Poner el calor en la estufa eléctrica

Question

Esto puede parecer una pregunta extraña, pero me molestó por un tiempo:

Supongo que las estufas eléctricas (las que tienen las bobinas que se calientan) funcionan sólo con una resistencia que se calienta. Si se está calentando, entonces debe estar usando mucha energía por lo que sería una resistencia bastante baja, pero el elemento calefactor seguiría teniendo una resistencia más alta que los cables por lo que el elemento calefactor es lo que se calienta. Pero para cambiar el calor si la estufa debe tener una resistencia variable, ¿por qué la resistencia variable no se calienta realmente cuando bajas el calor?

¿Estoy realmente equivocado sobre cómo funciona todo esto?

Answer 1

La potencia de la placa de cocción suele controlarse mediante un controlador termomecánico de ciclo de trabajo.

Figura 1. Parte de un regulador de potencia de una placa de cocina.

El control consta de tres partes.

1. Un pequeño elemento calefactor que se enciende con la placa de cocción.
2. Un contacto de interruptor que contiene una banda bimetálica. Está diseñado para conmutar súbitamente a una determinada temperatura y ofrecer un cierre o una apertura rápida del contacto para evitar las chispas.
3. Un mecanismo de ajuste accionado por el pomo. Esto modifica la temperatura a la que el interruptor conmutará.

Funcionamiento normal:

• Al encender la placa de cocción está fría y la tira bimetálica también. El contacto está cerrado. La energía fluye a la placa de cocción y al calentador.
• Después de unos 20 s, el calentador ha calentado el contacto lo suficiente como para activar el interruptor. Éste se abre, se quita la energía de la placa de cocción y del calentador de contacto. Ambos se enfrían.
• Tras otro retardo, la banda bimetálica volverá a cerrar el contacto y el ciclo se repetirá.

Este tipo de control es un control de encendido y apagado con un ciclo de trabajo ajustable (el porcentaje de tiempo que la energía está encendida). Funciona bien para una cocina, ya que la masa térmica de la placa, las ollas y las sartenes suele ser lo suficientemente alta como para que una ráfaga de calor de 10 s no provoque una fluctuación demasiado rápida de la temperatura.

Tenga en cuenta que este tipo de control no tiene ni idea de lo que hay en la placa de cocción ni de si la placa está conectada. No controla la olla temperatura - sólo el poder alimentado a la placa de cocción - y realmente es sólo un temporizador de ciclo de trabajo ajustable. Por lo tanto, para un ajuste determinado, una olla pequeña se calentará mucho más que una sartén ancha que pueda irradiar el calor. El ajuste de la potencia lo determina el cocinero según su experiencia.

Pero para cambiar el calor si la estufa debe haber una resistencia variable, ¿por qué la resistencia variable no se calienta realmente cuando se baja el calor?

Tienes razón en que una resistencia variable se calentaría mucho. A media potencia estaría disipando tanta energía como la propia placa de cocción. El control de encendido y apagado es mucho más eficiente y apenas consume energía.

Tenga en cuenta que esta técnica de impulsos puede utilizarse a muy alta frecuencia para atenuar las luces o controlar la velocidad de un motor. En estas aplicaciones se denomina modulación por ancho de pulso. La frecuencia de los pulsos se elige, por ejemplo, para que en el caso de la iluminación no haya parpadeos visibles o, en el caso de un motor, para que no provoque vibraciones.

Figura 2. Una señal PWM que da 80% de potencia, 20%, 80% y cero de potencia.

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Banda bimetálica

Figura 3. Una banda bimetálica está formada por dos metales distintos de diferente coeficiente de dilatación unidos entre sí. A medida que aumenta la temperatura, la banda se vuelve convexa en el lado con el metal de mayor coeficiente de dilatación.

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Termostatos para hornos

Figura 4. El termostato del horno tiene un bulbo remoto lleno de líquido y un tubo capilar. La expansión del fluido en el bulbo impulsa el fluido hasta el termostato, donde un fuelle acciona el contacto. Al girar el pomo se ajusta la distancia del contacto al actuador y, por tanto, la temperatura a la que se abre.

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Ajustes de potencia escalonados y sencillos

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Figura 5. Utilizando elementos con relaciones de potencia de aproximadamente 1:2:4 se puede utilizar un interruptor multipolar para crear un patrón binario que genere siete configuraciones de potencia (y apagado).

Answer 2

Además de la excelente respuesta de Transistor: también existen calentadores compuestos por una selección de resistencias de diferente potencia que se conmutan mediante un interruptor giratorio. En este caso, la posición del mando no puede variar de forma continua, sino que se puede conmutar sólo en pasos discretos. Por supuesto, este es un concepto y una configuración mucho más sencillos que el sistema de control continuo mediante un termostato ajustable implementado como ya ha descrito Transistor.

Answer 3

Probablemente utiliza un elemento bimetálico. La perilla está haciendo un ajuste de eso.

Esencialmente hay 2 elementos metálicos diferentes que se expanden y se contraen de forma diferente entre sí con el cambio de temperatura, por lo que en este caso cuando se calientan se hacen o se rompen a una determinada temperatura.

Podría ser un reóstato también o un triac pero parece ser la forma más antigua de hacer las cosas.

Edición: También hay otras formas.

Answer 4

La mayoría de las estufas eléctricas que he utilizado utilizan un conjunto de resistencias para tres de las cuatro placas de calentamiento.

El principio se explica más fácilmente con un conjunto de dos resistencias de 1Ω cada una. Si las pones en serie, obtienes 2Ω. Si usas sólo una, obtienes 1Ω. Si las pones en paralelo, obtienes 0,5Ω.

En la práctica, se utilizan más elementos calefactores por placa, normalmente los suficientes para ofrecer al menos 6 ajustes diferentes.

Una configuración común para las estufas eléctricas es la de tres placas de potencia constante como la descrita anteriormente, y una placa regulada por termostato.