Informe De Como Hacer Un Detector De Humo i6k4o

INFORME DE COMO CREAR UN SENSOR DE HUMO CON UN PUENTE DE WHEATSTONE CARRERA: INGENIERÍA MECATRÓNICA NIVEL: TERCERO UNIDAD DIDACTICA: SEGUNDA GRUPO: 1

PARALELO: B

INFORME No: 5

INTEGRANTES: Chasiluisa Sandra Jiménez Arturo Lezano Cesar

TEMA: Sensor de Humo con puente de Wheatstone OBJETIVOS:    

Diseñar un sensor de humo aplicando un puente de Wheatstone. Analizar y comprender el puente de Wheatstone en el sensor de humo. En el Protoboard construir el sensor de humo

MATERIALES: [1]. 2 Foto resistencias [2]. 1 Potenciómetro de 1MΩ [3]. 1 Potenciómetro de 1kΩ [4]. 1 Zumbador [5]. 1m de Cable multípar de 6 hilos [6]. 2 Leds [7]. 1 Transistor 2N3904 [8]. Protoboard [9]. Pegamento [10]. Pedazos de Cartón [11]. Multímetro MARCO TEORICO:

Puente Wheatstone Historia y funcionamiento El puente Wheatstone es un circuito inicialmente descrito en 1833 por Samuel Hunter Christie (1784-1865), No obstante, fue el Sr. Charles Wheatstone quien le dio muchos usos cuando lo descubrió en 1843.

Como resultado este circuito lleva su nombre. Es el circuito más sensitivo que existe para medir una resistencia. El puente Wheatstone es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las resistencias. El circuito es el siguiente, puede conectarse a cualquier voltaje en corriente directa, recomendable no más de 12 voltios.

Cuando el puente se encuentra en equilibrio: R1 = R2 y Rx = R3 Donde: R1 / Rx = R2 / R3 En este caso la diferencia de potencial es de cero "0" voltios entre los puntos A y B, donde se ha colocado un amperímetro, que muestra que no pasa corriente entre los puntos A y B (0 amperios) Cuando Rx = R3, VAB = 0 voltios y la corriente = 0 amperios Si no se conoce el valor de Rx, se debe equilibrar el puente variando el valor de R3. Cuando se haya conseguido el equilibrio, Rx será igual a R3 (Rx = R3). R3 debe ser una resistencia variable con una carátula o medio para obtener valores muy precisos.

Ejemplo: Si R1 y R2= 1 KΩ (Kilo ohmio) y R3 = 5 KΩ, Rx deberá de 5 KΩ para lograr que el voltaje

entre A y B (VAB) sea cero (corriente igual a cero) Así, basta conectar una resistencia desconocida (Rx) y empezar a variar R3 hasta que la corriente entre A y B sea cero. Cuando esto suceda, el valor de RX será igual al valor de R3

Una aplicación muy interesante del puente Wheatstone en la industria es como sensor de temperatura, presión, etc. Es en el amperímetro donde se ve el nivel o grado de desbalance o diferencia que hay entre el valor normal a medir y la medida real. También se utiliza en los sistemas de distribución de energía eléctrica donde se lo utiliza para detectar roturas o fallas en las líneas de distribución. LDR - Fotorresistencia Light Dependen Resistor (LDR) El LDR (resistor dependiente de la luz) es una resistencia que varía su valor dependiendo de la cantidad de luz que la ilumina.

Los valores de una fotorresistencia cuando está totalmente iluminada y cuando está totalmente a oscuras varía. Puede medir de 50 ohmios a 1000 ohmios (1K) en iluminación total y puede ser de 50K (50,000 Ohm) a varios mega ohmios cuando está a oscuras. El LDR es fabricado con materiales de estructura cristalina, y utiliza sus propiedades fotoconductoras. Los cristales utilizados más comunes son: sulfuro de cio y seleniuro de cio. El valor de la fotorresistencia (en Ohmios) no varía de forma instantánea cuando se pasa de luz a oscuridad o al contrario, y el tiempo que se dura en este proceso no siempre es igual si se pasa de oscuro a iluminado o si se pasa de iluminado a oscuro.

Esto hace que el LDR no se pueda utilizar en muchas aplicaciones, especialmente aquellas que necesitan de mucha exactitud en cuanto a tiempo para cambiar de estado (oscuridad a iluminación o iluminación a oscuridad) y a exactitud de los valores de la fotorresistencia al estar en los mismos estados anteriores. Su tiempo de respuesta típico es de aproximadamente 0.1 segundos. Pero hay muchas aplicaciones en las que una

fotorresistencia es muy útil. En casos en que la exactitud de los cambios no es importante como en los circuitos. Luz nocturna de encendido automático, que utiliza una fotorresistencia para activar una o más luces al llegar la noche. Relé controlado por luz, donde el estado de iluminación de la fotorresistencia, activa o desactiva un relé, que puede tener un gran número de aplicaciones El LDR o foto resistencia es un elemento muy útil para aplicaciones en circuitos donde se necesita detectar la ausencia de luz de día.

Zumbador

Zumbador, buzzer en inglés, es un transductor electro acústico que produce un sonido o zumbido continuo o intermitente de un mismo tono. Sirve como mecanismo de señalización o aviso, y son utilizados en múltiples sistemas como en automóviles o en electrodomésticos.

Inicialmente este dispositivo estaba basado en un sistema electromecánico que era similar a una campana eléctrica pero sin el badajo metálico, el cual imitaba el sonido de una campana. Funcionamiento Su construcción consta de dos elementos, un electroimán y una lámina metálica de acero. El zumbador puede ser conectado a circuitos integrados especiales para así lograr distintos tonos. Cuando se acciona, la corriente pasa por la bobina del electroimán y produce un campo magnético variable que hace vibrar la lámina de acero sobre la armadura. Diodo emisor de luz (LED)

Un Led (de la sigla inglesa LED: Light-EmittingDiode: "diodo emisor de luz", también "diodo luminoso") es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha más frecuencia, en iluminación. Presentado como un componente electrónico en 1962, los primeros leds emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.

Cuando un Led se encuentra en polarización directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energía en forma de fotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energía del fotón) se determina a partir de la banda de energía del semiconductor. Por lo general, el área de un Led es muy pequeña (menor a 1 mm2), y se pueden usar componentes ópticos integrados para formar su patrón de radiación. Los leds presentan muchas ventajas sobre las fuentes de luz incandescente y fluorescente, principalmente con un consumo de energía mucho menor, mayor tiempo de vida, tamaño más pequeño, gran durabilidad, resistencia a las vibraciones, no es frágil, reduce considerablemente la emisión de calor que produce el efecto invernadero en nuestro planeta, no contienen mercurio (el cual al exponerse en el medio ambiente es altamente venenoso) a comparación de la tecnología fluorescente o de inducción magnética que si contienen mercurio, no crean campos magnéticos altos como la tecnología de inducción magnética con los cuales se crea mayor radiación hacia el ser humano, cuentan con un alto factor de CRI, reducen ruidos en las líneas eléctricas, son especiales para utilizarse con sistemas foto voltaicos (es solares)a comparación de cualquier otra tecnología actual, no les afecta el encendido intermitente (es decir pueden funcionar como luces estroboscópicas) y esto no reduce su vida promedio, son especiales para sistemas anti-explosión ya que no es fácil quebrar un diodo emisor de luz y cuentan con una alta fiabilidad. Los leds con la potencia suficiente para la iluminación de interiores son relativamente caros y requieren una corriente eléctrica más precisa, por su sistema electrónico para funcionar con voltaje en alterna y requieren de disipadores de calor cada vez más eficientes a comparación de las bombillas fluorescentes de potencia equiparable. Los leds en la actualidad se pueden acondicionar o incorporarse en un porcentaje mayor al 90% de todas las tecnologías de iluminación actuales.

El transistor Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña.Existe una gran variedad de transistores. En principio, se explicarán los bipolares. Los símbolos que corresponden a este tipo de transistor son los

siguientes:

Veremos mas adelante como un circuito con un transistor NPN se puede adaptar a PNP. El nombre de estos hace referencia a su construcción como semiconductor.

PROCEDIMIENTO OBJETIVO A: a) Recopilar Información sobre el puente de Wheatstone. b) Determinar el valor de las resistencias para el puente. R1= R4=

c) En un simulador de circuitos electrónicos diseñar el sensor de humo y obtener el circuito esquemático. OBJETIVO B: a) Con un voltímetro determinar el voltaje en la fuente. b) Usando leyes y teoremas aprendidos durante la primera y segunda unidad determinar el valor de las corrientes en l circuito, además calcule la caída de voltaje a través de cada resistencia: VR1= VR2= VR3= VR4= Is= Rt= Iwht= Vwht= c) Mida las caídas de voltaje en las resistencias R1, R2, R3 y R4 y llene la tabla 1. Tabla 1. Is (mA)

VR1 (V)

VR2 (V)

VR3 (V)

VR4 (V)

Vwht (V)

Calculado Medido

d) Compare los valores medidos con los calculados.

OBJETIVO C: a) Conseguir Todos los materiales e instrumentos para armar el circuito b) Según el diseño obtenidos en los Objetivos 1 y 2, construir el sensor de humo en la Protoboard c) Conectar el circuito a la fuente de poder y calibrar la sensibilidad del sensor. d) Comprobar el correcto funcionamiento del circuito y realizar el informe.

CÁLCULOS Y DESARROLLO DE LOS OBJETIVOS OBJETIVO A:

Recopilar Información sobre el puente de Wheatstone. Toda la información necesaria se encuentra expuesta en el marco teórico Determinar el valor de las resistencias para el puente. Como el puente inicialmente de be estar en equilibrio las resistencias deberían ser : R1= 400 Ω R4= 400 Ω

En un simulador de circuitos electrónicos diseñar el sensor de humo y obtener el circuito esquemático.

OBJETIVO B: Con un voltímetro determinar el voltaje en la fuente. E = 6,157v Usando leyes y teoremas aprendidos durante la primera y segunda unidad determinar el valor de las corrientes en l circuito, además calcule la caída de voltaje a través de cada resistencia: Calculo de VR1 En primer lugar analizando el circuito podemos observar que R1 y R2 están en paralelo y luego están en serie con el paralelo de R3 y R4, entonces el voltaje que caiga en cada una de las resistencias será la misma.

Por lo tanto

Calculo de Rt

(

)

(

)

Calculo de Is(suponiendo que la fuente esta conectada solo al puente)

Calculo de Iwht, Vwht Para el calculo de Vwht (Wheatstone) como sabemos nos valemos de la ley de voltajes de Kirchof entre VR1, VR2 y Vwht. ∑

Como la corriente es:

Mida las caídas de voltaje en las resistencias R1, R2, R3 y R4 y llene la tabla 1. Is (mA) Calculado

15,5

Medido

15,02

VR1 (V)

VR2 (V)

VR3 (V)

VR4 (V)

Vwht (V)

3,1

3,1

3,1

3,1

0

3,08

3,012

3,134

3,06

0

Tabla 1. Compare los valores medidos con los calculados. Es notable de observar que los valores medidos varían con los obtenidos esto suele suceder por los parámetros de error que posee cada resistor

OBJETIVO C: Conseguir Todos los materiales e instrumentos para armar el circuito La lista de circuitos se muestra en el apartado de materiales e instrumentos y también se los puede ver en los anexos. Según el diseño obtenidos en los Objetivos 1 y 2, construir el sensor de humo en la Protoboard El circuito armado se muestra en el anexo. Conectar el circuito a la fuente de poder y calibrar la sensibilidad del sensor. El circuito se calibra y se ajusta regulando los potenciómetros R1 y R5, para la sensibilidad e intensidad del zumbador respectivamente. Comprobar el correcto funcionamiento del circuito y realizar el informe.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS OBJETIVO A

Análisis:como ya fue expuesto por el físico Wheatstone cuando el puente se encuentra en equilibrio la corriente y el voltaje son nulos, es por ello que basándonos en este principio y en la variación de resistencia de las foto resistencias, como al momento que la luz variaba en las foto resistencias también varía la resistencia del de equilibrio del puente y esto hace que fluya una corriente en los terminales de unión de R1,R3 y R2,4 por ende también existirá un voltaje. Entonces nuestro dispositivo indicador esta conectado en esta parte del puente, en el diseño se observa un transistor (Q1) este transistor se configuro para que amplifique la corriente emitida por el puente para conseguir activar un relé o como observamos en el diño un zumbador. OBJETIVO B

Is (mA) Calculado

15,5

Medido

15,02

VR1 (V)

VR2 (V)

VR3 (V)

VR4 (V)

Vwht (V)

3,1

3,1

3,1

3,1

0

3,08

3,012

3,134

3,06

0

Análisis:Es muy evidente notar que cuando se encuentra en equilibrio la caída de voltaje en cada uno de los resistores en el mismo por lo que al momento de aplicar

LVK en la malla donde se encuentra el voltaje del puente de Wheatstone es nulo o cero.

CONCLUSIONES: 1. El Diseño fue culminado con éxito luego de aplicar todos los teoremas y axiomas planteados por Wheatstone. 2. Fue imprescindible la ayuda de los instrumentos de medida ya con ayuda delos mismos pudimos medir las resistencias, la corriente y los voltajes en cada resistor para así comprobar que las los principios de Wheatstone son verdaderos 3. El censor de humo funciona correctamente tal y como se predijo que funcionaria.

RECOMENDACIONES:  

Para lograr que el sensor tenga un optimo funcionamiento es recomendable utilizar una caja para aprisionar el humo. Es recomendable utilizar un voltaje no mayor a 12 ya que a partir de estos parámetros de voltajes el puente suele fallar.

BIBLIOGRAFÍA: 

Boylestad, Introducción al análisis de circuitos, Decima edición, Capitulo III, p.98, 103 VALEJO, Horancio. El mundo de La electrónica, Primera edición. Buenos Aires Argentina: Saber Electrónica, 2005,380 pg.

  

http://www.ucontrol.com.ar/PDF/detectordehumo.pdf http://idoc-pub.descargarjuegos.org/ldr-fotorresistencias www.electronicafacil.net/tutoriales/El-transistor.php

ANEXOS

Anexo 1. Multímetro

Anexo 2. Fuente de energía

Anexo 3. Pegamento

Anexo 4. Cartón

Anexo 5.Tijeras y Estilete

Anexo 6. LDR

Anexo 7.Potenciómetro, transistor, resistencias, Led

Anexo 8. Circuito culminado