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DIY – Lámpara de bajo consumo (LED)

por Mario 20 febrero, 2010, 3:26 pm 29 Votes 121 Comments

Domótica: Iluminación optimizada

El ahorro de energía en los sistemas eléctricos actuales es casi una obviedad. Las lámparas incandescentes con filamento de tungsteno han pasado a la historia y poco a poco se han ido reemplazando con las populares CFL (Compact Fluorescent Lights) o más conocidas como lámparas de bajo consumo. Tal como viene especificado en su envoltorio, este tipo de luminarias posee una determinada vida útil cuantificada en horas de uso hasta que dejan de encender y las reemplazamos por una nueva. Antes de arrojarla a los residuos, te mostramos cómo podemos armar con partes de ella una lámpara de “extra-bajo consumo” a diodos LED que pueda funcionar con la tensión de la red domiciliaria y que podemos utilizar como iluminación auxiliar para lectura o el trabajo.

Cuando una lámpara de bajo consumo deja de funcionar, la miramos con mucho cariño cual si fuera una mascota que se ha muerto. ¡Es que hemos pagado buen dinero por ella al comprarla! Comparándola con las antiguas lámparas incandescentes, son 5 o 6 veces más caras. Y contemplar que ya no funcionan es un dolor para el bolsillo que sabe que debe reponerla. A pesar de esto, nos queda la posibilidad aún de desplegar toda nuestra curiosidad y al instante desarmarla para enterarnos por qué son tan caras y saber qué clase de magia hay en su interior. Destornillador o cuchillo en mano, es muy sencillo separar las partes plásticas, algo resecas por el tiempo, y los componentes internos del balasto electrónico (el circuito electrónico que permite la ignición del gas que llena el tubo), quedando al descubierto una pequeña PCB con algunos diodos, un capacitor electrolítico, un par de transistores y un pequeño transformador, junto a otros componentes discretos de poco valor.

Luego de preguntarnos cuál de todos los elementos vistos es el que está recubierto en oro (por el precio de las lámparas), vamos a separar las partes que creamos útiles para nuestra futura lámpara y desecharemos aquellas que no sean necesarias. Las partes plásticas en una lámpara convencional de 6 “velas” es todo lo que necesitamos de la estructura, mientras que podemos utilizar también el puente rectificador de diodos existente en el PCB y el capacitor electrolítico. Con esos materiales, 6 LEDs de alta eficiencia y 10 milímetros de diámetro, más algunas resistencias cerámicas de 5 a 7 Watts de potencia, podemos reciclar esta vieja lámpara y crear un nuevo diseño adaptado a nuestro gusto. No vamos a inventar nada nuevo ni vamos a revolucionar el mercado eléctrico con esta construcción, pero nos tomaremos un descanso para experimentar con electrónica.

Como puedes ver en la imagen superior, para soportar los seis LEDs nosotros hemos utilizado una pieza de plástico delgado (de un viejo calendario), ya que el diámetro de los orificios en la tapa plástica resultaron ser un poco más grandes (12 mm.) que el diámetro de los LEDs. Con un poco de pegamento plástico aseguramos todos las unidades y dispusimos su colocación de modo tal que el ánodo de un LED quedara contiguo al cátodo de su LED vecino y así hasta completar el círculo. Luego, soldamos los terminales para lograr un circuito serie con los seis LEDs, quedando dos extremos para la conexión: un ánodo y un cátodo. A continuación, pegamos este bastidor improvisado a la tapa superior y los LEDs quedaron firmes y asegurados. El pegamento plástico (de siliconas) es una sencilla y cómoda alternativa justificada en su uso ya que no estará expuesta a calor. Recordemos que un LED es considerado una fuente de luz fría y no debe generar temperatura.

Para dar energía a estos seis LEDs conectados en serie, debemos realizar unas pocas cuentas y prácticas para saber los valores de las resistencias que tendremos que utilizar en el circuito. Este será muy sencillo (el circuito, como puedes ver en la imagen inferior) y cuenta con el puente de diodos y el capacitor electrolítico recuperados del PCB de la vieja lámpara, más tres resistencias cerámicas encargadas de adecuar la tensión de línea a la admitida por el conjunto de LEDs. Considerando que cada LED entregará su máxima capacidad lumínica a corrientes comprendidas entre 0,014 y 0,02 Amperes (14 y 20 miliamperes), la corriente tendrá un valor único a través de todos los elementos de la serie y, para las pruebas realizadas, obtuvimos un valor final de 16,3 miliamperes de promedio. Para esta corriente, muy segura por cierto para el funcionamiento de los LEDs, logramos tener un brillo muy intenso y satisfactorio. Mayores corrientes podrían ofrecernos un brillo superior, pero acortaría la vida del diodo electroluminiscente de manera dramática y lo que intentamos lograr es una lámpara de larga vida (en nuestro caso, será eterna).

Para esta corriente, cada LED presentará en sus terminales una caída de tensión de 3Volts, lo que resultará en un conjunto de 18Volts en total, valor que deberá sumarse a los presentados en los diodos rectificadores del puente Br1 y en las resistencias R1-R2 y R3. El circuito podría haber sido más sencillo aún si no hubiésemos incluido el capacitor electrolítico y si hubiésemos utilizado un solo diodo rectificando media onda (un solo semiciclo). Pero el parpadeo hubiera sido algo notable según las circunstancias de uso y podría haber resultado algo molesto. Con un rectificador de onda completa y un electrolítico, este problema queda descartado. Por otro lado, colocando un par de resistencias del lado de la tensión de red, logramos atenuar los impulsos iniciales de conexión que suelen destruir los rectificadores del puente Br1 y los LEDs. Los sencillos cálculos iniciales según la Ley de Ohm nos daban un valor total de resistencia de 18 mil Ohms (18K) para obtener una corriente segura de funcionamiento, valor que en las prácticas se redujo a algo menos de 11K gracias a la colocación de R1 y R2 del lado de la tensión de red y, debido a que estas resistencias no son de carbón depositado (resistivas puras), poseen un componente inductivo que afecta el valor final de la resistencia total equivalente.

Un tema muy importante a tener en cuenta en este montaje es el tamaño de las resistencias utilizadas en capacidad de disipación de potencia. Debemos tratar de usar las del tipo cerámicas de 5W para lograr un funcionamiento libre de altas temperaturas. No olvides que todo este conjunto estará ubicado dentro del receptáculo plástico donde se encuentra el casquete roscado. Todo debe “calzar” allí adentro y, si existen altas temperaturas, podría ser fatal para el desarrollo. Por lo tanto, luego de ajustar los valores de las resistencias hasta lograr un consumo de corriente como el que te mostramos en la imagen superior, deberás adecuar todo el montaje en el menor tamaño realizable y con los terminales tan cortos como te sea posible. La potencia que disipará cada resistencia vendrá dada por la fórmula de corriente al cuadrado por el valor de resistencia, que en nuestro caso es 1W de disipación para cada resistencia de 3K9 y algo más de 1/2W para la resistencia de 2K7.

Por supuesto que con resistencias cerámicas de 5W, el resultado equivale a una pequeña disipación de calor que se ventila sin inconvenientes por los propios orificios que trae la base de la lámpara. El resultado final será una lámpara que consumirá aproximadamente 3,5W (0,16mA @ 220V) y obtendremos una intensidad luminosa muy agradable y útil para esos momentos en que necesitamos un poco más de iluminación para la lectura o para trabajos pequeños. Si bien el conjunto entregará un haz luminoso casi direccional, la luz aprovechable abarca una circunferencia útil importante. Este fenómeno se debe a que los LEDs de alta eficiencia poseen una apertura de haz luminoso muy estrecha (30º a 40º). Una vez ensamblado todo el conjunto (si es necesario, colocarás un poco de pegamento entre las partes), nuestra nueva lámpara estará lista para utilizarla en cualquier aplique soporte de masa o donde creamos conveniente. Este tipo de luminarias también puede utilizarse en los pasillos, entre habitaciones de una casa, o en ambientes donde se desea dejar algo de iluminación durante la noche.