Circuito detector de calor y principio de funcionamiento con aplicaciones

En la vida cotidiana, nos hemos familiarizado con ser testigos de numerosos incidentes de incendios ocurridos en industrias manufactureras, organizaciones, empresas, complejos comerciales y lugares residenciales debido a diversas razones, y que se han convertido en titulares de los principales periódicos. Estos incidentes de incendio suelen provocar la pérdida de bienes o dinero y causan lesiones graves o víctimas mortales. Para evitar estos incidentes y minimizar las pérdidas por incendio, el desarrollo de un buen sistema de seguridad/protección sigue siendo la mejor opción. Este sistema puede desarrollarse diseñando un prototipo mejor en forma de algunos proyectos de electrónica de última generación que utilicen sensores de calor o detectores de calor. Estos diseños basados en sensores incluyen robots de extinción de incendios, circuitos automáticos de detección de calor para evitar que se produzcan accidentes por fuego.

Detector de calor

Un detector de calor puede definirse como un elemento o dispositivo que detecta cambios de calor o fuego. Si el detector de calor detecta un cambio en el calor (que supera los límites de los valores nominales del detector de calor), el detector de calor genera una señal para avisar o activar un sistema de seguridad o protección para extinguir o evitar el incendio. Hay diferentes tipos de sensores térmicos, clasificados según diferentes criterios, como la capacidad de resistencia al calor, la naturaleza de la capacidad de detección del calor, etc. Además, los sensores de calor se clasifican en diferentes tipos que incluyen sensores de calor analógicos y sensores de calor digitales.

Circuito de detección de calor

El detector de calor es capaz de detectar el calor (la variación de calor depende de las características del detector de calor utilizado). Sin embargo, es necesario diseñar un circuito que active un sistema de alarma para señalar una variación de fuego o calor y alertar al sistema de seguridad o protección. El circuito detector de calor puede diseñarse utilizando un sensor de calor.

Estos detectores de calor se clasifican principalmente en dos tipos según su funcionamiento y son "detectores de calor de velocidad creciente" y "detectores de calor de temperatura fija".

Detectores de calor de velocidad creciente

Estos detectores de calor funcionan independientemente de la temperatura inicial, para un rápido aumento de la temperatura de los elementos de 6,7 a 8,3 °C (12° a 15°F) por minuto. Si el umbral de este tipo de detectores de calor es fijo, también pueden funcionar en condiciones de incendio a baja temperatura. Este detector de calor está formado por dos termopares o termistores sensibles al calor. Un termopar se utiliza para controlar el calor transferido por convección o radiación. El otro termopar responde a la temperatura ambiente. El detector de calor responde siempre que la temperatura del primer termopar aumenta con respecto a la del otro.

Los detectores de calor ascendente no responden a las bajas tasas de liberación de energía de los incendios que se desarrollan deliberadamente. Los detectores combinados añaden un elemento de temperatura fija que puede utilizarse para detectar incendios de desarrollo lento. Este elemento responde siempre que el elemento de temperatura fija alcanza el umbral de diseño.

Detectores de calor de temperatura fija

Es el detector de calor más utilizado. Cada vez que cambia la temperatura o el calor, el punto eutéctico de la aleación eutéctica sensible al calor cambia de sólido a líquido y así funcionan los detectores de temperatura fija. Normalmente, para los puntos de temperatura fijos conectados eléctricamente es de 136,4 grados F o 58 grados C.

El principio de funcionamiento del circuito detector de calor

En la figura se muestra un sencillo circuito detector de calor que puede utilizarse como sensor de calor. En este esquema de circuito del detector de calor, se forma un circuito divisor de potencial con una conexión en serie del termistor y una resistencia de 100 ohmios. Si se utiliza un termistor de tipo N.T.C. (coeficiente de temperatura negativo), la resistencia del termistor disminuye después del calentamiento. Por lo tanto, fluye más corriente a través del circuito divisor de potencial formado por el termistor y la resistencia de 100 ohmios. Como resultado, aparece una tensión más alta en la unión entre el termistor y la resistencia.

Consideremos un termistor de 110 Ohm y, tras el calentamiento, su valor de resistencia se convierte en 90 Ohm. Entonces, según el circuito de potencial dividido, que es un concepto popular, es decir, el divisor de tensión: la tensión a través de una resistencia y la relación entre el valor de esa resistencia y la suma de las resistencias para la tensión a través de la combinación en serie son iguales. La relación entrada-salida de este sistema de circuitos de detección de calor adopta la forma de una relación entre la tensión de salida y la tensión de entrada, que viene dada por el concepto de divisor de tensión en este concepto concreto.

Por último, la tensión de salida se aplica al transistor NPN que aparece en el circuito a través de una resistencia. Para mantener la tensión del emisor a 4,7 voltios se utiliza un diodo zener, que puede utilizarse comparativamente. Si la tensión de base es mayor que la de emisor, el transistor comienza a conducir. Esto se debe a que el transistor recibe una tensión de base superior a 4,7 voltios y se conecta un zumbador para completar el circuito detector de calor, que se utiliza para producir un sonido.

Circuito de detección de calor con SCR y LED

El circuito de detección de calor está diseñado con un termistor, pero en lugar de utilizar un transistor y un zumbador, se utiliza un SCR y un LED. El SCR está conectado en serie con el LED. El LED se utiliza como elemento de alarma. El LED rojo conectado al circuito se enciende para indicar la variación significativa de calor detectada por el termistor.

En general, el termistor ofrece una resistencia muy alta (aproximadamente igual a su valor nominal de 100KΩ) a temperatura ambiente. Debido a esta altísima resistencia, prácticamente no fluye la corriente. En consecuencia, no se envía ningún impulso de disparo al terminal de la puerta del SCR. Sin embargo, si el termistor detecta una cantidad importante de calor, su resistencia disminuye considerablemente. Así, una cantidad suficiente de corriente fluye por el circuito y el terminal de la puerta del SCR se activa. Por tanto, el LED conectado en serie con el SCR se enciende para señalar el cambio de calor.

Del mismo modo, podemos realizar proyectos de electrónica para desarrollar diferentes circuitos de detección de calor. Aquí hemos hablado principalmente del circuito detector de calor con una alarma sonora activada por un transistor; podemos utilizar un SCR en lugar del transistor. De este modo, la combinación de elementos de alarma y activación puede modificarse para implementar en la práctica distintos tipos de circuitos de detección de calor. Este circuito de detección de calor puede modificarse cambiando el elemento de salida del zumbador o del LED por otras cargas. Por ejemplo, podemos utilizar un circuito de detección de calor específico con ciertos límites que encienda un ventilador, una enfriadora o un aire acondicionado al detectar un cambio de calor.

Aplicación práctica del circuito detector de calor

El robot de extinción de incendios controlado por un transmisor y un receptor de radiofrecuencia es un ejemplo sencillo de diseño electrónico que representa una aplicación práctica del detector de calor. El circuito consta de un detector de calor (termistor) conectado al microcontrolador del bloque receptor que interactúa con el vehículo robótico. En condiciones normales de temperatura ambiente, el detector de calor del robot no proporciona ninguna señal al microcontrolador y, por tanto, la bomba permanece desconectada.

Si el detector de calor detecta un cambio considerable, envía una señal al microcontrolador. Además, el microcontrolador envía una señal a la bomba a través de un relé para activarla y extinguir el fuego (si está presente). De este modo, se puede utilizar un detector de calor en sistemas embebidos en tiempo real basados en un proyecto de vehículo robótico contra incendios y en un proyecto de controlador de temperatura industrial.

Este vehículo robótico puede controlarse mediante tecnología de radiofrecuencia, que consiste en un transmisor y un receptor de radiofrecuencia. El controlador puede utilizar el transmisor de radiofrecuencia para enviar órdenes al vehículo robótico para que se mueva en una dirección concreta: izquierda o derecha, hacia delante o hacia atrás, y también para arrancar o parar el vehículo robótico. El receptor de RF conectado al vehículo robótico recibe estas órdenes. Estas órdenes se transmiten al microcontrolador, que a su vez controla la dirección del motor a través de un CI controlador del motor.

Esperamos que con este artículo hayas obtenido una información muy breve, pero muy útil y práctica, sobre los circuitos sensores de calor y su principio de funcionamiento. Si conoces alguna otra aplicación práctica de los detectores de calor, por favor, comparte tus conocimientos técnicos publicándolos en la sección de comentarios de abajo para mejorar los conocimientos de otros lectores y también para animar a otros a compartir sus opiniones y dudas sobre el trabajo del proyecto de ingeniería del año pasado.