He creado este tema para compartir los datos que he sacado sobre calentadores en los acuarios. En concreto, cuando se usan de manera sobredimensionada.
Lo básico
El funcionamiento de los calentadores básicos. El calentador genera calor por efecto Joule haciendo pasar toda la corriente que recibe por un elemento resistivo. Este método de generar calor es el menos eficiente, pero a la vez el más simple. Teniendo en cuenta el tamaño habitual de los acuarios, no tiene gran impacto en la factura de electricidad.
Siguiendo la premisa de la simplicidad, no hay ningún elemento que controle la intensidad que llega al elemento resistivo por lo que siempre caliente a máxima potencia. Esto hace que el agua siga calentándose hasta que el calentador no logre aportar energía al acuario. El sistema más simple para controlar la temperatura es un termostato, que una vez alcanzada la temperatura deseada apaga el calentador. Este método implica la aparición del concepto de histéresis.
La histéresis es el rango por el que la temperatura se desplazará entre los apagados y encendidos del calentador. Un valor habitual puede ser 1ºC. Esto implica que si programamos el calentador a 25 ºC y empieza a bajar la temperatura, el calentador no se encenderá hasta que llegue a los 24ºC. Después el acuario se irá calentándose y se apagará cuando llegue a los 25ºC. El resultado es que la temperatura no es constante, si no que varía en forma de diente de sierra.
Como resultado de estas oscilaciones, se podría decir que la temperatura media del acuario es de 24,5 ºC en lugar de los 25ºC a los que está programado el termostato.
Estas oscilaciones se deben a la forma de trabajar del termostato que enciende al 100% el calentador o lo apaga. Este es un comportamiento digital en contraposición al analógico, que sería el idóneo.
Si la gráfica anterior la ponemos junto a la de encendido del calentador tenemos la siguiente:
Si el comportamiento del calentador fuese analógico y pudiéramos ponerlo de manera constante a un determinado porcentaje, por ejemplo 37%, se alcanzaría una temperatura estable y ambas gráficas serían líneas horizontales.
La potencia
La potencia del calentador refleja la capacidad de calentar el acuario e incide directamente en el tiempo necesario en alcanzar la temperatura objetivo. Esto último, siempre que el calor aportado al acuario sea mayor que el calor perdido.
En la gráfica anterior de diente de sierra utilizada para mostrar el comportamiento del termostato, se refleja un comportamiento ideal en el que el calentador aumenta la temperatura a la misma velocidad que el acuario la pierde cuando este se apaga. Este comportamiento puede llegar a observarse, pero muy puntualmente. Lo normal es que ambos segmentos tengan pendientes distintas.
Veamos las siguientes gráfica con datos reales de un acuario obviando el hecho de que la primera no llega a la temperatura objetivo de 25ºC (explicaré más tarde por qué no llegaba). Ambas gráficas comprenden un intervalo de 24 horas.
Lo que se observa en primera instancia es que la pendiente ascendente es mayor en la primera gráfica. Esto hace que se alcance antes la temperatura objetivo a base de un aumento más rápido de la temperatura del acuario. En esta gráfica se estaba calentando el acuario con 250 W. Como consecuencia, la temperatura objetivo de 25 ºC se alcanza más veces en el mismo período de tiempo, pero a base de someter al acuario a variaciones más rápidas de temperatura.
En la segunda gráfica se cambió a 100 W y al acuario le cuesta más trabajo calentarse ya que el incremento de temperatura por unidad de tiempo es menor. Esto favorece la aclimatación de los habitantes del acuario, viéndose sometidos a cambios menos bruscos.
Hay otro efecto que también se aprecia en la primera gráfica. A partir de las 15:00, la bajada de temperatura con el calentador apagado se hace más lenta. Esto se debe a que empieza el fotoperiodo y los focos aportan algo de calor al acuario de manera constante, que puede traducirse en que pierde calor más lentamente.
Teniendo el calentador de 100 W, cuando el invierno avance y baje la temperatura ambiente, la pendiente ascendente será cada vez menor, hasta llegar a ser una línea casi horizontal que nunca alcance la temperatura objetivo. Esto indicará que el calentador nunca se apaga. Si la temperatura exterior sigue bajando, el acuario también bajará porque el calentador ya no aportará suficiente calor. Hará falta añadir otro calentador o sustituirlo por otro más potente.
Antes he comentado que en la primera gráfica no llega a la temperatura objetivo. Realmente, el termostáto (STC-1000) sí estaba llegando a ella, pero estas gráficas están sacadas desde otra sonda distinta a la del termostáto. En el cambio de aparatos, primero estaba con el de 100W, los sensores quedaron separados, estando el de monitorización más alejados de los calentadores que el del termostato. Esto deja patente que existe una gradiente termico en el acuario, convirtiéndose el calentador en un punto caliente respecto al resto del agua. Hay que estudiar mucho la circulación del agua para evitar esto y evitar cambios bruscos para los habitatntes. En este sentido los calentadores ideales son los calificados “en línea”, que se intercalan en las tuberías del sistema de filtración.
Conclusión
Utilizar un calentador sobredimensionado hará que esté apagándose y encendiéndose de manera constante, causando cambios bruscos de temperatura. Si se ajusta la histéresis, la amplitud de estos cambios será menos, pero la frecuencia seguirá siendo alta.
Un calentador de menor potencia, pero acorde al volumen del acuario y la temperatura exterior (ambos factores son importantes) permitirá cambios más suaves y una mejor aclimatación de los habitantes.
Lo básico
El funcionamiento de los calentadores básicos. El calentador genera calor por efecto Joule haciendo pasar toda la corriente que recibe por un elemento resistivo. Este método de generar calor es el menos eficiente, pero a la vez el más simple. Teniendo en cuenta el tamaño habitual de los acuarios, no tiene gran impacto en la factura de electricidad.
Siguiendo la premisa de la simplicidad, no hay ningún elemento que controle la intensidad que llega al elemento resistivo por lo que siempre caliente a máxima potencia. Esto hace que el agua siga calentándose hasta que el calentador no logre aportar energía al acuario. El sistema más simple para controlar la temperatura es un termostato, que una vez alcanzada la temperatura deseada apaga el calentador. Este método implica la aparición del concepto de histéresis.
La histéresis es el rango por el que la temperatura se desplazará entre los apagados y encendidos del calentador. Un valor habitual puede ser 1ºC. Esto implica que si programamos el calentador a 25 ºC y empieza a bajar la temperatura, el calentador no se encenderá hasta que llegue a los 24ºC. Después el acuario se irá calentándose y se apagará cuando llegue a los 25ºC. El resultado es que la temperatura no es constante, si no que varía en forma de diente de sierra.
Como resultado de estas oscilaciones, se podría decir que la temperatura media del acuario es de 24,5 ºC en lugar de los 25ºC a los que está programado el termostato.
Estas oscilaciones se deben a la forma de trabajar del termostato que enciende al 100% el calentador o lo apaga. Este es un comportamiento digital en contraposición al analógico, que sería el idóneo.
Si la gráfica anterior la ponemos junto a la de encendido del calentador tenemos la siguiente:
Si el comportamiento del calentador fuese analógico y pudiéramos ponerlo de manera constante a un determinado porcentaje, por ejemplo 37%, se alcanzaría una temperatura estable y ambas gráficas serían líneas horizontales.
La potencia
La potencia del calentador refleja la capacidad de calentar el acuario e incide directamente en el tiempo necesario en alcanzar la temperatura objetivo. Esto último, siempre que el calor aportado al acuario sea mayor que el calor perdido.
En la gráfica anterior de diente de sierra utilizada para mostrar el comportamiento del termostato, se refleja un comportamiento ideal en el que el calentador aumenta la temperatura a la misma velocidad que el acuario la pierde cuando este se apaga. Este comportamiento puede llegar a observarse, pero muy puntualmente. Lo normal es que ambos segmentos tengan pendientes distintas.
Veamos las siguientes gráfica con datos reales de un acuario obviando el hecho de que la primera no llega a la temperatura objetivo de 25ºC (explicaré más tarde por qué no llegaba). Ambas gráficas comprenden un intervalo de 24 horas.
Lo que se observa en primera instancia es que la pendiente ascendente es mayor en la primera gráfica. Esto hace que se alcance antes la temperatura objetivo a base de un aumento más rápido de la temperatura del acuario. En esta gráfica se estaba calentando el acuario con 250 W. Como consecuencia, la temperatura objetivo de 25 ºC se alcanza más veces en el mismo período de tiempo, pero a base de someter al acuario a variaciones más rápidas de temperatura.
En la segunda gráfica se cambió a 100 W y al acuario le cuesta más trabajo calentarse ya que el incremento de temperatura por unidad de tiempo es menor. Esto favorece la aclimatación de los habitantes del acuario, viéndose sometidos a cambios menos bruscos.
Hay otro efecto que también se aprecia en la primera gráfica. A partir de las 15:00, la bajada de temperatura con el calentador apagado se hace más lenta. Esto se debe a que empieza el fotoperiodo y los focos aportan algo de calor al acuario de manera constante, que puede traducirse en que pierde calor más lentamente.
Teniendo el calentador de 100 W, cuando el invierno avance y baje la temperatura ambiente, la pendiente ascendente será cada vez menor, hasta llegar a ser una línea casi horizontal que nunca alcance la temperatura objetivo. Esto indicará que el calentador nunca se apaga. Si la temperatura exterior sigue bajando, el acuario también bajará porque el calentador ya no aportará suficiente calor. Hará falta añadir otro calentador o sustituirlo por otro más potente.
Antes he comentado que en la primera gráfica no llega a la temperatura objetivo. Realmente, el termostáto (STC-1000) sí estaba llegando a ella, pero estas gráficas están sacadas desde otra sonda distinta a la del termostáto. En el cambio de aparatos, primero estaba con el de 100W, los sensores quedaron separados, estando el de monitorización más alejados de los calentadores que el del termostato. Esto deja patente que existe una gradiente termico en el acuario, convirtiéndose el calentador en un punto caliente respecto al resto del agua. Hay que estudiar mucho la circulación del agua para evitar esto y evitar cambios bruscos para los habitatntes. En este sentido los calentadores ideales son los calificados “en línea”, que se intercalan en las tuberías del sistema de filtración.
Conclusión
Utilizar un calentador sobredimensionado hará que esté apagándose y encendiéndose de manera constante, causando cambios bruscos de temperatura. Si se ajusta la histéresis, la amplitud de estos cambios será menos, pero la frecuencia seguirá siendo alta.
Un calentador de menor potencia, pero acorde al volumen del acuario y la temperatura exterior (ambos factores son importantes) permitirá cambios más suaves y una mejor aclimatación de los habitantes.
... la integración.
y se supone que el diseño de los termo