Un tema que seguro motiva la curiosidad de más de uno. En algún que otro foro he publicado mensajes explicándolo en parte, cualitativamente. Supongo que toca hacerlo cuantitativamente....
Antes de empezar...
Conviene refrescar ciertos conceptos sobre mods VW, pues éstos pueden facilitar lo que se diga ahora, aunque en esencia esta entrada puede digerirse independientemente. En especial cómo funciona un VW, y la idea fundamental de que la potencia puede modularse si modulas el voltaje aplicado a la resistencia de vapeo.
Tras esos conceptos que los usuarios avanzados de vaporizadores ya deberían tener, sino claros, al menos que no les sonara a chino, viene el tema de la regulación de temperatura. Hay que entender que si tenemos alguna forma de saber la temperatura dentro del atomizador, y la usamos para limitarla con la regulación de potencia, tendremos lo que hoy se conoce como un mod con control de temperatura.
No es una tecnología nueva, ni mucho menos, sólo una novedad en el vapeo.
En la industria hay muchas formas de medir temperaturas: por infrarrojos y a distancia, por dilatación de líquidos o sólidos (mercurio, bimetálicos), pero las formas más comunes y precisas implican o bien la generación de una tensión pequeño por efecto termoeléctrico, lo que se conoce como termómetro de termopar, o bien medir la resistividad de un hilo de metal puro cuya variación con la temperatura se conoce con mucha precisión: son las termometrías por hilos de platino (Pt-10, Pt-100 y Pt-1000).
En nuestros atomizadores no vamos a poner platino, pero si cambiamos los metales/aleaciones habituales de las resistencias, nicrom o kanthal, que se caracterizan por casi no variar su resistividad con la temperatura, por algo que sí varíe y sepamos cómo, podríamos hacer algo similar a la termometría por Pt-100 industrial....
Aparte de nicrom y kanthal, por temas de salubridad, o porque parecían más interesantes, o por novedad, ya había quien usaba hilos de inoxidable, titanio, incluso plata. Todos ellos SÍ varían su resistividad con la temperatura, si bien el inoxidable, como aleación, tiene unas curvas menos reproducibles (cada colada de aleación exhibe una curva ligeramente diferente), el titanio de grados inferiores adolece del mismo problema.
Muchos metales, pero uno se destaca inicialmente del resto.
Ya había un metal usado en los atomizadores con cerámica, con hilos NR-R-NR, que era básicamente níquel puro, o el estándar Ni-200, y cuya resistividad y variación con la temperatura se conoce muy, muy bien.
Era natural que Evolv lo usara. Y es natural que otros, para diferenciarse, por argumentos basados en la presunta toxicidad del níquel, usaran otros materiales, siendo el titanio el más interesante.
En fin, sea cual sea el material, lo cierto es que su resistividad varía con la temperatura, poco o mucho, y con un patrón de variación más o menos complicado. Pero para cálculos de precisión relativamente reducida, que veremos que en vapeo bastan, incluso una aproximación lineal puede ser suficiente.
Algunas matemáticas (simples, no es mecánica cuántica).
La resistencia de un hilo metálico viene dada por su resistividad (es proporcional a), su longitud (es proporcional a) y su sección (es inversamente proporcional a), lo que se refleja en la ecuación:
donde ρ
(letra griega “ro”) es la resistividad, L su longitud y S su
sección (área transversal). Por eso a hilo más largo, más
resistencia, pero a hilo más grueso, menos resistencia. De hecho, es
proporcional a la longitud (doble largo, doble resistencia) e
inversamente proporcional a la sección (doble sección, mitad de
resistencia).
Si
recordáis que el área de un círculo es
podéis enlazar ambas
fórmulas y deducir resistencias de hilos según su
diámetro......aunque para eso ya hay unas hermosas tablas....
Hay disponibles mediciones precisas de resistividad a diversas temperaturas para muchos materiales y metales puros. Centrándonos en el níquel (Ni-200), que fue el primero en llegar, dichas tablas tienen este aspecto:
en los ámbitos científicos, y especialmente para hacer cálculos con temperaturas, se prefiere la escala absoluta de temperaturas, donde el cero está en la temperatura más baja posible (0 K, o "cero kelvins") y los puntos de fusión y ebullición del agua son 273 y 373 K, respectivamente. Al lado están las escalas centígrada y Farenheit, más habituales en la vida diaria. Esos valores, y tomando los cuatro puntos de 20 a 300 ºC, pueden aproximarse por una ecuación lineal, con una regresión por mínimos cuadrados, que cualquier hoja de cálculo hoy en día hace con la función ESTIMACION.LINEAL. Es una aproximación, como se hace evidente al comparar los valores reales y los calculados así:
Incluso haciendo la regresión sobre esos cuatro puntos y centrándonos en esa parte del gráfico, se aprecian los errores, pero si nos dejan luego calcular la temperatura del atomizador con un error razonable....
Los valores de la regresión nos permiten afirmar que, como primera (y con suerte, suficiente) aproximación, la resistividad varía con la temperatura de esta forma:
Para el propósito de controles de temperatura en vapeo, al parecer los fabricantes han optado por otra aproximación a estas curvas. En un principio se comentó de que Evolv usaba un mapa de resistividades en función de la temperatura, algo así como memorizar la tabla de antes con lo que las precisiones serían elevadas. Pero luego empezaron a aparecer mods en los que había un parámetro modificable por el usuario, el TCR (temperature coefficient of resistance), y al final, la misma Evolv, en su DNA200 personalizado por el software Escribe, destapó que la cosa es mucho más simple. Usan un coeficiente fijo y la fórmula:
Para obtener la verdadera regresión lineal que han utilizado, la calcularemos como una recta que pasa por el origen (es decir, a X=0, Y=0). ¿Cómo? Cambiaremos la definición de X e Y:
* Antes X=T e Y=ρ
* Hagamos X= T - T0 (T0 es 20 ºC); e Y=ρ/ρ0 - 1. Fijarse que eso supone transformar:
con resistencias, que es lo que miden los mods. Con resistividades sería:
Recordad la relación entre la resistividad y la resistencia, ¡y que las resistencias no varían ni su longitud ni su área transversal, no mucho al menos!
Con las transformaciones antedichas, la tabla de valores (sólo entre 20ºC y 300 ºC , el rango que nos interesa) queda:
Y la regresión lineal resultante arroja un valor de B=0,00575 y un coeficiente de correlación (la calidad de dicho ajuste) de r=0,9917, que es aceptable (aunque normalmente se prefiere con tres o cuatro "nueves", tan cerca de uno como sea posible).
Si pongo la gráfica de los valores de dicha tabla se verá mejor, y aunque dicha gráfica no represente nada que nos diga información relevante (salvo el buen ajuste) es exactamente lo que los mods con control de temperatura utilizan:
O para ser más exacto, usan:
* para níquel usan de 0,0058 a 0,0062
* para titanio grado 1 usan 0,0030 a 0,0037
otros metales y aleaciones, ¡pregunten al fabricante!
Para aquellos que tengan un mod que muestre la resistencia durante el disparo, como los Pioneer4You IPV D2 e IPV 4S, esta otra fórmula les vendrá bien, es la de antes pero despejando T:
Un ejemplo. Con resistencia base de 0,081 Ω y una temperatura máxima de 210ºC, con níquel de B=0,00575, la resistencia máxima admisible por el mod (en donde debería cortar la corriente, o siendo más precisos, algo antes reducirla) sería de unos 0,17 Ω.
Los chips TC son un pelín simples y más que medir la resistencia, lo que hacen es controlar el voltaje de otra forma a como lo hacían en modo VW.
Vamos a la parte final. El chip del mod no usa realmente la resistencia leída, sino el voltaje que precisa para alcanzar dicha temperatura. Y si se acerca muy deprisa al mismo o lo va a superar, lo reduce para reducir potencia y así controlar la temperatura. Recordar que la potencia depende del cuadrado del voltaje aplicado a la resistencia, y es inversamente proporcional a dicha resistencia. Y que en estas resistencias la temperatura eleva su valor resistivo.
Con nicrom y kanthal, como la resistividad es casi una constante (B es muy pequeñito), cuando la resistencia se calienta no aumenta la tensión precisa para mantener la potencia (uno de los motivos por los que ambas aleaciones son tan populares para elementos calefactores).
Si la resistencia aumenta por hacerlo la temperatura, o el mod aumenta igualmente la tensión, o la potencia se viene abajo. De hecho, esto último (la potencia se viene abajo conforme la resistencia se calienta) es lo que pasa si ponemos estas resistencias de níquel o titanio en un mecánico que soporte las corrientes de disparo tan elevadas: en un mecánico no hay regulación y el voltaje es fijo y proporcionado por la batería.
Así pues, a la regulación genérica de un mod VW, si hay control de temperatura, se añade la regulación por el voltaje creciente conforme se calienta la resistencia, hasta el valor crítico que no se quiere superar.
Así pues, a la regulación genérica de un mod VW, si hay control de temperatura, se añade la regulación por el voltaje creciente conforme se calienta la resistencia, hasta el valor crítico que no se quiere superar.
Bajar el voltaje se puede hacer de diversas formas. Los Evolv DNA40 y YiHi SX350J tienen regulación DC completa hacia arriba y abajo y lo hacen directamente. El iStick 40TC y el YiHi SX130H lo hacen bajando el voltaje hasta el límite inferior de sus reguladores (que no bajan de la batería, lo que se llama "step down"), momento en el que alimentan el atomizador con una onda PWM no filtrada para reducir aún más el voltaje.
Por eso en el IPV D2, cuando debe reducir mucho el voltaje, se nota algo parecido al "rattlesnake", algo que a mí, no sólo no me desagrada, sino que me sirve de recuerdo de que el control de temperatura está ahí, haciendo su trabajo.
