Una opción era la de comprarme la insoladora por eBay, pero las pocas que encontré no me parecían baratas, además de ser de lámparas ultravioletas (de ahí el elevado precio). En cambio, en eBay, por un módico precio de 19,95€ + 5,50€ de gastos de envío, sí pude encontrar un kit para montar, consistente en una placa, 35 diodos LED UV, 35 resistencias, conectores macho y hembra y hasta una tira de estaño para soldar los componentes - esto último, todo un detallazo. Más abajo, en la sección de enlaces, podéis encontrar la dirección en eBay. Es una buena solución, pero...
Mi idea, parece ser, era experimentar y hacerme con una insoladora casera, de cosecha propia, por lo que opté por recorrerme la red en busca de un diseño que me sirviese de base para mi propia solución.
Investigando
¿Lámparas o LEDs?
Lo primero que observé fue que el coste de los diseños con lámparas ultravioletas, además de ¿obsoletos?, resultaban algo más caros. No tan caros como podía resultar hace algún tiempo, pero descarté esta solución. Como curiosidad, parece ser que el uso que están dando a estas lámparas es para los típicos detectores de billetes 'de curso legal', billetes que muestran ciertas patrones o marcas de agua cuando se exponen a la luz ultravioleta, y para el secado de el esmalte de uñas (actividad que se ha puesto de moda y puede observarse la proliferación de estos negocios yendo por la calle).En cambio, había profusión de diseños de insoladoras con LEDs UV. Existe mucha información al respecto, muchas soluciones prácticas, desde cálculos de cómo distanciar los LEDs entre sí, hasta el valor de las resistencias que se ponen en serie con los LEDs. Sin olvidarme de los esquemas de la placa en donde montar los componentes. Y con tal profusión de información, fue por ahí por dónde me decanté. El diseño iba a ser con LEDs UV.
Diseño de la placa
La mayoría de las placas tenían una distribución matricial de los LEDs. Es decir, quedaban posicionados en los nodos de una retícula cuadrangular. Aunque era la distribución más fácil de realizar, consideré que no era la más eficiente, desde un punto de vista de radiación luminosa. Imaginé que la intensidad luminosa no sería muy homogénea en un plano paralelo a la placa radiante, por lo que busque otra distribución.
La distribución que me pareció más eficiente fue la disposición de los LEDs en el centro de cada uno de los hexágonos que conforman una retícula hexagonal. En la siguiente imagen, los puntos negros indican la posición de los LEDs en una retícula hexagonal.
Ahora, hablemos de la tolerancia de los componentes y el porqué agrupar los LEDs de tres en tres y en la disposición que muestro. Agrupo los LEDs de tres en tres por las características eléctricas de los LEDs y por la tensión de alimentación que voy a utilizar. Más adelante mostraré los cálculos realizados. Pero antes, algunas consideraciones.
El tamaño de la tarjeta donde van los LEDs no iba a ser mayor de 150x100 mm2. Este tamaño me es suficiente para el diseño de placas que pienso realizar: las de un tamaño similar a tarjeta de crédito, es decir, tipo Raspberry Pi. Si suponemos que los LEDs los voy a espaciar 18 mm (después diré el porqué de esta elección) las dimensiones mínimas de la tarjeta que contendrá los LEDs será de:
8 * 18mm x 6 * 18mm sen(60º) => 144 x 93,53 mm2
por lo que con una tarjeta de tamaño estándar de 150x100 mm2 tendré suficiente para disponer los 60 LEDs y los 4 taladros de sujeción de la placa en la caja contenedora.
Cálculos
Iba a alimentar la tarjeta con una tensión estándar de 12 Vcc. Pero la fuente que compré solo me daba 11Vcc. Las características de los LEDs UV que vamos a utilizar tienen una tensión de caída de entre 3,0V a 3,8V. Nosotros consideraremos que es 3,3V y limitaremos la corriente a 20mA (aunque el máximo valor admisible suele ser 30mA para estos diodos, con el riesgo de dañarlos definitivamente) . Si serializamos 3 diodos UV y 1 resistencia, esta resistencia tendrá que tener un valor máximo de:
(11Vcc - 3 x 3,3V) / 20 mA = 55 ohmios. => 56 ohmios.
Vamos a poner en lugar de la calculada (55 ohmios), que no tiene un valor comercial, una de un valor superior: 56 ohmios. Con esta resistencia, bajaremos algo la luminosidad de los diodos, pero aseguraremos que circulan por ellos menos de 20mA.
OJO con este valor: Yo he puesto 56 ohmios arriesgándome algo. Si la fuente que ponemos finalmente proporciona 12Vcc, la corriente sería superior a los 30mA (alrededor de 37,5mA) lo que destruiría parte de los diodos LEDs.
De acuerdo al esquema de al lado, tenemos que:
h = d / tan(a/2)
nosotros vamos a considerar que d=18mm y a=(15º+30º)/2, con lo que tenemos :
h = 18mm / tan(22,5/2) = 90,5mm
ésta es a la distancia que tendríamos que poner el fotolito de la retícula de diodos para recibir una luminosidad homogénea sobre todo el fotolito. Finalmente, yo consideré una distancia de 80mm ¿porqué? sobre todo, por no hacer la caja contenedora excesivamente alta, y porque estamos hablando de un ángulo óptimo, pero la radiación no cae abruptamente a partir del ángulo óptimo de visión, y, por tanto, aunque reduzcamos la altura h, continúa existiendo un solape completo entre los dos conos contiguos de radiación. Quizás alguien sea más purista y sitúe la distancia del fotolito al plano de la retícula de diodos a la que resulte del cálculo realizado. Bueno, sería interesante hacer experimentos y comprobar la eficiencia de este montaje con los datos teóricos.Diseño de la placa
Con todas estas consideraciones, para el diseño de la placa utilicé, como en otras ocasiones anteriores, el programa Kicad. Con este programa diseñé el esquema electrónico y el circuito impreso.
En la sección de enlaces se encuentra el fichero comprimido UVLeds.zip con todos los ficheros generados con el programa Kicad.
Fabricación del circuito impreso
Como aún no tenía la insoladora, y como con los otros procedimientos que había utilizado, el de transferencia térmica del fotolito al circuito impreso, había obtenido un total fracaso, opté por dibujar (es un decir) las pistas del circuito impreso con un rotulador indeleble. Después de experimentar con varios rotuladores utilicé finalmente el modelo Lumocolor (negro) de la marca STAEDTLER. El circuito, después de aplicar el cloruro férrico, se quedó con este aspecto (sí, un poco chungo pero funcionó a la perfección):
Lista de componentes
Para la fabricación del circuito impreso he dispuesto de los siguientes componentes:
- 1 placa virgen de 100x150 mm2.
- 1 placa virgen de 100x150 mm2.
- 60 LEDs UV.
- 20 resistencias de 56 ohmios.
- 4 soportes de plástico autoadhesivos.
Los LEDs UV los compré a través de eBay a Bright Components. Los venden en bolsas de 50 leds a 4,53€ la bolsa (por lo que tuve que comprar dos bolsas) que con los gastos de envío (3,81€) me salió por un total de 12,87€ los 100 diodos UV. Decir que el envío me llegó en menos de 5 días.
El resto del material se puede comprar sin problemas en cualquier tienda de componentes electrónicos (también los diodos UV per oresultan más caros que comprándolos fuera).
El acabado final con los diodos y resistencias montados es el que se muestra a continuación:
- 4 soportes de plástico autoadhesivos.
Los LEDs UV los compré a través de eBay a Bright Components. Los venden en bolsas de 50 leds a 4,53€ la bolsa (por lo que tuve que comprar dos bolsas) que con los gastos de envío (3,81€) me salió por un total de 12,87€ los 100 diodos UV. Decir que el envío me llegó en menos de 5 días.
El resto del material se puede comprar sin problemas en cualquier tienda de componentes electrónicos (también los diodos UV per oresultan más caros que comprándolos fuera).
El acabado final con los diodos y resistencias montados es el que se muestra a continuación:
Caja contenedora
La caja contenedora la he fabricado de madera ¿? y tiene el siguiente aspecto a medio terminar:
El led verde se ilumina mientras los LEDs UV están encendidos.
El pulsador negro es para activar el temporizador.
El pulsador rojo es para desactivar el temporizador (y apagar manualmente los LEDs UV.
El commutador en 1) escala de hasta 10 minutos de temporizador; y en 2) escala de hasta 25 minutos.
Con el potenciómetro se regula el temporizador de 1 a 10 y de 10 a 25 minutos, más o menos.
El temporizador será objeto de otra entrada de este blog.
La caja contenedora se completó 1) con una ventana superior de cristal de 2mm de espesor, donde descansaría el fotolito y el circuito impreso fotosensible, y 2) con una tapa de madera a la que le pegué una lamina gruesa de goma para que hiciese presión sobre el fotolito+circuito impreso mientras estaban iluminando los LEDs UV.
Y eso es todo.
Enlaces
- IL010 UV09 Placa 35 LED UV enlazable. KIT desmontado Color UV, Alimentación 9V- Espectro electromagnético
- Radiación ultravioleta
- Diversos usos de lámparas UV
- Billetes de Euro
- LED calculator
- Kicad
- Ficheros Kicad del esquema y circuito impreso de LEDs UV para insoladora
- Leyendo Entradas Digitales con las Raspberry. Calibrado de Temporizador para Insoladora
