Abstract — What our project to implement analog is an emergency lamp with LED this is an innovative project and we replace traditional lamps by LED bulbs for this case we use high brightness LED bulbs for better light diffusion. The LED bulbs we obtain a lower energy consumption and longer time we last loaded. For this project we will apply the knowledge learned analog during the cycle. To develop the first circuit we had to do it in Breadboard then arm them in Bakelite and assemble them into a box for extra protection. In summary emergency lamp features three LED bulbs high brightness distributed in the box, other than that has a circuit which will make it active in the evening to spend no internal battery of our emergency lamp and finally has a pilot to indicate if we focus the energy of the network is gone. Index Terms — Lámparas de emergencias, transistores, diodos rectificadores, capacitores de poliéster, diodos led de alta luminosidad, resistencias, fotorresistor o LDR, pilas recargables, I. OBJETIVOS Diseñar una lámpara de emergencia con LED (alta luminiscencia) diseñada para encenderse automáticamente ante un corte de energía electrica. Plantear teóricamente cada uno de los circuitos relacionados al proyecto a realizar. Aplicar los conocimientos aprendidos de analógica para la elaboración de una lámpara de emergencias con LED. II. INTRODUCCIÓN LÁMPARAS DE EMERGENCIA Cuando hay falla en el suministro eléctrico y su edificio, empresa o centro educativo se encuentran en oscuras, es en esos momentos que se necesita unas lámparas de emergencia para restablecer la energía electrica por algún tiempo para que las personas tengan un tiempo de salir. Los equipos deben estar conectados permanentemente a la red pública de energía, esto asegura que las baterías estarán siempre a plena carga y su operatividad garantizada al momento del requerimiento de su trabajo. El funcionamiento de las lámparas de emergencia es que están alimentadas con una batería de (3.6v) donde harán que funcionen los focos LED, la batería se carga a través de un cargador de baterías. Cuando existe suministro de Energía, el cargador de baterías se encarga de mantener la batería en buen estado. El equipo está diseñado para suministrar una señal de corriente continua filtrada y regulada electrónicamente que garantice que la batería guarde la energía suficiente para la siguiente emergencia. La energía proveniente de la red de la empresa que pasa a través de un transformador y luego es rectificada con los parámetros diseñados por el fabricante para la lámpara de emergencia, la señal es rectificada y luego filtrada para quedar convertida en corriente continua. LAMPARAS DE EMERGENCIAS CON LED Henry Javier Arias Armijos. Universidad Politécnica Salesiana, Facultad de Ingeniería, Cuenca, Ecuador. [email protected]
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Abstract — What our project to implement analog is an emergency lamp with LED this is an innovative project and we replace traditional lamps by LED bulbs for this case we use high brightness LED bulbs for better light diffusion. The LED bulbs we obtain a lower energy consumption and longer time we last loaded. For this project we will apply the knowledge learned analog during the cycle. To develop the first circuit we had to do it in Breadboard then arm them in Bakelite and assemble them into a box for extra protection. In summary emergency lamp features three LED bulbs high brightness distributed in the box, other than that has a circuit which will make it active in the evening to spend no internal battery of our emergency lamp and finally has a pilot to indicate if we focus the energy of the network is gone.
Index Terms — Lámparas de emergencias, transistores, diodos rectificadores, capacitores de poliéster, diodos led de alta luminosidad, resistencias, fotorresistor o LDR, pilas recargables,
I. OBJETIVOS
Diseñar una lámpara de emergencia con LED (alta luminiscencia) diseñada para encenderse automáticamente ante un corte de energía electrica.
Plantear teóricamente cada uno de los circuitos relacionados al proyecto a realizar.
Aplicar los conocimientos aprendidos de analógica para la elaboración de una lámpara de emergencias con LED.
II. INTRODUCCIÓN
LÁMPARAS DE EMERGENCIA
Cuando hay falla en el suministro eléctrico y su edificio, empresa o centro educativo se encuentran en oscuras, es en esos momentos que se necesita unas lámparas de emergencia para restablecer la energía electrica por algún tiempo para que las personas tengan un tiempo de salir. Los equipos deben estar conectados permanentemente a la red pública de energía, esto asegura que las baterías estarán siempre a plena carga y
su operatividad garantizada al momento del requerimiento de su trabajo. El funcionamiento de las lámparas de emergencia es que están alimentadas con una batería de (3.6v) donde
harán que funcionen los focos LED, la batería se carga a
través de un cargador de baterías. Cuando existe suministro de
Energía, el cargador de baterías se encarga de mantener la batería en buen estado. El equipo está diseñado para suministrar una señal de corriente continua filtrada y regulada electrónicamente que garantice que la batería guarde la energía suficiente para la siguiente emergencia.
La energía proveniente de la red de la empresa que pasa a través de un transformador y luego es rectificada con los parámetros diseñados por el fabricante para la lámpara de emergencia, la señal es rectificada y luego filtrada para quedar convertida en corriente continua.
Fig 1. Lámpara de emergencias tradicionales
Aplicaciones.
Las lámparas de emergencia sirven para dar iluminación a sitios críticos como son:
Subestaciones eléctricas. Puertas de entrada y salida. Pasillos y corredores de circulación Ascensores. Sitios de pago. Salas de cirugías y consultorios oficinas. En cuartos donde están las plantas de emergencias o
la subestación electrica para poder hacer mantenimiento cundo no hay ningún tipo de energía.
LAMPARAS DE EMERGENCIAS CON LEDHenry Javier Arias Armijos.Universidad Politécnica Salesiana, Facultad de Ingeniería, Cuenca, Ecuador.
Con las lámparas de iluminación de emergencia se obtiene:
Seguridad, protección, tranquilidad y comodidad. Largo tiempo de duración de la batería. Iluminación adecuada y suficiente. Robustez al medio ambiente.
Mantenimiento
Nuestras lámparas son libres de mantenimiento en el campo. Si usted tiene algún problema técnico nuestro grupo de ventas o de servicio al cliente puede prestarle el servicio o la asesoría que usted necesite. Nuestros equipos son diseñados pensado que no sean desechables sino reparables y que tengan una larga vida de operación libre de problemas.
Fig 3. Forma del foco de la lámpara de emergencia.
Caracteristicas.
Simplemente lo conecta a un toma de 120 VAC y cuando falte energía, automáticamente el enciende las dos lámparas que lleva en su cara superior. Opcionalmente podemos ofrecerlo sin esas lámparas, pero con una salida que pueda alimentar
otras lámparas fijas las cuales también encenderán al faltar energía. Este sistema puede ser usado como iluminación de emergencia para una apartamento o una residencia utilizando lámparas de tipo vehicular también suministradas por nosotros.
Fig 4. Colocación de la lámpara de emergencia.
Elementos usados para la elaboración del proyecto.
TRANSISTOR BJT
Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo de encapsulado, así como el esquema de identificación de los terminales. También tendremos que conocer una serie de valores máximos de tensiones, corrientes y potencias que no debemos sobrepasar para no destruir el dispositivo. El parámetro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crítico con la temperatura, de modo que esta potencia disminuye a medida que crece el valor de la temperatura, siendo a veces necesaria la instalación de un radiador o aleta refrigeradora. Todos estos valores críticos los proporcionan los fabricantes en las hojas de características de los distintos dispositivos. Una forma de identificar un transistor NPN o PNP es mediante un polímetro: Este dispone de dos orificios para insertar el transistor, uno para un NPN y otro para el PNP.
Fig 5. Transistor BJT
ACTIVA DIRECTA:
El transistor sólo amplifica en esta zona, y se comporta como una fuente de corriente constante controlada por la intensidad de base (ganancia de corriente).Este parámetro lo suele proporcionar el fabricante dándonos un máximo y un mínimo
para una corriente de colector dada (Ic); además de esto, suele presentar una variación acusada con la temperatura y con la corriente de colector, por lo que en principio no podemos conocer su valor. Algunos polímetros son capaces de medir este parámetro pero esta medida hay que tomarla solamente como una indicación, ya que el polímetro mide este parámetro para un valor de corriente de colector distinta a la que circulará por el BJT una vez en el circuito.
ACTIVA INVERSA:
Esta zona se puede considerar como carente de interés.
Fig 6. Curva del transistor en la zona inversa
El transistor PNP es complemento del NPN de forma que todos los voltajes y corrientes son opuestos a los del transistor NPN.
Fig 7. Forma física del transistor PNP
Para encontrar el circuito PNP complementario:
1. Se sustituye el transistor NPN por un PNP.2. Se invierten todos los voltajes y corrientes.
Conmutación con transistores.
La aplicación de los transistores no se limita solamente a la amplificación de las señales. Por medio de un diseño adecuado pueden utilizarse como interruptor para aplicaciones de control y computadoras. La red de la figura 4.52a puede emplearse como un inversor en circuitos lógicos de computadoras. Nótese que el voltaje de salida VC es opuesto al que se aplica a la base o terminal de entrada. Además, adviértase la ausencia de una fuente de cd conectada al circuito de base. La única fuente de cd está conectada al extremo de colector o salida, y para las aplicaciones de computadoras es típicamente igual a la magnitud del flanco de subida de la señal de salida, en este caso. de 5 V.
Fig 8. Conmutación con transistores.
El diseño adecuado para el proceso de inversión requiere que el punto de operación cambie desde el estado de corte hasta el de saturación, a lo largo de la recta de carga trazada en la figura 4.52b. Para nuestros propósitos supondremos que IC = ICEq = 0 mA cuando IB = 0 uA (una excelente aproximación a la luz de las técnicas mejoradas de construcción), como se muestra en la figura 4.52b. Además, supondremos VCE = vcesat = 0 V en lugar del nivel típico de 0.1 a 0.3 V.
Cuando Vi = 5 V, el transistor estará en estado "encendido" y el diseño debe asegurar que la red está completamente saturada con un nivel de IB mayor que el asociado con la curva de IB que aparece cerca del nivel de saturación. En la figura 4.52b esto requiere que IB > 50 uA. El nivel de saturación para la comente de colector del circuito de la figura 4.52a se define como
Fotorresistor o LDR.
Fig 9. Forma física del fotorresistor
Brevemente podríamos definir una fotorresistencia como un transistor bipolar capaz de detectar variaciones de luz. Sin embargo este dispositivo encierra una mayor complejidad y merece un mayor reconocimiento debido a la gran importancia práctica que ha adquirido en la segunda parte del siglo XX y en los inicios del nuevo milenio, ya que son múltiples los usos que se realizan con este sensor lumínico: desde cámaras de video, alarmas de seguridad hasta sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles.
La fotorresistencia surgió como resultado de varios descubrimientos entre los que cabe destacar la invención de la resistencia por parte de George Ohm en 1827, posteriormente fueron investigadas las teorías de Albert Einstein sobre el efecto fotoeléctrico, el cual tuvo como base las teorías anteriormente expuestas por Max Planck, ambos son considerados los padres de la teoría cuantica.Por último Willoughby Smith descubridor de la fotoconductividad lo que fue clave para que años despues, mitad del siglo XX, se crearan y patentaran las primeras fotorresistencias en EEUU.
La fotorresistencia, tambien llamada LDR debido a que en terminología inglesa su nombre es Light-Dependet resistor , pertenece al grupo de los llamados sensores fotoeléctricos, es decir aquellos queresponden al cambio en la intensidad de la luz, algunos de ellos ( no es el caso de la fotorresistencia) llevan incorporados una fuente luminosa, generelamente la mayoría de los sensores fotoeléctricos utilizan LEDs como fuentes de luz. Realmente una fotorresistencia( o también llamado fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica) es una resistencia cualquiera que cambia su valor dependiendo de la cantidad de luz que lo ilumina, en especial, disminuye cuando aumenta la intensidad de la luz incidente, el valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede variar entre 1K :1000 Ohms hasta 50 Ohms) y bastante alto cuando está en penumbra (aproximadamente 50K : 50,000 Ohms)..
Relés o Relevadores.
Es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de
uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.
Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba "relevadores" [cita requerida]. De ahí "relé".
Fig 10. Forma física del relé.
Resistencias.
Tipos de resistencias y sus características
El objetivo de una resistencia es producir una caída de tensión que es proporcional a la corriente que la atraviesa; por la ley de Ohm tenemos que V = IR. Idealmente, el valor de tal resistencia debería ser constante independientemente del tiempo, temperatura, corriente y tensión a la que está sometida la resistencia. Pero esto no es así. Las resistencias actuales, se aproximan mejor a la resistencia "ideal", pero una cosa es la teoría y otra muy diferente la vida real, en la que los fenómenos físicos son mucho más complejos e intrincados como para poder describirlos completamente con una expresión del tipo de la Ley de Ohm.
Por su composición, podemos distinguir varios tipos de resistencias:
De hilo bobinado (wirewound) Carbón prensado (carbon composition) Película de carbón (carbon film) Película óxido metálico (metal oxide film) Película metálica (metal film) Metal vidriado (metal glaze) Dependientes de la temperatura (PTC y NTC) Resistencias variables, potenciómetros y reostatos
Resistencias de película metálica.- Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50 ppm/°C (partes por millón y grado Centígrado). También soportan mejor el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de hasta 2 watios de potencia, y con tolerancias del 1% como tipo estándar.
Fig 11. Forma física de la resistencia
Resistencias de metal vidriado.- Son similares a las de película metálica, pero sustituyendo la película metálica por otra compuesta por vidrio con polvo metálico. Como principal característica cabe destacar su mejor comportamiento ante sobrecargas de corriente, que puede soportar mejor por su inercia térmica que le confiere el vidrio que contiene su composición. Como contrapartida, tiene un coeficiente térmico peor, del orden de 150 a 250 ppm/°C. Se dispone de potencias de hasta 3 watios. Se dispone de estas resistencias encapsuladas en chips tipo DIL (dual in line) o SIL (single in line).
Fig 12. Forma física de la resistencia de metal vidriado.
Resistencias dependientes de la temperatura.- Aunque todas las resistencias, en mayor o menor grado, dependen de la temperatura, existen unos dispositivos específicos que se fabrican expresamente para ello, de modo que su valor en ohmios dependa "fuertemente" de la temperatura. Se les denomina termistores y como cabía esperar, poseen unos coeficientes de temperatura muy elevados, ya sean positivos o negativos. Coeficientes negativos implican que la resistencia del elemento disminuye según sube la temperatura, y coeficientes positivos al contrario, aumentan su resistencia con el aumento de la temperatura. El silicio, un material semiconductor, posee un coeficiente de temperatura negativo.
A mayor temperatura, menor resistencia. Esto ocasiona problemas, como el conocido efecto de "avalancha térmica" que sufren algunos dispositivos semiconductores cuando se eleva su temperatura lo suficiente, y que puede destruir el componente al aumentar su corriente hasta sobrepasar la corriente máxima que puede soportar.
A los dispositivos con coeficiente de temperatura negativo se les denomina NTC (negative temperature coefficient).A los dispositivos con coeficiente de temperatura positivo se les denomina PTC (positive temperature coefficient).
Una aplicación típica de un NTC es la protección de los filamentos de válvula, que son muy sensibles al "golpe" de encendido o turn-on. Conectando un NTC en serie protege del golpe de encendido, puesto que cuando el NTC está a temperatura ambiente (frío, mayor resistencia) limita la corriente máxima y va aumentando la misma según aumenta la temperatura del NTC, que a su vez disminuye su resistencia hasta la resistencia de régimen a la que haya sido diseñado. Hay que elegir correctamente la corriente del dispositivo y la resistencia de régimen, así como la tensión que caerá en sus bornas para que el diseño funcione correctamente.
NTC
PTC
Fig 13. Forma física de las resistencias NTC y PTC
Capacitores.
Tipos de capacitores y sus características
Introducción Capacidad y tensión de trabajo (WV) El dieléctrico Condensador electrolítico Condensador de película Condensador de mica Condensador cerámico Condensador ideal y condensador real. Pérdidas PF y DF. Absorción dieléctrica (DA)
Factor de calidad Q. Tabla comparativa de condensadores
Introducción.- Dentro de los componentes pasivos, quizás el más complejo de todos, por sus características y variedad de tipos, sea el condensador. Por ser un elemento que presenta una impedancia que es función de la frecuencia de la señal, ofrece unas posibilidades que son aprovechadas en la implementación de circuitos electrónicos, donde desarrolla toda su potencia. Este es el tipo de cosas que gusta a los inventores.
Capacidad eléctrica y tensión de trabajo (WV).- Cuando dos conductores permanecen próximos entre sí, aparece cierta capacidad entre ellos. La magnitud de esta capacidad es directamente proporcional al área de los conductores, e inversamente proporcional a la distancia de éstos y en el caso de un condensador plano de placas paralelas vale:
Donde C es la capacidad en Faradios, es la constante dieléctrica y vale 8.85 x 10^-12 Culombios^2/(N x m^2) para el vacío. A es el área de las placas en m^2d es la distancia que las separa en metros.
Para un condensador dado, si sobrepasamos la tensión de trabajo (Working Voltage, WV) para el que ha sido diseñado, se puede destruir el mismo al producirse un arco eléctrico (chispa) y perforar el dieléctrico. Por este motivo, todos los condensadores tienen asignada una tensión de trabajo. Debemos fijarnos si se refiere a tensión alterna o a tensión continúa, y tener siempre presente este dato cuando trabajemos con tensiones eficaces, pues tendremos que convertir a tensiones de pico. La capacidad de un dieléctrico de soportar una tensión dada sin perforarse, se llama rigidez dieléctrica.
Fig 14. Condensador
El dieléctrico.- En la figura se representa un condensador plano de placas paralelas; el dieléctrico se interpone entre ambas placas, evitando que éstas entren en contacto. Cada dieléctrico posee características diferentes, y es el que confiere las propiedades al condensador, por lo que los condensadores se clasifican por el tipo de dieléctrico que utilizan. En la tabla se dan las constantes dieléctricas de diferentes materiales,
relativas a la del vacío, que se toma igual a la unidad (e0= 1). Para el aire seco tiene un valor e= 1.0006
Tabla 1. Tipos de dieléctrico de los condensadores.
Condensador electrolítico.- Se hacen formando un arrollamiento de película de aluminio, e inicialmente separadas por una capa de un material absorbente como tela o papel impregnado con una solución o gel, aunque modernamente se emplea óxido de aluminio o tántalo. El conjunto se introduce en un contenedor de aluminio, dando un aspecto de "bote".
electrolítico axial electrolítico radial
Fig 15. Forma física de los condensadores
Según la disposición de las patillas, existe la configuración axial y la radial. Los condensadores electrolíticos modernos se fabrican utilizando un electrolito dentro del propio condensador, y la acción de una tensión en bornas del condensador refuerza la capa dieléctrica de óxido, de modo que es imprescindible la correcta polarización del condensador. Si aplicamos una polarización errónea, el dieléctrico se destruye y las placas entran en contacto. Además, generalmente la polarización inversa origina generación de gases por electrolisis y pueden provocar una explosión. La ventaja de este tipo de condensadores es su tamaño reducido, por lo que se consiguen capacidades muy grandes. Esto es debido a la finísima capa dieléctrica.
Al principio, se fabricaban estos condensadores sumergidos en un electrolito formado por agua y glicol, y quizás ácido bórico para incrementar la viscosidad y mejorar el auto sellado del dieléctrico. Sin embargo, la corrosión era un problema, y
modernamente se emplean electrolitos de tipo orgánico, tales como dimetil acetamida o metil-formamida.
Fig 16. Forma física del condensador de aluminio sólido
Habitualmente se denomina a este tipo de condensadores "polarizados", pero es un término impreciso. Existen condensadores electrolíticos no polarizados, empleados profusamente en crossovers de baja calidad, y cuyo aspecto es exactamente igual al de los polarizados, o sea, parecen un "bote", pero podemos conectarlos sin atender a ninguna polarización. Muchos autores tachan a este tipo de condensadores, incluso a los electrolíticos normales como no aconsejables para su utilización en circuitos de audio de calidad, por su distorsión y sus pérdidas, pero este es un tema que abordaremos en otro apartado.
Condensadores de película.- Todos los condensadores de película son no polarizados, es decir, no requieren marcar una patilla como positiva o negativa, siendo indiferente su conexión en el circuito. Son los preferidos en los circuitos de audio de calidad, siempre que el tamaño lo permita, por sus pocas pérdidas y distorsión reducida. Se pueden construir enrollando el conjunto placas-dieléctrico, similar a un electrolítico, o bien apilando en capas sucesivas como un libro (stacked film-foil). Se emplean mayoritariamente como dieléctricos diferentes plásticos, como polipropileno (MKP), poliéster/mylar (MKT), poliestireno, policarbonato (MKC) o teflón. Pala las placas se utiliza mayoritariamente aluminio con un alto grado de pureza. Según el tipo de dieléctrico utilizado, para una misma capacidad y tensión de trabajo, se obtienen condensadores de distinto tamaño.
Fig 17. Forma física de otro tipo de condensadores.
La alta rigidez dieléctrica del poliéster, permite hacer condensadores de poco tamaño y a costes relativamente bajos, de uso rutinario allí donde no se necesiten calidades especiales. Se disponen de capacidades de entre 1000 pF y 4.7 uF, a tensiones de trabajo de hasta 1000V. El factor de pérdidas por dieléctrico es relativamente alto en el poliéster. Para audio, el polipropileno o poliestireno permiten unas pérdidas mucho menores en el dieléctrico, pero son mucho mayores en tamaño, además de mucho más caros. Los de poliestireno son utilizados en filtros/crossovers. Un inconveniente de los condensadores de poliestireno es el bajo punto de fusión del dieléctrico. Por ello suelen diferenciarse estos condensadores, ya que se protege el dieléctrico separando los pines de soldadura del cuerpo del condensador, tal como muestra la foto.
Condensadores de mica.- Es un dieléctrico de unas características intermedias entre los condensadores electrolíticos y los de película, teniendo una rigidez dieléctrica alta y otras características excelentes, como muy bajas pérdidas, pero su capacidad se limita hasta los 4700 pF aproximadamente.
Fig 18. condensador de mica
Por el contrario, es muy caro, y al ser un material rígido, sólo se pueden construir condensadores en forma de láminas apiladas (stacked-film). Se utiliza en aplicaciones industriales de alta tensión, amplificadores de válvulas cuando se requiera poca capacidad y aplicaciones de precisión.
Condensadores cerámicos.- Son los que tienen un mayor rango de valores de su constante dieléctrica, pudiendo llegar a un valor de 50000 veces superior a la del vacío. Se basan en varias mezclas de óxido de titanio y zirconio, o bien en titanatos o zirconatos de calcio, bario, estroncio o magnesio, y atendiendo a esta variedad de compuestos, dan un rango amplísimo de constantes dieléctricas.
Fig 19. Condensador cerámico
Los materiales de alta constante dieléctrica, pueden ofrecer componentes pequeños para un valor relativamente elevado de
capacidad. El inconveniente de estos dieléctricos de alta cte. dieléctrica es que el valor de la misma depende mucho de la temperatura, así como las pérdidas en el dieléctrico. Sin embargo, donde el valor de la capacidad es relativamente menos importante, como por ejemplo en filtros pasa RF, estos componentes son ampliamente utilizados.
Diodos de alta luminosidad.
Diodos led de alta luminosidad
Fig 20. Forma del diodo led de alta luminosidad
Los denominados diodos led alta luminosidad son exactamente el mejor exponente con el que la tecnología led cuenta, es decir, son aquellos que definen a la perfección esta gran oferta en la tecnología que es lo que hace que hoy el mercado de la iluminación cuente con productos sumamente importantes e imposibles de obviar si se quiere iluminar con mucha potencia, justamente por sus rasgos distintivos. Por eso es que antes de ahondar con detalle en el mecanismo de los diodos led alta luminosidad, cabe hacer un panorama general de esta tecnología que está tan de moda en la actualidad.Bombillas de luces brillantes
Dentro de las características fundamentales además de la potencia, el bajo consumo podemos decir también que cuenta con otra restante que es imperativa de mencionar: su incandescencia, su perdurabilidad. No es lo mismo, de hecho, un diodo común que un diodos led alta luminosidad. Para esto tenemos que poner como ejemplo a aquellas bombillas que generan una luminosidad importante pero que consume poca energía y que, a su vez, duran muchísimo. La trifecta resulta irresistible para quienes están buscando productos de iluminación. Para ponerlo con un ejemplo, se ha comprobado que las bombillas tanto como las farolas de impronta led o que funcionan u operan con diodos led alta luminosidad pueden llegar a durar hasta casi cuarenta mil horas y ahorran casi el noventa por ciento de la factura de la luz. Impresionante. Sin embargo, no mucha gente consume diodos led alta luminosidad. ¿A qué se debe esto? A que los productos, así como ofrecen ventajas imposibles de rechazar cuando se está
seleccionando un producto de iluminación, también tiene su contrapartida, que es una y fundamental: el costo. Una bombilla led no tiene el mismo precio que una bombilla común. Así como una bombilla puede llegar a costar cerca de veinte pesos promedia, una bombilla led puede llegar a costar casi doscientos. Por eso es que siempre se aconseja, antes de realizar la adquisición, de si se tiene el dinero suficiente como para costear la renovación de la iluminación de un ambiente con la impronta led.La diferencia entre los tipos de diodos
Antes de hacer un poco de historia, especialmente de historia de la evolución de la tecnología led , podemos hacer mención a los motivos de ese auge y, entre ellos, podemos mencionar la imbatible conjunción de dos que se erigen como los principales: la extrema potencia que tienen los diodos led alta luminosidad y el gran ahorro en el consumo de energía que ofrecen. Esto es invalorable no solo como gran beneficio en sí mismo sino también como novedad. Años atrás hubiese sido impensado que los diodos led alta luminosidad o que las bombillas en general puedan ofrecer ambas ventajas de la mano y conviviendo de manera armoniosa. Por lo general, suelen asociarse las lámparas o bombillas de extrema potencia con el consumo de energía que las mismas pueden llegar a generar. Esto se debe a que la evolución de la tecnología led y, en consecuencia, de los mencionados diodos led alta luminosidad, no siempre ofrecieron esa luz brillante e incandescente. El proceso para que esto funcionara de esta manera fue descubierto con el tiempo y fue denominado efecto de electroluminiscencia. El mismo consta, a su vez, en un proceso que realizan los fotones de los diodos, llamado polarización, y que lo llevan a cabo en el hueco mismo de los diodos led alta luminosidad. Este efecto de electroluminiscencia fue, justamente, el que permitió que los diodos led pasen de ser de baja potencia y de tonalidad roja a diodos de extrema potencia y de tonalidad ultravioleta, es decir, a diodos led alta luminosidad.
Aplicaciones
Los leds en la actualidad se pueden acondicionar o
incorporarse en un porcentaje mayor al 90 % a todas las
tecnologías de iluminación actuales, casas, oficinas, industrias,
reducción alto o positivos; en el negativo tendremos
materiales con potencial de oxidación bajo o negativos. La
diferencia de estos potenciales es el potencial estándar de
celda o fuerza electromotriz (ε) o tensión de la pila.
En las células primarias los electrodos positivo y negativo son
conocidos como cátodo y ánodo, respectivamente. Aunque
este convenio se traslada a veces a los sistemas recargables -
especialmente las pilas de iones litio, a causa de su origen en
las celdas de litio - esta práctica puede llevar a confusión. En
las pilas recargables el electrodo positivo es el cátodo en la
descarga y el ánodo en la carga, y viceversa para el electrodo
negativo.
Fusibles.
Fig 25. Forma física de una porta-fusible.
En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo,
constituido por un soporte adecuado, un filamento o lámina de
un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en
un punto determinado de una instalación eléctrica para que se
funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente
supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un
determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de
los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de
incendio o destrucción de otros elementos.
Características nominales: Términos generales para designar cada una de las magnitudes características que definen en conjunto las condiciones de funcionamiento para las que ha sido diseñado el dispositivo y a partir de las cuales se determinan las condiciones de ensayo.
Corriente presunta de un circuito: Corriente que fluiría en un circuito si el cortocircuito fuera reemplazado por una lámina de impedancia despreciable, sin ningún otro camino ni en el circuito ni en la fuente.
Corriente presunta de ruptura: La corriente presunta correspondiente al instante de iniciación del arco durante la operación de ruptura.
Capacidad de ruptura: Corriente presunta de ruptura que un fusible es capaz de interrumpir en las condiciones prescriptas.
Corriente de ruptura límite El valor máximo instantáneo alcanzado por la corriente durante la operación de ruptura del fusible, cuando opera en forma de evitar que la corriente alcance el valor máximo al que llegaría en ausencia del cortocircuito.
Tiempo de pre-arco: Lapso entre el comienzo de la circulación de una corriente suficiente como para fundir a los elementos fusibles y el aislante en que se inicia el arco.
Tiempo de operación: Suma del tiempo de pre-arco y el tiempo de arco.
Tiempo virtual: I2 t dividido por el cuadrado de la corriente presunta de ruptura.
Tensión de restablecimiento: Tensión que aparece entre bornes de un cortocircuito después de la ruptura de la corriente.
Tensión de ruptura: Valor máximo de la tensión, expresado en valor de cresta, que aparece entre los bornes del cortocircuito durante la operación del fusible.
Fig 26. Dimensiones de un porta-fusibles.
Focos piloto o lámpara de neón.
Una lámpara de neón es una lámpara de descarga de gas que
contiene principalmente gas neón a baja presión. Este término
se aplica también a dispositivos parecidos rellenos de otros
gases nobles, normalmente con el objeto de producir colores
Se hace pasar por el tubo lleno de Neón, una pequeña corriente eléctrica, que puede ser alterna o continua, provocando que éste emita un brillo rojo anaranjado. La fórmula exacta del gas es típicamente la mezcla Penning (99,5% neón y 0,5% argón), que tiene un voltaje de ruptura menor que el neón puro.
La lámpara de neón es un dispositivo de resistencia negativa, en el que al incrementar el flujo de corriente incrementa el número de iones portadores de carga, reduciéndose así la resistencia de la lámpara y permitiendo que fluyan corrientes mayores. Debido a esto, la circuitería eléctrica externa a la lámpara de neón debe proporcionar un método de limitar la corriente del circuito o éste se incrementará hasta que la lámpara se autodestruya. Para lámparas del tamaño de intermitentes, se usa convencionalmente un resistor para limitar la corriente. Para las de tamaño rótulo, el transformador de alto voltaje suele limitar la corriente disponible, a menudo contando con una gran cantidad de inductancia de fuga en la bobina secundaria.
Fig 27. Lámpara de neón.
Aplicaciones.
Las lámparas de neón pequeñas se usan como indicadores en equipos electrónicos. Las mayores se usan en rótulos de neón, ya que debido a su bajo consumo eléctrico son buenas luces nocturnas. Debido a su relativamente rápido tiempo de respuesta, en los primeros desarrollos de la televisión las lámparas de neón fueron usadas como fuente de luz en muchas pantallas de televisión mecánica. También se usaron para muchos otros fines: dado que una lámpara de neón puede actuar como oscilador de relajación con la adición de una resistor y un condensador, puede ser usada como una lámpara destellante simple u oscilador de sonido. Las lámparas de neón con electrodos de diversas formas llamadas tubos Nixie también se usan como display alfanuméricos.
En las lámparas excitadas con corriente alterna, ambos electrodos producen luz, pero en las excitadas con corriente continua sólo brilla el electrodo negativo, por lo que puede usarse para distinguir entre fuentes de corriente alterna y continua, así como para asegurar la polaridad de las fuentes de continua.
Las lámparas de tamaño pequeño también pueden rellenarse con argón o xenón en lugar de neón, o mezclado con ése. Aunque la mayoría de las características operativas permanecen iguales, las lámparas emiten una luz azulada (incluyendo alguna ultravioleta) en lugar del característico brillo rojo anaranjado del neón. La radiación ultravioleta puede también usarse para excitar un recubrimiento de fósforo del interior de la bombilla y proporcionar así una amplia gama de diversos colores, incluyendo el blanco. Una mezcla de neón y kriptón puede usarse para obtener luz verde.
Fig 28. Foco de luz piloto encendido.
III. MATERIALES
Materiales utilizados para la elaboración de la lámpara de emergencia con los focos led.
Protoboard. Cable Multipar. Cable gemelo de 2x14 unos 3 mts. Resistencias. Condensadores cerámicos y de poliéster. Transistores NPN. Diodos rectificadores. Fotorresistor o LDR Relés o relevadores. Borneras. Porta fusibles y fusibles de 1A. Porta pilas y pilas de 1.5V y de 12V. Foco de luz piloto. Diodos led de alta luminosidad. Boquillas E27. Foco con luz led. Una placa de baquelita. Caja de madera de 30x30 cm.
IV. DESARROLLO
Para realizar nuestro proyecto de lámpara de emergencia lo primero que se realizo fue buscar un circuito que nos sirva para poder realizar propósito. Una vez obtenido nuestro diagrama lo que vamos hacer el implementarlo en el Protoboard para saber si nuestro circuito vale.
Fig 29. Circuito implementado en el Protoboard
Una vez revisado el circuito que si vale comenzamos a medir el voltaje en cada una de sus terminales para darnos cuenta si el circuito de la lámpara de emergencia funciona correctamente y de ese modo poder poner tanto el foco piloto como el foco led.
Fig 30. Mediciones con el multímetro del circuito
Una vez realizada las mediciones y que el funcionamiento del circuito sea el correcto, comenzamos armar el circuito de los focos led como observamos la gráfica los focos deben quedar de esa manera colocados en una baquelita.
Para lograr que queden asi tenemos que comprar una baquelita perforada, y luego de esto con un molde de un foco cortamos de forma circular para luego colocarlos internamente de la boquilla. La forma de conexión del circuito deberá ser de forma paralela a todos los focos para si no perder todo el voltaje en los led sino ser distribuidas.
Fig 31. Conexión de los focos led en la baquelita.
Una vez realizado el circuito de los focos led, lo probamos en nuestro circuito de la lámpara de emergencia donde vemos que si encienden los led.
Fig 32. Encendido de los focos led en el circuito.
Una vez concluido el circuito de la lámpara de emergencia con LED, implementamos la batería interna para el encendido de los focos LED cuando la energía de la red convencional se halla ido y las colocamos en una porta pilas, como vemos son pilas recargables de 1.5V.
Fig 33. Pilas recargables de 1.5V
Ya que concluimos el sistema electrónico de nuestro proyecto ahora tenemos que colocarlo en una caja de madera como vemos en la gráfica, es una caja de 30x30cm. La cual nos ayudara para la protección de nuestro circuito y también para colocar las boquilla E27, el porta fusible y el foco de luz piloto.
Fig 34. Caja de madera de 30x30 cm
Colocamos las boquillas E27 para colocar los focos LED y como vemos los cables e la boquilla la ponemos en el interior de la caja para realizar las conexiones.
Fig 35. Colocación de las boquillas E27 en la caja.
Como observamos en la gráfica de abajo ya tenemos colocadas las boquillas en la caja tenemos dos en los extremos y una frontal para lograr asi una mejor distribución de la luz de los LED.
Fig 36. Forma de colocación de las boquillas E27.
Ahora comenzamos a soldar los componentes de nuestro circuito en un a baquelita perforada como vemos en la figura. Con esto logramos que nuestro circuito quede más seguro antes movimiento de los componentes.
Fig 37. Componentes electrónicos en la baquelita perforada.
Observamos en la gráfica como se realiza la soldada de los componentes electrónicos en la baquelita donde utilizamos un cautín y un estaño para pegarlos en la baquelita.
Fig 38. Forma de soldar los componentes en la baquelita.
Lo siguiente que se realizaremos es las conexiones internas de la baquelita tanto con las boquillas el porta fusible y el foco de luz piloto y aparte de eso la alimentación de energía de la red.
Fig 39. Conexión interna de los componentes.
Por ultimo tenemos terminado nuestra lámpara de emergencia con led como vemos en la gráfica a están colocados los focos LED, también está el foco de luz piloto donde este nos indica si nuestro circuito está conectada a la red de alimentación o no, otro punto también es que en la parte superior de nuestra caja está un LDR donde esta nos activa el circuito en la noche.
Fig 40. Figura de la lámpara de emergencia con LED
CÁLCULOS PARA NUESTRO CIRCUITO.
Para poder hacer este proyecto también necesitamos de cálculos para no tener inconvenientes como sobrecalentamiento de nuestros componentes electrónicos para lo cual realizamos lo siguiente. Lo primero que haremos para realizar el circuito del LDR es lo siguiente para activar o no a los focos LED
Fig 26. Circuito en Protoboard de la primera parte con el LDR
Cálculos para el circuito.
R1=33KΩ V CC=12V hfE=100 V CE=6V LDR con luz=10KΩ LDR con luz=500KΩ
Cálculos con luz.Calcular vTH
vTH=RLD
RLD+R1∗V
vTH=10K
(43)KΩ∗12V
vTH=2.7V
Calcular RTH
RTH=R1∗R2R1+R2
RTH=(10∗33)KΩ(10+33)KΩ
RTH=7.67KΩ
Cálculos sin luz.Calcular vTH
vTH=RLD
RLD+R1∗V
vTH=500K
(533)KΩ∗12V
vTH=11.25V
Calcular RTH
RTH=R1∗R2R1+R2
RTH=(500∗33)KΩ(500+33)KΩ
RTH=30.45KΩ
Calcular IB
IB=11.25−0.7 v
30.95KΩ
IB=10.55v
30.95kΩ
IB=340uA
Simulación del circuito de la primera parte en multisim.
V212 V
R21kΩKey=A
50%
D11N4004
S1MOTORM
Q1
2N3904
R433kΩ K
K1
EMR011A24
Fig 28 simulación del circuito en multisim.
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones.
Es importante incursionar en estos tipos de proyectos para nuestra carrera como son los sistemas de iluminación con
diodos LED de alta luminosidad. En la actualidad es transcendental cambiar el tipo de iluminación que se tiene por diodos LED de alto rendimiento, menor costo y amigables con el medio ambiente. Las limitaciones de las baterías son unos de los problemas que tienen las lámparas de emergencia tradicionales ya que su duración es corta por tal motivo se ha hecho indispensable la elaboración de otro tipo de iluminación para asi lograr una mayor duración de las baterías.
En el transcurso de la elaboración del proyecto se han aplicado los conocimientos de electrónica analógica como la implementación de circuitos con transistores, fotorresistor o LDR, relés, diodos rectificadores, entre otros componentes más. El diseño electrónico es otro factor importante para lograr que el proyecto funcione correctamente ya que se contó con simuladores como el multisim para observar si nuestro circuito funcionaba correctamente.
CONCLUSION
It is important inroads into these types of projects for our careers such as lighting systems with high brightness LEDs . Today is transcendental change the type of lighting that has LED diodes high performance, lower cost and environmentally friendly . The limitations of the batteries are some of the problems with traditional lamps emergency and its duration is short for that reason it has become an essential need for other types of lighting so more battery life achieved.
During the development of the project have been applied knowledge of analog electronics as the implementation of circuits transistors, photoresistor or LDR, relays, rectifier diodes , among others components. The electronic design is another important make the project work properly factor as it had multisim simulators like to see if our circuit worked properly.
Recomendaciones.
Una de las recomendaciones seria de contar con un poco más de tiempo para poder realizar nuestro proyecto ya que tuvimos algunos inconvenientes con otras materias y por tal motivo se nos ha hecho un poco pesado el desarrollo de nuestro proyecto.