CONSTRUYA 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

losoptoacopladores y los Triacs, enseñando su funcionamiento básico.

 

Diagrama esquemático

 Video

http://www.youtube.com/watch?v=21q96i14b9s

 

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 corriente 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 voltiosAC, tendremos un voltaje de

salida de unos 305 voltios DC aprox. Por esta razón el 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 calcular 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 zener. 

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 el

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 el 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                            Lampara de

LEDs

Nota: lea a conciencia hasta entender el funcionamiento del circuito. No lo arme sólo por armarlo. Cuando

se tiene claro el funcionamiento de un aparato, no habrá obstáculos al momento de construirlo. 

Antes de empezar, lea nuestra sección de Recomendaciones. Contiene muchos “tips” que le serán muy

útiles en la construcción de cualquiera de nuestros proyectos.

Hemos proporcionado el diagrama de conexión en protoboard para los estudiantes de electrónica que

desean practicar y hacer sus propias variaciones.