¿Por qué una habitación no se calienta más rápido cuando coloco el termostato del calentador en un valor más alto?

Yo diría que debería calentarse más rápido porque la diferencia de temperatura entre la habitación y el calentador es mayor.

Editar: estoy hablando de un calentador de convección.

Algunos hornos nuevos y la mayoría de los calentadores tienen múltiples salidas de calor (alta/media/baja), así que tal vez la suya esté rota. (¿O "calentador" tiene algún significado físico especial que no sé? No parece una pregunta de "física"...)
Para responder a su pregunta con una pregunta: ¿por qué querría que funcionara así? No se calienta artificialmente tan rápido como es posible cuando el error es solo pequeño
@RichardTingle Bueno, muchos sistemas de retroalimentación simples que conocemos son sistemas "proporcionales" que hacen exactamente esto.
Cualquier calentador que hiciera eso estaría mal diseñado. Si realmente quiero que la habitación alcance los 70 grados lo más rápido posible, tengo que configurarlo en 90 grados, luego esperar hasta que llegue a 70 y luego configurarlo en 70? Si quisiera tener que vigilar la temperatura y cambiar las cosas en función de ella, ¿por qué tengo un termostato?
@RichardTingle Así es como funcionan la mayoría de las unidades de aire acondicionado/bombas de calor accionadas por inversor. Al reducir la velocidad cuando se acerca a la temperatura establecida, puede funcionar a una velocidad baja constante en lugar de encenderse y apagarse. Ayuda a reducir el efecto de "viento frío" y funciona de manera más eficiente.
@Alguien correcto, para evitar sobrepasar y mantener un valor constante. Pero si está a 5 o 1000 grados de distancia, aún debería calentar tanto como pueda. Si está a 0,5 grados de distancia, entonces es suficiente reducir la velocidad para evitar el exceso
Hay un artículo interesante ("Two Theories of Home Heat Control", Kempton 1986) que estudia los modelos mentales que la gente desarrolla sobre cómo funcionan los termostatos. Los datos son escasos, pero el autor estima que entre el 25 % y el 50 % de los estadounidenses creen que establecer una temperatura más alta calentará la habitación más rápido.
Si es una unidad de dos etapas, lo hará. Pero por lo general no porque está configurado más alto. Cambiará a la segunda etapa si funciona lo suficiente.
Tuve un inquilino que no podía entender esto. Siente frío, gira el dial hacia arriba. Siente calor, todo el camino. Entonces quéjate de la factura de servicios públicos de ochocientos dólares.
En realidad, mi coche funciona de esta manera. Tiene un controlador de temperatura "inteligente". (Creo que la mayoría de la gente lo llamaría "tonto", pero el fabricante piensa que es "inteligente").
Nota: Esto puede ser diferente de termostato a "termostato". Los termostatos especialmente mecánicos (en contraste con los electrónicos) (generalmente basados ​​en la expansión térmica) (típicos para la calefacción central basada en agua caliente) son de calidad variable. Un buen termostato mecánico tiene un rango de funcionamiento de 1°C, lo que significa que la temperatura ambiente es 0,5°C por debajo de la válvula seleccionada está completamente abierta y 0,5°C por encima de la válvula seleccionada está completamente cerrada y, de lo contrario, algún valor intermedio. Sin embargo, los "termostatos" muy baratos o muy viejos pueden actuar como usted espera: "Temperatura media" podría significar "válvula media abierta" para ellos, independientemente de la temperatura.
@David: Es probable que sea cierto con un sistema de bomba de calor que tiene "calor em" eléctrico de respaldo: el termostato generalmente activa este último cuando la temperatura actual y la temperatura objetivo difieren en más de unos pocos grados.
FWIW esto no es realmente una pregunta de física, más sobre ingeniería y los principios de diseño/operación de las cosas cotidianas.
@AnthonyX cuando publiqué esta pregunta, pensé que la explicación sería física en lugar de "un termostato no funciona como crees".

Respuestas (4)

Porque solo está cambiando la temperatura a la que se supone que el calentador debe dejar de funcionar.

Siempre está trabajando a la misma potencia, independientemente de la diferencia de temperatura. Pero para una temperatura más alta, tendrá que calentar a esta misma potencia durante más tiempo.

En resumen: no cambia la diferencia de temperatura entre el calentador y la habitación.

Oh, eso es en lo que me equivoqué todo el tiempo. Estaba asumiendo que el calentador calentaría a una temperatura más alta cuando puse el termostato en una configuración más alta hasta que se alcanzó esa temperatura. No sabía que los calentadores siempre funcionarían a la máxima potencia, independientemente de la configuración. Gracias por aclararlo.
@Limechime Lo mismo ocurre generalmente con los microondas. Cuando configura un microondas al 50 % de potencia y 3 minutos, en realidad no funciona al 50 % de potencia continuamente durante 3 minutos, funciona al 100 % de potencia solo el 50 % del tiempo, generalmente alternando entre apagado y encendido completo durante ~15 segundos a la vez; lo que generalmente hace que el sonido del microondas cambie cada vez que se enciende o apaga.
Muchas cosas, incluidos los calentadores, los hornos de microondas y los acondicionadores de aire, utilizan una técnica de modulación de ancho de pulso binaria de grano muy grueso. El elemento calefactor/magnetrón/compresor está apagado o encendido. El mecanismo de control lo apaga (varios segundos o más) y lo enciende (varios segundos o más) para lograr el nivel de temperatura/potencia deseado. Esto es algo que el Dr. Fred Brooks menciona en "El diseño del diseño". La mayoría de la gente NO entiende esto. Una vez que lo hacen, muchos comportamientos ya no tienen sentido (enfriar el aire acondicionado, tratar de enfriar la habitación más rápido, etc.).
@Limechime: Piénselo de esta manera: si piso el pedal a fondo, mi automóvil acelerará al mismo ritmo de 0 a 100 km/h, independientemente de si estoy tratando de alcanzar una velocidad máxima de 100 km/ ho 200 km/h.
A menos que tenga un horno con amortiguación instalado.
Si su electrodoméstico tiene una configuración de "intensidad", modificarla cambiará la temperatura más rápido. Por ejemplo, el aire acondicionado de mi auto tiene un control separado de temperatura y de intensidad del ventilador. Para enfriar el auto más rápido, uso el segundo.
Otro electrodoméstico donde esto sucede con un efecto calamitoso son los hornos regulares.
@StellaBiderman esto no es completamente cierto: si el ventilador del automóvil sopla con más fuerza, el aire que sale de las rejillas de ventilación no es tan frío como si soplara con menos fuerza. Pero obtienes más aire, y llega más rápido al auto. El elemento de enfriamiento elimina una cantidad fija de calor del aire, ya sea que se mueva una pequeña cantidad de aire sobre él o mucho. Lo mismo con la calefacción. Entonces, si tiene frío, poner el ventilador en alto puede hacer que sienta frío, incluso si está proporcionando calor. El aire en movimiento lo enfriará (pero no el interior del automóvil) incluso sin aire acondicionado, porque suda (y el automóvil no). Otra área de confusión.
@nocomprende gracias por la información. Supongo que no había pensado en eso, pero lo que has dicho me parece correcto.
Muchos calefactores domésticos portátiles tienen un ajuste bajo/medio/alto Y un termostato. el termostato sigue siendo binario pero alto calentará la habitación a esa temperatura más rápidamente. Además, mi automóvil (Chevy Volt) hace exactamente lo que usted sugiere: a medida que se acerca a la temperatura, el calor y el ventilador se apagan, pero no se apagan para conservar electricidad.
@Shufflepants: la mayoría de los microondas. Una vez me sorprendió encontrar uno que realmente reducía la potencia de salida en lugar del ciclismo.
@Limechime - "Supuse que el calentador se calentaría a una temperatura más alta cuando puse el termostato en una configuración más alta" Bueno, algunos lo hacen. Se llaman calentadores proporcionales. Pero tales calentadores simplemente no se encuentran como calentadores de habitaciones. Es mucho más económico usar un calentador de calor único y encenderlo y apagarlo según sea necesario. Esto produce ligeros cambios de temperatura, pero nadie se da cuenta.
Para los hornos de microondas, esto es realmente molesto, ya que el punto central de la baja potencia es que algunos alimentos se arruinan por demasiada potencia. A menos que no recuerde correctamente, los primeros modelos realmente tenían diferentes configuraciones de energía, y la mayoría de los modernos (al menos económicos) solo hacen el PWM grueso.
@Shufflepants Algunos microondas en estos días realmente aumentan la potencia. Calentamiento más uniforme y no escucha el ciclo de encendido y apagado de la unidad. El nuestro también compartirá el circuito con otro aparato de alta potencia cuando esté en una configuración de baja potencia.
En caso de que alguien esté interesado... para que los sistemas como este obtengan el valor objetivo con la mayor precisión posible, casi siempre es necesario implementar un bucle proporcional-integral-derivado en el sistema basado en la retroalimentación de los sensores, simplemente encendiéndolo y apagándolo basado en un valor establecido rara vez funciona para sistemas de algo por encima de un nivel de complejidad relativamente bajo.
@Flater Una analogía aún más obvia podría ser el control de crucero. Un termostato funciona como un control de crucero.
@henning: En realidad, eso no es cierto para mi control de crucero (Mini One, CC de BMW). Cuanto mayor sea la diferencia de velocidad, más rápido acelerará/desacelerará el automóvil (hasta cierto punto, por supuesto). Si paso de una zona de 90 km/h a una de 120 km/h, a menudo la configuro en 130-140 hasta que llego a 120. Es notablemente más rápido. Pero mi control de crucero tiene otras características, como permitirme cambiar de marcha (sin que detenga el CC) y tiene acceso a los frenos de mi auto para desacelerar. Según tengo entendido, ese no es el caso para todos los CC.

El termostato de un calentador suele ser un dispositivo de encendido y apagado. Detecta la temperatura de la habitación y hace funcionar el calefactor a máxima potencia siempre que la habitación esté más fría que la temperatura deseada. Si la habitación está más caliente que la temperatura objetivo, el termostato apaga el calentador.

(En un intervalo de temperatura estrecho alrededor de la temperatura objetivo, el termostato generalmente permanecerá en el estado que tenía la última vez que la temperatura estuvo fuera del intervalo objetivo, de modo que no se encenderá y apagará incesantemente en función de fracciones de grados de diferencia) .

Su descripción parece que espera que el termostato se base en la temperatura del elemento calefactor dentro del calentador, pero los fabricantes hacen todo lo posible para evitar eso y, en cambio, dejan que detecte la temperatura real del aire en la habitación, ya que eso es lo que usted como el usuario realmente tiene una preferencia por.

Siempre me equivocaba en la última parte. Pensé que subir el termostato hacía que el calentador estuviera más caliente mientras calentaba la habitación hasta alcanzar cierta temperatura.
@Limechime Algunos sistemas de control son así; es decir, cuanto mayor sea la señal de error (en este caso, la diferencia entre el ajuste del termostato y la temperatura real), más difícil será que el controlador impulse la corrección, y el impulso se relajará a medida que el error disminuya. Pero los calentadores generalmente no son así; uno quiere que el error se corrija lo más rápido posible (la habitación tiene que llegar a la temperatura deseada lo antes posible) y eso significa que el calentador funciona lo más fuerte posible. Minimizar el error lo más rápido posible no siempre es deseable: puede dar lugar a una dinámica inestable.
la palabra de moda más utilizada es control bang-bang (en lugar de encendido-apagado).
Aunque algunos hornos de alta tecnología (como el Lennox que instalé hace unos años en mi casa) tienen una salida de calor variable basada en la entrada de un termostato inteligente, y cambian la cantidad de calor que sale según la cantidad de hay una diferencia entre el punto de referencia y la temperatura ambiente real. Entonces, mientras está cerca del punto de referencia, mi horno funciona a baja temperatura, pero si lo ajusto para que tenga varios grados de diferencia, aumentará y funcionará a una salida de calor más alta hasta que se acerque al punto de referencia, luego disminuirá. a una salida de calor menos intensa.
Lo que lo lleva al mundo de los controladores PID (o sus contrapartes digitales). P roporcional: cuanto más lejos está, más intenta llegar al objetivo (pero para un calentador, esto se ajusta a la salida máxima con bastante rapidez); Integral : elimina un error de "compensación fija" que es común solo para proporcional; D erivativo: amortigua las oscilaciones por encima y por debajo del valor objetivo (ver PID en Wiki ).
@Milwrdfan Solía ​​tener un horno de dos etapas con un termostato de una etapa: funcionaba a nivel bajo durante 15 minutos y luego cambiaba a alto. La próxima vez funcionaría en alto, y si se detenía en menos de 5 minutos, volvería a funcionar en bajo. A veces de ida y vuelta, una y otra vez. Algo en lo que quedar atrapado mientras se medita durante mucho tiempo...
Tengo un calefactor independiente que detecta la temperatura del calefactor, por lo que subirlo más hace que la habitación se caliente más rápido. ¡Me imagino que eso es típico de los calentadores independientes simplemente porque no hay otro lugar para colocar el sensor!
Dado que esos sensores deben estar en el cuerpo de un calentador que tiene una temperatura muy alta, es difícil estimar realmente la temperatura de la habitación. Haciéndolos un poco una mala elección.

Para agregar a las buenas respuestas ...

El OP dice en una edición que solo están hablando de un calentador de convección. Si el calentador solo tiene un elemento calefactor, entonces las respuestas sobre cuándo se apaga el termostato son en general ciertas.

Sin embargo, si el calentador tiene varios elementos calefactores, puede encender más de ellos. Las chimeneas eléctricas antiguas en el Reino Unido normalmente tenían hasta 3 elementos calefactores. Cuanto más calor apague el fuego, más rápido alcanzará la temperatura.

El mismo principio se aplica también a los sistemas de calefacción central. La mayoría de las calderas permiten regular la temperatura del agua que circula por los radiadores. Si aumenta la temperatura aquí, todos sus radiadores ahora estarán más calientes y las habitaciones se calentarán más rápidamente. Sin embargo, tenga en cuenta que esto puede ser un verdadero peligro para la seguridad, especialmente si hay niños pequeños en la casa.

Por supuesto, esto supone que el aire del calentador se mezcla uniformemente en toda la habitación. Esto no siempre es cierto si, por ejemplo, tiene un calentador pequeño en una habitación grande. En este caso, es posible que desee girar el termostato al máximo hasta que las esquinas de la habitación estén bastante calientes y el centro de la habitación esté demasiado caliente. Luego puede reducir el termostato a una temperatura de "estado estable" más sensible y permitir que la circulación de aire normal equilibre la temperatura.

Tenga en cuenta que al hacer esto, técnicamente está aplicando el "control de avance": con un sistema de control que no ofrece exactamente lo que desea, ahora está ajustando el punto de ajuste del sistema de control para permitir lo que el sistema debería estar haciendo en futuro.

Además de las respuestas, simulé una configuración de ejemplo para mostrar las diferencias. En su caso, solo cambia el valor de referencia del controlador.

Tengo problemas con imgur, así que también publiqué imágenes en línea.

Modelo: https://s18.postimg.org/71vo9wq0p/image.png

Trama: https://s18.postimg.org/rm0i8el7d/image.png

Comparación: https://s18.postimg.org/4xbb8tw3t/image.png

Modelo Gráfico de temperatura Comparación de 2 valores de referencia diferentes

¿Por qué una habitación no se calienta más rápido cuando coloco el termostato del calentador en un valor más alto?
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