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jueves, 20 de marzo de 2014

Pila eléctrica casera. 4.5 voltios

Hay una infinidad de tipos de pila eléctrica hechos con materiales fáciles de obtener. Casi siempre involucran los mismos materiales: Un par de metales distintos que harán el papel de electrodos (uno de ellos se corroe, se gasta y la pila se agota) y un electrolito que consiste en un líquido (pila húmeda) que puede ser a base de vinagre, zumo de limón, agua con distintos añadidos e incluso hay versiones "secas" como la conocida versión de pinchar una patata con dos metales distintos.

Nueva versión de pila de agua y sal con electrodos de cobre y magnesio.
1,5 voltios por vaso. 4,5 voltios entre los tres. El doble que la anterior

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Nueva versión

Uno de mis primeros vídeos trata sobre este tipo de pilas. Allí monté una pila formada por tres elementos. Cada "elemento" era un tupper, y en cada uno de ellos había un electrodo de cobre, un electrodo de zinc y un electrolito formado por agua, sal y un poco de agua oxigenada. Daba 0,8 voltios por vaso (2,4 voltios en total porque habían tres vasos conectados en serie).

En esta nueva pila que presento ahora se mantiene todo exactamente igual excepto una cosa: El electrodo negativo que antes era de zinc, ahora será de magnesio. Esto supone un incremento en el voltaje: Ahora serán 1,5 voltios en lugar de 0.8, prácticamente el doble de tensión. Es una gran ventaja, pues para obtener 4,5 voltios serán suficientes tres elementos o vasos (1,5 voltios x 3 = 4,5 voltios) mientras que en la versión anterior, para obtener esos 4,5 voltios hubieran sido necesarios el doble: Seis vasos.



¿Cómo obtener mas tensión, mas voltios?

Para obtener mas tensión no se puede hacer nada en la pila. Cada tipo de pila, cada tipo de química tiene un valor de tensión intrínseco y no se puede cambiar. La tensión dependerá de qué tipo de metales utilices como electrodos. No sirve de nada aumentar el tamaño de los electrodos, ni poner mas electrolito, ni añadir mas sal al electrolito, ni aumentar el tamaño de la pila...

La pareja cobre-zinc es bastante buena con sus 0,8 voltios por vaso y son metales fáciles de encontrar. Pero resulta que si utilizamos magnesio (en lugar de zinc) como electrodo negativo, tendremos 1,5 voltios en cada vaso, es decir, casi el doble que con el zinc.

Si no tenemos suficiente tensión con ese voltio y medio, podemos recurrir a montar varios vasos y disponerlos en serie: Se sumarán las tensiones. En este caso, vamos a montar la pila con tres vasos y obtendremos 4,5 voltios en total. Unir pilas en serie es la solución que se adopta en la industria y en las pilas comerciales para obtener mayor tensión. No hay pilas de "nueve voltios": En realidad son 6 minipilas de 1.5 voltios montadas en serie y recubiertas por un estuche que le da apariencia de ser UNA SOLA pila cuando en realidad son SEIS.

Lo mismo para las baterías de plomo de automoción. Cada acumulador de plomo genera entre 2 y 2,3 voltios. Para conseguir 12 voltios se ponen seis acumuladores en serie.

No hay otra forma de elevar la tensión (voltaje) en pilas y baterías, a no ser que recurramos a la electrónica (inversores) pero esto ya es otro asunto...



Entonces, ¿No tiene ninguna ventaja hacer la pila mas grande?

Si. Tiene ventajas, pero no para la tensión (voltaje) sino para la intensidad. 

Con una pila mas grande podremos hacer funcionar un dispositivo que tenga más consumo, mas potencia, por el cual circule más intensidad. Y además también ganamos en otra prestación: La pila durará mas. Aumentará su autonomía.

De esto tenéis un claro ejemplo en la popular pila de 1,5 voltios: Hay al menos 4 tamaños de este tipo de pila. La tensión es invariable: 1,5 voltios. Pero los modelos mas grandes de pila pueden hacer funcionar a un equipo durante mas tiempo.



Lista de componentes

Necesitaremos:

3 tuppers del tamaño mas o menos de un vaso
3 trozos de cobre. Lo mejor, tubería de buena sección
3 trozos de tubo de PVC, como separadores (no imprescindible)
3 trozos de magnesio (obtenidos de un "ánodo de sacrificio")
3 cáncamos pequeños
1 litro de agua (vale la del grifo)
2 cucharadas de sal común, sal de mesa, cloruro sódico
15-25 centímetros cúbicos de agua oxigenada (2 cucharadas colmadas)
4 cables con pinzas de caimán en sus extremos
1 dispositivo que funcione a 4,5 voltios para probar (motor, linterna, radio...)

Vamos a ver un poquito de información más sobre los componentes:


Tuppers:



Serán los recipientes que contengan los materiales de la pila. Deben ser de material aislante: Plástico, cerámica, cristal... No usar metales o materiales conductores. Procura que su tamaño sea acorde al de los electrodos.







Cobre


Como en la versión anterior, un trozo de cobre será el electrodo positivo en cada pila. Es importante que no nos den gato por liebre. Debe ser cobre-cobre, del utilizado en las cañerías de agua. Material muy utilizado en fontanería.

El mejor formato es el tubo hueco como el de la foto. Usar un diámetro generoso nos dará mas intensidad (mA) y permitirá disponer los otros elementos (separador y magnesio) en su interior.

Yo conseguí un buen trozo de esta tubería de cobre en una chatarrería a un precio razonable.

Hay que asegurarse de que el cobre no esté recubierto de óxido o suciedad. Si fuese necesario lo lijaremos. La taladradora con una herramienta de cepillo metálico es muy cómoda y rápida para esto. El cobre quedará brillante.

En el funcionamiento normal de la pila, el cobre no se gasta, no se corroe. Simplemente se recubre de óxido. Cuando veamos que está en mal estado, simplemente volvemos a lijar su superficie (interior y exterior) y quedará listo para un nuevo uso.

Para hacer las conexiones le soldé un cable con estaño. Otra opción mas sencilla e igualmente válida es ponerle -en el borde- un cable con pinza de caimán cuando vayamos a hacer las conexiones en la pila.


Tubo de PVC, separador



Hay poco que decir sobre este componente: Su función es impedir que cobre y magnesio se toquen entre sí lo que ocasionaría que la tensión en ese vaso caiga a cero. 

Importante es hacer esos taladros en las paredes de estos separadores para permitir a las corrientes de iones circular libremente. El tubo es de 40mm de diámetro.




Electrodos de magnesio


El magnesio lo vamos a obtener de un "ánodo de sacrificio" de los utilizados en calentadores eléctricos. Lo puedes encontrar en una tienda de repuestos de electrodomésticos de la "línea blanca": Lavadoras, lavaplatos, neveras...

También puedes extraerlo de un calentador en la chatarra siempre y cuando se encuentre en un estado razonable de conservación.

Este ánodo de sacrificio hace honor a su nombre: Él mismo se corroe salvando así a otros metales mas valiosos de ser corroídos. Esta barra de magnesio tiene 40 cm de largo. 

La de la foto es la mitad que resultó después de haber cortado los tres trozos que necesitábamos para este proyecto.

Es macizo, es decir, no se trata de un baño superficial. Toda la barra es magnesio. Me costó 6 euros. Aunque parece mucho, hay que tener en cuenta que es casi un Kg de magnesio. Tenemos para 6 electrodos de 65 mm de largo y con todo su grosor (realmente grande). Como usaremos 3 electrodos para este experimento, aún nos sobrarán otros 3 electrodos para otro uso. Y cada juego de tres electrodos tienen pinta de durar mucho teniendo en cuenta su grosor, pues no se trata de una simple lámina.

La única parte que considero trabajosa en este proyecto es cortar los tres trozos a 65 mm que necesitamos de esta barra. Podemos hacerlo con una sierra manual para metales. Esta medida de 65 mm es ideal porque nos permite dividir esta barra en seis trozos.

Una vez cortados los tres trozos de magnesio nos damos cuenta que no es posible aplicarles una pinza de caimán ni ninguna otra forma de conexión. Un recurso es hacer un pequeño taladro en un extremo y adosarle un herraje de tipo cáncamo: Ahí podemos aplicar los cables de conexión.


Electrodos de magnesio con su cáncamo para la conexión.


Cáncamos pequeños:


Este herraje resulta ser muy útil para hacer posible el conectar algún cable a los electrodos de magnesio. Mejor que sea pequeño: Cumplirá su función igualmente y así tendremos que hacer un taladro pequeño en el magnesio que, aunque no es muy duro, no es fácil de taladrar con medios domésticos.





Electrolito



Usaremos agua del grifo (no importa que sea agua dura). Para un litro de agua añadiremos:

- Dos cucharadas soperas de sal común, sal de cocina.

- Un par de cucharadas soperas de agua oxigenada de uso sanitario.

Y mezclamos para diluir



Sobre la sal: Su función es hacer más conductora al agua. Es bastante inútil aumentar la cantidad de sal para "mejorar" las prestaciones de la pila. No conseguiremos ninguna mejora, pero sí haremos el medio demasiado salino y desgastaremos prematuramente el magnesio.

Sobre el agua oxigenada: Su papel es servir de "despolarizante". Veremos mas sobre esto al final de este artículo.


Cables de conexión




Las conexiones se pueden hacer enrollando el cable en cada contacto, pero lo más práctico es tener a mano cables con pinzas de caimán en sus extremos. Si optas por esta solución necesitarás cuatro cables: Dos para la batería (unir los tres vasos) y dos para conectar la batería al dispositivo elegido.





Dispositivo para probar la pila



Puedes usar cualquier cosa que se te ocurra siempre que su voltaje de funcionamiento se adapte al de la pila. Esta versión de pila con tres elementos proporciona 4,5 voltios. 

El de la foto es un motor de mecánica de CD que funciona a partir de 2 voltios y admite esos 4,5 voltios sin romperse.






Montaje

Una vez reunidos los componentes el montaje es muy rápido:

1. Ponemos en cada vaso: Cobre, separador y magnesio

2. Conectamos el magnesio de la primera al cobre de la segunda. El magnesio de la segunda al cobre de la tercera. Quedarán libres: Un cobre en la primera (será el polo positivo de la batería) y un magnesio en la tercera (el polo negativo de la batería)

3. Añadimos el electrolito a los vasos.

Nada más comenzar a llenar el tercer vaso, la batería empezará a entregar tensión de forma inmediata.



Cuando terminemos de utilizar la batería...

Dado el gran tamaño del electrodo de magnesio es fácil que después de haber utilizado la batería, dichos electrodos aún estén intactos o muy poco gastados, lo que nos permitirá usarlos muchas veces. 

Para conservar la batería en vistas a un nuevo uso haremos esto:

1) Sacamos fuera de la batería los electrodos de magnesio, los enjuagamos con agua y los secamos

2) Hacemos lo mismo con los electrodos de cobre

3) Enjuagamos los separadores de PVC

4) Desechamos el electrolito

5) No está de mas enjuagar también los vasos o tuppers

Cuando vayamos a montar otra vez la batería echaremos un vistazo a los electrodos de cobre. Si los vemos oxidados o el cobre aparece muy "apagado" por estar recubierto de alguna sustancia, lo lijaremos para que ofrezca su superficie al electrolito.



Prestaciones

Según veis en el vídeo, las prestaciones son:

- Tensión: 4,43 voltios, es decir: 1,47 voltios por vaso.

- Intensidad máxima (cortocircuito): 205 mA. Si la condición de cortocircuito se mantiene, la intensidad disminuye lentamente (totalmente normal).

La autonomía no la he comprobado y dependerá en gran manera de la carga que se le conecte. No es lo mismo alimentar un diodo led que... nueve.

Pero me aventuro a decir que la duración será extraordinaria para tratarse de una pila casera, pues a diferencia del zinc, no se trata de una fina película de zinc (y aún así duraba horas) sino de un grueso y macizo electrodo de magnesio.




Si tu batería se niega a funcionar...

Si montas esta batería y no te funciona, comprueba:

- los vasos deben ser de material aislante
- los electrodos de cobre y magnesio no deben tocarse entre sí.
- los cables para hacer las uniones deben hacer buen contacto.
- Que el cobre sea realmente cobre
- Después de guardado un tiempo, el cobre tiene tendencia a oxidarse superficialmente. El óxido es aislante. Un cable que simplemente roce al cobre no tiene porqué estar haciendo un buen contacto. Cuidar esto. Lijar el cobre si es necesario. Debe ofrecer una superficie brillante.

Este es un proyecto sencillo y tiene que funcionar, si o sí...




El fenómeno de la polarización

Cuando pones una pila a funcionar se producen reacciones químicas en su interior entre los electrodos y el electrolito. Algunas de esas reacciones son las reacciones útiles que nos dan la electrididad. Pero otras reacciones generan subproductos que envuelven a uno de los electrodos y lo aíslan, ya que esas sustancias generadas no son buenas conductoras de la electricidad. La pila entonces baja su rendimiento o incluso deja de funcionar.

Se dice entonces que la pila se ha "polarizado".

En este tipo de pila húmeda la polarización ocurre cuando se forman burbujas de gas hidrógeno que se adhieren al polo negativo (magnesio). El hidrógeno gaseoso es aislante de modo que a los pocos segundos la pila deja de funcionar.


Agua oxigenada como DESPOLARIZANTE en esta pila

La solución consiste en añadir al electrolito una pequeña cantidad de agua oxigenada que tiene mucha afinidad por el hidrógeno gaseoso. Se combina con él y lo hace desaparecer como burbuja. El magnesio se ve entonces libre de ese hidrógeno y la pila funcionará a plena potencia.

No es mucha la cantidad de agua oxigenada requerida. Para esta pila es suficiente con verter 15-25 cc en el litro de agua que usaremos para hacer el electrolito.




¿Cuánto dura esta pila?

Esta pila tiene varias "duraciones".


Por un lado, tenemos el hecho de usarla durante un rato, digamos una hora o dos... ¿Qué hacemos a continuación? Si no la vamos a usar pronto, lo mejor será desmontarla para preservar la vida de los electrodos: Vaciamos el agua, enjuagamos los electrodos, los secamos y guardamos todo.

Si la vamos a usar durante muchas horas seguidas, esta batería se ha comportado así:

Con un consumo de 50 mA (una lámpara de 9 diodos led de alto brillo) dura unas seis horas a plena potencia. A partir de ahí, el brillo de la lámpara comenzó a decaer. La batería recobra su fuerza original reponiendo un poco de agua oxigenada en cada vaso. Hay que tener en cuenta que el agua oxigenada se gasta al combinarse químicamente con el hidrógeno gaseoso que se genera en el electrolito. Con esto tendremos para seis horas mas.

Pasadas esas seis horas vuelve a ocurrir lo mismo: Baja el brillo de la lámpara. Volvemos a reponer - por segunda vez- un poco de agua oxigenada, lo que nos dará otra vez unas seis horas.

Llegados a este punto, si vamos a seguir usando la pila, recomiendo reponer el electrolito, es decir, poner agua y sal nueva con su agua oxigenada.

Otra "duración" de esta pila es la del electrodo de magnesio. En el test al que se sometió la pila, los electrodos no vieron reducido su tamaño, no al menos de forma medible. Y eso a pesar de estar casi 24 horas funcionando sin parar. Sólo se apreciaba una leve corrosión supercial sin pérdida aparente de masa.

Es de esperar que, con el tiempo, el magnesio vaya reduciendo su tamaño (por corrosión) hasta llegar a quedar convertido en un fino alambre, y entonces debe ser sustituido. Haciendo cálculos a ojo, si después de 24 horas de uso no se ve desgaste, estos electrodos de magnesio, con sus 26 mm de diámetro pueden durar muchos días de uso, quizás veinte...o más.
El vídeo sobre cómo hacer la pila:







Vídeo sobre la autonomía o duración de esta pila




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Cosas de internet: ¿Youtube no te notifica?

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Hola!

He recibido algún comentario donde se me anima a "subir más vídeos", "a subir mas a menudo". Y me he quedado extrañado porque, aunque no soy el youtuber más activo, mi ritmo tampoco es el mas lento: Mas o menos un vídeo a la semana o cada diez días. Alguna vez he estado casi un mes sin subir nada porque un vídeo me ha llevado mucho tiempo, pero no es lo habitual.

Y dándole vueltas a la cosa, me acordé de un tema que hace ya bastante tiempo me gustaría abordar, pero no lo voy a hacer a través de un vídeo, sino con este breve artículo.


Youtube no siempre notifica...

Cuando decides suscribirte a un canal de youtube es porque no quieres perderte ningún vídeo que ese youtuber suba a su canal. O al menos esa es la teoría. Se supone que Youtube, una vez te suscribes a un canal, debería notificarte cuando se sube un nuevo vídeo a ese canal. Y esa notificación te llega mediante un claro y breve email: "Fulanito de tal ha subido un vídeo". Y tú ya decides si lo ves o no, y cuándo.

Pero no siempre es así.

Youtube no asume por omisión que tú estás interesado en los vídeos que ese youtuber al que sigues sube a la red, lo cual es una total paradoja. Pero así son las cosas.

Cada canal de youtube tiene, en su perfil, una opción que podemos marcar o desmarcar según queramos. Como digo, en teoría, cuando te suscribes, esa opción debería estar marcada por omisión. Pero no siempre lo está. Hay veces que está desmarcada, y aquí viene lo extraño: No sé que tipo de algoritmo usará Youtube pero, cuando te suscribes, algunas veces te la da marcada, otras no. Es imprevisible. Desconozco si hay algún tipo de preferencias en Youtube o es simple azar, pero yo he comprobado que los canales a los que sigo no tenían todos marcada esa opción, y tuve que marcarla yo manualmente. 

Una consecuencia de que esta opción no esté marcada es que no te enteras de la actividad de ese canal al que estás suscrito y piensas (erróneamente) que está inactivo. Claro que, para ver el contenido de ese canal, siempre está el recurso de pinchar en su nick, meterse al canal y allí, pinchando el botón "vídeos" puedes ver todo su contenido desde su primer vídeo hasta el último, pero eso tampoco es plan...


¿De qué opción estoy hablando? ¿Cómo sabemos si está marcada o no?

Cosa fácil.

A continuación, los pasos que hay que seguir para activar esta opción en el canal al que sigues. Así, Youtube te enviará una notificación (email) cada vez que ese canal suba un vídeo:


1) Entramos a cualquier vídeo del canal al que seguimos

2) Debajo de su nick veréis un botón como el de la siguiente captura de pantalla en donde pone "suscrito", y a la derecha, un engranaje. Pinchad el engranaje.


3) Ahora se abrirá un cuadro de diálogo con dos opciones. Debéis aseguraros que la opción "Quiero recibir novedades" está marcada. Si no lo está, marcadla ahora. No olvidar salir pinchando el botón "guardar", mas abajo en este mismo cuadro de diálogo.





A partir de ese momento, y mientras no desmarquéis esa opción, cada vez que ese youtuber suba un vídeo, os llegará un correo notificándolo.

Para un mejor funcionamiento de youtube y mayor satisfacción de todos, os ruego difundáis esto entre vuestros contactos.

...Y esto es todo. Un saludo!






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sábado, 15 de marzo de 2014

Tutorial Electrónica Básica. 07. El PROTOBOARD


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1. Finalidad del protoboard

Construir un circuito, desde luego, es una forma de probar si funciona. Pero esto no es práctico a la hora de hacer ensayos: Hay que quitar y poner componentes para hacer diferentes pruebas, y el hecho de estar soldándolos hacer perder tiempo, además de acortar la vida de esos componentes.

Una alternativa a soldar los componentes es usar un protoboard, donde los componentes no se sueldan, sino que se "pinchan". Un protoboard tiene una serie de orificios con un conexionado interno, lo que permite montar rápidamente un circuito... y también desmontarlo, así como hacer numerosas pruebas.

La distancia entre orificios no es caprichosa. Igual que los componentes tienen unas medidas normalizadas, especialmente en lo que se refiere a distancia entre terminales, la distancia entre orificios también está normalizada, de modo que los componentes "caen" bien en ellos.


Componentes y protoboard siguen las mismas normas en cuanto
a distancia entre terminales



2. Distintos tamaños

Hay disponibles varios tamaños de protoboard, desde uno que es prácticamente una hilera, hasta otros que son grandes tableros donde podemos hacer grandes proyectos.

Si uno de ellos no es suficiente para acomodar nuestro circuito, podemos agrupar varios de ellos sin límite, con lo que, en teoría, podemos montar cualquier circuito, por grande que sea.



3. Accesorios standard

Aunque la conexión entre componentes se hace con los contactos internos del propio protoboard, hay veces en que hay que hacer conexiones entre componentes usando cables externos. Los protoboards vienen con una colección de puentes o cables en longitudes y colores distintos para hacer esas conexiones. También se venden por separado estos puentes, porque hay veces en que no son suficientes los que originalmente lleva el protoboard, y también se estropean estos puentes con el uso y el tiempo, así podemos reponerlos.


Estuche con puentes de cable

Una opción para hacernos nosotros mismos unos cuantos puentes es usar cable fino pero macizo: Cortamos a la medida un trozo de cable, pelaremos un centímetro de funda en cada extremo del cable y haremos una doblez a 90º en cada extremo.



4. Accesorios opcionales hechos por ti mismo

Lo anterior es lo mínimo e imprescindible, pero es aconsejable -con el tiempo- ir haciéndose de una pequeña colección de accesorios para el protoboard. Esto hace muy útil al protoboard para cualquier tipo de proyecto. Dependiendo del tipo de proyectos que hagas necesitarás unos accesorios u otros.

En la caja donde guardo los puentes de los protoboards guardo también estos accesorios que creo pueden ser de interés:

- cables con una pinza de caimán en un extremo
- pulsadores
- interruptores
- algún diodo LED que otro
- un pequeño altavoz
- una lamparita de incandescencia de 6V y de 12V



5. Conexionado interno

Es de suma importancia conocer como están dispuestos los contactos internos del protoboard no sólo para poder hacer bien los circuitos, sino para no dañar los componentes o incluso las fuentes de alimentación o dispositivos que conectemos.

El protoboard lo podemos dividir en dos zonas:

5.1. Lineas de alimentación


En rojo, las líneas de alimentación

En la imagen sobre estas líneas vemos arriba del protoboard un par de hileras de orificios. También en la parte mas baja vemos otras dos líneas de orificios iguales. La línea roja que he sobreescrito en la foto nos dice qué contactos están unidos en común. Vemos que cada linea está dividida en dos, es decir, están separadas en la zona central.

Podemos unir esas dos mitades con un pequeño puente y así dispondremos de esa linea a lo largo de todo el protoboard.

Estas líneas se utilizan típicamente para aplicar la tensión de alimentación que puede ser continua o alterna, o de cualquier otra naturaleza, por ejemplo, impulsos eléctricos o incluso señales digitales. A menudo hacen falta dos líneas: Positivo y negativo si es continua, o dos polos si es alterna.

Hay casos en que se utiliza una alimentación de corriente continua simétrica. Es decir, un cero, un positivo y un negativo (serían en este caso tres líneas). También existe la alimentación simétrica alterna: Un cero y los dos terminales de un transformador del tipo 6 + 6 voltios  (o 12 + 12 voltios, etc), en este caso también necesitaríamos tres líneas en el protoboard.

También puede ocurrir que el circuito que estamos ensayando necesite una tensión de entrada, al tiempo que nos proporcione una tensión de salida. Y resulta que el negativo no es común a la entrada y la salida, y por lo tanto necesitamos cuatro líneas. Si el negativo fuese común a la entrada y a la salida serían suficientes tres líneas.

Rizando el rizo, también podría ocurrir que la entrada de corriente sea alterna, y la salida sea continua, o viceversa (también aquí necesitaríamos cuatro líneas).

Si no unimos cada línea en su parte central con un pequeño puente y las dejamos independientes, tendríamos entonces ocho líneas: cuatro arriba y cuatro abajo, con lo cual el tema alimentaciones y salidas estaría mas que cubierto.




5.2. Zona de componentes

Es la parte central del protoboard, y consta de una o más filas constituídas por cinco columnas de pines. Estos cinco pines están unidos entre sí verticalmente, pero no horizontalmente. Si conectamos por ejemplo, un terminal de una resistencia, a uno de estos pines, los otros cuatro pines estarán conectados a ese terminal. Así, podemos conectar otros componentes a ese terminal de la resistencia usando cualquier de los cuatro pines de esa columna.

Hay un caso especial: Los circuitos integrados: Deben conectarse sobre el "canal" que separa a esos grupos de cinco filas. En el minuto 14:00 del vídeo se inserta un circuito integrado en la forma correcta. 


Circuito integrado pinchado correctamente en el protoboard


6. Cómo es por dentro el protoboard

En la siguiente foto se puede apreciar cómo está dispuesto el interior de un protoboard: Arriba y abajo se ven las líneas de alimentación, mientras que en la parte central podemos ver la zona de componentes formada por numerosas columnas verticales, separadas (aisladas) entre sí. Cada una de esas columnas consta de cinco agujeros o contactos.


Interior del protoboard. Disposición de los contactos



7. Componentes "pinchables" y "no pinchables"

Desafortunadamente, no todos los componentes pueden pincharse en el protoboard. Ejemplos de estos componentes son aquéllos que tienen terminales cuyo tamaño o forma no permite que sean insertados en el protoboard:

Altavoces, 
transformadores, 
semiconductores de potencia
resistencias de potencia elevada
relés
lámparas
pulsadores, interruptores...

Pero esto tiene fácil solución:

Nos serviremos de puentes de cable con una pinza de caimán en un extremo, y el otro extremo del cable estará pelado. Las pinzas las aplicamos a los terminales del componente, y el extremo pelado del cable lo insertaremos en el protoboard.

En la foto siguiente un relé forma parte de un circuito en el protoboard. Por tener este relé unos contactos demasiado gruesos se conecta mediante cables con pinzas.


Relé conectado mediante cables con pinzas




Rincón de la TEORÍA

Vamos a ver un par de fenómenos físicos interesantes desde el punto de vista de la electrónica: El efecto Skin y el efecto corona.


Efecto Skin

El efecto Skin (piel, en inglés) también conocido como "efecto pelicular" ocurre cuando un conductor es recorrido por una corriente eléctrica alterna de alta frecuencia. La corriente continua o la alterna de baja frecuencia no produce este fenómeno.

Este efecto consiste en que los electrones que forman parte de esa corriente eléctrica se desplazan por la superficie del conductor, rehusando el hacerlo por el interior. 

Esto tiene una consecuencia: Las pérdidas por efecto Joule aumentan espectacularmente. La razón de esto es que la resistencia de un conductor viene dada -entre otros factores- por la sección del conductor. Aunque la sección real del conductor es la misma independientemente de la frecuencia de la corriente que circula, se crea una "sección virtual" que es la elegida por los electrones para circular: La parte externa (piel) del cable.

Este dibujo aclarará un poco las cosas:


Efecto SKIN.
Distribución de la corriente eléctrica en un cable según su frecuencia

Un ámbito donde esto tiene mucha incidencia es en la radiodifusión. Toda emisora debe unirse a la antena mediante un cable. Por ese cable van a circular corrientes de alta frecuencia y además, de alta potencia. El efecto skin aquí puede hacer que las pérdidas por efecto Joule sean inaceptables. Una forma de combatir esto es utilizar el conocido "cable de Litz", que en lugar de estar formado por un único conductor está hecho con múltiples cables aislados entre sí.



Cable de LITZ. Fuente: http://bit.ly/1gmrzId




Efecto Corona 

Cuando un conductor es sometido a alta tensión, el aire que lo rodea se puede volver conductor. Se dice que el aire es aislante eléctrico, pero no hay que olvidar que esto es cierto mientras no se supere cierta tensión.

A partir de cierto valor de tensión una pequeña parte de la electricidad circulará por el aire, se puede decir que esa electricidad se ha "fugado" del conductor eléctrico. Tal es la repulsión que sienten entre sí las cargas de idéntico signo debido a la elevada tensión. En este caso cuando hablamos de "cargas" (negativas) nos referimos al electrón, por supuesto.

El resultado es un halo de luz que rodea al objeto (efecto corona). Esa luz tiene una tonalidad azulada muy característica aunque también puede adoptar cualquier otro color: rojo, naranja,... dependiendo de la intensidad de la fuga eléctrica.

Este fenómeno supone pérdidas para la industria de distribución de energía eléctrica, pues tal distribución se realiza en forma de alta tensión, lo que la hace susceptible a este fenómeno. Para combatirlo se utilizan distintas técnicas, por ejemplo, el uso de anillos anticorona en las torres de alta tensión.

En la noche, si no hay luces que lo impidan, en las proximidades de algunas líneas de alta tensión puede apreciarse claramente este fenómeno: En algunos puntos de la línea se ven pequeñas luces. Si además hay silencio también se oye el leve zumbido que suele acompañar a este fenómeno.



Efecto corona en una línea de distribución de energía eléctrica.
Fuente: http://bit.ly/1gmomZj


Otras veces, por el contrario, este fenómeno se busca deliberadamente. Como ejemplo, los generadores de gas ozono, que producen este gas basándose en una pequeña descarga silenciosa de alta tensión, es decir, se valen del efecto corona para cumplir su cometido.



Ozonizador. Generador de gas ozono. Fuente: http://bit.ly/1iNUTLd




El VÍDEO:






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sábado, 8 de marzo de 2014

Circuitos ÚTILES. 03. Luz de emergencia miniaturizada


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1. Descripción

Se trata de un pequeño dispositivo a pilas que produce una luz a modo de centelleo o intermitente. Muy útil para hacerse ver en la noche cuando vas en bici, o sales a correr o simplemente para señalizar algo. Está basado en un viejo y conocido oscilador compuesto por dos transistores, cuatro resistencias y dos condensadores, lo que lo convierte en un proyecto de muy bajo coste.

Salgo al paso de dos previsibles críticas o "peros":

- Ya sé que ésto lo puedes comprar en el chino, ya hecho, por 3 euros, pero se trata de hacerlo nosotros mismos, ¿no? Y tampoco va a salirnos por mucho mas que esos tres euros...

- También sé que esta aplicación puede ser hecha con tecnología mas moderna, usando circuitos integrados en vez de transistores, pero defiendo esta versión por los siguientes motivos: 

1) Una cosa es un montaje con veinte transistores (ahí si podemos miniaturizar mucho), y otra, con sólo dos transistores (poco podemos miniaturizar aquí). Así que con transistores también podemos hacer el montaje en muy poco espacio.

2) Quiero asociar este montaje con el capítulo 6 del tutorial de electrónica básica (transistores) así que recurro a este conocido esquema.

3) Su consumo es bajísimo (entre 1 y 2 mA) y su probabilidad de avería prácticamente 0% (excepto golpes y caídas).



2. Circuito

Multivibrador astable transistorizado

Este circuito es un clásico. Se trata de un oscilador o multivibrador astable, es decir, no tiene un estado estable sino que oscila entre dos estados a una frecuencia que vamos a determinar por los valores de C1, C2, R2 y R3.

Cuando conectamos la alimentación, uno de los transistores va a conducir un poco más que el otro, a causa de pequeñas diferencias en el proceso de fabricación. Otros factores que pueden sumarse a esto son los componentes asociados a dichos transistores incluyendo pistas, soldaduras, cables...

Supongamos que comienza por conducir T1 un poco más que T2. Esto lo llevará a saturación (conducción máxima) haciendo que luzca el diodo D1, mientras T2 está en corte (no conduce). Pasado un instante, el condensador C1 se descarga por T2 y hace que éste comience a conducir, al tiempo que C2 provoca el corte de T1. Ahora el diodo D1 permanece apagado y D2 luce.

...y el proceso se repite...

La frecuencia a la que oscila este multivibrador depende de los valores de los componentes antes citados: C1, C2, R2 y R3.

Cuanto mayores sean las capacidades de C1 y C2, mas lento oscilará
Cuanto mayores sean las resistencias de R2 y R3, mas lento oscilará

Se puede hacer que D1 y D2 tengan tiempos de encendido distintos haciendo que C1-R2 y C2-R3 tengan valores distintos, pero normalmente se busca un tiempo igual -simétrico- para ambos, como es el caso de este montaje, así que los valores para C1 y C2 así como para R2 y R3 serán iguales.

Necesitamos una frecuencia de unos 6 Hz (seis oscilaciones por segundo) para que la intermitencia tenga un efecto destelleante. Por medio de simple ensayo en el protoboard determiné que los valores correctos eran:

para C1 y C2: 4.7 µf (16 voltios son mas que suficientes)
para R2 y R3: 100 K (cien mil ohmios)

Se pueden conseguir esos 6 Hz con otros valores, pero intenté conseguir una pareja de valores que involucrase a un condensador de reducida capacidad porque eso significa que también será pequeño: Este proyecto dispone de muy poco espacio para los componentes.

Es importante que los condensadores sean de la menor tensión posible (16 voltios) porque así nos aseguramos que sean pequeños. Ningún problema con esto, pues la tensión de alimentación será de tan sólo 3 voltios.

Me queda decir que la tensión de alimentación SÍ influye en la frecuencia de oscilación de este circuito. En un principio hice las pruebas con 9 voltios desde una fuente de alimentación. Cuando después puse 3 voltios (la tensión a la que funcionará esto) comprobé que la frecuencia cambió (a menos tensión, mas frecuencia, mas rápido oscila).

Así que tuve que volver a cambiar R2 y R3: Las aumenté para que la frecuencia bajase otra vez a 6 Hz (mas o menos).

Los valores definitivos son los que veis en el esquema, arriba de estas líneas.

Las resistencias R1 y R4 (150 ohms) son considerablemente mas bajas que en muchos esquemas que veréis por ahí. La causa: Vamos a 3 voltios, no a 12. Si no disminuimos el valor de las resistencias R1 y R4, los LEDs apenas lucirán. Un valor de 150 ohm nos asegura un buen brillo en los LEDs pero sin llegar -ni mucho menos- a intensidades peligrosas. De hecho, con mi polímetro registré intensidades del orden de sólo 2 mA a pesar de que los diodos emitían buenos destellos.



3. Lista de componentes

1 caja de plástico (Envase de artículos de ferretería, bisutería...)
1 portapilas para dos pilas de 1.5V, tamaño AAA (LR03)... y dos de esas pilas
1 trozo de circuito impreso.
1 interruptor pequeño
2 diodos led de alta intensidad, uno blanco y otro azul, por ejemplo
2 transistores BC547
2 resistencias 100K ohm 1/4 W
2 resistencias 150 ohm 1/4 W
2 condensadores electrolíticos 4.7µF 16V
1 trocito de lámina de acetato o plástico, cartulina...
1 trocito de papel de aluminio.
cola blanca
tres tornillos y 9 tuercas métrica 3mm


Ampliación de información sobre algunos componentes:


Caja de plástico



La puedes encontrar en la sección de ferretería de un supermercado o chino. También envasan artículos de bisutería en este tipo de cajas. Tiene un tamaño y forma ideal para este proyecto.

Hay de varios tamaños, la buena es:
Largo: 75mm (sin contar el asa)
Ancho: 56mm
Alto: 17mm (incluyendo tapa)





Portapilas



Para obtener 3V a partir de dos pilas de tipo AAA. Mejor usar un portapilas que andar haciendo uniones y empalmes precarios con las pilas.

Este modelo encaja a la perfección en la caja anterior.

El portapilas lo puedes comprar en una tienda de componentes electrónicos.




Trozo de circuito impreso




Necesitamos un circuito impreso de 50 x 45 mm. Como es improbable que lo haya de ese tamaño, habrá que partir de un circuito mas grande y obtener un trozo con las medidas anteriores. Puede cortarse con una sierra de marquetería. También se vende este artículo en las tiendas de componentes electrónicos.

Interruptor pequeño



Otro componente que viene como anillo al dedo para este montaje. Sus dimensiones lo hacen ideal para soldarlo al circuito impreso y que sólo sobresalga por la tapa transparente el pulsador (la parte azul)

Si no encuentras uno igual, puedes adaptar cualquier otro tipo siempre que sea de tamaño reducido. Por ejemplo, también valdría un micro-switch o pequeño conmutador. Si es necesario, se puede fijar con pegamento en un lateral de la caja en lugar de soldarlo al circuito impreso, y con cables, conectarlo al circuito. También en este caso hay que hacer un taladro en la caja para dejar salir al mando o control deslizante del conmutador. 

Estuve a punto de usar esta opción, pero a última hora encontré este oportunísimo interruptor que veis en la foto. Tiene pinta de ser fácil de encontrar en una tienda de componentes electrónicos.

Tiene seis patillas, en dos hileras de tres. En realidad se trata de un doble conmutador. Sólo usaremos dos terminales o patillas (en cualquiera de las dos hileras): Una patilla central, y la patilla de un extremo. Hay que medir con el polímetro (continuidad) y determinar qué terminal del extremo es el que nos interesa. Si nos equivocamos de extremo no pasa nada grave: Funcionará cuando liberemos el interruptor y se apagará cuando lo pulsemos, es decir, al revés.


Diodos LEDs



En esta foto podéis ver dos parejas de diodos led de alto brillo. Su apariencia es la misma que la de un led de brillo normal.

Los de la izquierda son de diámetro 3mm y además son mas cortos que los de la derecha, de diámetro 5mm. Su menor tamaño hace posible que podamos hacer el montaje tal y como queremos: Por un lado los diodos, por otro lado el resto de componentes.

A pesar de su notable diferencia de tamaño, lucen prácticamente igual. El consumo es menor en el caso de los diodos de 3mm. Este componente tiene polaridad que habrá que respetar. El cátodo se reconoce por ser el terminal más corto.

Los hay en bastantes colores: En la tienda me ofrecieron: Blanco, verde, azul, amarillo y rojo. Elegí la combinación blanco-azul por parecerme la más potente y visible. Otras combinaciones interesante son: Azul-rojo, y blanco-rojo.


3 tornillos y 9 tuercas



Con estos tornillos y tuercas haremos el separador y fijaremos el circuito a la caja. Las medidas son:

Tornillos:
Largo: 10 mm (sin contar cabeza)
Diámetro: 3 mm

Tuercas:
Diámetro interno: 3 mm






4. Montaje

4.1. Elección de la caja

Esta caja es muy común, muy fácil de encontrar, y en ella se envasan cosas de bisutería así como artículos de ferretería y tornillería. Tiene unas dimensiones ideales


Caja elegida para hacer el proyecto


4.2. Cortar trozo de Circuito impreso a la medida

Es casi imposible que encontremos un Circuito impreso a la medida. Tendremos que cortar un trozo de otro circuito mas grande.


Cortamos trozo de c.impreso a 50 x 45 mm


4.3. Trabajos a realizar en el Circuito impreso

Una vez obtenido ese circuito impreso con las medidas de 50 x 45 mm habrá que hacer unas operaciones sobre él.

Estas operaciones son tres:

- Preparar un separador que también servirá para fijar el circuito a la caja. El separador tiene la función de dejar un espacio entre el propio circuito impreso y la caja: Ese será el espacio para los componentes electrónicos que irán soldados por el lado del cobre en el circuito. El espacio reservado es de 5 mm, ni mas ni menos que lo justo para contener al mayor de los componentes (5 mm).

El separador consiste en tres tornillos con dos tuercas cada uno que suman (las dos tuercas) los 5 mm que necesitamos como separación.



Detalle del separador formado por un tornillo y dos tuercas


- Soldar los componentes en el circuito impreso, tanto por la parte a la vista (interruptor y dos diodos) como por la parte que permanecerá oculta: Resto de componentes del circuito: 2 transistores, 2 condensadores electrolíticos y cuatro resistencias de 1/4 W


La parte vista, de los LEDs y el interruptor:




... y la parte que irá oculta, en la otra parte del circuito impreso:





- Finalmente, preparar y fijar una superficie reflectante en la cara vista del circuito impreso. La superficie reflectante no es más que un montaje con plástico y papel de aluminio pegados con cola, y después recortados a la medida del circuito impreso. A esta superficie reflectante habrá que hacerle varios taladros o mecanizados para que pueda posarse sobre la superficie del circuito impreso. Esos taladros o mecanizados son tres:

- Para que pasen los diodos LED
- Para que pase el interruptor
- Para que pasen los tres tornillos (además, los tornillos ayudarán a sujetar la superficie reflectante).

Materiales para hacer la superficie reflectante: Acetato y papel de aluminio
En lugar de acetato puede usarse cualquier tipo de plástico fino


4.4. Soldar cables del portapilas

Soldaremos el cable negro (negativo) del portapilas a cualquier punto del circuito donde corresponda. Por ejemplo, si vemos el esquema, la unión de los dos emisores de los transistores es un buen punto. Allí soldaremos ese cable.

Respecto del cable positivo del portapilas, con la siguiente foto se verá mejor. Los seis terminales del interruptor están numerados de 1 a 6. Se pueden ver las dos hileras verticales de tres terminales. El positivo del portapilas va a cualquiera de los dos terminales centrales (2 ó 5) yo he elegido el 5. El terminal 6 es la salida del positivo que va soldado directamente a un cordón de estaño que es la línea positiva del circuito. Los otros cuatro terminales, aunque no se usen eléctricamente, hay que soldarlos (al menos dos de los cuatro) para que el interruptor quede bien sujeto al circuito impreso.



Conexión del portapilas al circuito

Es importante determinar cuál de los dos terminales extremos del interruptor elegir (en nuestro caso, dudaremos entre el 6 ó el 4). El correcto es el 6. Esto lo puedes saber con un polímetro usando la función "resistencia" o "continuidad" y pulsando el interruptor para ver cómo reacciona. Si nos equivocamos y elegimos el 4 no pasa nada especialmente grave, simplemente que el interruptor funcionará "al revés": Apagará el equipo cuando lo presionemos y lo encenderá cuando lo liberemos.


4.5. Hacer taladro para que pase el mando del interruptor on/off

Ahora que ya sabemos la ubicación exacta del interruptor, podemos marcar en la tapa transparente su posición y hacer un taladro del diámetro justo para que pase el mando de dicho interruptor.


4.6. Montar todo y fijarlo

Ponemos los tornillos y tuercas separadoras al circuito si no estaban puestas ya. Colocamos todo en su sitio. Asomarán los tres tornillos por la base de la caja. También irá allí una tuerca para cada uno de los tres tornillos y así fijaremos el circuito a la caja. Ponemos la tapa y la sujetamos con cinta adhesiva.




5. Sujección: Velcro, brazalete, brida, imán...

A la hora de sujetar esta luz, por ejemplo, a una bici, podemos optar por varios sistemas: Buscar algún herraje para que, con una abrazadera, podamos sujetarlo. También podemos usar velcro en la bici, y velcro en el dispositivo. Sería una forma rápida de poner y quitar la luz. 

Una tercera manera, igualmente rápida y cómoda, sería usar pequeños imanes de neodimio: Uno fijado en la bici. Otro fijado en la luz. 

No hay que olvidar el asa que esta caja trae, la misma que servía para colgarla en un expositor en la tienda. También podemos servirnos de ella.

En la forma de sujetar esta luz manda la inventiva y las necesidades de cada uno...



6. Probar

En el vídeo, a partir de 22:03 se puede ver funcionando a esta luz, tanto en el banco de trabajo como en la calle, de noche. A 25 metros esta luz demuestra ser bastante visible y consigue su objetivo: Captar la atención.



7. EL VÍDEO:








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