LUZ ELECTROLUMINISCENTE

La electroluminiscencia es un fenómeno óptico y eléctrico, en el cual se genera luz a partir de una corriente eléctrica. Los materiales electroluminiscentes son aquellos que contienen una cierta cantidad de fósforo y emiten una luz al paso de una corriente eléctrica. Se analiza el funcionamiento de un panel gráfico, con control de sonido y también se realizan pruebas con hilos electroluminiscentes de diferentes colores.

Funcionamiento

Capas EL

Los iones activadores actúan como emisores o centros luminiscentes y poseen niveles energéticos que pueden ser activados por excitación directa o indirecta, por transferencia de energía a través de algún lugar de la estructura del material portador para que la emisión de luz ocurra. Un fósforo adecuado debe absorber la energía de excitación, y después emitir luz rápida y tan eficiente como sea posible. El tiempo que transcurre entre la excitación y la emisión debe ser lo suficientemente pequeño para evitar destellos. La excitación de los fósforos se consigue mediante la aplicación de campos eléctricos intensos a altas frecuencias.

Luz electroluminiscente

Ventajas

  •  Bajo consumo de corriente
  • Vida larga, hasta de 50,000 horas
  • Regulación propia, por lo que no se requiere un circuito de control
  • Emisión de luz omnidireccional
  • Opera en un rango de temperatura amplio, desde -60°C hasta 90°C
  • Pueden usarse en exteriores

Consumo de la placa EL

Inconvenientes

  • Emisión de luz limitada.
  • No hay una gran variedad de colores.
  • Poca eficiencia, alrededor de 2..6 Lm/W
  • Se requieren altos voltajes, desde 60 V hasta 600 V

Alimentación placa EL

Hilo electroluminiscente (Wire EL)

Luminosidad del hilo EL

La estructura del hilo EL (Wire) consiste en un núcleo conductor de cobre que funciona como electrodo, el cuál está cubierto con un material fósforo y a su vez está cubierta por un forro de plástico transparente. Unos hilo muy fino en espiral se encuentra alrededor del forro de plástico transparente. Este cable funciona como un segundo electrodo. Finalmente, ese forro de plástico transparente puede estar cubierto por otro forro de color. Cuando se aplica una diferencia de potencial, la capa fósforo emite luz entre los espacios de los cables al crearse un campo eléctrico.

Hilo electroluminiscente

Circuito inversor

El inversor que se usa en el hilo EL sirve para proporcionar la frecuencia necesaria para que brille. Cuanto más alta sea la frecuencia, mayor brillo proporcionará el hilo y su vida útil se reducirá; en cambio, si la frecuencia es menor, el brillo se reduce pero su vida útil aumenta.

Alimentación del hilo EL

Por supuesto, deberá escogerse el inversor dependiendo de la longitud del cable y de la frecuencia que quiera emplearse.

 

Detector de microcortes en la RED eléctrica

Construcción de un detector de microcortes para le red eléctrica. Este circuito microprocesado, permite detectar con precisión cualquier corte que exista en la tensión del suministro eléctrico, a partir de 50 mSeg. Este circuito no necesita ajustes, porque no detecta el fallo por falta de nivel, lo hace controlando la frecuencia. El circuito incluye un display LCD de 2×16 caracteres, en el cuál presenta la frecuencia de la red eléctrica con dos decimales. La medida de frecuencia podría ser muy útil para ajustar la frecuencia de un generador eléctrico, o comprobar la existencia de armónicos de alto nivel en la línea de alimentación.

Analizador de RED eléctrica

Para un uso profesional, existen muchos equipos que analizan a fondo todos los parámetros y posibles incidencias del suministro eléctrico. Algunos incluso permiten almacenar en memoria cualquier incidencia que exista, pudiendo exportar posteriormente los datos a un PC para crear gráficos.  Sin embargo, la mayoría de los equipos modernos soportan un amplio margen de funcionamiento en tensión, normalmente entre 100 y 240 VAC, y apenas les afecta una ligera variación en la frecuencia. El principal problema que existe son los cortes de tensión de corta duración, también conocidos como microcortes de tensión. Los cortes de pequeña duración provocan innumerables averías en elecrodomésticos (sobretodo frigoríficos) y cualquier equipo que funcione con un microprocesador… actualmente casi el 100%.

Comprobador de microcortes

Si debido a tu profesión estás a cargo del correcto funcionamiento de servidores informáticos, sistemas de climatización, cadenas de montaje robotizadas, etc. Habrás podido comprobar que cuando existen  cortes eléctricos de muy corta duración, además de que pueden pasar desapercibidos, provocan ‘cuelgues’  y averías en algunos equipos. Conocer si ha existido un pequeño corte eléctrico o no, podría agilizar mucho tus tareas de mantenimiento… y como mínimo mejorar el tiempo de respuesta.

Detector de microcortes (esquema)

 

El comprobador que muestro aquí, a pesar de ser muy sencillo es bastante preciso. Este equipo sólo se encarga de una cosa, quizás la más importante, generar una alarma cuando ha detectado cualquier corte de tensión, incluidos los cortes de pequeña duración y siempre que no sean de duración <50 mSeg. (50 mSeg. = 20 Hz.)

Firmware

El archivo necesario para programar el microcontrolador AT89C2051, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:

J_RPM_v1_FREQ.HEX

Funcionamiento

El funcionamiento de este comprobador se basa en medir la frecuencia de una señal alterna, no su nivel de tensión. De esta manera no detecta las fluctuaciones o pequeñas caídas de tensión, comportándose como la mayoría de los equipos electrónicos más modernos. Sin embargo, este comprobador es muy preciso a la hora de detectar cualquier corte de red, principal motivo de averías. El circuito que se muestra en el esquema, se alimenta desde la misma red eléctrica que está comprobando. Como es lógico, cuando existe un corte eléctrico el comprobador deja de funcionar, y no puede mostrar ningún aviso óptico ni acústico… pero al reponer la tensión de suministro, el comprobador se reinicia y muestra el corte de tensión que ha habido:

Detector de microcortes, mostrando fallo

Si se quiere mantener el aviso cuando existe un corte eléctrico, sólo habría que alimentar el comprobador con una UPS, o añadir una pequeña batería en su circuito de alimentación.

Puntos de medida en el detector de microcortes

En la imagen siguiente se muestra el oscilograma en dos puntos del circuito. En la salida del diodo rectificador (1), y  la señal que sale del colector (2) del transistor encargado de acomodar la señal (forma de onda y nivel de tensión) hacia el microcontrolador.

Oscilogramas en puntos 1 y 2

En la imagen siguiente se muestra la misma señal de antes en el canal 1, la señal que entra al microcontrolador, pero poniendo la base de tiempos del osciloscopio en 50 mSeg por división. Con esta configuración, es posible visualizar pequeños cortes de tensión, con el fin de realizar pruebas o comprobar el correcto funcionamiento del circuito.

Impulsos con 50Hz

En condiciones normales, el comprobador muestra en su pantalla LCD la frecuencia de la red eléctrica:

Detector de microcortes funcionando

La frecuencias máxima que puede medir este comprobador es de 655 Hz. Por debajo de 20 Hz. el comprobador también mide, pero si el periodo de la señal alterna es <50 mSeg., este comprobador interpreta que es un corte eléctrico y activa la alarma. El display presenta a la izquierda de la segunda línea el gráfico de un rayo con intermitencias, es la indicación de actividad del circuito (placa de control y display LCD). Si el comprobador está alimentado de la red eléctrica, sin batería ni UPS, en algunas ocasiones y como podría suceder con cualquier equipo microprocesado, el display o la placa de control también podrían ‘colgarse’. En estos casos dejaría de parpadear el gráfico del rayo, y sería necesario reiniciar el comprobador (apagar y encender).

En el video siguiente se muestran todos los detalles de construcción y pruebas de este comprobador.

 

Medir las revoluciones R.P.M.

Medir las revoluciones de giro de un motor en un display LCD, utilizando un interruptor óptico ranurado como sensor. Posible librería y código para realizar este medidor con Arduino (FreqCount.h). Esquema del medidor de RPM, utilizando el micro-procesador de Atmel AT89C2051 y un display LCD de 2 líneas y 16 caracteres. Comprobación de funcionamiento y medidas RPM con diferentes motores.

En un video anterior (Medir con precisión las RPM de un motor, es muy fácil) mostraba cómo se podían medir con precisión la velocidad de giro de un motor, de una forma fácil y sencilla.

Interruptor óptico ranurado
Interruptor óptico ranurado

El captador utilizado era un interruptor óptico ranurado,  posteriormente se medía la frecuencia de giro del motor y se convertía en revoluciones por minuto (RPM). La frecuencia se puede medir con un frecuencímetro, un osciloscopio o mediante una aplicación gratuita utilizando un dispositivo móvil.

Medir RPM con el móvil
Medir RPM con el móvil

En esta ocasión vamos a realizar un medidor de RPM completo, mostrando las revoluciones por minuto en un display LCD. El controlador del medidor se podría hacer con ARDUINO, utilizando la librería FreqCount.hpero deberemos tener en cuenta las limitaciones que tiene esta librería, dependiendo del modelo de Arduino que estemos utilizando

Arduino UNO & FreqCount.h

  • Pin de entrada para realizar la medida: 5
  • Deshabilitación de la sentencia  analogWrite() en pines: 3, 9, 10 y 11.
Conexiones LCD Keypad Shield
Conexiones LCD Keypad Shield

Si queremos utilizar le módulo LCD Keypad Shield con nuestro Arduino UNO, tendremos que utilizarlo sin ensamblar ambos módulos mediante sus conectores, porque coincide el pin de medida (FreqCount.h) con una de las conexiones del módulo LCD. Será necesario modificar las conexiones del LCD, ensamblando ambos módulos con cables para mover la entrada/s ocupada/s.

Con el fin de mejorar la resolución de las medidas… y después de algunos incidentes que tuve con mi Arduino, decidí hacer todo el desarrollo partiendo desde cero, y utilizar el micro-controlador de Atmel: AT89C2051.  En esta primera versión (quizás haga alguna mejora) la resolución de las medidas las determina un temporizador de 0,1 milisegundos (100 uSeg). De esta manera, la medida máxima de revoluciones por minuto que podríamos medir serán 600.000 RPM. Sin embargo, al ser un tiempo fijo, el valor inmediatamente inferior que mediríamos sería 300.000 RPM. Es decir, un salto entre medidas excesivamente grande. Por este motivo limité el valor máximo a 65.535 RPM (16 bit), aunque la medida máxima que podremos ver en el display será 60.000 RPM. Por otra parte, la medida mínima empezará a partir de 12 RPM. Esta limitación queda determinada por el tiempo máximo de espera que fijé para actualizar el valor mostrado en el display, que son 5 segundos.

Medidor R.P.M.
Medidor R.P.M.

 

Tabla RPM
Tabla RPM

En la tabla de la izquierda (click para ampliar) podemos observar los valores de RPM que podrían aparecer en el display, cuando medimos valores entre 4.000 y 60.000 RPM. Como podemos comprobar, la resolución de las medidas empeora al subir la velocidad de giro, lógico porque partimos de un temporizador de valor fijo (100 uSeg). Como en los motores de uso más frecuente la velocidad de giro no suele superar las 4.000 RPM, la resolución que se mostrará con este medidor será bastante buena.