Warren Johnson. Del sitio web del Salón de la Fama de los Inventores Nacionales.
Muchos edificios residenciales y comerciales en los Estados Unidos tienen sistemas de calefacción y refrigeración controlados por termostatos, generalmente un instrumento electrónico diseñado para detectar y regular la temperatura dentro de un espacio cerrado para mantener la temperatura deseada. A julio de 2017, el 41 por ciento de los hogares estadounidenses tenían un termostato programable según la Asociación de Información de Energía de los Estados Unidos. Los termostatos inteligentes que ofrecen funciones automatizadas para reducir el consumo de energía han crecido en popularidad y 4.5 millones de hogares en América del Norte tenían un termostato inteligente en 2015, un aumento del 78 por ciento con respecto a 2014. Un estudio de mercado global publicado recientemente por Markets and Markets indica que se espera que los ingresos mundiales para los controles de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) aumenten de $11.7 mil millones en 2017 hasta 2 27 mil millones para 2023 gracias a la creciente demanda de eficiencia energética y sistemas de automatización de edificios.
Mientras que los termostatos son bastante omnipresentes como conveniencia moderna, esta tecnología tiene sus humildes comienzos como creación de un maestro del siglo XIX que intentaba evitar que su aula sufriera interrupciones constantes por parte de los custodios. Warren Johnson uno de los admitidos en 2018 en el Salón de la Fama de los Inventores Nacionales por su invención del control automático de la temperatura ambiente. Este mes de julio se conmemora el aniversario de dos patentes fundamentales en el campo del control de temperatura por las que Johnson recibió este honor. Hoy, volvemos a nuestra serie Evolution of Technology para arrojar algo de luz sobre cómo se concibió y desarrolló uno de los avances más importantes en la tecnología moderna de climatización.
Historia de HVAC Desde la Antigua Roma Hasta mediados del siglo XIX
Mientras que los sistemas de HVAC han visto su mayor período de desarrollo en los últimos 150 años, las culturas antiguas intentaron regular las temperaturas interiores para mantenerse calientes de varias maneras. En la Antigua Roma, el hipocausto era capaz de calentar baños calientes y otros edificios públicos quemando combustible en una habitación subterránea y luego haciendo circular el aire caliente a través de un sistema de tuberías para mantener calientes las habitaciones superiores. Aunque las estufas se utilizaron para calentar habitaciones durante muchos siglos después del Imperio Romano, la introducción de sistemas de calefacción modernos en la construcción de edificios se remonta en gran medida a la obra del artista y arquitecto ruso Nikolay Lvov, quien, a finales de 1700, ideó un sistema de ventilación para que los edificios calentaran el aire que entraba desde el exterior.
Los sistemas de control de calor se remontan a principios de 1600 con el trabajo del ingeniero holandés Cornelius Drebbel, quien desarrolló una incubadora de pollos que utilizaba un dispositivo de mercurio para controlar automáticamente la temperatura del aire cerrado. Muchos consideran que este es el primer termostato del mundo, así como uno de los primeros dispositivos controlados por retroalimentación del mundo. En la década de 1830, el químico escocés Andrew Ure desarrolló el primer termostato diseñado para regular la temperatura de una habitación entera en un intento de regular la temperatura interior de las fábricas textiles.
Warren Johnson Automatiza el Control de la Temperatura de la Habitación para Eliminar las Interrupciones en el Aula
Nacido el 6 de noviembre de 1847 en Leicester, Vermont, Warren Johnson se mudó con su familia a una edad temprana a Wisconsin y más tarde se convertiría en maestro en la Escuela Normal Estatal en Whitewater, ahora conocida como la Universidad de Wisconsin-Whitewater. Las aulas que Johnson enseñó se calentaban con hornos de aire caliente que funcionaban en el sótano del edificio. Los custodios de la escuela controlaban el calor a través de amortiguadores manuales instalados en el sistema del horno y los custodios ingresaban a cada aula aproximadamente una vez por hora para evaluar la temperatura de la habitación y ajustar los amortiguadores si era necesario. Estas interrupciones regulares perturbaron a Johnson y se dedicó a desarrollar tecnologías para garantizar que las aulas mantuvieran una temperatura constante.
Este 24 de julio se conmemora el 135 aniversario de una patente otorgada a Johnson en 1883 que cubre su tecnología de termostato. Patente Estadounidense No. 281884, titulado Tele Termoscopio eléctrico, afirmaba la combinación de un termómetro metálico provisto de un pasador en un extremo libre y el otro extremo del termómetro firmemente fijado al eje de una rueda dentada y ajustable mediante un tornillo; el pasador del termómetro se recibe en una ranura vertical en un haz oscilante. La invención resultante proporcionó un medio para indicar la temperatura en la habitación que rápidamente indicaba a un observador si una habitación era fría o cálida.
Mientras que la primera invención del termostato de Johnson redujo las interrupciones de los custodios durante sus clases, continuó trabajando en el desarrollo de sistemas que automatizarían el trabajo de controlar las temperaturas interiores. El primer sistema de control automático de temperatura multizona factible para aplicaciones comerciales fue protegido por la Patente estadounidense No. 542733, titulada Aparato de Regulación de Calor y emitida el 16 de julio de 1895. Reclamaba una combinación de válvulas primarias, secundarias y terciarias, motores de presión de fluido para accionar las válvulas primarias y secundarias y un motor termostático para accionar las válvulas terciarias. La válvula primaria regulaba el suministro de calor, la válvula secundaria controlaba la presión del fluido en la válvula primaria y la válvula terciaria controlaba la presión del fluido en la válvula secundaria. El sistema de válvulas funcionaba para calentar apartamentos de una fuente común, al tiempo que permitía que el calor se apagara en habitaciones individuales cuando la temperatura en la habitación alcanzara el límite deseado.
Johnson dejó la enseñanza en 1883 para concentrarse en el desarrollo de sus tecnologías de termostato y calefacción. Estableció la Johnson Electric Service Company, más tarde Johnson Controls, para comercializar su tecnología. Su sistema de regulación de la temperatura ambiente se instalaría en el Capitolio de los Estados Unidos, la Bolsa de Valores de Nueva York, West Point y la casa de Andrew Carnegie. Johnson ganaría 50 U. S. patentes durante su vida y en 2008, el Sistema Johnson de Regulación de Temperatura fue nombrado como un Hito Histórico de Ingeniería Mecánica de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME).