Física II PPL Paralelo 1 Grupo 7 Avance #4
INTEGRANTES:
ANGIE LILIBETH ABATTE CABEZAS POLETTE ESTEFANIA CARRANZA VERA ALEXANDER AUGUSTO SEGURA CORREA FAUSTO DANIEL JAMA COELLO RONNY ADRIAN GONZALEZ ROJAS RIMER JOSUE LOOR SUAREZ
PROPUESTA DEL PROYECTO
El proyecto por realizarse se describe con l a fabricación teórica y práctica de una trampa electrónica para insectos voladores, utilizando un circuito generador de alta tensión con componentes que permiten elevar el voltaje hasta 1000 Voltios. Se ha realizado el levantamiento de un diagrama esquemático que permite observar e implementar las conexiones con facilidad y a su vez hacer la simulación de nuestro circuito en la aplicación Proteus, para así analizar y detectar errores posibles dentro de nuestro generador de alta tensión. El equipo ha sido desarrollado teórica y prácticamente con el fin de reducir la cantidad de insectos en zonas urbanas, buscando así la innovación y estrategia aplicando métodos físicos a través de un nuevo producto para lograr obtener el decrecimiento de enfermedades ocasionadas por algunos de los insectos voladores
TEMAS QUE SE CONOCEN:
Circuito de carga y descarga del capacitor
Relación de numero de vueltas en un transformador
Ley de Ohm
Ley de Kirchhoff
TEMAS QUE SE DESCONOCEN
Circuito de troceo
Ladrón de julios
Multiplicador de voltaje
Rectificacion
CIRCUITO DE TROCEO
Un circuito de troceo toma el voltaje de entrada y lo convierte en trozos, para esto es necesario un dispositivo que funcione como interruptor esto para permitir cargar el inductor por medio de la malla entre V,R Y L, la cual se carga en cierto periodo de tiempo una vez alcanzada cierta corriente deseada se abre el interruptor S, el cual se abre para que la corriente
almacenada cargue el capacitor asi teniendo que la fuente Vi se carga a un voltaje mas alto que V(voltaje de entrada del circuito )el capacitor no sufre descarga hacia V ya que el diodo Dn no se lo permite.
BARRA DC La barra dc es un circuito constituido por capacitores de alto voltaje para poder soportar el voltaje del secundario del transformador, el voltaje de la barra dc puede ser amplificado mediante un circuito elevador de voltaje.
LADRON DE JULIOS Un ladrón de julios es un oscilador muy sencillo que lo que hace es meter pulsos a una bobina de la cual extraemos una fem cuando desaparece el pulso, por eso su valor de tensión es mayor que la que le suministramos. La explicación de lo que ocurre es debido al toroide(bobina toroidal bifilar) que actúa como de amplificador de una corriente pequeña que induce el núcleo de la bobina toroidal. La corriente que llega a la bobina es pulsada por el transistor, haciendo que la corriente continua comience a oscilar. Este efecto provoca que l a corriente que pasa por la bobina primaria induce una corriente en la bobina secundaria en sentido opuesto a la que está circulando, disminuyendo, por eso deja de haber intensidad en la base y por eso el transistor pasa a estado de corte.
En el siguiente ciclo lo que ocurre es que, aunque el transistor esté en corte, la bobina primaria intenta seguir manteniendo la corriente por su propia autoinducción, como consecuencia, la tensión a la que está sometido el diodo led aumenta lo suficiente como para poder encenderse. Cuando la bobina cree inducción en la otra bobina, se forman varias ondas superpuestas entre si, creando armónicos que varían según el núcleo del toroide, el tamaño y geometría de la bobina y el número de vueltas de los hilos y su grosor.
También influye el tipo de transistor (para este circuito usar el tipo NPN) que utilicemos, para profundizar un poco más en el funcionamiento repasaremos brevemente algunos conceptos:
El transistor funciona como interruptor CERRADO cuando le aplicamos una corriente a la base y como interruptor ABIERTO cuando no le aplicamos corriente a ésta. Según el tipo de transistor la magnitud de esta corriente varía, con lo que podemos controlar con una pequeña corriente otra mucho mayor que circula desde el colector al emisor, siendo la intensidad que tenemos por el emisor: Ie = Ib + Ic, si por la base no se suministra corriente, el transistor deja de conducir desde el colector a emisor.
MULTIPLICADOR DE VOLTAJE Un circuito multiplicador de voltaje es un arreglo de capacitores y diodos rect ificadores que se utiliza con frecuencia para generar altos voltajes de Corriente Directa. Este tipo de circuito se utiliza el principio de la carga en paralelo de capacitores, a partir de la entrada de Corriente Alterna y añadiendo voltaje a través de ellos en serie se obtiene voltajes de CD más alto que el voltaje de la fuente. Circuitos individuales de multiplicadores de Voltaje (a menudo llamados etapas) se pueden conectar en serie para obtener aún más altos voltajes de salida.
RECTIFICACION En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizan diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio (actualmente en desuso). Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases. Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando sólo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semiciclos son aprovechados.
Onda completa Es construido con un diodo ya que este puede mantener el flujo de corriente en una sola dirección, se puede utilizar para cambiar una señal de CA a una de CC. Cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo se polariza en directo y se puede sustituir por un corto circuito. Si la tensión de entrada es negativa el diodo se polariza en inverso y se puede remplazar por un circuito abierto. Por tanto cuando el diodo se polariza en directo, la tensión de salida a través de la carga se puede hallar por medio de la relación de un divisor de tensión. Sabemos además que el diodo requiere 0.7 voltios para polarizarse, así que la tensión de salida está reducida en esta cantidad (este voltaje depende del material de la juntura del diodo). Cuando la polarización es inversa, la corriente es cero, de manera que la tensión de salida también es cero. Este rectificador no es muy eficiente debido a que durante la mitad de cada ciclo la entrada se bloquea completamente desde la salida, perdiendo así la mitad de la tensión de alimentación.
A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua.
DIAGRAMA DE BLOQUES
Malla cilíndrica electrificada Fuente de 5V
Generador de alta tensión
DIAGRAMA ESQUEMATICO
FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO Este circuito consta de dos secciones, la de la izquierda, que es un ladrón de julios en toda regla, este es un oscilador muy sencillo que lo que hace es meter pulsos a una bobina de la cual extraemos una fem cuando desaparece el pulso, por eso su valor de tensión es mayor que la que le suministramos. La corriente que llega al transformador es pulsada por el transistor, haciendo que la corriente continua comience a oscilar, y la sección a la derecha del transformador, es un triplicador de tensión con rectificador, mediante los diodos D1 a D3 y los condensadores C1 a C3 se multiplica y rectifica esa tensión hasta 1.000 – 1.100 voltios, cargando el condensador C4, que tiene una capacidad suficiente como para generar un chispazo no letal, pero sí bastante molesto, y mortífero para insectos.
CÁLCULOS DEL PROYECTO
Para la realización del proyecto se diseñará una fuente de 5 voltios que será la que alimentará todo el circuito, para esto es necesario un puente rectificador y su transformador con un transistor LM7805 conectados a un par de capacitores. Alimentando con sólo 0.6 voltios ya se obtiene una tensión de 118 voltios, con tres voltios de alimentación se obtienen 1200 voltios a la salida, y con 3.6 voltios, unos 1320 voltios. El transistor Q1 no se calienta lo más mínimo, y no hace falta que le pongamos disipador térmico. Si acercamos una herramienta (bien aislada) a la salida, en bornes de C4, se produce un buen chispazo y se puede apreciar la formación de un pequeño arco eléctrico (de más o menos 1-2 milímetros).
Relación de numero de vueltas
1 = 2 1 5 = = 8.33 ∗ 10− 2 600
Corriente de la base y del colector
0.7 = 0 =
0.7 0.7 = 1.5
= 0.46 = = 0.233
Voltaje del colector emisor
= 0 = = 5 Campo Eléctrico
∆ = ∆ 600 = 0.003 = 200 ⁄ =
Capacitancia de las malla
() =
= ( ) = 8.85 ∗ 10− (200)(0.15) = 0.2655 =
0.2655 = ∆ 600
= 0.4425
Cuando alimentamos el circuito, hay una corriente que pasa por la parte compartida del transformador, la resistencia y polariza el transistor (corriente de base), generando una corriente de colector. Esta corriente empieza a cargar a la otra parte del transistor. Despues de un tiempo de cargar en voltaje a la otra parte transformador el voltaje colector-emisor empieza a crecer, produce un pico de voltaje negativo en la base, con lo que el transistor deja de conducir.
DESCRIPCION DE MATERIALES
Batería de 5 a 9 voltios
Las baterías son aparatos electroquímicos que convierten la energía química en energía eléctrica. Están compuestas por un conjunto de células electrolíticas utilizadas para suministrar una provisión de corriente eléctrica continua o directa. Hay células primarias y células secundarias. Se usara células primarias en este proyecto, la cual consiste en que las células primarias ordinariamente llamadas pilas producen electricidad en un proceso químico irreversible, y es necesario eliminarlas y sustituirlas cuando se agotan.
Capacitores de cerámica
Los capacitores de cerámica son una única familia con una constante dieléctrica relativamente alta, son de diseño físico de fácil fabricación, en donde se puede encontrar una gran variedad de formatos.
Regulador LM7805
Es un dispositivo electrónico que tiene la capacidad de regular voltaje positivo de 5V a 1A de corriente, en la mayoría de los desarrollos con arduino o con programadores Pic estamos obligados a garantizar una fuente de tensión constante, eso disminuye la posibilidad de dañar nuestro circuito debido a oscilaciones en los niveles de tensión, la forma mas practica y simple de lograr esto es mediante el Regulador de voltaje 7805, básicamente es un dispositivo que cuenta con 3 pines.
TIP 31C
Como se quiere tener funcionando este circuito de forma continua, y es posible que se le exija una gran carga de trabajo y tenga que suministrar muchos chispazos en poco tiempo. Esto supone una sobrecarga para este pequeño transistor
.
El TIP31C aguanta 100V entre colector y emisor y una corriente de colector (sostenida) de 3A, muy por encima de los valores que va a tener que soportar.
Diodo
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido.
Resistencia
Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.
Transistor
Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético (eléctrico y magnético) que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida). No hay transformadores de corriente continua, solo hay de corriente alterna . Como la mejor forma de transportar la corriente eléctrica es en alta tensión, pero después hay que disminuirla hasta 220V al llegar a las viviendas, solo es posible transportar la corriente en c.a. ya que existen transformadores.
MATERIALES A ULTILIZAR
Resistencia de 1.5KΩ en 1/2W
TIP31C, transistor NPN de uso general.
Transformador 6+6V / 0-220V, con 200Ma.
C2, C3, C4: Condensadores de 2.2nF / 2000 V
D1, D2, D3: Diodos alta tensión recuperación rápida como MUR4100
C4: Condensador poliester 22nF 2000 Voltios
Regulador de Voltaje LM7805
2 Capacitores de 100Uf
Transformador de 6V / 220V
Puente rectificador de 3A a 6A
CN1: Conector dos vías, para la alimentación de 3 - 6V
CN2: Conector dos vías, un poco más grande que el anterior, para la salida.
RECOMENDACIONES Aunque la alta tensión generada por este c ircuito no es letal para un humano, sí que es bastante molesta y desagradable e incluso dolorosa. Puesto que este circuito genera chispas eléctricas (pequeños arcos voltaicos) no debe utilizarse en ambientes con vapores o gases inflamables ya que esa chispa podría iniciar la combustión de esos vapores. Después de haber hecho funcionar a este circuito, aunque sea un breve instante, ANTES de manipularlo debe descargarse el condensador C5 que puede almacenar más de 1.000 voltios durante mucho tiempo, incluso habiendo retirado la alimentación. Para eso, podemos puentear los dos terminales de ese condensador con una herramienta, por ejemplo, un destornillador con mango aislado.
