Lámpara por INDUCCIÓN, sin cables

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ÍNDICE

1. En qué consiste esta lámpara
2. Proyecto sin peligro. Apto para todos
3. Esquema
4. Materiales
      4.1. Para la base
      4.2. Para la lámpara

5. Prueba en protoboard (con otras bobinas)
6. Montaje
      6.1. Montaje de la base
      6.2. Montaje de la lámpara
7. ¿Porqué el PWM no rompe los LEDs cuando se regula a máximo?
8. El Vídeo
9. Otros proyectos que te pueden interesar
10. Toda mi colección de vídeos de Youtube

1. En qué consiste esta lámpara

Éste es un proyecto fácil que considero interesante porque se van a tratar bastantes temas tanto teóricos como prácticos, y al "invento" resultante le podemos dar utilidad. Vamos a hacer una lámpara decorativa a modo de luz ambiental. Lo especial es que la lámpara no está conectada con cables a nada. Está completamente libre. 

Funcionará "a distancia", por inducción. Este sistema consta de dos partes:

1) La base, que descansará en una mesita o superficie. Es un tupper o caja que alimentaremos con un alimentador externo normal de 12v. En el interior de este tupper hay una bobina que accionaremos con un sencillo circuito oscilador (un modulador PWM). Nosotros mismos haremos tanto la bobina como el oscilador. Esta bobina generará un campo electromagnético de corto alcance que llegará a la bobina de la lámpara que situaremos encima de este tupper, de este modo la luz funcionará sin necesidad de cables. Es el mismo principio que hace funcionar a las cocinas de inducción aunque en este caso, manejando una potencia muchísimo menor, y en vez de calentar un recipiente encenderemos uno o dos diodos LEDs.

Fig 1. Dos bobinas enfrentadas y separadas, una induce a la otra.

No se puede utilizar la frecuencia de 50 Hz de la red eléctrica ya que esta frecuencia es muy baja y las bobinas que vamos a construir se desenvuelven mejor a frecuencias superiores, de varios Khz, por eso tenemos que hacer un sencillo oscilador.

La base lleva un potenciómetro para regular la potencia que enviamos a la bobina, con lo cual el LED de la lámpara brillará mas o menos.


2) La lámpara. Un recipiente de plástico de nuestra elección. Será suficiente con que sea capaz de albergar en su interior una bobina (que también haremos) y uno o dos LEDs de alto brillo.

En principio doté a esta lámpara de un mini-circuito de tres componentes para limitar la tensión a 3,6 voltios y no romper los LEDs, pero comprobé que no era necesario, conectando los LEDs directamente a la bobina éstos no se rompen aunque pongamos a máximo la regulación en la base.

Fig 2. La "lámpara", un simple frasco de plástico

Para la lámpara, la elección de un recipiente u otro será más bien por consideraciones estéticas. Yo particularmente he elegido un frasco de plástico transparente con dibujos y letras.

A la izquierda en la figura 2 la lámpara sobre la base, que será la que le envíe la inducción.




2. Proyecto sin peligro. Apto para todos

Habida cuenta que vamos a utilizar un alimentador de 12 voltios, que la potencia implicada es muy reducida y que no se van a emplear productos químicos ni nada que comprometa la seguridad, salvo los riesgos conocidos de utilizar herramientas comunes de bricolaje, este proyecto es apto para todos los públicos pero se recomienda supervisión de adulto especialmente en el manejo de taladradoras y herramientas similares.

Importante: Que el alimentador sea al menos para 500 mA (y si es de 1 Amperio mejor), aunque el consumo real será menor (unos 160-180 mA) conviene dejar ese margen de seguridad para que no se caliente excesivamente el alimentador.




3. Esquema

Fig 3. Diagrama de bloques de la lámpara de inducción

En la figura 4 vemos el diagrama de bloques conjunto de este montaje.

A la base entran 12V desde un alimentador común que se aplican al circuito modulador PWM y de éste salen dos cables a la bobina. En la lámpara, que se colocará encima de esta base, hay otra bobina que captará la radiación de la bobina de la base y se la entrega a uno o (en mi caso) dos LEDs de alto brillo: Uno blanco y otro azul.

LA BASE:

Este esquema (Fig.4) corresponde a un oscilador, pero sería mas correcto hablar de un modulador de ancho de pulsos o PWM (Pulse With Modulator), que básicamente es un oscilador, pero con la posibilidad de regular la potencia con la que trabaja. Así podremos ajustar qué energía enviamos a la bobina para asegurar un buen funcionamiento gastando el mínimo de corriente.

En realidad se trata un circuito basado en el "regulador de corriente continua para motores DC" que subí hace unos meses.

Fig 4. Esquema del modulador de ancho de pulsos.

El circuito integrado IC1, un 555, entrega en su pin de salida 3 una sucesión de pulsos de ancho variable según la posición del potenciómetro P1. La tensión de salida es la misma siempre, lo que varía es el ancho de cada pulso. Esto posibilita regular la potencia. Dicha salida del pin 3 se aplica al "gate" de un mosfet que conducirá o no según el nivel del pin 3 del 555 sea alto o bajo. Si los pulsos son anchos, el mosfet conducirá más tiempo: Mas potencia. Si los pulsos son estrechos, el mosfet conducirá menos tiempo: Menos potencia.

Estos pulsos ocurren en rápida sucesión (miles de veces por segundo) así que nosotros no percibimos parpadeo ni oscilaciones en el LED, lo veremos brillar de forma continua.

El resultado es que la bobina L1 será recorrida por una corriente alterna de unos 3 Khz y emitirá un campo electromagnético.



LA LÁMPARA

El circuito es más sencillo aún.

Funciona conectando el LED directamente a la bobina. En mi caso serán dos LEDs, y se conectan en paralelo a la bobina.



LAS BOBINAS

Debo hacer un alto para decir algunas cosas sobre estas bobinas. No podemos usar cualquier bobina, y tampoco podemos orientarlas de cualquier manera.

Bobinas las hay de muchos tipos (Fig.5), pero debemos usar aquéllos tipos que permiten salir afuera de la bobina al campo electromagnético. Por lo tanto, las de tipo toroidal están descartadas ya que el campo está encerrado en el núcleo.

Usaremos las de tipo longitudinal (bobinando un trozo de ferrita) o mejor aún, las de tipo "pancake" a modo de disco o torta. Las primeras son más fáciles de hacer, pero las segundas son más eficaces para este uso.

Fig 5. Bobinas Toroidal, longitudinal de ferrita  y "pancake". Sólo las dos últimas valen para este proyecto.

También hay que orientarlas correctamente. Si las ponemos juntas de cualquier manera no se producirá la inducción. Hay que juntarlas tal como se muestra en el vídeo.

Finalmente, tenemos el tema "limitación de espacio". En la base no hay problema de espacio, así que podemos elegir entre el tipo longitudinal de ferrita o tipo pancake. En cuanto a la lámpara, depende del tipo de recipiente que usemos. Si es un bote mas o menos ancho podemos usar cualquiera de los dos tipos de bobina, pero si usamos como lámpara una botella o frasco pequeños tendremos que usar forzosamente la versión longitudinal con ferrita para que quepa en su interior.



4. Materiales

Este proyecto lo considero mediano-fácil en cuanto a componentes. Un buen número de ellos pueden ser de reciclaje. Tenemos que hacer dos unidades separadas: La base donde irá la bobina generadora, y la "lámpara" donde  irá la bobina receptora y el/los LEDs.



4.1. Materiales para la base

Fig 6. Materiales base. Faltan en la foto: El alimentador de 12V, clavija entrada de 12V y zócalo para el 555

- 1 alimentador 12V de al menos 500 mA, mejor si es de 1 Amp.
- Un tupper o caja de tamaño adecuado
- L1: Bobina que haremos nosotros mismos (Detalles en punto 6.1)
- Circuito impreso de 80 x 80 mm aproximadamente
- R1: 1 Resistencia de 1K5 (1500 ohm -marrón, verde, rojo- de 1/4W)
- D1 y D2: 2 diodos 1N4148
- P1: Potenciómetro 100K (no importa lineal o logarítmico)
- C1: Condensador 47n
- C2: Condensador 10n
- IC1: Circuito integrado 555
- Q1: Mosfet IRF630 o similar
- 2 Conectores de 2 vías (alimentación y salida bobina)
- 1 Conector de 3 vías para el potenciómetro

Recomendado:
- Disipador térmico para el IRF630
- 1 zócalo 4+4 pines para el 555
- 4 separadores para el PCB
- 4 juegos tornillo M3-arandelas-tuerca para el PCB. Largo tornillo: 15-20 mm
- 1 tornillo M4 de unos 50 mm largo (depende de lo alto que sea el tupper) + 2 tuercas + 1 arandela de ala ancha para sujetar la bobina al PCB y hacerlo a una altura correcta de modo que la bobina apenas roce al tupper en la parte superior. A falta de tornillo puede usarse un palito, bolígrafo gastado o similar.


4.2. Para la lámpara

- Una botella o recipiente para hacer de lámpara. Será suficiente con que pueda alojar en su interior los pocos componentes que llevará. Por lo demás, ésta es una elección mas bien "artística" y personal. Conviene evitar el cristal y elegir plástico, por seguridad.

Si la bobina de la lámpara va a descansar sobre la tapa del recipiente elegido, esta tapa no puede ser metálica pues actuaría como blindaje, como jaula de Faraday y no se encenderían los LEDs.

- Bobina que haremos nosotros mismos (Detalles en el punto 6.2)

- D6, D7: Dos diodos LED de alto brillo (Puede ponerse sólo uno).

5. Prueba en protoboard

Circuito dispuesto en protoboard:

Le conecto una bobina a su salida. Pongo un separador de 4 mm para simular la separación entre ambas bobinas y pongo la otra bobina encima. 

A la bobina receptora le conecto dos LEDs de alto brillo, uno blanco y otro azul, en paralelo.

Pongo la regulación del PWM de la base a mínimo.
Aplico 12 voltios al circuito.

Los dos LEDs están apagados, pero al accionar el potenciómetro P1 del PWM de la base comienzan a lucir. Veo que con un buen nivel de luz el consumo en el circuito PWM es de tan sólo 160-180 mA.

Fig 7. Prueba en protoboard totalmente satisfactoria

La frecuencia de trabajo del 555 aquí es importante. Obtuve los mejores resultados poniendo C1 de 47nF. Originalmente en el circuito era de 1nF.

El resultado me parece OK y sigo adelante...



6. Montaje

6.1. Montaje de la base

6.1.1. Hacemos la bobina:

Como en la base no hay problemas de espacio, haré una bobina de tipo pancake, pero también se puede hacer de tipo longitudinal con ferrita.


MÉTODO:

Yo utilicé como material:
- Dos discos de madera de 70 mm diámetro y 4 mm grosor madera DM
- Dos monedas de 2 céntimos o dos arandelas de diámetro semejante
- Unos 25-30 metros de cable esmaltado de 0,35 mm diámetro
- Pegamento epoxi
- Cola blanca
- Un tornillo M4 + arandela + tuerca para unir todo como un carrete

Fig 8. Materiales para hacer la bobina

1) Hacer en el centro de los discos un taladro a 4 mm

2) Hacer un taladro de 4 mm en el centro de ambas monedas. Si vas a usar arandelas por supuesto este paso no es necesario

3) Pegar con epoxi ambas monedas, centradas, en uno de los discos.

4) Hacer un taladro de 1 mm en el disco junto a las monedas pero sin taladrar las monedas. Por aquí pasaremos el hilo para formar un borne de la bobina.

5) Hacer otro taladro de 1 mm en el mismo disco, opuesto al taladro anterior, pero en el borde de dicho disco. Por aquí pasaremos el hilo para formar el segundo borne de la bobina.

6) Aplicar un poco de cola blanca en la cara interna del disco que lleva las monedas

7) Pasar el hilo de cobre por el taladro 4) sujetar el hilo con cinta adhesiva por la cara externa del disco (la que no lleva las monedas).

8) Ponemos el segundo disco y los aseguramos ambos con tornillo, arandela y tuerca, formando un carrete.

9) Comenzamos a bobinar. No sé exactamente el largo de hilo porque lo iba tomando de un carrete muy grande de tipo industrial, pero estimo que pueden gastarse fácilmente 30-40 metros de hilo. Es necesario llenar este carrete y hacer así una bobina con bastantes vueltas y una buena longitud de hilo. Si hacemos la bobina con pocas vueltas y/o poco hilo, su resistencia y su valor de inductancia serán muy bajas y el mosfet se calentará excesivamente aparte de que gastaremos electricidad de más. El número de vueltas tampoco lo conté: Simplemente hay que llenar este carrete, unas 200-300 vueltas serían...

10) Paramos de bobinar cuando veamos que estamos a punto de alcanzar el agujero de 1 mm en el borde del disco de madera (no debemos tapar ese agujero con el bobinado).

11) Sujetando el hilo para que no se deshaga la bobina cortamos dicho hilo y lo pasamos por ese agujero, ya tenemos el segundo borne de la bobina. Aseguramos de momento con cinta adhesiva ese hilo.  No olvidar dejar al menos unos 10 cms de hilo libre en cada borne de la bobina. Hay que lijar los extremos para quitar el esmalte y poder hacer la conexión.

12) Ponemos un poco de cola blanca en el cobre que está a la vista, a lo largo de todo el carrete, para evitar que la bobina se deshaga.





13) Una media hora después, cuando la cola blanca haya endurecido parcialmente, aflojamos el tornillo que une ambos discos, pero damos sólo una vuelta al tornillo, lo justo para permitir que ambos discos giren.

14) Vamos a girar el disco de madera (el que no tiene las monedas, el que no tiene los agujeros de salida de los dos hilos) en el mismo sentido en que hicimos el bobinado, con esto despegaremos la cola blanca que une ese disco con el bobinado ya que si retiramos ese disco así, sin más, las espiras saldrán pegadas a ese disco y la bobina se va a deshacer. Girar el disco puede exigir cierto esfuerzo, pero se puede. No hay que temer romper o deshilachar el cobre siempre que la madera se gire en el mismo sentido en que se hizo el bobinado.

15) Terminamos de retirar el tornillo que une ambos discos. Con cuidado, terminamos de retirar el disco de madera. Es posible que algunas espiras se hayan unido al disco. Con un destornillador muy fino las despegaremos. En mi caso, según veis en el vídeo, ese disco salió con gran facilidad.

La razón de quitar este disco de madera es ahorrar los 4 mm que mide de grosor y poder juntar más ambas bobinas. A mayor distancia, la inducción decrece.

16) Podemos poner un poco de cola blanca (mejor si es transparente) sobre el cobre, para pegar las espiras que hayan podido quedar sueltas. Esparcir con cuidado la cola blanca con un bastoncillo de algodón mejora el acabado de la bobina.

Ha costado un poquito, pero la bobina está terminada. 
La bobina debería quedar más o menos así:

Fig 9. Bobina tipo pancake terminada. Hacen falta dos: Una para la base, otra para la lámpara.

6.1.2. Hacemos el PCB

Para este montaje no voy a hacer un PCB mecanizándolo, voy a recurrir a la placa pre-impresa de puntos que tantas veces hemos utilizado. Este circuito es muy sencillo, son muy pocos componentes y así simplificamos.

PCB lado componentes:

Fig 10. PCB del PWM lado componentes.

Resulta un poco extraño ver los conectores en diagonal. ¿La razón? Su distancia entre pines es de un décimo de pulgada Y MEDIO, por lo que no se pueden insertar en el PCB a no ser que hagas un taladro entre dos orificios. Si pones esos conectores en diagonal entran perfecto. Solución no muy estética, pero rápida y buena. 


PCB Lado "pistas":

Fig 11. PCB del PWM lado conexiones.

La bobina la voy a sujetar al PCB así:

Hago un taladro en el centro del PCB a 4 mm. 
Fijo un tornillo largo + tuerca en el PCB
En ese tornillo pongo una tuerca a altura variable, una arandela, y sobre esa arandela descansará la bobina. Tengo que procurar que cuando cierre el tupper el cobre de la bobina roce la pared superior del tupper, pero sin forzarla. 

Para ajustar la altura de la bobina moveré la tuerca a un lado o a otro. Esto se comprende mejor en el vídeo.


6.1.3. Mecanizamos el tupper

En el tupper hay que sujetar tres cosas:
- el circuito (recomendado no dejarlo suelto)
- el potenciómetro P1 para regular la potencia de salida del PWM
- La clavija de entrada de alimentación de 12 voltios

Situamos el PCB en el tupper, marcamos la posición de los cuatro taladros de las esquinas y taladramos el tupper. Con cuatro separadores de nylon y 4 tornillos + tuercas, fijamos el PCB al tupper.

El potenciómetro lo fijaremos como siempre, con su tuerca.

La clavija 12V va como el potenciómetro, aunque el taladro suele ser menor


6.1.4. Sujetamos las cosas al tupper

Una vez todo sujeto en el tupper, hacemos las conexiones:
- Clavija de alimentación (+ y -) al conector del circuito
- Salida a la bobina desde el conector del circuito
- Salida desde el conector al potenciómetro, serán tres cables.

Cerramos el tupper. Si todo está bien, el cobre de la bobina rozará el techo del tupper, sin quedar espacio libre pero tampoco forzándolo.

Fig 12. Base terminada. La bobina roza la parte superior del tupper pero sin forzarlo

6.2. Montaje de la lámpara

La base ya está terminada, vamos ahora a por la lámpara.
Como dije antes, podemos elegir entre muchos tipos de recipiente para que actúe como lámpara. Según el tipo de recipiente tendremos libertad para elegir si hacer bobina de ferrita o bobina tipo pancake.


6.2.1. Hacemos la bobina receptora

En el caso de optar por el modelo pancake simplemente repetir los pasos del apartado 6.1.1. porque la bobina es igual.


6.2.2. Hacemos un soporte para los LEDs

Con media pinza de la ropa y unos alambres podemos hacer un soporte para los LEDs (Fig.13). Los alambres servirán para fijar los LEDs y también para conectarlos eléctricamente. Recuerda que debes poner juntos los cátodos de ambos diodos en un alambre (si vas a poner dos diodos) y juntos los ánodos en el otro alambre, pues van en paralelo.

Fig 13. Soporte para los LEDs. Facilito...

Ahora conectamos los bornes de la bobina a los terminales de los LEDs y el soporte está terminado.


6.2.3. Sujetamos todo a la tapa de la botella y la cerramos

Para que el montaje bobina-leds no se mueva y permanezca estable recomiendo pegar la bobina a la base del recipiente lámpara. No recomiendo usar pegamento demasiado fuerte por si alguna vez hay que extraer dicho montaje. Ojo a los envases que llevan un fondo cóncavo y esto ocurre en muchos tipos de botellas: Esto aleja bastante a la bobina de la lámpara de la bobina de la base y el invento puede funcionar muy flojo o incluso no funcionar por estar demasiado separadas las dos bobinas. La bobina de la lámpara debe descansar sobre un fondo plano para que esté lo más cerca posible de la bobina de la base.

Si tienes capricho por una botella particular y ésta tiene el fondo muy cóncavo, úsala invertida, con el tapón hacia abajo que suele ser bien plano. La botella será menos estable, pero también hace un bonito efecto.

7. ¿Porqué el PWM no rompe los LEDs cuando se regula a máximo?

El circuito PWM regula el brillo de los LED, pero cuando P1 está a mitad de su recorrido sucede algo extraño: Si se gira más P1, Los LEDs no brillan más a pesar de que el polímetro señala claramente que el consumo aumenta hasta llegar a casi medio amperio.

Es decir, el máximo brillo ocurre más o menos con unos 170 mA

¿Porqué sucede esto?

Cuando los impulsos del PWM se van haciendo más anchos se supone que se envía más energía a la bobina, y así es, pero en esta ocasión necesitamos el flanco ascendente y descendente de cada impulso, que es lo que provoca la inducción. La parte plana del impulso no produce inducción, por eso se da la paradoja de que a pesar de que la bobina está siendo recorrida por más corriente, los LEDs no brillan más. En este caso simplemente la bobina se calentará porque está siendo recorrida por más corriente, pero los LEDs no brillan más.

En el caso de que estuviéramos gobernando la bobina de un motor con este PWM entonces sí funcionaría, porque la parte plana superior del impulso SÍ produce trabajo de atracción-repulsión entre el rotor y el estátor del motor.



8. El Vídeo

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9. Otros proyectos que te pueden interesar:

RADIO SIN PILAS

Esta sencilla radio también funciona por inducción, por eso no necesita pilas. 

La inducción es producida por la propia antena de la emisora que esté en las cercanías. Con un diodo de germanio se detecta la señal y es directamente aplicada a unos auriculares. Como los auriculares actuales son todos de baja impedancia y esta radio es de alta impedancia, adaptaremos dicha impedancia con un transformador común de 220V-6V. También vale uno de 220V-9V si bien sonará un poquito más flojo en este último caso. Este transformador no se conecta a 220V ni a ninguna tensión, es sólo para adaptar impedancia.

Su simplicidad es total, apenas 5-6 componentes de bajo costo.

TUTORIAL ELECTRÓNICA BÁSICA, 

Capítulo 13.- Los TRANSFORMADORES

En este capítulo del TEB (Tutorial Electrónica Básica) se analiza el transformador, componente eléctrico basado en la inducción. 

Con ejemplos prácticos y mucha información:

TUTORIAL ELECTRÓNICA BÁSICA

Capítulo 12.- BOBINAS

Al igual que el anterior, este capítulo del TEB se centra en otro componente electrónico cuyo funcionamiento está basado en la inducción: Las bobinas.

COMO OBTENER IMANES DE NEODIMIO DE GRAN POTENCIA

A PARTIR DE EQUIPOS DE CD Y DVD AVERIADOS. 

A menudo, trabajar con temas de inducción supone utilizar también imanes. 

En el siguiente vídeo podéis ver como obtener esos imanes de forma gratuita, reciclando un viejo equipo de CD o DVD. Aunque no tengas "ni idea" de manipular uno de estos equipos, en el vídeo te guío para que llegues a ellos y los extraigas. A pesar de su reducido tamaño, te sorprenderás de la gran potencia que tienen estos imanes.

10. Toda mi colección de vídeos de Youtube

En Youtube, una "lista de reproducción" es una colección de vídeos, normalmente de una misma temática. A continuación tienes mis listas de reproducción:

Vídeos de TECNOLOGÍA Y EXPERIMENTOS

Vídeos de TUTORIALES

Vídeos de la colección de CIRCUITOS ÚTILES

Vídeos de TUTORIALES BREVES

Vídeos de  REPARACIONES

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PESCA. BOYA luminosa SIN PILAS. Funciona con agua de MAR

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ÍNDICE

1. En qué está basado este flotador o boya

     1.1. En la pila de cobre/magnesio
     1.2. En el ladrón de julios
2. Croquis de la boya
3. Dificultades a vencer para que fuese "bueno, bonito y barato"
     3.1. Sujeción para unir la boya a la línea (sedal)
     3.2. El problema de la oxidación. Impermeabilizar el ladrón de julios
     3.3. Que se pueda reponer el electrodo de magnesio
     3.4. Materiales sencillos de obtener
     3.5. Sin herramientas costosas.
4. Materiales necesarios
5. El montaje
     5.1. Sujeción para la línea (sedal)
     5.2. Montaje con los electrodos cobre+zinc+separador
     5.3. Hacer circuito del ladrón de julios
     5.4. Unir electrodos y ladrón de julios
     5.5. Impermeabilizar ladrón de julios con parafina o cera
     5.6. Taladrar la botella. Decidir la línea de flotación
     5.7. Introducir el conjunto en la botella y cerrarla

6. Prueba en un cubo con agua salada
7. Prueba real en el mar, pescando de noche con esta boya
8. Posible segunda versión, mucho más reducida en tamaño y peso
9. El Vídeo
10. Otros proyectos que también te pueden interesar.
11. Toda mi colección de vídeos de Youtube

1. En qué está basado este flotador o boya

Se trata de una boya o flotador luminoso, para pescar por la noche. Sin pilas. 

Muchos seguidores me han sugerido -y desde hace mucho tiempo- que haga este montaje, y me he decidido a hacerlo, sobretodo después de mis dos últimos vídeos que, pensándolo bien, invitan a hacerlo: Una boya o flotador para la pesca que se ilumina sin necesidad de pila, la luz se activa cuando los dos metales que hay en el interior de la boya tocan el agua de mar, y se desactiva al retirarla del mar. Este montaje dura mucho tiempo, muchas noches, y cuando se gasta el electrodo de magnesio, se repone, y a funcionar otra vez.

Este útil está basado en dos de mis últimos experimentos:

1.1. En la pila de cobre/magnesio

En este vídeo: Pila casera que se activa con agua de mar vemos como encerrando dos trozos de metal en un frasco y sumergiéndolo en agua salada se produce una tensión de 1.5 voltios.

Fig 1. Motor alimentado por la pila Cu-Mg (4,5 volt)

Esto no es nuevo, hace ya un tiempo "descubrí" el poder de la combinación cobre-magnesio en lugar del habitual cobre-zinc. En este otro vídeo podéis ver el comportamiento de esta batería: Pila potente con cobre y magnesio. Allí se demuestra que la tensión obtenida con cobre-magnesio es el doble que con otros tipos de pila.

1.2. En el ladrón de julios

A la pila anterior le añadiremos este circuito. 

La tensión de 1,5 voltios obtenida en la pila está "bien" pero... no es suficiente para excitar a un LED que necesita al menos 3 voltios. Para eso está el circuito Ladrón de Julios que es uno de mis últimos vídeos. 

Fig 2. Ladrón de julios encenciendo un LED con menos de 1V

Se demuestra en ese vídeo que, con una tensión de 1 voltio (o menos) se puede hacer lucir un diodo LED de alto brillo a pesar de que estos LED necesitan al menos 3 voltios, y la verdad, para una boya en pesca nocturna tampoco hace falta más luz...

Ya veremos si funcionan ambas cosas trabajando solidariamente entre sí, pero de momento cada una de ellas, por separado, hace su trabajo bastante bien tal y como puede verse en los dos vídeos anteriores.

2. Croquis de la boya

El siguiente esquema muestra la gran simplicidad de este gadget.

Fig 3. Croquis de la boya

Se basa en una botella de plástico, pequeña, pero de boca ancha (unos 33 milímetros de diámetro) por la cual podemos pasar el mecanismo hacia su interior. En la botella se hacen unos taladros para que pueda entrar el agua y activar la pila. El agua también hace el importante papel de semi-sumergir la boya y que pueda sentir mejor la picada de algún pez.

En la parte baja de la botella, los dos electrodos que deben estar en contacto con el agua de mar para que entreguen corriente. 

¿El agua de mar oxidará a los electrodos? 

Fig 4. Electrodos de cobre (izquierda) y magnesio (derecha)

Claro que sí, en eso se basa el funcionamiento de esta pila: La corrosión galvánica. Pero el cobre no se corroerá, sólo se recubre de óxido que puede ser retirado lijándolo después de varios usos. Sólo el magnesio se corroerá, pero eso después de muchas horas de uso y ese es precisamente el "coste" de esta pila. El magnesio se puede sustituir (es barato) y... a funcionar otra vez.

Esta boya va a trabajar en mejores condiciones que la versión de pila estática hecha con tuppers: Aquí el agua no es siempre la misma. Cuando se posa la boya en el mar, ésta se llena con agua nueva. Cuando se extrae la boya para cebar los anzuelos, se vacía de agua. Y se llena otra vez con agua nueva la próxima vez que lanzamos la caña de pescar. Como consecuencia, el agua se renueva cada pocos segundos, y el fenómeno de polarización tiene escasa trascendencia porque, en este caso, el consumo de un LED es muy reducido.

También el movimiento de la superficie del mar con su agitación ayudará a desprender las burbujas de hidrógeno responsables del indeseable fenómeno de polarización.

No hace falta que pongamos agua oxigenada a la pila (además, sería inútil, pues se escaparía a través de los agujeros).

Fig 4. No es necesaria el agua oxigenada en esta boya

3. Dificultades a vencer para que fuese "bueno, bonito y barato"

La primera idea que me vino para hacer este dispositivo es muy distinta de la que aquí os muestro. Esa idea o concepto inicial ha ido cambiando, se supone que para mejor, desde un diseño bastante tosco y con muchos problemas, hasta el actual que creo que es bastante sencillo, resistente y asequible a todos.

A menudo las prisas son enemigas de las cosas refinadas. Lo tengo comprobado: Cuando dejo una cosa "madurar" y no la hago inmediatamente, suele salir mucho mejor.

Las dificultades que tuve que superar fueron:

3.1. Sujeción a la línea (sedal)

Primero opté por pegar, con pegamento epoxi, el tubito de cobre a la botella: Fracaso total. Se despegó al hacer fuerza sobre él. El plástico de las botellas es muy problemático para usar pegamento, que parece que lo rechazan.

Mejor opción es "coser" el tubito de cobre a la botella, con hilo de cobre esmaltado de 0.8 mm de diámetro. Ahora no dependeremos del capricho de la adherencia de un pegamento, la unión es realmente fuerte. Es mejor que veáis la parte correspondiente del vídeo para ver como coser este tubito de cobre a la botella.

Como ventaja añadida, ahora podemos pescar a "corcho corrido" que nos permite seleccionar cualquier profundidad de pesca mediante el conocido nudo corredizo en el sedal.

Fig 5. Tubo guía de cobre para el sedal

3.2. El problema de la oxidación. Impermeabilizar el ladrón de julios

En el interior de la boya van ambas cosas: Los electrodos y el ladrón de julios.

Los electrodos, no es que puedan mojarse, es que deben mojarse para que la pila funcione. Pero... ¿Y el ladrón de julios?. No debe someterse a la acción del agua de mar, pues no sólo dejaría de funcionar, también sufriría de corrosión rápidamente.

Aquí también tuve una idea inicial un tanto vetusta: Pensé en encerrar el ladrón de julios en un pequeño recipiente, hermético, para evitar el contacto con el agua. Esta solución exige buscar un recipiente adecuado (y bien pequeño), mecanizarlo para sacarle unos bornes para conectarlo a la pila...

Fig 6. Protección con parafina. Fácil y eficaz 100%

Más tarde se me ocurrió que sería mucho más sencillo "dipear", es decir, sumergir en parafina o cera derretida el conjunto electrodos-ladrón de julios, y sumergirlo sólo hasta la altura deseada, de ese modo queda protegido el ladrón de julios (y parte de sus terminales de salida) al tiempo que dejamos al aire, sin proteger a los electrodos (como debe ser).

La parafina y la cera son aislantes eléctricos excelentes, no son solubles en agua (si lo fueran, esta solución no nos valdría), y lo mejor de todo: La parte cubierta de cera o parafina queda muy bien impermeabilizada, a salvo del agua de mar.

En la figura 6, a la izquierda, el conjunto electrodos-ladrón de julios ya tratado con el baño de parafina. Falta raspar el extremo del LED para dejar salir la luz.

Según veis en la figura 6, será muy fácil cambiar el electrodo de magnesio cuando se gaste, simplemente retirando la parafina de la parte de la soldadura electrodos-ladron de julios que está cubierta con dicha parafina. No importa que los terminales más próximos a los electrodos se hayan corroído: también serán sustituidos cada vez que se sustituya el magnesio, pero lo importante es que la parte de los terminales correspondientes al ladrón de julios están protegidos por la parafina.

3.3. Que se pueda reponer el electrodo de magnesio

Después de muchas horas de uso (pero muchas), el magnesio literalmente desaparece, corroído. Gracias a la protección que ofrece la parafina, las soldaduras de los terminales del ladrón de julios estarán intactas. Retiramos la parafina para que aparezcan esas soldaduras y ponemos otro trozo de magnesio. Volvemos a soldar y cubrimos nuevamente con parafina las soldaduras.

3.4. Materiales sencillos de obtener

Mas adelante, en la lista de materiales podéis comprobar que los materiales son bastante fáciles de obtener. Y no son caros.

3.5. Sin herramientas costosas.

Tampoco es necesario instrumental ni herramientas rebuscadas. A lo más, una taladradora y alguna lima, soldador, pegamento...

4. Materiales necesarios

- Una botella de plástico de pequeño tamaño, con boca ancha, de unos 30-35mm de diámetro

- Un tubito de cobre de 3 mm de diámetro exterior, largo 70 mm

- Trozo de tubería de cobre. Diámetro externo 29 mm y a un largo de 50 mm

- Trozo de magnesio obtenido de un termo eléctrico. Las medidas típicas son 26 mm de diámetro y lo cortaremos a 50 mm de largo. Habrá que rebajar el diámetro a unos 24 mm.

El magnesio se presenta en forma de barras cilíndricas, sirve como electrodo de sacrificio en calentadores y termos. Si no consigues reciclar uno, puedes comprar barras de magnesio a un precio aceptable en Banggood

- Un separador de plástico para ambos electrodos. Debe tener un diámetro que le permita entrar entre ambos electrodos para separarlos y no hagan contacto entre sí. 

- Un cáncamo cincado para adosar al electrodo de magnesio

- Alambre galvanizado normal, de 1,5 mm a 2 mm de grueso, unos pocos centímetros de largo. Para unir eléctrica y mecánicamente el ladrón de julios a los dos electrodos. Debe ser galvanizado para que se pueda soldar.

- Un ladrón de julios, para lo cual necesitamos:

Un trozo de PCB pre-impreso de 40 x 25 mm

Una bobina toroidal hecha según 6:40 de este vídeo.

Un transistor NPN tipo 2N2222 o similar

Una resistencia de 1K (marrón-negro-rojo) de 1/4W

Un LED de alto brillo del color que prefieras, yo elegí blanco.

- Parafina, que puede ser obtenida de velas

- Un trozo de cobre de bobinar de 0.8mm diámetro y unos 30 cms largo para coser el tubito de cobre a la botella.

- Pegamento epoxi

5. El montaje

Una vez tengamos a mano los materiales anteriores:

5.1. Sujeción para unir la boya a la línea (sedal)

Es mejor que veáis la parte correspondiente del vídeo, a partir del minuto 7:05 donde vamos a adoptar una solución que realmente une el tubito de cobre a la botella (coserlo con hilo esmaltado de cobre de 0.8 mm), sin posibilidad de que éste se suelte, lo que significaría la pérdida de la boya (y la posible pieza que haya picado).

5.2. Montaje con los electrodos cobre+magnesio+separador

El magnesio viene en forma de bloque al que no se le puede soldar un cable, pues rechaza el estaño. Haremos en un extremo un taladro de 2 mm mas o menos para insertar un cáncamo y así poder soldarle el alambre hacia el ladrón de julios ya que el cáncamo si acepta la soldadura de estaño (Fig 7).

Fig 7. Magnesio con un cáncamo adosado

Hacemos el montaje cobre + separador + magnesio. El separador debe ir taladrado para que permita el paso de iones y la pila funcione mejor. El conjunto debería quedar así:

Observad que cada electrodo tiene soldado un trozo de alambre de 1,5 mm de diámetro para unirlos al ladrón de julios (Fig 8).

Fig 8. Conjunto electrodos-ladrón de julios unidos por alambre

5.3. Hacer circuito del ladrón de julios

En el trozo de PCB soldamos los componentes y después los conectamos entre ellos, quizás os valgan estas dos fotos de cómo los he dispuesto y soldado:

Fig 9. Ladrón de julios, lado componentes y lado cobre

Soldaremos dos alambres al ladrón de julios, de 1,5 mm de diámetro.

Estos alambres los soldaremos (en el punto siguiente) a los alambres que ya llevan los electrodos. Quedará un conjunto electrodos-ladrón de julios, ambos unidos, eléctrica y mecánicamente.

Este dibujo ayudará a la hora de montar este pequeño circuito impreso:

5.4. Unir electrodos y ladrón de julios

Presentamos los alambres del ladrón de julios a los alambres de los electrodos. Ojo, no confundir la polaridad. El cobre es el positivo, el magnesio el negativo. Y los soldamos (Fig 8).

5.5. Impermeabilizar ladrón de julios con parafina o cera

Fig 10. Dipeando el ladrón de julios en parafina fundida.

La parte más delicada del proyecto, la vamos a solucionar de forma muy fácil: En un recipiente estrecho pero alto, al baño maría, derretimos parafina obtenida de velas. Cuando esté líquida y a unos 80º C, introducimos el conjunto electrodos-ladrón de julios (con el ladrón de julios hacia abajo) y recubrimos (Fig 10).

Usamos el "Baño María" para garantizar que la temperatura no sobrepase los 100º C

La electrónica soporta perfectamente 100ºC e incluso 150ºC, pero no mucho más, y en caso de calentar directamente la parafina, si no llevamos un control, puede sobrepasar fácilmente los 200ºC e incluso los 300ºC, tal y como lo hace el aceite de cocina común, y achicharraremos la electrónica...

Debemos sumergir en parafina hasta la soldadura de los alambres "y un poco más", dejando sin cubrir la parte de los terminales después de la soldadura, más próxima a los electrodos y por supuesto, los electrodos NO los cubriremos.

Fig 11. Ladrón de julios a prueba de agua

Sumergimos una primera vez, sacamos, dejamos solidificar la parafina. Volvemos a sumergir y volvemos a sacar: La capa de parafina será un poquito mayor. Sumergí 9-10 veces para obtener un grosor de capa de parafina aceptable (Fig 11).

Raspamos el extremo del LED para retirar la parafina y permitir salir a la luz. Por los laterales del LED apenas sale luz, así que los dejé con la parafina para mayor protección.

5.6. Taladrar la botella. Decidir la línea de flotación

El peso de los componentes en el interior de la botella no son suficientes para hundir la botella y mantenerla a flote verticalmente, como se supone que debe hacerlo una boya de pesca, pero es que además es necesario que el agua de mar penetre en el interior de la botella-boya para que la pila se active.

Para este fin, haremos una serie de taladros con un diámetro de unos 10 mm en la parte más cercana al tapón de la botella (Fig 12). Cuanto más altos hagamos los taladros, más se hundirá la botella. Hay que conseguir que sobresalga del agua sólo una fracción de la botella, lo suficiente para que se vea la luz. Cuanto más hundida esté la botella, más sensible será a las picadas.

La botella no llegará a hundirse porque el agua al penetrar en su interior, presiona al aire en la parte superior que no tiene por donde fugarse. A no ser que hagamos los agujeros en una posición demasiado alta, la botella no debería hundirse.

Fig 12. Botella con los taladros a 10 mm hechos

5.7. Introducir el conjunto en la botella y cerrarla

Introducimos el conjunto electrodos-ladrón de julios en la botella (ladrón de julios primero, el LED hacia arriba) y la cerramos.

Ya está dispuesta para usarse.

Fig 13. Para más claridad, en esta foto el ladrón de julios aún NO está recubierto de parafina

6. Prueba en un cubo con agua salada

Fig 14. La boya, luciendo en un cubo con agua salada. La flotación es correcta.

En un cubo con 7 litros de agua y 250 gramos de sal (proporción en la que se encuentra la sal en el agua de mar) introduzco la boya. Tras entrar el agua en ella y quedar flotando, estabilizada, la luz se enciende a consecuencia del trabajo conjunto de los electrodos y el ladrón de julios, y así permanecerá durante mucho tiempo.

7. Prueba real en el mar, pescando de noche con esta boya

Hace tiempo que "no echo una caña" y ya empieza el calorcito. Además, creo que este vídeo cojea si no pruebo esto en un escenario real (Fig 15). 

La excusa perfecta para echar un rato en el puerto...

Fig 15. En esta foto quizás no se aprecie, pero el brillo de esta boya desde luego no se va a perder de vista...

En el vídeo, en 33:44 arrojo el cebo en el agua tras lo cual la boya se posa en la superficie del mar. Tras unos segundos se llena de agua, se estabiliza en posición vertical y ¡Zas!, comienza a lucir con una más que notoria luz blanca, que me avisará de cualquier picada.

La verdad, aunque conozca el mecanismo de porqué funciona todo esto, no deja de sorprenderme y parecerme un poco "mágico" el hecho de posar en el mar una botella "llena de chatarra" y que esta se ponga a lucir...

Ya lo decía nuestro amigo Einstein: "Lo mas incomprensible del universo es que éste es comprensible..."

8.  Posible segunda versión, mucho más reducida en tamaño y peso

Estoy a la espera de recibir un material que pedí por EBAY. 

Si mis apreciaciones resultan ser ciertas, haré una segunda versión de esta boya de un tamaño y peso mucho más pequeños, realmente práctica y manejable.

Os mantendré informados...

9. El Vídeo

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10. Otros proyectos que también te pueden interesar.

PILA CASERA POTENTE CON METAL COBRE Y MAGNESIO

Aquí empezó todo. Hay infinidad de pilas caseras con muchos tipos de química y materiales, pero todos tienen en común generar tensiones por debajo de un voltio, y a veces menos de 0,5 voltios. Para conseguir 1,5 voltios hay que poner dos (o más) pilas en serie y sumar las tensiones.

En este caso, gracias a la combinación cobre-magnesio será suficiente con una sola pila para obtener 1,5 voltios. El cobre lo podemos obtener de tubo de cobre para tuberías. El magnesio se usa como ánodo de sacrificio en termos y calentadores de agua, es bastante económico y si lo reciclas de un viejo calentador, pues gratis...

Teniendo en cuenta que el magnesio no es un simple tratamiento superficial sino que toda la barra es magnesio macizo, la duración de esta pila es extraordinaria. El cobre no se gasta, con el uso se recubre de óxido. Basta con lijarlo para dejarlo listo para mas usos.

PILA CASERA ACTIVADA CON AGUA DE MAR

Basándose en la pila anterior, podemos hacer una versión de pila "seca", que espere pacientemente el momento en que la sumerjamos en agua de mar para que comience a funcionar. El agua de mar es prácticamente igual que el electrolito utilizado para esta pila: Agua y sal común. La pila en estado seco apenas se oxida y puede aguantar muchos años hasta que llegue el momento de activarse, por lo que también se puede usar como alarma de inundación o hundimiento, y también para activar pequeños dispositivos de bajo consumo.

CIRCUITOS ÚTILES 15.

LADRÓN DE JULIOS

Esta pila, a pesar de suministrar 1.5 voltios, no puede activar un diodo LED de alto brillo que necesita unos 3V. Y no queremos poner dos baterías en serie para obtener 3V, queremos usar sólo UNA pila, por simplicidad.

Para elevar la tensión desde 1.5 voltios hasta los 3 voltios que necesita un LED recurriremos a un sencillo circuito de sólo tres componentes conocido como ladrón de julios. En este vídeo: Cómo hacerte tu ladrón de julios, con demostración en protoboard y mucha más información:

La unión de ambos trabajos: Pila de cobre y magnesio + ladrón de julios han hecho posible la boya luminosa para pesca, objeto del presente artículo.

11. Toda mi colección de vídeos de Youtube

En Youtube, una "lista de reproducción" es una colección de vídeos, normalmente de una misma temática. A continuación tienes mis listas de reproducción:

Vídeos de TECNOLOGÍA Y EXPERIMENTOS

Vídeos de TUTORIALES

Vídeos de la colección de CIRCUITOS ÚTILES

Vídeos de TUTORIALES BREVES

Vídeos de  REPARACIONES

Vídeos de HUERTO URBANO

Vídeos de OCIO Y ENTRETENIMIENTO

Vídeos de INFORMATICA, YOUTUBE, LA RED...

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