Control on/off con histéresis

01 · Punto de partida

Prende, apaga, repite (sin morir)

Estufa, heladera, bomba de tanque, incubadora: el control más usado del mundo es on/off con banda muerta. Sin histéresis el actuador tabletea (Tema 20); con banda bien elegida conmuta 93 veces por día y el relé vive 2,8 años. Con banda de 0,5 °C serían 360/día: el relé muere en meses.

• ¿Cómo se arma la cadena sensor → Schmitt → potencia?
• ¿Qué banda elijo y qué ripple acepto?
• ¿Cómo se maneja un relé sin quemar el circuito?
• ¿Dónde va el sensor para no mentir?

02 · Cadena

Sensor → Schmitt → músculo

NTC + puente + INA (T26) entregan voltios de temperatura; el Schmitt (T20) decide con umbrales 19/21 °C; un transistor/MOSFET maneja el relé o la carga. El op-amp decide, el transistor suda: nunca el relé directo a la salida.

03 · Banda

Números de un termostato

El duty (33 % con 10 °C afuera) no depende de la banda: la banda reparte el mismo trabajo en más o menos arranques. La banda se elige por confort vs vida útil, no por precisión del sensor.

04 · Músculo

Driver + flyback, siempre

Transistor NPN/MOSFET

2N2222 con R de base para relés chicos; MOSFET logic-level para amperes. El Schmitt entrega mA, la bobina pide cientos.

Diodo flyback

En antiparalelo con la bobina: absorbe el pico inductivo al cortar. Sin él, el transistor muere en días (Curso 3, T12).

Relé vs estado sólido

Relé: barato, aislado, se gasta (100k ciclos). SSR/triac: eterno, calienta, fuga. Con 93/día el relé va bien.

Sensor bien ubicado

Lejos del calefactor, cerca de lo que importa, sin corrientes de aire falsas: el retardo térmico causa sobrepico aunque la electrónica sea perfecta.

05 · Termostato en código

Simular antes de soldar

Modelo térmico de un ambiente: calienta a tasa fija, pierde proporcional a la diferencia con afuera.

def termostato(tset=20.0, banda=2.0, tamb=10.0, dias=3, dt=10.0):
    t = tset - banda / 2
    on, ciclos, tiempo, t_on = True, 0, 0.0, 0.0
    for _ in range(int(dias * 86400 / dt)):
        if on and t >= tset + banda / 2:
            on, ciclos = False, ciclos + 1
        elif not on and t <= tset - banda / 2:
            on = True
        t += ((0.01 if on else 0) - 0.000333 * (t - tamb)) * dt
        tiempo += dt
        t_on += dt if on else 0
    print(f"banda={banda}C tamb={tamb}C: {ciclos/dias:.0f} ciclos/dia "
          f"duty={t_on/tiempo:.0%} rele={100000/(ciclos/dias)/365:.1f}anios")


termostato()
termostato(banda=0.5)
termostato(banda=4.0)

2 °C: 93 ciclos/día, duty 33 %, relé 2,8 años. 0,5 °C: 360/día (9 meses). 4 °C: 47/día (5,8 años).

Clima cambiante

termostato(tamb=0.0)
termostato(tamb=15.0)

06 · Analogía programador

Deadband y flapping

1. 1
   Histéresis = deadband.

   Como no reaccionar hasta salir de la banda: evita oscilaciones de control (flapping) en monitoreo y autoscaling.

2. 2
   Relé = recurso con costo por arranque.

   Cada ciclo gasta vida: como abrir conexiones o procesos. Menos ciclos = más vida.

3. 3
   Duty = utilización.

   La banda no cambia el trabajo total: solo el tamaño de los turnos. Como batch grande vs chico.

07 · Exploración

Laboratorio: termostato vivo

Consigna 20 °C, ambiente 10 °C, tiempo ×500. Dale play: el laboratorio integra el modelo y cuenta ciclos.

Preguntas para explorar

1. Simulá 30 min con banda 2 °C. ¿Cuántos ciclos? ¿Coincide con ~93/día?
2. Repetí con 0,5 °C. ¿Relación de ciclos? ¿Por qué ~4×?
3. ¿Qué pasa si el sensor está pegado al calefactor? (Pensalo sin simular.)

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de control

Ejercicio 1: bomba con 30/70 %

Tanque con sensor 0–5 V = 0–100 %. Diseñá ON bajo 30 % y OFF sobre 70 % con el Schmitt del Tema 20. ¿Umbrales? ¿Lógica + driver?

Ejercicio 2: vida útil

Heladera: banda 3 °C, 60 ciclos/día, relé 100k. ¿Años? ¿Y si la banda se achica a 1 °C?

Ejercicio 3: montar termostato

NTC + divisor + Schmitt 19/21 °C (ajustar Vref con pote) + 2N2222 + relé 5 V + estufa USB. ¿Qué medís primero?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Todo o nada dominado. Falta el matiz: en el próximo tema, control proporcional.