Sistema de Calefacción Automático

Presentación

Un sistema de calefacción mantiene una habitación a una temperatura confortable. Hacerlo de forma automática —encendiendo el calefactor solo cuando hace falta y apagándolo cuando ya no— es, además, una manera de usar la energía de forma eficiente: se calienta lo justo, sin desperdiciar. Ese es el problema que resuelve este proyecto.

En esta guía se propone diseñar, construir y programar el prototipo de un sistema de calefacción automático: un reléReléDispositivo electromagnético que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico: un electroimán abre o cierra contactos de otros circuitos independientes. Permite controlar con bajo voltaje dispositivos que utilizan mayor voltaje. que enciende y apaga un radiador eléctrico desde una placa ArduinoArduinoPlaca electrónica con un microcontrolador programable y comunicación USB/serial. Desde la computadora, un IDE permite escribir el código, compilarlo y cargarlo en la placa. Tiene entradas y salidas digitales (0 a 13) y entradas analógicas (A0 a A5). (o su equivalente ESP32ESP32Placa con un microcontrolador de Espressif que trae WiFi (y Bluetooth) integrados. Se programa desde el Arduino IDE igual que un Arduino, con pines llamados GPIO. En este proyecto reemplaza al conjunto Arduino UNO + módulo OBLOQ para el nivel IoT.). Primero el radiador se controla por tiempo; después, según la temperatura que mide un sensor DHT11Sensor DHT11Sensor digital que mide temperatura y humedad del aire en un mismo integrado. Digitaliza la lectura internamente y la entrega por un pin digital (no es analógico: no va a A0). Necesita una librería para leerlo y no admite más de una lectura por segundo., con un potenciómetroPotenciómetroResistor cuyo valor de resistencia se ajusta de forma manual con una perilla. Conectando sus extremos a VCC y GND, la pata central entrega un nivel de tensión que representa la posición de la perilla y se lee por una entrada analógica del Arduino. para fijar la temperatura deseada y un display LCDDisplay LCDPantalla de cristal líquido que muestra texto en filas y columnas; el clásico es de 16 columnas por 2 filas. Se puede conectar en modo paralelo (muchos pines) o por I2C (solo dos cables, SDA y SCL). No representa bien las tildes ni la letra Ñ. para verla; y, por último, todo se monitorea de manera remota a través de Internet de las Cosas (IoT)IoT (Internet de las Cosas)Interconexión digital de objetos cotidianos con internet. Permite, por ejemplo, enviar los datos de un sensor a una central y visualizarlos desde un dispositivo móvil. Requiere un dispositivo capaz de conectarse a internet y un servidor que reciba y aloje los datos..

A lo largo de toda la guía vas a encontrar términos técnicos resaltados: al tocarlos se despliega su definición, tomada del glosario original del proyecto. Allí está la información técnica necesaria para poner el proyecto en funcionamiento, con aclaraciones sobre los diversos elementos electrónicos involucrados así como también conceptos claves.

Cómo está organizado

• Nivel inicial: montar, con una placa Arduino y un relé, el encendido y apagado automático de un radiador eléctrico controlado por un temporizador (un tiempo prendido y un tiempo apagado).
• Nivel intermedio: sumar el sensor DHT11 para que el sistema encienda el radiador según la temperatura, fijar esa temperatura objetivo con un potenciómetroPotenciómetroResistor cuyo valor de resistencia se ajusta de forma manual con una perilla. Conectando sus extremos a VCC y GND, la pata central entrega un nivel de tensión que representa la posición de la perilla y se lee por una entrada analógica del Arduino. y mostrarla en un display LCDDisplay LCDPantalla de cristal líquido que muestra texto en filas y columnas; el clásico es de 16 columnas por 2 filas. Se puede conectar en modo paralelo (muchos pines) o por I2C (solo dos cables, SDA y SCL). No representa bien las tildes ni la letra Ñ..
• Nivel avanzado: monitorear la temperatura y la humedad del ambiente de manera remota a través de Internet de las Cosas (IoT).

Esta reedición web conserva la estructura y la propuesta didáctica del material original de 2019, con las actualizaciones registradas en la ficha del proyecto: se programa directamente en C++ (mBlock3 fue discontinuado), el nivel IoT se resuelve con el WiFi nativo del ESP32 (el módulo OBLOQ fue discontinuado), el Arduino IDE se presenta en su versión 2.x actual, el display se adapta a cada plataforma (el LCD Keypad Shield paralelo del original en el UNO, un LCD por I2C en el ESP32) y la publicación IoT se hace por cambios, para respetar el límite de la cuenta gratuita de Adafruit IO.

Seguridad: trabajamos con 220 V

El radiador eléctrico funciona con la tensión de red (220 V), que es peligrosa. Por eso, en el aula el relé conmuta una carga de baja tensión (por ejemplo, una lámpara de bajo voltaje) o directamente el LED de prueba del pin 13, como propone el propio material original. La instalación real de 220 V es una tarea exclusiva del docente, supervisada y sin participación de estudiantes; y las conexiones de potencia del relé nunca van sobre la protoboard. Estos cuidados se detallan en el nivel inicial y se mantienen en todos los niveles.

Cierre y extensiones

Una vez finalizado este proyecto, si se quiere continuar, es posible extenderlo. Algunas opciones sugeridas son:

• Controlar el encendido y apagado del radiador a distancia a través de IoT (no solo monitorearlo).
• Programar un sistema de humidificación o deshumidificación del ambiente según la variación de la humedad.
• Combinarlo con el proyecto “Sistema Lumínico Automático”, ya que ambos proponen construir dispositivos para el uso eficiente de la energía.

El proceso de resolución de problemas como los que se han planteado aquí permite la movilización y la integración de distintos saberes, en la búsqueda de soluciones posibles a una situación dada. Si bien la información fue presentada a modo de instructivo, se espera que sean los estudiantes, organizados en pequeños grupos, quienes vayan encontrando las mejores formas para construir los dispositivos. Esto implica preparar los materiales para que cada grupo cuente con todo lo necesario para la construcción del proyecto. Además, en el interior de cada grupo, los estudiantes deben distribuirse los roles y las tareas de acuerdo a las demandas que van teniendo en las actividades.

Basado en la obra original Saberes Digitales — INET / EDUCAR, Ministerio de Educación, Cultura, Ciencia y Tecnología de la Nación Argentina (2019).