Aquellos que somos unos apasionados de la electrónica y construimos numerosos proyectos semana a semana, utilizamos una materia prima elemental sin la cual todo lo que hacemos no tendría posibilidad de ser: la energía eléctrica. Cuando no la tenemos nos acordamos de lo necesario que es tener siempre a mano un sistema de iluminación de emergencia. En la anterior entrega pudimos ver cómo se construye un circuito para generar la energía suficiente que sea capaz de encender una luminaria de bajo consumo. Hoy veremos cómo construir el circuito que mantendrá siempre cargada la batería que activará el sistema de emergencia en el momento indicado.
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Todos los sistemas de iluminación de emergencia necesitan disponer de una fuente de energía capaz de suministrarles potencia durante el mayor tiempo posible a los circuitos encargados de encender las luminarias incorporadas (en nuestro caso utilizamos una sola) durante los momentos en que el suministro de red deja de estar presente. Para que la batería esté siempre completa en su capacidad de acumular energía necesitamos un circuito que pueda conectar, en forma automática, un cargador y que “observe” de manera continua la tensión en los bornes de la batería. Es decir, cargarla hasta un límite seguro de operación apropiada y mantenerla siempre dentro de límites correctos de tensión. Vale recordar que una batería no puede estar conectada a un cargador de forma continua ya que un exceso de tiempo de carga termina arruinando la batería. Es por esto que nuestro diseño debe estar siempre atento a mantenerla en buenas condiciones para cuando sea necesario su funcionamiento.
En nuestro trabajo de esta semana utilizaremos una sola batería, pero pueden conectarse varias en el arreglo serie - paralelo que sea necesario de acuerdo a las características del equipo generador. El circuito que desarrollaremos en este artículo estará orientado hacia la carga y manutención de una batería de plomo ácido, igual a la que ya hemos utilizado en artículos anteriores. De todos modos, como expresamos antes, el diseño puede adaptarse fácilmente a sistemas compuestos con varias baterías.
Cargador de baterías automático e inversor 12VCC-220VAC. Todo en uno
En cuanto a la aplicación para la que deseamos utilizar la batería, se esperan algunas particularidades al razonar el funcionamiento del desarrollo que contrastan con otros tipos de usos más tradicionales. Por ejemplo, y aunque suene paradójico, esperamos no utilizarla nunca. De hecho, las oportunidades en que será requerida su aplicación serán muy pocas al mes, incluso al año, en zonas residenciales de una ciudad media. Tal vez existan lugares donde los cortes en el suministro energético sean más frecuentes. En estos casos ya no bastará con una simple lámpara de bajo consumo para resolver el estado de emergencia imprevista, sino que habrá que lograr la obtención de electricidad mediante otro tipo de generadores más importantes, más eficaces y que puedan abastecer a toda una vivienda en sus necesidades mínimas. El desarrollo que nos convoca no es una UPS ni un sistema que pueda reemplazar la energía de red domiciliaria; es una luz de emergencia, tan preciada en los momentos de oscuridad total, desesperante y absoluta.
El circuito fundamental es extremadamente sencillo y muy fácil de implementar. Para cargar nuestra batería de plomo ácido necesitaremos nada más que un circuito rectificador de onda completa y una resistencia en serie con la batería para limitar la corriente de carga. Tan sólo eso. El desafío en este diseño es construir un sistema de control que nos permita cargar la batería a un régimen de corriente constante para mantenerla siempre dentro de los límites operativos de uso y dentro de los márgenes de seguridad que establece el fabricante para su corriente y tensión de carga. Para esto utilizaremos el popular NE555 (que cada día demuestra ser útil para más aplicaciones) y un puñado de componentes más.
El cargador se inicia con un transformador convencional de 110VAC o 220VAC (según el país donde vivas) que en su secundario pueda entregar una tensión de 15VAC. Si utilizas un transformador con derivación central y dos bobinados de 15VAC, puedes emplear dos diodos para armar un rectificador de onda completa. Si en cambio utilizas un transformador con una salida única de 15VAC, deberás utilizar un puente de 4 diodos para obtener el mismo resultado. En ambos casos, la corriente nominal del secundario no debe ser inferior a 2Amperes. Un fusible de 1Amper para mejorar la seguridad del conjunto completa la etapa de entrada y conexión a la red domiciliaria. En el ejemplo que te mostramos, D3 y D4 cumplen la función de rectificar la señal alterna de entrada, mientras que D5 y D6 separan y aíslan la tensión rectificada y sin filtrar que es enviada al circuito visto en el artículo anterior donde se la utiliza para detectar la ausencia de la tensión de línea y viceversa.
Circuito propuesto para el cargador automático de baterías
Recordemos que en este punto la señal rectificada no puede estar filtrada de manera eficiente (como sería lógico pensar) ya que la respuesta a la falta de energía debe ser inmediata para encender la luminaria de emergencia. En una configuración con capacitores electrolíticos de gran valor, se demoraría mucho tiempo el encendido de la luz hasta que los filtros se descarguen. Si vemos esta entrada de tensión en el circuito de la entrega anterior, notaremos que el filtrado es muy pequeño (10uF) acompañado por una resistencia (10K) encargada de drenar a GND la tensión de manera rápida y provocar un inmediato cambio de estado en los transistores asociados para activar el funcionamiento del CD4047 dentro del circuito del inversor.
Retornando a nuestro circuito podemos ver la conexión de D6 que se encargará de conectar la tensión a los reguladores de 12Volts y 8Volts (VR1 y VR2). El circuito es muy elemental y ya ha sido visto en muchas aplicaciones por lo que no merece mayores comentarios. Sólo vale mencionar el beneficio de conectar VR2 a la salida de VR1 (a través de R12) para lograr un trabajo a menor temperatura por parte de VR2 ya que su entrada nunca superará los 12Volts. Si en cambio la conexión se hubiera realizado en el cátodo de D6, la diferencia entre la tensión de entrada respecto a la tensión de salida habría sido mayor y en consecuencia la temperatura disipada sería siempre elevada. VR1 se utiliza para energizar el relé (o relay) encargado de conectar el cargador a la batería mediante R9 y, por su parte, VR2 alimentará con una tensión regulada de 8Volts al NE555. Esta alimentación será vista en la placa final mediante un indicador LED de color verde.
Utilizando la red de resistencias divisoras de tensión internas que posee el NE555 y los comparadores de tensión que hacen cambiar de estado al Flip-Flop interno, armaremos dos redes externas ajustables para activar o desactivar la salida hacia el relé mediante T1. Esto es, P2 se regula para ajustar el nivel de tensión a la que se debe interrumpir la carga de la batería. P1, en cambio, se ajustará para determinar el umbral mínimo de tensión que tendrá la batería para activar el cargador. Es decir, hasta qué valor dejaremos que baje la tensión de la batería para volver a iniciar la secuencia de carga.
Ejemplo de montaje final. Tú puedes adaptar la construcción a tu comodidad
Una batería, mientras se está cargando, incrementa poco a poco la tensión entre sus bornes hasta alcanzar un máximo (en nuestro caso, 13.8Volts). Luego, al desconectarse en forma automática el suministro de corriente de carga, la tensión acumulada experimenta un descenso normal de almacenamiento hasta un valor donde debe mantenerse y no debe ser inferior a los 12.5 a 12.6Volts de tensión. Por lo tanto, y en función de este análisis, P2 se ajustará a 13.8Volts y P1 a 12.5Volts. Si durante períodos prolongados el equipo de iluminación no se utiliza, la batería experimenta una pérdida de carga natural, y por debajo de los 12.5Volts el cargador se activará para llevarla nuevamente a los 13.8Volts de máxima carga.
El descenso de la tensión en bornes de la batería no puede ser rápido. Eso indicaría que la batería se encuentra en mal estado y habría que proceder a su reemplazo. Una descarga normal luego de una carga completa debe durar en la batería unos dos días o más hasta descender por debajo de los 12.5Volts. Para controlar el ritmo de carga y asegurarnos que nuestra batería se encuentra en óptimas condiciones, dispondremos de los LEDs indicadores de actividad del equipo.
¿Cómo es el procedimiento para ajustar P1 y P2?
Muy sencillo. Primero nos aseguraremos de quitar R9, si es que ya la hemos instalado. Luego, en lugar de la batería conectaremos una fuente de alimentación variable y conectaremos la alimentación a nuestro circuito. La fuente de alimentación externa se ajustará a 13.8Volts y, por diseño, el cargador iniciará su trabajo en condición de carga, es decir, con el relé energizado. Con P1 y P2 colocados en su posición central, comenzaremos a ajustar (muy lentamente) P2 hasta comprobar que el relé deje de estar energizado. El LED indicador rojo se apagará. Luego, pasaremos la tensión de alimentación de la fuente externa a 12.5Volts (muy lentamente) y ajustaremos P1 hasta que el relé se active y se encienda el LED indicador. Controlaremos que el extremo superior de tensión permanezca en 13.8Volts y de este modo habremos ajustado el controlador de carga de la batería.
Placa en formato PDF: Download¿Cómo obtenemos el valor de R9?
Partiendo de una resistencia de 68 Ohms 5W, colocaremos en las pruebas iniciales un amperímetro (un multímetro) para controlar la corriente de carga de la batería. Lo mejor que podemos darle a nuestra batería es una carga lenta y segura. Con un régimen del 1% o 2% de la corriente máxima de carga, obtendremos los mejores resultados de funcionamiento y duración de la batería. Por ejemplo, nuestra batería indica que tiene una capacidad de 7Amper/Hora. Los cargadores convencionales aplican un 10% del valor de corriente nominal (7A/H), es decir, 700mA (0,7Amper) de carga. A este régimen y al cabo de una hora (o menos), la batería alcanza el valor máximo de tensión aconsejado por el fabricante (comprobado en ensayos de laboratorio). Si en cambio utilizamos una corriente de carga de 70mA (0,07Amper), nuestra batería alcanzará la tensión máxima a las 12 horas (promedio) de conexión. Esto nos permite una carga lenta y segura que desemboca en una mayor vida útil de la batería, junto a un mejor rendimiento durante su actividad operativa.
Si utilizas un transformador de alimentación de 2 x 15VAC, como hemos hecho nosotros, 68 Ohms es el valor exacto para R9. Si utilizas otras tensiones, deberás controlar con un amperímetro la corriente de carga recordando la recomendación hecha en el párrafo anterior. De este modo, la duración de la batería, con el sistema inversor en funcionamiento, estará rondando las 4 Horas con la lámpara a brillo pleno tal como muestra el video. Por último, podemos decirte que a este cargador de baterías puedes adaptarlo a otras aplicaciones donde exista una batería que necesite ser cargada y controlada para optimizar su rendimiento. -
¿Y tú, qué opinas?
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#1kevenisac sábado, 06 de marzo de 2010, 17:49
Estimado Mario,
Que buenos artículos para estos malos tiempos!
Te envío muchos saludos amigo Mario.
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#3franksd sábado, 06 de marzo de 2010, 18:46
buenísimo estaba esperando con ansias esto! gracias mario!
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#4LucasVega sábado, 06 de marzo de 2010, 18:56
Hola Mario:
Hace rato que no charlamos, pero siempre sigo todos tus geniales articulos, y bueno como no seguir estos ultimos de energia e iluminacion tan espectaculares y de tanto uso que pueden llegar a ser; de verdad que cada dia eres mejor y te estas inmortalizando con tantas cosas buenas que haces.
Un abrazo desde Colombia -
#5lago sábado, 06 de marzo de 2010, 19:18
SIGUE ASI MARIO SIGE CON TUS GENIALES ARTICULOS
PERO PUEDO PREGUNTARTE ALGO ME DARIAS PERMISO PARA HACER UNA RECOPILACION DE TODOS TUS ARTICULOS REFERENTES AL TEMA DE LA ELECTRONICA Y PUBLICARLOS ES DIGAMOSLO HACI UN TRABAJO DE LA UNIVERSIDAD.
DIME TU RESPUESTA SI O NO -
#6juaneletas05 sábado, 06 de marzo de 2010, 20:46
Vaya, justo estaba necesitando algo así...quiero colocarle a mi querida madre una luz en el jardín que se encienda de noche pero que se alimente con una fotocelda que cargue una batería para que no se necesite meter cableado desde la casa hasta el jardín de afuera.
Muchas gracias Mario, como siempre, excelente artículo. -
#7sergio21 sábado, 06 de marzo de 2010, 20:52
ultimamente mario no ha parado de escribir articulos de gran calidad, y ademas, increiblemente utiles. creo que deberia comprarme una de esas placas para hacer pruebas....
voy a buscar el articulo para principiantes que pusiste, a ver si me animo a empezar en la electronica. -
#8juaneletas05 sábado, 06 de marzo de 2010, 20:54
¿Es muy costosa una fotocelda que me dé suficiente voltaje y amperaje?
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#10PABLO_xp sábado, 06 de marzo de 2010, 21:38
#7yo en tu caso me compraria un Mario Sacco de bolsillo, es que con estos proyectos me vuelvo loco de no poder disponer de tiempo para estudiar y empezar con mis pinitos en la electronica, vere si puedo hacer un buen recopilatorio de todos tus escritos, asi por lo menos los leo en el trabajo; por algo se empieza!, gracias mario por todo
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Mario sábado, 06 de marzo de 2010, 23:55
¡Hecho!
Al final del artículo está el enlace. Es necesario colocar un puente (yo lo hice con un cable por el lado de abajo de la placa) desde la conexión de la batería, hasta la entrada de alimentación del circuito del CD4047 del artículo anterior. Cuando la estudies un poco te darás cuenta fácilmente. Me quedaban muy alejadas en la placa y una vía para eso me complicaba el plano de tierra. Lo resolví con un cable externo del lado de las soldaduras.
Otro dato a tener en cuenta es el tipo de relé que utilizarás. Algunos traen los contactos cambiados de lugar. (Grrrrrr ... otro cable que tuve que colocar ... )
Para la posición de los componentes puedes guiarte... Leer más -
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Mario domingo, 07 de marzo de 2010, 00:01
#4¡Hola Yesbond!
Es verdad, hace mucho que no charlamos.
Sólo tratamos de ayudar un poco amigo.
Como siempre digo: ojalá estas cosas sean el puntapié de ayuda para mucha gente que no se anima a construir sus propias cosas.
Siempre existirán los que te digan: "En eBay eso sale medio Euro y me lo compro sin ensuciarme las manos"
Mientras sean felices ...
¡Saludos amigo! Nos leemos :)) -
#15
Mario domingo, 07 de marzo de 2010, 00:05
#5Oye Master no me escribas con mayúsculas ... parece que estuvieras gritándome.
Por supuesto que puedes utilizar toda la información que aquí brindamos. Estaría bueno que hicieras mención a que lo encontraste en NeoTeo. Además, intenta comprender bien los temas porque si te los adjudicas como propios, pueden hacerte preguntas y sería vergonzoso no saber las respuestas ;)
¡Saludos! -
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Mario domingo, 07 de marzo de 2010, 00:09
#6¡Gracias Ciul!
Este año comenzaremos a trabajar con celdas fotoeléctricas y cargadores para baterías basados en ellas. Estimo que serán muy similares a este. Ya veremos como optimizamos todo. Tenemos que aprovechar hasta el último electrón y hacer un sistema con alta eficiencia.
Tiempo al tiempo. Todo llega.
¡Saludos! -
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#19
Mario domingo, 07 de marzo de 2010, 00:18
#8He visto esta que ésta en unos 30 Euros.
http://www.bricogeek.com/shop/74-placa-solar-8v-310ma-7x11cm.html
Sería cuestión de ponerse a experimentar. Voy a pedir que me compren un par para tener buena tensión y corriente. Además tenemos que armar un SSN (Seguidor Solar NeoTeo) cuando las utilicemos.
¡Saludos! -
#20
Mario domingo, 07 de marzo de 2010, 00:26
#9Hola alex
¿Tú quieres reemplazar el clásico regulador de voltaje de un automóvil?
No entiendo muy bien que deseas hacer porque mencionas de cargar la batería de un coche "con el sistema del coche". Para eso existe el regulador mencionado en un coche.
Cuéntame un poco más que necesitas amigo.
Saludos! -
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