos y la vivienda es aún mejor (no es que necesite otra de esas).
Corrección a mi comentario anterior, el mecanismo que abre y cierra es la fusión de cera (cambiando así la presión) no la presión del aire. El séptimo párrafo debajo de "Termostatos automotrices" en este artículo explica en lenguaje sencillo la dinámica básica que gobierna la ecuación diferencial anterior en.wikipedia.org/wiki/Wax_thermostatic_element