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DESCRIPTION
En este trabajo se presenta el desarrollo y fabricación de un circuito denominado fotorrelé, el cual funciona en base a la cantidad de luz que recibe en el LDR y esto activa un relevador para encender cualquier dispositivo. Se utilizó como sensor el LDR ya que funciona como foto-resistencia y su bajo costo lo hace accesible para circuito. El funcionamiento se basa en el uso del transistor y del amplificador operacional.TRANSCRIPT
Elaboración de un Fotorrelé de Acción Negativa para el
encendido semi-automático de una lámpara.
1L. A. May Rejón,
2M. de J. Gutiérrez Cruz.
1Ingeniería Mecatrónica.
2Ingeniería Electrónica. Facultad de Ingeniería. DES de Ingeniería y Tecnología.
Universidad Autónoma del Carmen. Av. Central s/n Esq. Con Fraccionamiento Mundo Maya. C.P. 24115.
Ciudad del Carmen, Campeche, México. Correo electrónico: [email protected]
Resumen
En este trabajo se presenta el desarrollo y fabricación de un circuito denominado fotorrelé,
el cual funciona en base a la cantidad de luz que recibe en el LDR y esto activa un
relevador para encender cualquier dispositivo. Se utilizó como sensor el LDR ya que
funciona como foto-resistencia y su bajo costo lo hace accesible para circuito. El
funcionamiento se basa en el uso del transistor y del amplificador operacional.
I. Introducción
Hoy en día la automatización ha tomado
mucha importancia en la vida diaria, se
puede observa desde los objetos
personales que diario usamos hasta en las
grandes industrias. Una rama de la
automatización es la domótica, que es
cualquier instalación en el hogar en las
que intervienen dispositivos de
automatización de funciones como
encendido/apagado de luces, control de
puesta en marcha de aparatos, supervisión
de seguridad, etc. [1]. Los costo de
inversión para un sistema automático son
elevados; sin embargo, los beneficios de
un sistema inteligente ayuda a reducir
gasto innecesarios como en energía, lo
cual se proyecta en un determinado plazo
[2]. Las instalaciones inteligentes son
basadas en sistemas digitales, sin
embargo es posible realizar alguna
práctica con un circuito analógico que
ayude comprender ciertos conocimientos
en el área de la electrónica analógica.
Un circuito analógico que funciona de
manera ‘automática’ podría ser un
fotorrelé, el cual consiste en un relevador
que es activado debido a la luz que incide
sobre el LDR, es comparado el voltaje
entre las entradas inversoras y no
inversora del amplificador y ‘decide’
entre activar o no el relevador.
Un LDR (por sus siglas en inglés Light
Dependent Resistor) se basa en la
variación de la resistencia eléctrica de un
semiconductor al incidir en él radiación
óptica [3]. Su símbolo es el de la Fig. No.
1.
Fig. No. 1. Símbolo de la fotorresistencia.
Los relevadores son dispositivos
electromagnéticos que se activan
mediante una corriente que pasa a través
de una bobina para crear un campo
magnético y activar una pieza metálica
pivoteada llamada armadura, el
movimiento de esta pieza se emplea para
abrir y cerrar contactos eléctricos. Si el
relevador tiene una armadura se le conoce
como relevador de un polo. Si el
relevador tiene dos, tres o más armaduras
se le llaman de dos polos, tres polos o
múltiples polos, respectivamente. Los
contactos del relevador que abren cuando
no pasa corriente se llaman normalmente
abiertos (NA). Los contactos que cierran
cuando no pasa corriente se llaman
contactos normalmente cerrados (NC).
En la Fig. no. 2 se muestra el diagrama de
un relevador. Los puntos 85 y 86 son las
terminales de la bobina por la cual
circulará la corriente, los puntos 87 y 87A
son los polos del contacto y el punto 30 es
el pivote de la armadura [4].
Fig. No. 2. Diagrama de un relevador
Los amplificadores operacionales son los
dispositivos más versátiles y de mayor
uso en aplicaciones lineales, se le conoce
en inglés por sus siglas op amp. Estos
dispositivos son populares porque son
baratos, fácil de usar y es divertido
trabajar con ellos [5]. El amplificador
operacional se puede utilizar como
comparador cuando se trata de comparar
dos tensiones. Si una de la señales de
entrada es la señal de control y la otra es
la señal a controlar, la tensión de salida es
la señal de error.
II. Desarrollo de la Práctica
a. Materiales
La Tabla No.1 se muestra los materiales
que se utilizaron durante el proyecto, los
materiales secundarios como las
herramientas de corte, cableado, tableta
de pruebas (protoboard), estaño, cautín,
taladro, etc. no se tomaron en cuenta.
Cantidad Descripción
1 Am. Op. TL081
1 Relevador SPDT de 12v
1 Transistor PNP BC558
1 Base de 8 pin
1 Diodo 1N4148
1 Potenciómetro de 50K
1 LDR Mediano
1 Resistencia de 1K5, ¼ w
2 Resistencias de 12K, ¼ w
2 Resistencia de 1K, ¼ w
1 Placa Fenólica de 10x10
1 Foco de 60 watts
1 Socket para foco
2 mtrs Cable calibre 16
1 clavija
Tabla No. 1. Lista de Materiales
b. Diseño Experimental
El diagrama utilizado para la fabricación
de nuestro fotorrelé se muestra en la Fig.
No. 3. Se realizó un circuito de acción
positiva, es decir que cuando deja de
incidir luz sobre el LDR, se activa el
relevador haciendo funcionar a la
lámpara.
Fig. No. 3. Diagrama del fotorrelé de acción
negativa
Se puede observar que la corriente que
delimita la fotorresistencia tiene conexión
con la entrada no inversora del
amplificador operacional TL081, la cual
compara la corriente con la entrada
inversora del amplificador, si son muy
diferentes no se activará el relevador. Un
dispositivo muy importante, es el
transistor PNP BC558, ya que trabaja
como un interruptor, esto debido a la
corriente de entrada que entrega el
amplificador.
Para ajustar la sensibilidad del circuito se
realiza mediante el potenciómetro, el cual
delimita el rango de comparación para el
amplificador. Se necesita aplicar una
correcta conexión de la lámpara con el
relevador, este fungirá como un
interruptor.
En la Fig. No. 4 se observa la
transformación de nuestro Fotorrelé de
Acción Negativa a un Fotorrelé de
Acción Positiva, es decir, ahora el
relevador del circuito se activará cuando
incida luz en la fotoresistencia.
Fig. No. 4. Diagrama del fotorrelé de acción
positiva.
El único cambio que se necesita hacer
para transformar el circuito de acción
positiva a uno de acción negativa, es la
conexión de la entrada inversora y no
inversora del amplificador operacional.
La Fig. No. 5 muestra el diseño del
circuito en forma simulada con PCB
Wizard.
Fig. No. 5. Esquema de los dispositivos en la
placa
La Fig. No. 6 muestra el diseño que será
impreso en la placa fenólica para fabricar
nuestro circuito físico.
Fig. No. 6. Circuito para placa fenólica
III. Resultados y Discusiones
Se obtuvieron resultados satisfactorios en
el funcionamiento, sin embargo, la
ejecución del circuito impreso en la placa
no fue muy grato. El circuito montado en
la placa se muestra en la Fig. No. 7,
donde se aprecian los componentes y el
LDR que sobresale.
Fig. No 7. Circuito Soldado en placa
En la Fig. No. 8 se observa el circuito y la
soldadura de los dispositivos. Aún no
hemos podidos realizar una soldadura
más limpia por lo tanto no se podría
afirma un excelente funcionamiento.
Fig. No. 8. Fotografía de la Soldadura del
Circuito
Se puede hacer mejorar al circuito; sobra
mucho espacio en la placa, el LDR se
podría encapsular con materiales casero y
se podría hacer extenso para colocarlo en
un sitio que se desee sensar. Es
importante revisar las conexiones de
polaridad de la fuente de entrada y la
conexión de la lámpara.
Este mismo circuito se puede usar para
encender y/o activar cualquier otro
dispositivo eléctrico que se desee, su
funcionamiento es similar a un proceso de
automatización para casas, es muy
didáctico y de fácil construcción.
IV. Conclusiones
Se aprendió sobre el amplificador
operacional, aunque los conocimientos
fueron pocos ya se tiene una idea de su
funcionamiento, la importancia del
transistor BJT en este proyecto era el
encargado de activar el relevador, su
funcionamiento dependía de la corriente q
ue le entregara el amplificador, el diodo
protegía al revelador. Lo más interesante
fue como transformar el circuito con dos
configuraciones diferentes (acción postiva
y acción negativa). A pesar de la simpleza
del circuito se tuvieron problemas como
el de conectar mal el transistor lo cuál no
provocó que nuestro amplificador dejara
de funcionar y se tuvo que remplazar de
nuevo (Luis May).
Con esta práctica apliqué los
conocimientos adquiridos sobre los
transistores y sus diferentes
polarizaciones para ser usado como
interruptor o como amplificador, en este
caso el transistor que usamos es un
transistor PNP (BC558) el cual se le dio
una configuración de interruptor para
activar o desactivar un relé el cual a su
vez encenderá o mantendrá apagado un
foco, todo esto combinando otros
semiconductores como es una LDR la
cual es una resistencia variable sensible a
la incidencia de luz, cuando la resistencia
de la LDR sea grande, disminuirá el
voltaje en la entrada no inversora del
comparador TL081 haciendo que
encienda el foco. (Manuel Gutiérrez)
V. Bibliografía
[1] Saavedra, R., (2009), Automatización
de Viviendas y Edificios. Ediciones
CEAC. Barcelona, España. Pág. 10.
[2] Moro, M., (2011), Instalaciones
Domóticas. Editorial PARANINFO.
Barcelona, España. Pág. 7.
[3] Pallás, R., (2003), Sensores y
Acondicionadores de Señal. Ediciones
Marcombo. Barcelona, España. Pág. 88.
[4] Maloney, T., (2006), Electrónica
Industrial Moderna. 5ª Edición, Pearson
Editorial Prentice-Hall. México. Pág. 21.
[5] Coughlin, R., (1999), Amplificadores
Operacionales y Circuitos Integrados
Lineales. Pearson Editorial Prentice-Hall.
México. Pág. 2.
[6] Fernández, A., (2007), Control de
los Sistemas Continuos. Edición de la
Universidad de Oviedo. Pág. 147.
VI. Anexos
Se muestra la hoja de datos de los
componentes:
TL081 Wide Bandwidth JFET Input
Operational Amplifier
BC558 PNP Epitaxial Silicon Transistor