LUZ NOCTURNA AUTOMATICA
Al anochecer este dispositivo encenderá automáticamente las luces de su zaguán, jardín, garaje o de las vidrieras de una tienda, y al amanecer las apagará. Un montaje ideal para el que llega a su casa de noche y desea encontrar las luces encendidas, o también para quien no puede estar en el lugar para encender o apagar las luces al anochecer o amanecer. INTRODUCCION Un sistema de luz nocturna automática puede tener muchas utilidades. Además de evitar el gasto excesivo de energía eléctrica, manteniendo las luces encendidas sólo mientras falta luz natural, también ayuda a economizar la presencia de un operador humano para conectarlas o desconectarlas.
Podemos usar tales sistemas con eficiencia, en los siguientes c asos: Accionamiento de lámparas de vidrieras, jardines, estacionamientos o zaguanes. Accionamiento de sistemas de señalización nocturna (luces de mástiles) El proyecto que describimos utiliza una configuración poco común de circuito de disparo o "trigger" con el 555 y puede controlar lámparas de las redes domiciliarias tanto de 110V como de 220V con potencias suficientes para la mayoría de las aplicaciones.
De hecho, en la red de 110V podemos controlar hasta 200 vatios de lámparas, y en la red de 220V hasta 400 vatios, con suficiente holgura para los contactos de relé que son conectados en paralelo. Para el control de potencias mayores, se puede usar sin problemas un relé intermediario. Las características del aparato son las siguientes:
Tensión de alimentación: 110 o 220 voltios Sistema sensor: LDR Carga máxima: 200W (110V) o 400W (220V) Componentes activos: 1 circuito integrado
COMO FUNCIONA Como podemos ver en la figura 1 el integrado 555 (timer) está formado internamente por dos comparadores conectados a un flip-flip y a una etapa de potencia.
Normalmente este integrado es usado como timer estable o monoestable, pero nada impide que sea polarizado, como muestra la misma figura, para formar un "trigger" o circuito de disparo. La tensión de referencia puede ser aplicada al pin 5, siendo del orden de la mitad de la tensión de alimentación. En la transición de la tensión de entrada del pin 2, de un valor mayor de la mitad de la tensión de referencia a una m enor, la salida es activada, pudiendo controlar un relé. En el proyecto final, fijamos la tensión de referencia por un divisor formado por R1 y R2 y ajustamos el disparo en función de la luz que incide en el LDR a través del potenciómetro P1. El ajuste se realiza en función de la luz ambiente. Les recordamos que, en la instalación del aparato, el LDR debe recibir solamente la luz ambiente (del cielo) y nunca la luz de las lámparas que controla, pues en este caso habría una realimentación (figura 2).
El circuito es alimentado por la red local a través de un transformador, y en el montaje está previsto un tomacorriente donde pueden ser conectadas las lámparas alimentadas. En el caso de un jardín o vidriera, por ejemplo, se pueden poner lámparas en paralelo, observando el límite de potencia. Es digno de subrayar que una característica importante de este circuito con "trigger" es el hecho de no sufrir esas desagradables oscilaciones de los circuitos convencionales cuando la iluminación llega al umbral de disparo. La transición del punto de espera al disparo es inmediata y única.. El relé cierra y abre de inmediato los contactos, sin oscilación. MONTAJE En la figura 3 damos el diagrama completo del aparato, que después del montaje puede ser encerrado en una caja de metal, plástico u otro material.
En la figura 4 damos nuestra sugerencia sobre la placa de circuito impreso con todas las conexiones externas, de modo de facilitar al máx imo su montaje.
Los principales cuidados que se deben tomar con los componentes y su obtención son los siguientes: El circuito integrado es el 555, debiendo observarse su posición. El LDR es de tipo redondo, de cualquier tamaño, debiendo ser instalado en un tubo opaco dirigido hacia el cielo de modo de operar con su luminosidad. Se puede usar un cable de hasta 5 metros para conectar este LDR al circuito. El diodo D1 es de uso general, 1N4148 o 1N914, en tanto que D2 y D3 son rectificadores del tipo 1N4002, 1N4007 o equivalentes, debiendo siempre observarse su polaridad. El relé recomendado es el MC2RC2 que tiene contactos para 2 amperes los cuales son conectados en paralelo y todavía operan con holgura en la carga máxima recomendada. Para mayores cargas se pueden usar relés de contactos de mayor corriente pero su bobina debe ser de 12V con corriente máxima de 100mA. Si se usaran relés diferentes, se debe modificar el diseño de la placa. Los resistores son todos de 1/8 o 1/4W y el único potenciómetro puede ser tanto de 47k como de 100k. C1 es un capacitor cerámico que funciona como filtro y desacoplamiento del integrado, y su valor no es crítico, estando entre 100nF y 220nF. C2 es un electrolítico para una tensión mínima de 25V y su valor de e star entre 1.000 y 2.200µF. T1 tiene un bobinado primario de acuerdo con su red local, y secundario de 12 12V con corriente mínima de 200mA. En la parte de alta tensión tenemos el cable de entrada, el fusible de 4A con soporte y el interruptor general, además de un tomacorriente de salida para la conexión de las lámparas externa. Los cables de conexión de la parte de alta tensión, que también opera con corrientes mayores, tienen que ser más gruesos que los demás.
PRUEBA Y USO Para probar el aparato conecte en X1 cualquier lámpara de acuerdo con su red local, una veladora y otro aparato electrodoméstico cuyo funcionamiento se pueda verificar.
Coloque el fusible en el soporte y accione S1. Enseguida coloque el LDR de modo que reciba directamente la luz ambiente y ajuste el P1 para que el relé abra sus contactos. Ajuste el P1 de modo que quede en el umbral de accionamiento. Cubriendo el LDR con la mano, se va moviendo gradualmente el cursor de P1 hasta obtener el punto de mayor sensibilidad, o sea, en el que el circuito es conectado al faltar la luz y desconectado con la presencia de luz. Haga lentamente este ajuste ya que el aparato tiene cierta inercia. Una vez comprobado su funcionamiento, solo queda instalarlo en forma definitiva. LISTA DE MATERIALES C1 - 1 - 555 - circuito integrado LDR - LDR redondo común D1 - 1N4148 o equivalente - diodo de uso general D2, D3 - 1N4022 o equivalente - diodo rectificador K1 - transformador con primario de 110V o 220V conforme a la red local y secundario 12 12V con por lo menos 200mA P1 - 47k o 100k - potenciómetro simple F1 - 4A - fusible S1 - interruptor simple R1, R2, R3, R4 - 10k x 1/8W - resistores (marrón, negro, naranja) C1 - 220nF (224) - capacitor cerámico C2 - 1.000µF x 25c - capacitor electrolítico Varios: placa de circuito impreso, cable de alimentación, caja para montaje, botón para P1, todo para el LDR, cables, soldadura, etc.
Luz nocturna automática con temporizador 555 Este circuito te ayudará a encenderluces automáticamente a la hora en que la luz del día desaparezca. Perfecto para iluminar lugares solos, la luz de jardín, puerta de entrada dela casa, etc. El circuito integrado 555 se comporta como un comparador. Cuando la entrada (voltaje) de la patilla # 2 (TRI) esté por debajo de un nivel que es necesario para disparar el temporizador, la salida (patilla # 3, (OUT)) pasará a nivel alto activando el relé que conectará a su vez la lámpara o bombillo que dará la Luz. El LDR (fotorresistor) aumenta su resistencia al oscurecer y el cursor (flecha) que apunta en el potenciómetro de 100 Kilohmios tendrá un nivel de voltaje menor.
Esta variación se puede entender por la división de voltaje que hay en el cursor (flecha) del potenciómetro.
Este circuito utiliza un transformador, 2 diodos y un capacitor electrolítico para obtener el voltaje en corriente continuo necesario para que el circuito integrado 555 funcione. Este voltaje es de aproximadamente 16 voltios. El potenciómetro de 100K es necesario para ajustar el nivel de luz que hará que el circuito funcione bien. Nota: el diodo en paralelo con el relé es para eliminar el voltaje con polaridad inversa (a la de la fuente) que se crea en el inductor del relé cuando este deja de estar activo. El diodo se pone para evitar que e ste pico de voltaje pueda dañar otros com ponentes del circuito. Lista de componentes del circuito - Circuitos integrados: 1 Circuito integrado 555 - Resistores: 4 de 10KΩ,1 LDR (resistencia dependiente de la luz) - Capacitores: 1 de 220 nF, 1 de 1000 uF electrolítico - Diodos: 2 1N4002, 1 1N4148 - Otros: 1 transformador 110 o 220 Voltios en el primario (dependiendo de ubicación geográfica), 12 V secundario de 300 mA. (miliamperios), con derivación central, 1 potenciómetro de 100KΩ, 1 Fusible de 4 amperios, 1 switch (interruptor), 1 relé que se active con 9 voltios.
CONSTRUCCION DE UNA LUZ NOCTURNA AUTOMATICA
En nuestro hogar tenemos usualmente un bombillo que ilumina la entrada, el patio de ropas o el ante jardín. Como es una luz que está en el exterior de la casa, ¿a quien no se le ha olvidado apagarla? La dejamos prendida por horas y horas en el día y a veces por semanas, haciendo un consumo de energía innecesario. Pensando en una solución a este problema, hemos diseñado un dispositivo electrónico que se encarga de encender un bombillo, en el momento que el sol se oculta y se apaga automáticamente cuando el sol vuelve a asomar a la madrugada, igual que las lámparas de iluminación del alumbrado público. Otra de nuestras motivaciones para hacer este circuito es dar a conocer algunos componentes como los optoacopladores y los Triacs, enseñando su funcionamiento básico.
Diagrama esquemático
Este circuito funciona con voltajes desde 120 hasta 220 voltios, sin necesidad de hacerle ningún cambio. Por eso el condensador ( C1) de la entrada de corriente (225) es a 250 voltios como mínimo y el condensador de rectificación (C2) (22 uF) es a 350V, ya que si alimentamos este circuito con 220 voltios AC, al momento de ser rectificados se convierten aproximadamente en 330 voltios DC. El bombillo puede ser hasta de 100W. Puede usar uno de más potencia, siempre y cuando cambie el Triac BT136, por uno que soporte más amperios como el BTA08600, que soporta hasta 8 amperios. No olvide usar un disipador para mantener el Triac refrigerado. A continuación haremos una breve explicación de la función que desempeña cada componente del circuito.
Una de las grandes virtudes de este circuito es que NO NECESITA TRANSFORMADOR . En este caso usamos un circuito muy sencillo que baja el voltaje y lo rectifica, ahorrando dinero y espacio. El condensador (C1) de 2.2 uF de poliéster, está en serie a la entrada del voltaje de la red pública, restringiendo el paso de corriente (amperios). Este condensador sólo permite el paso de unos 60 mA aproximadamente, facilitando la reducción de voltaje que se hará mas adelante. La resistencia de 330K (R1) que está en paralelo con el condensador (C1), se encarga de descargar el condensador a la hora de desconectar el circuito, evitando que el condensador quede cargado y pueda enviarnos una descarga eléctrica, al momento de manipular el circuito. En el otro cable de entrada de la red pública hay una resistencia de 10 ohmios ( R2) que funciona como fusible y también ayuda a limitar la corriente.
Luego de que la corriente pasa por el condensador y la resistencia, llega a un puente de diodos formado por 4 diodos rectificadores, que se encargan de separar los semiciclos positivos de los negativos, entregándolos por separado, para luego ser rectificados por un condensador (C2), convirtiendo la corriente alterna (AC) en cor riente directa (DC). Recordemos que al rectificar una corriente se eleva su voltaje, multiplicándolo por raíz de 2 que es 1.4141. Esto quiere decir que para una alimentación de 120 voltios AC , obtendremos a la salida del puente de diodos un voltaje de 169 voltios, menos 2 voltios de consumo del puente y algunas perdidas, tendremos unos 157 voltios aproximadamente. Y para una alimentación de 220 voltios AC, tendremos un voltaje de salida de unos 305 voltios DC aprox. Por esta razón e l condensador de la fuente rectificadora debe ser de 350 voltios, de lo contrario se estallará al momento de conectar el circuito.
Ahora que tenemos el voltaje rectificado y con una corriente pequeña, debemos bajar el voltaje a unos 10 voltios DC. Para esto utilizamos un diodo zener . Es importante resaltar que un diodo zener NO se debe conectar sin su respectiva resistencia de polarización, que limita la corriente que alimentará el zener, de lo contrario el zener se quemará. La resistencia de 39K a 5 watts (R3) que vemos en la fotografía es la resistencia de polarización del zener. Es necesario que sea a 5W, ya que el esfuerzo que tiene que hacer para bajar la corriente, genera un calor relativamente alto. La fórmula para c alcular esta resistencia es la siguiente:
RZ = Vt – Vz / Iz Resistencia de polarización = voltaje total menos el voltaje del zener, dividido por los amperios del zener. Tenemos que: 305VDC – 10 = 295VDC / 0.02 Amp = 14.750 ohmios. Podría ser una resistencia de
15K, pero al hacer la prueba se calentaba demasiado, por lo que optamos por buscar la resistencia más alta, antes de que se caiga el voltaje por falta de corriente. La resistencia máxima es de 47K y la mínima sin exceso de calor es de 33K.
En la fotografía podemos apreciar los otros componentes que acompañan el diodo ze ner. La resistencia de 10K (R4), le ayuda al zener a soportar la carga. Va en paralelo a tierra con el diodo zener. El condensador de 47 uF (C3) y el condensador cerámico de 0.1 uF (C4) rectifican nuevamente la corriente, quitando posibles rizos. Cuando hicimos la prueba en el protoboard sin estos dos condensadores, notamos que titilaba levemente el bombillo, sobre todo al usar una lámpara de neón. Por esta razón los colocamos, logrando una iluminación estable y sin fluctuaciones.
Hemos terminado de explicar la fuente de alimentación. Ahora viene el circuito que se encarga de la automatización de encendido al detectar oscuridad y apagado al detectar luz. El reóstato que vemos en la fotografía (RV1) forma parte de un divisor de voltaje, junto con una fotorresistencia. Se puede colocar una resistencia fija de 10 o 15K, pero el reóstato da la posibilidad de graduar la sensibilidad del circuito.
Entrando en materia: Cuando la corriente pasa por el reóstato y llega al punto centro entre el reóstato y la fotorresistencia. Si la fotorresistencia está recibiendo luz, baja su impedancia a 0 ohmios, polarizando negativamente la base del transistor. Al momento que se oscurece el ambiente, la fotorresistencia sube su impedancia a más de 100K, restringiendo el paso de la corriente. En ese momento se polariza positivamente la base del transistor 2N3904.
La fotorresistencia o RDL (resistencia dependiente de la luz), es una resistencia variable que cambia su impedancia de acuerdo a la cantidad de luz que absorba en su superficie. Como se puede observar en la fotografía, le hemos colocado un recubrimiento en su parte inferior. Esto con el fin de que no reciba luz por debajo, ya que si esto sucede, no funcionará correctamente. Como no queríamos que quedara la resistencia pegada a la tarjeta del circuito impreso, usamos un trozo de un bolígrafo viejo y lo cubrimos con cinta aislante negra. De la buena ubicación de la fotorresistencia, depende la precisión en el funcionamiento de nuestro circuito.
Volvamos al funcionamiento de nuestro circuito de luz automática. Al momento que la fotorresistencia tiene su impedancia muy alta, se polariza positivamente la base del transistor
2N3904 (NPN). En ese momento el transistor conduce entre colector y emisor, polarizando negativamente la base del transistor 2N2907 que es de polaridad PNP. Esto quiere decir que conduce cuando su base es estimulada con un voltaje negativo. Al conducir el transistor 2N2907, pasa un voltaje positivo de colector a emisor y llega hasta el optoacoplador.
Nota: El transistor 2N2907 fue colocado en las dos direcciones, invirtiendo colector y emisor. Y en las dos posiciones, el circuito funcionó correctamente. Por eso en las fotografías del artículo se ve al contrario de la máscara de componente. Puede colocarlo para cualquiera de los dos lados y probar su sensibilidad. La idea de estos proyectos es adquirir conocimiento y práctica.
El optoacoplador es un relevo de estado sólido, también conocido con el nombre de optoaislador o aislador acoplado ópticamente. Para el caso del MOC3021, sus patas 1 y 2 van internamente a un diodo LED que al iluminar, excita un fototriac que permite conducir corriente entre las patas 4 y 6 del optoacoplador. Se utiliza para aislar eléctricamente el circuito anterior que es alimentado a 10 voltios y unos pocos miliamperios, de la parte donde manejaremos e l voltaje de la red pública. Esta es una de las grandes ventajas de usar un optoacoplador, ya que sirve para aislar un circuito de otro, evitando catástrofes a la hora de un corto circuito. Al momento que el transistor 2N2907 conduce, le envía un voltaje al LED que se encuentra dentro del MOC3021. Como el voltaje que llega al optoacoplador es de 10 voltios y un LED sólo puede ser alimentado con 3 voltios, colocamos una resistencia de 390 ohmios en serie con el pin 2 que es el pin de tierra o negativo.
El TRIAC es un dispositivo semiconductor de la familia de los transistores, pero con la particularidad que puede conducir en dos direcciones. Es decir que puede conducir corriente alterna, algo que no pueden hacer los transistores. También son llamados relevos de estado sólido. Tiene tres patas: T1, T2 y G (compuerta en ingles es Gate).
Al momento que el optoacoplador es accionado por el transistor, este conduce entre sus pines 4 y 6, enviando una corriente a la compuerta del Triac. El Triac conduce la corriente de la red pública y como el bombillo está en serie, este se enciende. Al momento que no llega corriente a la compuerta del Triac, este deja de conducir y el bombillo se apaga.
Nota: El triac solamente abre y cierra el aso de corriente, Por lo tanto de puede encender cualquier tipo de bombillo que sea alimentado con la red publica. Nosotros probamos el circuito con lámparas ahorradoras, obteniendo el mismo resultado que con los bombillos incandescentes. También lo probamos con una lámpara de LEDs y una grabadora casera.
Cuando la resistencia vuelve a recibir luz, esta baja su impedancia, y se polariza negativamente la base del transistor 2N3904. Como este transistor es NPN, no conduce y por lo tanto tampoco el otro transistor, ni el Optoacoplador y por lógica tampoco e l Triac. Si queremos direccionar la fotorresistencia a un punto de luz especifico, podemos entubarla, tal como se aprecia en la foto. Esto se usa para alarmas o por ejemplo para subir la puerta del garaje al encender las luces. En fin; Dejamos a la imaginación de cada uno una infinidad de posibilidades a partir de un circuito tan sencillo, pero útil como este
Bombillo incandescente
Lámpara ahorradora
Lámpara de LEDs
