Autor: Mauro Benito Montoya Arenas (mauro2017pre@gmail.com)

INTERRUPTOR CREPUSCULAR

Resumen:

En el siguiente trabajo se describe el procedimiento para realizar un interruptor crepuscular, también llamado dimmer con LDR, adicionalmente se explica su funcionamiento y algunas complicaciones que se presentaron al momento de construirlo.

Introducción:

Como hemos podido notar, el alumbrado público parece ser que se prende en un determinado tiempo dependiendo de la estación. Para el encendido de este alumbrado se utiliza un sensor de luz(LDR), este dispositivo vario su resistencia dependiendo de la intensidad luminosa al que está expuesto. El circuito que hare tiene el mismo principio de funcionamiento y la misma finalidad. Pero este sirve para instalaciones como en una casa, por ejemplo. Cuando es de noche el foco se prende automáticamente.

Objetivos:

- Aplicar nuestros conocimientos para explicar su funcionamiento y describir cada componente y etapas de funcionamiento.

- Construir y hacer funcionar el dimmer, fotografiar el avance.

Marco Teórico:

Componentes y materiales a usar:

Lámpara incandescente. - es un dispositivo que produce luz debido al calentamiento por efecto Joule de un filamento metálico, usualmente wolframio o tungsteno, este se calienta hasta que se pone rojo. Actualmente este dispositivo se considera poco eficiente ya que convierte el 85% de la energía eléctrica en calor y solo el 15% en luz. 

Resistencias eléctricas. - resistencia eléctrica lo conforman los dispositivos que se oponen al flujo de electrones por un circuito cerrado. A los dispositivos que tienen esta finalidad se les representa de las siguientes formas: 

La resistencia de un material está dada por la siguiente formula:

Capacitores. – Es un componente electrónico que almacena energía. Está compuesto por unas placas metálicas separadas por fracciones de milímetros y entre estas hay un dieléctrico. Cuando se conecta un capacitor a una fuente, la corriente trata de pasar de una placa a otra, pero encuentra el paso bloqueado por el dieléctrico. En este momento se comienza a formar un campo eléctrico entre las placas, que almacena la energía suministrada. Cuando el campo eléctrico se estabiliza, se dice que el capacitor está cargado y ya no consume más corriente. El valor de la capacidad de un condensador viene definido por la siguiente fórmula: 

La energía almacenada viene dada por:

Borneras.- es un tipo de conector eléctrico  consiste en aprisionar un cable contra una pieza metálica mediante el uso de un tornillo. Al cable a veces simplemente se le retira el aislamiento exterior en su extremo, y en otras ocasiones se dobla en forma de U o J para ajustarse mejor al eje del tornillo. También se usan prisioneros, pero no son adecuados para su uso con los terminales, ya que no encajan. En cualquier caso, se ha de apretar un tornillo para asegurar la conexión

Tiristor SCR. - es un dispositivo electrónico cuya característica principal es la de conducir la corriente eléctrica en un solo sentido tal como lo hace un diodo, pero para que comience a conducir el tiristor SCR necesita ser activado, mientras el tiristor SCR no sea activado este no conducirá. Cuando el tiristor SCR no conduce se le puede considerar como un interruptor abierto y mientras conduce como un interruptor cerrado.  En la imagen de abajo se ve el datasheet del tiristor C106D, como se ve cuenta con tres pines que es una característica de los SCR.Los tiristores SCR cuentan con 3 pines a los cuales se les llama ánodo, cátodo y puerta o compuerta, cuando el tiristor SCR entra en conducción o se activa la corriente en el irá del ánodo hacia el cátodo tal como ocurre en los diodos.

Diodo semiconductor. -  El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico. Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio. Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio. El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones). 

LDR. - Un LDR es un resistor que varía su valor de resistencia eléctrica dependiendo de la cantidad de luz que incide sobre él. Se le llama, también, fotorresistor o fotorresistencia. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (en algunos casos puede descender a tan bajo como 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (puede ser de varios megaohms). Los LDR se fabrican con un cristal semiconductor fotosensible como el sulfuro de cadmio (CdS). Estas celdas son sensibles a un rango amplio de frecuencias lumínicas, desde la luz infrarroja, pasando por la luz visible, y hasta la ultravioleta. La variación de valor resistivo de un LDR tiene cierto retardo, que es diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. 

Funcionamiento. – 

El circuito consta de un puente de diodos que rectifica el voltaje alterno de entrada. También hay un foco conectado e uno de los terminales del puente de diodos y seguidamente un divisor de voltaje (resistencia de 1MΩ y el LDR). Ya que en un inicio el SCR no está enganchado, la corriente pasara solo por este divisor de voltaje. Ya cuando empiece a funcionar el SCR esta zona quedara prácticamente inactiva hasta que vuelve a ser de día.

El dispositivo principal del interruptor crepuscular es el fotorresistor (fotorresistencia o LDR). Este tiene una resistencia muy baja cuando está expuesta a la luz y una resistencia muy alta cuando está en la oscuridad.

Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar de la banda de valencia a la banda de conducción, aumentando así la conductividad del dispositivo y disminuyendo su resistencia. Las fotorresistencias se caracterizan por la ecuación:

R: resistencia de la fotorresistencia

A,α: constantes que dependen del semiconductor utilizado

E:densidad superficial de la energia recibida

 El tiempo de respuesta de un LDR está en una décima de segundo por lo que casi no presenta retardo. El LDR y el capacitor están conectados en paralelo. Como se dijo la resistencia del LDR en el día es muy pequeña por ende el voltaje almacenado en el capacitor es muy pequeño, insuficiente para disparar el SCR. Sin embargo, en la noche la resistencia R1 y el LDR forman un divisor de voltaje y ahora (como la resistencia en el LDR es alta) el capacitor comienza a cargarse. En el momento de descargarse producirá una corriente por la compuerta que enganchará el SCR haciéndolo funcionar. Ya no habrá un voltaje por la resistencia R1 (1M), por lo que el foco recibe ahora prácticamente todo el voltaje generado por la fuente, haciendo que esta se prenda.

Cuando vuelve a ser de día la resistencia del LDR cae, y ya que el SCR solo conduce en una dirección, al momento de iniciarse el próximo ciclo, el SCR se desengancha.

Procedimiento:

1. Simulo en Proteus el circuito del diagrama esquemático del dimmer electrónico.

2. Pruebo el correcto funcionamiento del circuito en el protoboard.

3. Empiezo colocando las resistencias en la placa y procedo a soldarlas. Las resistencias son los dispositivos que más resisten el calor. A continuación, procedo a soldar los diodos, el SCR y el capacitor.

4. Corto el conductor de sobra e los dispositivos por la parte de atrás.

5. Soldó las borneras y el LDR para terminar.

6. Instalo el foco en las borneras y termino de armar el circuito.

7. Pruebo el funcionamiento del interruptor crepuscular.

Conclusiones:

- La soldadura se debe hacer con mucho cuidado de no dañar la placa y de no colocar exceso de estaño que puede abarcar otras pistas.

- El interruptor crepuscular nos sirve en una gran variedad de aplicaciones, como detector o alarma, por ejemplo.

- La resistencia R1 debe ser muy grande, de otra forma el foco se prendería independientemente de si esta de día o de noche.

- Es muy importante evitar que la fotorresistencia se ilumine por fuentes que no sea la luz natural, pues causarían un efecto no deseado, por ejemplo, desactivar una fuente de luz cuando aún es de noche.

- Este circuito es solo para cargas resistivas, no funciona por ejemplo para lámparas fluorescentes ya que tiene reactancia inductiva.

- La intensidad de la luz del foco depende de cuanta oscuridad este expuesto el LDR.

BIBLIOGRAFIA

- Dispositivos electrónicos y sus aplicaciones ………………………. Juan Tiszac

- Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos …………………… Boylestad

- https://www.uv.es/~marinjl/electro/diodo.html

- https://es.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-semiconductor-devices/ee-diode/a/ee-diode-circuit-element

- https://es.wikipedia.org/wiki/Diodos

- http://vendomotica.com/blog/que-es-un-dimmer

- https://es.slideshare.net/katymedrano961/informe-dispositivos

- http://martinezmorenomedicionesind.blogspot.com/2007/06/fotoresistencia-ldr_16.html

- https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=C106d