Objetivos
· Diseñar un precipitador electrostáticos para filtrar el aire a través de un cilindro metálico hueco.
· Hacer pasar cualquier tipo de impurezas a través del precipitador electrostático, para la descontaminación del aire.
· Diseñar un oscilador astable con el circuito integrado LM555.
· Elevar la amplitud de la señal obtenida del oscilador astable mediante un flyback para obtener un campo eléctrico fuerte en el precipitador electrostático.
· Realizar el diseño de los circuitos impresos en el software Proteus 8.1.
Introducción
Los precipitadores electrostáticos son equipos que presentan una elevada eficiencia de captación (cercana al 99%) para todo el espectro de tamaño de partículas. Sin embargo, presentan una gran sensibilidad a variables eléctricas, como son el voltaje y la frecuencia de suministro de electricidad.
Los precipitadores electrostáticos (PES) son utilizados para la descontaminación del aire que capturan las partículas sólidas en un flujo de gas por medio de electricidad. El precipitador electrostático carga de electricidad a las partículas, estas partículas se cargan mediante el choque con iones gaseosos creados por la ionización del aire creado entre los electrodos para luego atraerlas a las placas metálicas con cargas opuestas ubicadas en el precipitador. Las partículas se retiran de las placas mediante "golpes secos" y se recolectan en una tolva ubicada en la parte inferior de la unidad.
Para la implementación de nuestro precipitador electrostático hemos empleado una fuente regulada tipo serie con transistores BJT en configuración Darlington, esto nos permitirá trabajar con mayor corriente. Con esta fuente alimentamos a un oscilador astable diseñado con un integrado 555 para generar una onda cuadrada por el pin tres de salida.
Una vez diseñado el oscilador astable amplificaremos esta señal mediante un flyback, la salida de alto voltaje del flyback estará conectada al electrodo del alambre, mientras que la tierra se conectara a las placas, en nuestro caso, usaremos un cilindro metálico.
Marco Teórico
· Oscilador Astable
Este tipo de funcionamiento del temporizador 555 se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseñador del circuito y que se repite en forma continua.
El esquema de conexión y las formas de onda de entrada y salida del multivibrador astable se muestran en los gráficos más adelante.
La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y en un nivel bajo un tiempo T2.
Los tiempos de duración, tanto en nivel alto como en nivel bajo, dependen de los valores de los resistores: R1 y R2 y del capacitor C1.
Conexión del multivibrador astable con temporizador 555
Forma de onda de salida del multivibrador astable con temporizador 555
Los tiempos de los estados alto y bajo de la onda de salida se muestran en las siguientes fórmulas:
T1 = 0.693 x (R1+R2) x C1
(en segundos)
T2 = 0.693 x R2 x C1
(en segundos)
La frecuencia de oscilación de la onda de salida está dada por la fórmula:
f = 1 / [0.693 x C1 x (R1 + 2 x R2)]
El período es: T = 1/f
Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal, desde un punto cualquiera en la forma de onda de la salida hasta que éste se vuelve a repetir. Ver (Tb - Ta), en el gráfico arriba a la derecha.
· Transformador flyback [1]
Un transformador flyback o transformador de líneas es un tipo de transformador que genera una alta tensión necesaria para hacer funcionar un tubo de rayos catódicos (CRT). Este transformador genera un voltaje de unos 18 kilovoltios DC (corriente continua) en el caso de tubos monocromos, o de 20 a 30 kilovoltios DC para un tubo en color. Esta tensión tan elevada no siempre sale en su totalidad del flyback, sino que en el circuito del mismo aparato que lo use (un televisor o un monitor) puede incorporar un multiplicador de voltaje, normalmente un triplicador, que entregaría el voltaje previsto de 18 a 30 [kV] para la alimentación del ánodo del tubo de rayos catódicos(CTR).
Funcionamiento [2]
A diferencia de un transformador de corriente habitual que funciona con corriente alterna de 50 o 60 hercios, un transformador flyback funciona a frecuencias mucho más altas ya que funciona con pulsos de corriente a una frecuencia de 15 625 Hz (para un sistema de televisión PAL15 625 Hz = 25 cuadros x 625 líneas, y para el sistema NTSC 15 750 = 30 cuadros x 525 líneas).
Este transformador de líneas o flyback incorpora un circuito rectificador en su interior formado en su parte de alta tensión por varios devanados, que incorporan diodos en serie internos y utilizan la capacidad parásita que hay entre ellos para filtrar (alisar) la corriente rectificada por los diodos. (La corriente consumida por el tubo en alta tensión es mínima, por lo que estas capacidades parásitas son suficientes.
En los antiguos televisores a válvulas de vacío (válvula termoiónica), normalmente la MAT (muy alta tensión) se rectificaba externamente mediante una válvula rectificadora (DY 802 por Ej.) o por una agrupación de diodos en serie (para repartir la tensión entre todos), que físicamente constituían una barra, parecida a un pequeño lapicero.
El núcleo de este transformador es de un material llamado ferrita que es una mezcla cerámica de diferentes materiales ferromagnéticos y no conductores de la electricidad, que a esta frecuencia de trabajo, tienen mejores propiedades que el núcleo metálico de chapas apiladas de un transformador convencional. Cabe señalar que el cable que va al foco, G2 y al ánodo del cinescopio (CRT) jamás se debe tocar a menos que el aparato este totalmente descargado y en general es recomendable no tocar ninguna de las partes del transformador flyback ya que se puede producir una fuerte descarga eléctrica de consecuencias más o menos graves según el caso.
Figura 1. Flyback
Figura 2. Circuito para el primario del flyback [3]
Uno de los principales objetivos, es encontrar la tierra en el secundario del flyback, para esto procedemos a verificar por experimentación que es más sencillo.
Primero debemos dar de cuatro u ocho vueltas* en el núcleo del flyback tal como se muestra en la figura 3, éste será nuestro primario. Después con el circuito oscilador (circuito 555 astable con el MOSFET) acoplarlo a nuestro primario del flyback.
Figura 3. Vueltas en el núcleo para formar el primario del flyback
*las vueltas determinan la cantidad de voltaje, es este caso se ha dado unas 12 vueltas.
Una vez hecho esto, nos aseguramos que el cable rojo del flyback (cable con la ventosa) se encuentre aislado para evitar algún tipo de peligro, como opción, es preferible cortar la ventosa después de la prueba o antes. Alimentamos el circuito y tomamos el cable rojo, lo acercamos despacio a la base en donde se encuentran las salidas del flyback (pines) y verificamos en que pin se forma un arco eléctrico considerablemente largo que el resto de los pines alejando el cable rojo, así encontramos el GND del secundario, en la figura 4 se realiza la prueba para encontrar el negativo del secundario del flyback [4].
Figura 4. Pin negativo del flyback
Una vez hallado el negativo del flyback, procedemos a aislar los pines restantes debido a que al energizar el flyback, los pines producen pequeños arcos entre sí.
Cálculos Teóricos
Calculo para el oscilador astable
