Marco Referencial

Marco teóricoRegularmente en la mayoría de los hogares se tienen fuentes de iluminación externas como lo son lámparas de jardín o focos en el patio delantero o trasero, pero estas al estar en el exterior de los hogares, se olvidan de apagarlas cuando ya no es necesario provocando un gasto innecesario de energía eléctrica que se ve reflejado en la facturación del servicio de energía eléctrica.

La solución propuesta con el siguiente trabajo es el de usar un circuito eléctrico automatizado que se encargue de encender o apagar los focos de manera automática dependiendo de la cantidad de luz que perciban.

El circuito eléctrico se encargara de encender un foco en el momento que no capte suficiente cantidad de luz y lo apagara cuando tenga de nuevo la percepción de luz.

El circuito puede soportar un foco de hasta 100 vatios.

El circuito electrónico se compone de un condensador de 2.2 microfaradios que está en serie a la entrada de voltaje de la energía se encargara de restringir el paso de corriente y permitirá el paso de 60 miliamperios aproximadamente; en paralelo a este condensador se encuentra también una resistencia de 330 k que tiene como fin descargar el condensador a la hora de desconectar el circuito evitando que el capacitor quede cargado y pueda cuásar una descarga eléctrica al usuario.

En la otra entrada de voltaje se encuentra una resistencia de 10 ohmios que tiene dos fines; el primero es el de servir como fusible y el otro es el de limitar la corriente.

Después de que la corriente eléctrica pasa por el condensador y la resistencia mencionada en el párrafo anterior, esta llega a un puente de diodos. El puente de diodos se encarga de separar los semiciclos positivos de los negativos para luego ser rectificados por un condensador que convertirá la corriente alterna en corriente directa.

Ya con el voltaje rectificado y con una corriente mínima se debe de bajar el voltaje a 10 voltios DC con la ayuda de un diodo zenner. Una resistencia de 47 k, es la resistencia de polarización del diodo zenner; es necesario que sea de 5 vatios por

que el esfuerzo al bajar la corriente genera un calor relativamente alto. Una resistencia de 10 k que se encuentra en paralelo con el diodo zenner a tierra le ayuda a este a soportar la carga.

A continuación un condensador de 47 microfaradios y un condensador cerámico de 0.1 microfaradios vuelven a rectificar nuevamente la corriente y evitan el rizado.

Finalmente se encuentra la parte del circuito que se encarga de la automatización de encendido o apagado a partir de la cantidad de luz que recibe.Un reóstato Rv1 junto con una fotorresistencia forma parte de un divisor de voltaje. El reóstato da la posibilidad de regular la sensibilidad del circuito.Cuando la corriente pasa por el reóstato y llega en el punto medio entre el reóstato y la fotorresistencia y esta recibe luz, baja su impedancia a 0 ohmios polarizando negativamente la base del transistor. en caso de que la fotorresistencia no reciba luz, la fotorresistencia sube su impedancia restringiendo el paso de la corriente eléctrica polarizando la base del transistor 2N3904 conduciendo entre colector y emisor polarizando negativamente la base del transistor 2N2907 (este conduce cuando a su base llega un voltaje negativo). Al conducir el transistor 2N2907 pasa un voltaje positivo de colector a emisor, llegando hasta al optoacoplador MOC3021 encendiendo el led que este contiene y activando el fototriac, enviando este una corriente al triac Bt136, conduciendo este la corriente de la red publica provocando que el foco que esta en serie se encienda.Si la fotorresistencia vuelve a recibir luz, esta baja su impedancia y hace que se polarice negativamente la base del el transistor 2N3904 haciendo que ni el transistor 2N2907 ni el optoacoplador conduzcan energía provocando que el triac tampoco conduzca energía y se apague el foco.

1 Marco histórico.

1.1Reseña histórica de la iluminación.

Desde el inicio de la humanidad se ha tenido la necesidad de una fuente de iluminación para la supervivencia del ser humano empezando por la luz del día. Con el descubrimiento del fuego se dio la creación de las antorchas, siendo este la primera fuente portátil de luz, que durante mucho tiempo siguieron funcionando como fuente principal de iluminación.

Por otra parte, la primera lámpara de aceite, llamadas “lámparas de terracota” datan de entre 8000 al 7000 a.C. encontradas en planicies de Mesopotamia, para tiempo después encontrar lámparas de material de cobre y bronce en Egipto y

Persia del año de 2700 a.C. con la introducción del bronce y después el hierro el modelo de las lámparas fue siendo cada vez más complejo.

Con el descubrimiento del petróleo en 1859 por Edwin L. Drake se produjo un nuevo modelo de lámpara con una fuente más eficiente de luminosidad.

También las velas jugaron un papel muy importante; el uso de estas se remonta a principios de la era cristiana. Las primeras velas fueron palos de madera recubiertos de cera de abejas; se piensa que los fenicios fueron los primeros en usar velas de cera y data desde 400 d.C, aunque su uso no era tan común como las lámparas de aceite.

Después se empezaron a usar lámparas de gas, pero antes de usarse el gas en lámparas, este era conducido por un ducto de metal en almacenes para poder iluminar el lugar, pero por ser inseguro ya no era utilizado en varios lugares. Otra forma de utilizarlos fue gracias a F. A. Windsor ya que pudo crear la lámpara de gas que fue utilizado y adoptado en varias ciudades de países de Europa y América.

Con el paso del tiempo, en 1840 en Alemania Otto von Guerike descubrió que la luz podía ser producida por la electricidad y en 1706 Francis Hawsbee invento la primera lámpara eléctrica al introducir sulfuro en un globo de cristal al vacío.

“La primera patente de una lámpara incandescente la obtuvo Frederick de Moleyns en 1841, Inglaterra. Aun cuando esta producía luz por el paso de electricidadentre sus filamentos, era de vida corta.”

Finalmente, Thomas A. Edison produjo una lámpara incandescente con un filamento carbonizado que se podía comercializar pero su vida era de 2 días, por esta razón se vio en la necesidad de probar con materiales alternativos, siendo el filamento de bambúmás eficiente con una vida de 1200 horas.

Con la evolución de la lámpara incandescente, se volteo a observar la fluorescencia, un fenómeno muy conocido durante años, pero la primera lámpara fluorescente se desarrolló en Francia y Alemania en los años 30. Las lámparas fluorescentes se deben a la fluorescencia de ciertas sustancias químicas que se excitan con energía ultravioleta.

En la actualidad, la nueva manera de iluminación es a través de LED’s, ya que estos iluminan de manera eficaz porque utiliza una menor cantidad de voltaje para encender además de que su vida útil es larga.

2 Marco conceptual.

2.1Electrónica

“La electrónica es una rama de la física y una especialidad de la ingeniería que estudia y emplea sistemascuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control de los electrones.Estos sistemas, llamados sistemas electrónicos, están formados por componentes, los cuales se ensamblan de forma organizada para poder conseguir la acción necesaria sobre el flujo de los electrones.Según sus características y la función que desempeñan, podemos clasificar los componentes electrónicos en dos grandes grupos: componentes pasivos y componentes semiconductores”

2.1.1Componentes pasivos

“Son aquellos componentes que actúan como meros receptores y consumidores de la señal eléctrica.No generan ni ganancia ni control de la señal eléctrica.Los componentes pasivos son resistores, condensadores y bobinas.”

2.1.1.1 Resistencia

La función de la resistencia es oponerse al paso de la corriente eléctrica.La resistencia eléctrica se mide en ohmios (Ω). Es una unidad muy pequeña y por ese motivo se utilizan múltiplos como el kilo ohmio (kΩ) y el mega ohmio (MΩ)).Las características más importantes de las resistencias, también llamadas resistores, son:● ・ Valor nominal: Es el valor en Ohmios que posee; está impreso en la propia resistencia en cifras o por medio del código de colores.● ・ Tolerancia: Es el error máximo con el que se fabrica la resistencia. Para comprenderlo vamos a ver● ・ Potencia máxima: Es la mayor potencia que será capaz de disipar sin quemarse.Las resistencias pueden ser fijas, variables y dependen dientes.

2.1.1.1.1 resistencias fijas

Son aquellas en las que el valor en ohmios que posee es fijo y se define al fabricarlas.Los tipos mas comunes son los de la tabla siguiente:

2.1.1.1.2 Utilidad de las resistencias fijas.

Las resistencias fijas se suelen utilizar para ajustar la tensión que ha de soportar un componente o para limitar la intensidad de corriente que circula por él.

2.1.1.2 Resistencias variables o ajustables.

Estas resistencias pueden variar su valor dentro de unos límites. Para ello se les ha añadido un tercerterminal unido a un contacto móvil que puede desplazarse sobre el elemento resistivo proporcionandovariaciones en el valor de la resistencia. Este tercer terminal puede tener un desplazamiento angular(giratorio) o longitudinal (deslizante).Según su función en el circuito estas resistencias se denominan: potenciómetro, timmers, reóstatos.

2.1.1.2.1 Potenciómetro

Se aplican en circuitos donde la variación de resistencia la efectúa el usuario desdeel exterior (controles de audio, video, etc.).

2.1.1.2.2 Trimmers, o resistencias ajustables

Ilustración 1 “ “Romero A. Apuntes de Electrónica Analógica Básica (4o ESO). Recuperado el 31 de Octubre de 201 en:http://cmapspublic2.ihmc.us/rid=1GYW933BK-1PCLXWN-J8F/apuntes_electronica_basica.pdf “

”

Se diferencian de las anteriores en que su ajuste es definitivo, en el circuito donde van aplicadas. Su acceso está limitado al personal técnico (controles deganancia, polarización, etc.).

2.1.1.2.3 Reóstatos

Son resistencias variables en las que uno de sus terminales extremos esta eléctricamente anulado. Tanto en un potenciómetro como un trimmer, al dejar unos de susterminales extremos al aire, su comportamiento será el de un reóstato, aunque estos están diseñados para soportar grandes corrientes.

2.1.1.3 Resistencias dependientes

2.1.1.3.1 Resistencias dependientes de la temperatura

* Las resistencias NTC (Coeficiente Negativo de Temperatura) tiene la particularidad de disminuir la resistencia interna al aumentar su temperatura. También se llaman termistores.Pueden tener muchas aplicaciones entre las que podríamos destacar:

・ La medida de temperatura en motores y maquinas. ・ Termostatos. ・ Alarmas contra calentamientos. Y PTC (Coeficiente Positivo de Temperatura).

・Compensación de circuitos eléctricos.*La resistencia PTC aumenta la resistencia interna al aumentar la temperatura. Suelen utilizarse para protección de circuitos electrónicos.

2.1.1.4 Fotorresistencias

Ciertos materiales como el Selenio varían sus propiedades conductoras cuando varía la intensidad de luz que incide sobre ellos. Este efecto se denomina fotoconductividad. Si construimos un circuito eléctrico formado por una pila, un amperímetro y un trozo de Selenio y hacemos incidir un fuerte rayo de luz sobre el Selenio, veremos que el amperímetro marca mayor paso de corriente.

2.1.1.5 Varistores

Este tipo de resistencia disminuye el valor óhmico al aumentar el voltaje eléctrico entre sus extremos.

2.1.2 Condensadores.

Se llama condensador a un dispositivo que almacena carga eléctrica de forma temporal para soltarla cuando sea necesario. El condensador está formado por

dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios.La cantidad de electricidad que puede almacenar un condensador depende de dos factores:1. Del tamaño de las placas: a mayor tamaño, mayor capacidad.2. De la distancia entre las armaduras (espesor del dieléctrico).3. Del tipo de dieléctrico.La capacidad de los condensadores se mide en Faradios (F) , pero al ser una unidad muy grande, se utilizan submúltiplos como Microfaradios (μF), Nanofaradios (nf)y Picofaradios (pF).

2.1.2.1 ¿Qué aplicaciones tiene un condensador?

Para aplicaciones de descarga rápida, como un flash, en donde el condensador se tiene que descargar a gran velocidad para generar la luz necesaria (algo que hace muy fácilmente cuando se le conecta en paralelo un medio de baja resistencia). Como Filtro, un condensador de gran valor se utiliza para eliminar el "rizado" que se genera en el proceso de conversión de corriente alterna en corriente continua. Para aislar etapas o áreas de un circuito: Un condensador se comporta (idealmente) como un cortocircuito para la señal alterna y como un circuito abierto para señales de corriente continua, etc. Controlando el tiempo de carga y descarga de un condensador se pueden construir temporizadores. Para ello, hay que colocar una resistencia en serie con el condensador. El tiempo de cara y descarga de un condensador viene dado por la expresión: t = 5·R·C

2.1.2.2 Tipos de Condensadores

2.1.2.2.1 Condensadores fijos

2.1.2.2.1.1 Condensadores electrolíticos.

Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electrolito. Siempre tienen polaridad, y una capacidad superior a 1 μF

2.1.2.2.1.2 Condensadores cerámicos.

Se utilizan exclusivamente en microelectrónica, ya que sus valores y tamaños no son suficientes como para proporcionar las características que necesitarían el arranque de un motor, o el filtrado de una fuente de alimentación. Son sumamente baratos y suponen una opción de la que no se puede prescindir en muchos casos dada sus características.

2.1.2.2.1.3 Condensadores de plástico.

Los condensadores de polímeros son muy utilizados, dado que entre sus características más importantes se encuentran una gran resistencia de aislamiento que le permite conservar la carga por largos periodos de tiempo, un volumen reducido y un excelente comportamiento frente a la humedad y a las variaciones de temperatura. Tienen además la propiedad de autorregeneración permite que en caso de que un exceso de tensión los perfore, el metal se vaporiza en una pequeña zona rodeando la perforación evitando el cortocircuito, lo que le permite seguir funcionando. Los materiales más utilizados son: poliestireno (styroflex), poliéster (mylar), policarbonato (Macrofol) y poli tetrafluoretileno (conocido como teflón). Se fabrican en forma de bobinas o multicapas. En algunos países o publicaciones se los conoce como MK. Se fabrican con capacidades desde 1nF a 100uF y tensiones desde 25V a 4000V. Se les distingue por sus característicos colores vivos, generalmente rojo, amarillo o azul.

2.1.2.2.2 Condensadores variables

Estos condensadores presentan una capacidad que podemos variar entre ciertos límites. Igual que pasa con las resistencias podemos distinguir entre condensadores variables, su aplicación conlleva la variación con cierta frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y condensadores ajustables o trimmers, que normalmente son ajustados una sola vez (aplicaciones de reparación y puesta a punto). La variación de la capacidad se lleva a cabo mediante el desplazamiento mecánico entre las placas enfrentadas. La relación con que varían su capacidad respecto al ángulo de rotación viene determinada por la forma constructiva de las placas enfrentadas, obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las que destacan la lineal, logarítmica y cuadrática corregida.

2.1.3Bobinas

Una bobina (también llamado inductor) es un operador o componente eléctrico formado por un conductor arrollado de forma cilíndrica. El arrollamiento está formado por varias capas de hilo de cobre electrolítio aislado con esmalte.La misión de una bobina es almacenar energía eléctrica en forma magnética para cederla en un momento determinado.

2.2 Componentes activos o semiconductores

También conocidos como conductores activos, Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctrica puede considerarse situada entre la de un aislante y la de un conductor, considerados en orden creciente. Se comporta como conductor o como aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que

se encuentre. Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), por ejemplo, constituyen elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra. Sin embargo, bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, etc.

2.2.1 Diodo.

Los diodos son dispositivos semiconductores que permiten hacer fluir la electricidad solo en un sentido. La flecha del símbolo del diodo muestra la dirección en la cual puede fluir la corriente. Los diodos son la versión eléctrica de la válvula o tubo de vacío y al principio los diodos fueron llamados realmente válvulas

2.2.1.1 Puentes rectificadores

Hay varias maneras de conectar los diodos para construir un rectificador y convertir la AC en DC. El puente rectificador es una de ellas y está disponible en encapsulados especiales que contienen los cuatro diodos requeridos. Los puentes rectificadores se clasifican por su máxima corriente y máxima tensión inversa.

2.2.1.2 Diodo zener

Los diodos zener se usan para mantener un voltaje fijo. Están diseñados para trabajar de una forma confiable y no destructiva dentro de su zona de “ruptura” de manera que pueden ser utilizados en inversa para mantener bastante fijo el voltaje entre sus terminales. El circuito muestra cómo debe ser conectado, con su resistencia en serie para limitar la corriente. Se los puede distinguir de los diodos comunes por su código y su tensión inversa la cual está rotulada en el diodo. Los códigos para diodos zener suelen ser BZX... o BZY... Su tensión inversa de ruptura está grabada con una V en lugar del punto decimal, así por ejemplo 4V7 significa 4,7 V. Los diodos zener están clasificados por su tensión de ruptura y su máxima potencia: • El mínimo voltaje o tensión de ruptura disponible es 2,4V • Los rangos de potencia más comunes están entre 400mW y 1,3

2.2.1.3 Diodo LED

Los diodos LED emiten luz cuando una pequeña corriente eléctrica pasa a través de ellos. Los LED deben conectarse de una forma correcta, el diagrama muestra que a es el ánodo (+) y k es el cátodo (-). El cátodo es el terminal más corto y puede tener una parte plana sobre el cuerpo del LED. Si observas el interior del LED, el cátodo suele ser más grande y tiene forma triangular. Los LED pueden ser dañados por calor cuando son soldados a una placa, pero el riesgo es pequeño al menos que tú estés muy lento. Ninguna precaución especial es necesario tomar al soldar la mayoría de los LED.

2.2.2Transistores

Es un elemento básico de los circuitos electrónicos, siendo el más importante de todos. Está formado por semiconductores, al igual que los diodos y disponen de 3 patillas o terminales, denominadas emisor, base y colector, cuya posición depende del modelo del transistor.Está formado por cristales semiconductores tipo P y tipo N, comolos Diodos,pero en lugar De dos cristales, tienen 3. En base a esto, hay dos tipos de transistores

2.2.2.1 Transistores PNP.

Tiene dos cristales de tipo P y uno tipo N entre ellos dos.

2.2.2.2 Transistores NPN.

Tienen dos cristales tipo N y uno tipo P entre ellos dos.

2.2.3 Optoacoplador

También llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor excitado mediante luz emitida de un diodo LED que saturan un componente optoplelectronico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac. De en este se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un foto emisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos es óptica.

2.2.3.1 Funcionamiento del optocopladorSi la tensión de entrada varía, la cantidad de luz también lo hará, lo que significa que la tensión de salida cambia de acuerdo a la tensión de entrada. De este modo el dispositivo puede acolar una señal de entrada con el circuito de salida, aunque hay que tener en cuenta que las curvas de tensión/luz del LED no son lineales, por lo que la señal puede distorsionarse. La ventaja fundamental de un optoacoplador es el aislamiento eléctrico entre los circuitos de entrada y salida. Mediante el optoacoplacor, el único contacto entre ellos ambos circuitos es un haz de luz.

2.2.3.2 Tipos de optoacopladores

Existen varios tipos de optoacopladores cuya diferencia entre sí depende de los dispositivos de salida que se inserten en el componente. Según esto tenemos los siguientes tipos:

2.2.3.2.1 Fototransistor.

Se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT. Los más comunes son el 4N25 y 4N35.

2.2.3.2.2 Fototriac

Se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un triac .

2.2.3.2.3 Fototriacde paso por cero.

Optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la corriente alterna. Por ejemplo el MOC3041.

2.2.3.2.4 Optotiristor.

Diseñado para aplicaciones donde sea preciso un aislamiento entre una señal lógica y la red.

3 Marco contextual.

Esta investigación va destinada a emplear un aparato en algún lugar donde se requiera tener un sistema automatizado de iluminación; como por ejemplo el patio delantero o trasero de una vivienda en donde es necesario controlar cuando debe de estar encendida o apagada la iluminación.El ya mencionado circuito no es experimental, ya que, y se ha implementado con anterioridad en lugares como el alumbrado público, por lo que no es necesario comprobar que vaya a funcionar bien o no. La única razón por l que no funcionara bien seria por el clima, ya que, dependiendo de la cantidad de luz que llegue a la fotorresistencia, haría o no que funcionara como se quisiera.

3 Marco contextual.

Este trabajo se emplea en un hogar donde se desee que la luz del patio delantero o trasero, requiera de tener un sistema de apagado automático ya que puede aplicarse a cualquier foco para que funcione de una buena manera.Este trabajo no es experimental debido a que el circuito ya es algo exacto y no necesitamos medir ni comprobar que sirve, ya que será hecho físicamente y hacer que funcione, lo único que puede hacer que falle, sería el clima, ya que si esta nublado, hay poca luz que haga que funcione como queramos la fotorresistencia.