Ao de la diversificacin productiva y del fortalecimiento de la educacin

XXIV FERIA ESCOLAR NACIONAL DECIENCIA, TECNOLOGA E INNOVACINEUREKA 2015

GERENCIA REGIONAL DE EDUCACIN DE LA LIBERTAD

INSTITUCIN EDUCATIVA PBLICA EMBLEMTICASAN JUAN

DIRECCIN: AV. 9 DE OCTUBRE S/N URB. HUERTA GRANDETELFONO: 22-41-12 WEB: http://www.gloriososanjuantrujillo.edu.pe/DISTRITO: TRUJILLO PROV.: TRUJILLO LA LIBERTAD

REA: TECNOLOGIA E INGENERIA

TTULO DEL PROYECTO:

Luz Nocturna Automtica

GRUPO DE LA INVESTIGACIN: Jurez vila Roge Steve. Cueva Calle Jos Eduardo

GRADO: 5TO SECCIN: F

PROFESORA ASESORA:Especialidad: FISICA.

RESUMEN EJECUTIVO

El presente proyecto titulado Luz Nocturna Automtica presentados por los alumnos del colegio san juan del 5 grado seccin F se basa en que en nuestro hogar tenemos usualmente un bombillo que ilumina la entrada, el patio de ropas o el ante jardn. Como es una luz que est en el exterior de la casa, a quin no se le ha olvidado apagarla?La dejamos prendida por horas y horas en el da y a veces por semanas, haciendo un consumo de energa innecesario.Pensando en una solucin a este problema, hemos diseado un dispositivo electrnico que se encarga de encender un bombillo, en el momento que el sol se oculta y se apaga automticamente cuando el sol vuelve a asomar a la madrugada, igual que las lmparas de iluminacin del alumbrado pblico.

-PALABRAS CLAVES:ElTRIACes un dispositivosemiconductor de la familia de lostransistores, pero con la particularidad que puede conducir en dos direcciones. Es decir que puede conducir corriente alterna, algo que no pueden hacer los transistores. Tambin son llamados relevos de estado slido.ohmios en serie con el pin 2 que es el pin de tierra o negativo.El Optoacoplador: es un relevo de estado slido, tambin conocido con el nombre de optoaislador o aislador acoplado pticamente. 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 elctricamente el circuito anterior que es alimentado a 10 voltios y unos pocos miliamperios, de la parte donde manejaremos el voltaje de la red pblica.Esta es una de las grandes ventajas de usar un optoacoplador, ya que sirve para aislar un circuito de otro, evitando catstrofes a la hora de un corto circuito. Al momento que el transistor 2N2907 conduce, le enva un voltaje al LED que se encuentra dentro del MOC3021. Como el voltaje que llega al optoacoplador es de 10 voltios y un LED slo 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. Tambin son llamados relevos de estado slido.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 pblica y como el bombillo est 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 paso de corriente, Por lo tanto se puede encender cualquier tipo de bombillo que sea alimentado con la red pblica. Nosotros probamos el circuito con lmparas ahorradoras, obteniendo el mismo resultado que con los bombillos incandescentes. Tambin lo probamos con una lmpara de LEDs y una grabadora casera.Lista de Materiales:Transistores2N39042N2907ResistenciasR1 = Resistencia de 330K (naranja, naranja, amarillo) a 1/4W (puede usarse de 100K, hasta 470K).R2 = Resistencia de 10 ohmios (caf, negro, negro) a 1WR3 = Resistencia de 39K hasta 47K a 5WR4 = Resistencia de 10K (caf, negro, naranja) a 1/4WR5 = Resistencia de 1K (caf, negro, rojo) a 1/4WR6 = Resistencia de 2.2K (rojo, rojo, rojo) a 1/4WR7 = Resistencia de 390 ohmios (naranja, blanco, caf) a 1/4WR8 = Resistencia de 200 ohmios (rojo, negro, caf) a 1/4W para voltaje de 220V o Resistencia de 100 ohmios (caf, negro, caf) a 1/4w para voltaje de 120vCondensadoresC1 = Condensador de 2.2 uF (225) poli ster a 250 voltios o masC2 = Condensador de 22 uF hasta 47 uF a 350 voltiosC3 = Condensador de 47 uF a 25 voltiosC4 = Condensador de 0.1 uF (104) cermico o polisterVarios1 Optoacoplador MOC30211 Triac Bt136 o un BTA08600RDL = 1 Foto resistencia4 diodos 1N40071 diodo zener de 10 voltios1 porta fusible y fusible de 2 amperios1 restato de 20K1 disipador de aluminio

Este circuito funciona con voltajes desde 120 hasta 220 voltios, sin necesidad de hacerle ningn cambio. Por eso el condensador (C1) de la entrada de corriente (225) es a 250 voltios como mnimo y el condensador de rectificacin (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 ms potencia, siempre y cuando cambie el Triac BT136, por uno que soporte ms amperios como el BTA08600, que soporta hasta 8 amperios. No olvide usar un disipador para mantener el Triac refrigerado.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En nuestro hogar tenemos usualmente un bombillo que ilumina la entrada, el patio de ropas o el ante jardn. Como es una luz que est en el exterior de la casa, a quin no se le ha olvidado apagarla?La dejamos prendida por horas y horas en el da y a veces por semanas, haciendo un consumo de energa innecesarioCmo podramos evitar este uso excesivo de luz?Pensando en una solucin a este problema, hemos diseado un dispositivo electrnico que se encarga de encender un bombillo, en el momento que el sol se oculta se apaga automticamente cuando el sol vuelve a asomar a la madrugada, igual que las lmparas de iluminacin del alumbrado pblico.Otra de nuestras motivaciones para hacer este circuito es dar a conocer algunos componentes como los optoacopladoresy losTriacs, enseando su funcionamiento bsico.

IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIN: El presente proyecto de investigacin cumple con el rigor del mtodo cientfico. Siguiendo los pasos y una metodologa que nos a permitir alcanzar la verdad cientfica. Es de suma importancia ya que realizando o aplicando nuestro proyecto, ayudara a que la poblacin disminuya el uso EXCESIVO DE LUZ.

LIMITACIN DE LA INVESTIGACIN:La investigacin tiene las siguientes limitaciones, la falta de materiales bibliogrfico sobre el dispositivo, por el horario de estudio de los investigadores, no permite dedicar el tiempo adecuado y requerido para este proyecto, debido al costo dela investigacin (materiales, foto copias, etc.) Este proyecto se ve limitado por el aspecto econmico.

OBJETIVOS: Objetivo General:Usar el dispositivo para evitar el consumo excesivo de luz y el gasto innecesario de dinero a causa de esteObjetivos Especficos: Utilizar el dispositivo para brindar mejor calidad de alumbrado elctrico sin desgastar la luz dar a conocer algunos componentes como los opto acopladoresy losTriacs, enseando su funcionamiento bsico.HIPOTESIS: Con el dispositivo que crearemos un alumbrado sin gasto econmico innecesario VARIABLES: VARIABLE INDEPENDIENTE:

LAS PROPIEDADES QUE BRINDA EL DISPOSITIVOVARIABLE DEPENDIENTE:

Diagrama esquemtico

Este circuito funciona con voltajes desde 120 hasta 220 voltios, sin necesidad de hacerle ningn cambio. Por eso el condensador (C1) de la entrada de corriente (225) es a 250 voltios como mnimo y el condensador de rectificacin (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 ms potencia, siempre y cuando cambie elTriacBT136, por uno que soporte ms amperios como elBTA08600, que soporta hasta 8 amperios. No olvide usar un disipador para mantener elTriacrefrigerado.A continuacin haremos una breve explicacin de la funcin que desempea cada componente del circuito.

Una de las grandes virtudes de este circuito es queNO 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 polister, est en serie a la entrada del voltaje de la red pblica, restringiendo el paso de corriente (amperios). Este condensador slo permite el paso de unos 60 mA aproximadamente, facilitando la reduccin de voltaje que se har mas adelante. La resistencia de 330K (R1) que est 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 elctrica, al momento de manipular el circuito.En el otro cable de entrada de la red pblica hay una resistencia de 10 ohmios (R2) que funciona como fusible y tambin 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, entregndolos 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, multiplicndolo por raz de 2 que es1.4141. Esto quiere decir que para una alimentacin 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 alimentacin de 220 voltiosAC, tendremos un voltaje de salida de unos 305 voltiosDCaprox. Por esta razn el condensador de la fuente rectificadora debe ser de350 voltios, de lo contrario se estallar al momento de conectar el circuito.Ahora que tenemos el voltaje rectificado y con una corriente pequea, debemos bajar el voltaje a unos 10 voltios DC. Para esto utilizamos undiodo zener. Es importante resaltar que un diodo zenerNOse debe conectar sin su respectiva resistencia de polarizacin, que limita la corriente que alimentar el zener, de lo contrario el zener se quemar.La resistencia de 39K a 5 watts (R3) que vemos en la fotografa es la resistencia de polarizacin 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 frmula para calcular esta resistencia es la siguiente:RZ = Vt Vz / IzResistencia de polarizacin = voltaje total menos el voltaje del zener, dividido por los amperios del zener.Tenemos que: 305VDC 10 = 295VDC / 0.02 Amp = 14.750 ohmios. Podra ser una resistencia de15K, pero al hacer la prueba se calentaba demasiado, por lo que optamos por buscar la resistencia ms alta, antes de que se caiga el voltaje por falta de corriente. La resistencia mxima es de 47K y la mnima sin exceso de calor es de 33K.

En la fotografa podemos apreciar los otros componentes que acompaan 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 cermico 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 lmpara de nen. Por esta razn los colocamos, logrando una iluminacin estable y sin fluctuaciones.

Hemos terminado de explicar la fuente de alimentacin.Ahora viene el circuito que se encarga de la automatizacin de encendido al detectar oscuridad y apagado al detectar luz.El restato que vemos en la fotografa (RV1) forma parte de un divisor de voltaje, junto con una fotorresistencia. Se puede colocar una resistencia fija de 10 o 15K, pero el restato da la posibilidad de graduar la sensibilidad del circuito.Entrando en materia: Cuando la corriente pasa por el restato y llega al punto centro entre el restato y la fotorresistencia. Si la fotorresistencia est 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 ms de 100K, restringiendo el paso de la corriente. En ese momento se polariza positivamente la base del transistor2N3904.

La fotorresistencia oRDL(resistencia dependiente de la luz), es unaresistenciavariable que cambia su impedancia de acuerdo a la cantidad deluzque absorba en su superficie.Como se puede observar en la fotografa, 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 funcionar correctamente. Como no queramos que quedara la resistencia pegada a la tarjeta del circuito impreso, usamos un trozo de un bolgrafo viejo y lo cubrimos con cinta aislante negra. De la buena ubicacin de la fotorresistencia, depende la precisin en el funcionamiento de nuestro circuito.Volvamos al funcionamiento de nuestro circuito de luz automtica. Al momento que la fotorresistencia tiene su impedancia muy alta, se polariza positivamente la base del transistor2N3904(NPN). En ese momento el transistor conduce entre colector y emisor, polarizando negativamente la base del transistor2N2907que es de polaridad PNP. Esto quiere decir que conduce cuando su base es estimulada con un voltaje negativo. Al conducir el transistor2N2907, pasa un voltaje positivo de colector a emisor y llega hasta el optoacoplador.Nota:El transistor2N2907fue colocado en las dos direcciones, invirtiendo colector y emisor. Y en las dos posiciones, el circuito funcion correctamente. Por eso en las fotografas del artculo se ve al contrario de la mscara de componente. Puede colocarlo para cualquiera de los dos lados y probar su sensibilidad. La idea de estos proyectos es adquirir conocimiento y prctica.

Eloptoacoplador es un relevo de estado slido, tambin conocido con el nombre deoptoaisladoro aislador acoplado pticamente. Para el caso delMOC3021, sus patas 1 y 2 van internamente a undiodoLEDque al iluminar, excita unfototriacque permite conducir corriente entre las patas 4 y 6 del optoacoplador. Se utiliza para aislar elctricamente el circuito anterior que es alimentado a 10 voltios y unos pocos miliamperios, de la parte donde manejaremos el voltaje de la red pblica.Esta es una de las grandes ventajas de usar un optoacoplador, ya que sirve para aislar un circuito de otro, evitando catstrofes a la hora de un corto circuito.Al momento que el transistor2N2907conduce, le enva un voltaje al LED que se encuentra dentro delMOC3021.Como el voltaje que llega al optoacoplador es de 10 voltios y un LED slo 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.

ElTRIACes un dispositivosemiconductor de la familia de lostransistores, pero con la particularidad que puede conducir en dos direcciones. Es decir que puede conducir corriente alterna, algo que no pueden hacer los transistores. Tambin son llamados relevos de estado slido.Tiene tres patas:T1,T2yG(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 pblica y como el bombillo est 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 paso de corriente, Por lo tanto de puede encender cualquier tipo de bombillo que sea alimentado con la red publica. Nosotros probamos el circuito con lmparas ahorradoras, obteniendo el mismo resultado que con los bombillos incandescentes. Tambin lo probamos con una lmpara de LEDs y una grabadora casera.

Cuando la resistencia vuelve a recibir luz, esta baja su impedancia, y se polariza negativamente la base del transistor2N3904. Como este transistor esNPN, no conduce y por lo tanto tampoco el otro transistor, ni elOptoacopladory por lgica tampoco elTriac.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 imaginacin de cada uno una infinidad de posibilidades a partir de un circuito tan sencillo, pero til como es

MATERIALES Y METODOS

Lista de Materiales:Transistores2N39042N2907ResistenciasR1 = Resistencia de 330K (naranja, naranja, amarillo) a 1/4W (puede usarse de 100K, hasta 470K).R2 = Resistencia de 10 ohmios (caf, negro, negro) a 1WR3 = Resistencia de 39K hasta 47K a 5WR4 = Resistencia de 10K (caf, negro, naranja) a 1/4WR5 = Resistencia de 1K (caf, negro, rojo) a 1/4WR6 = Resistencia de 2.2K (rojo, rojo, rojo) a 1/4WR7 = Resistencia de 390 ohmios (naranja, blanco, caf) a 1/4WR8 = Resistencia de 200 ohmios (rojo, negro, caf) a 1/4W para voltaje de 220V o Resistencia de 100 ohmios (caf, negro, caf) a 1/4w para voltaje de 120vCondensadoresC1 = Condensador de 2.2 uF (225) poli ster a 250 voltios o masC2 = Condensador de 22 uF hasta 47 uF a 350 voltiosC3 = Condensador de 47 uF a 25 voltiosC4 = Condensador de 0.1 uF (104) cermico o polisterVarios1 Optoacoplador MOC30211 Triac Bt136 o un BTA08600RDL = 1 Foto resistencia4 diodos 1N40071 diodo zener de 10 voltios1 porta fusible y fusible de 2 amperios1 restato de 20K1 disipador de aluminio

Este circuito funciona con voltajes desde 120 hasta 220 voltios, sin necesidad de hacerle ningn cambio. Por eso el condensador (C1) de la entrada de corriente (225) es a 250 voltios como mnimo y el condensador de rectificacin (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 ms potencia, siempre y cuando cambie el Triac BT136, por uno que soporte ms amperios como el BTA08600, que soporta hasta 8 amperios. No olvide usar un disipador para mantener el Triac refrigerado.

MATERIAL DE ESTUDIOSe inicio realizando encuestas a 50 alumnos del 1 al 5 grado escogidos al azahar aplicando el siguiente cuestionario.

CUESTIONARIO1Ha escuchado Ud. Hablar sobre una Luz Nocturna Automtica?a) Sib) Noc) A veces.2 Sabes cmo funcionan los componentes electrnicos ? 3).Ud. podra reemplazar sus focos con una Luz Nocturna Automtica?SI.. No No s ..Nombre Grado:.. Edad: Fecha:.

MUESTRAGrupoMasculinoTotal

1er-2doA 2020

3er-4toB 20 20

5toC 10 10

5050

EL RESULTADO FUE:A la pregunta N 01 Acerca del conocimiento de la Luz Nocturna Automtica

INTERPRETACIN SINOTOTALA. 1 Y 2 GRADO75%25%100%B. 3 Y 4 GRADO50%50%100%C. 5 GRADO30%70%100%

A la pregunta N 02 Respecto al conocimiento de los componentes electricos

Interpretacin:Los alumnos del 1 y 2 grado conocen casi nada sobre los componentes electrnicosLos alumnos del 3 y 4 conocen medianamente sobre los componentes electrnicosLos alumnos del 5 grado conocen bien los componentes electrnicos

A la pregunta N 03 Respecto a reemplazar los focos por la Luz Nocturna Automtica

SINOTOTAL

A90%10%100%B50%50%100%C50%50%100%

Interpretacin:Los alumnos del 1 y 2 grado lo reemplazaran en un 90% y no lo reemplazaran en un 10 %.Los alumnos del 3 y 4 lo reemplazaran en un 50% y no lo reemplazaran en un 50 %.Los alumnos del 5 grado lo reemplazaran en un 50% y no lo reemplazaran en un 50 %.

Mtodos:El presente proyecto de investigacin cumple con el rigor del mtodo cientfico. Siguiendo los pasos y una metodologa que nos a permitir alcanzar la verdad cientfica. Es de suma importancia ya que realizando o aplicando nuestro proyecto, ayudara a que la poblacin disminuya el uso EXCESIVO DE LUZ.

RESULTADOS Y RECOMENDACIONES:

Se encontr que al cambiar los focos normales por una Luz Nocturna Automtica es de bastante ayuda para la disminucin del gasto de la luz. Un porcentaje significativo de la Comunidad sanjuanista desconoce la existencia de los componentes elctricos. Se recomienda la utilizacin de la Luz Nocturna Automtica para las personas que quieran bajar las altas tasas econmicas de gasto en luz a causa de un olvido.