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Insoladora casera mediante Leds Ultra Violeta

Veremos como realizar una insoladora de forma barata, sencilla y rápida para ello seguiremos una serie de pasos secuenciales:fundamentos, lista de la compra y material necesario, teoría, y construcción.

Fundamentos

Las insoladores con tubos de rayos catódicos emiten luz en todas direcciones (fuentes omnidireccionales), teniendo en su base un material reflectante para que la gran mayoría de los rayos se propaguen hacia arriba en dirección a la placa fotosensible a insolar. Entonces...¿porqué funciona nuestra insoladora si usamos una fuente de luz unidireccional como los leds y no una fuente omnidireccional?.

La respuesta a mi entender es muy sencilla. La luz tiene naturaleza onda-corpuscular por lo que si dos ondas se encuentran en el espacio (superposición) teniendo estas ondas igual amplitud y frecuencia ocurre el fenómeno de interfencia.

Si el desfase entre ambas ondas es cero, el resultado sería una onda de mayor amplitud e igual frecuencia dando una onda luminosa con el doble de intensidad, produciéndose una interferencia constructiva

Por el otro lado si el desfase entre dichas ondas es de 180, el resultado será la absoluta oscuridad debido a que donde una onda tiene un máximo positivo, la otra onda tiene un máximo negativo produciéndose una interferencia destructiva.

Está es una teoría ya demostrada gracias al interferómetro de Miquelson-Morley donde aparecen una serie de anillos con claros y oscuros el cual no sólo nos sirve como experimento para comprobar la teoría de interferencia de ondas, sino sirve para medir la longitud de onda de un láser e incluso comprobar la velocidad de la luz. Para más información pueden visitar los siguientes enlaces.

Interferencia de ondas

Interferómetro de Michelson-Morley

La mejor manera de insolar nuestras placas es emitiendo la misma cantidad de luz en todos los puntos de la placa. Es por ello que si tenemos en cuenta dicha teoría onda-corpuscular de la luz y el efecto caótico que se produce en las insoladoras de tubos, sería imposible determinar que puntos de la placa han tenido una mayor exposición de luz, lo cual en la práctica como bien sabemos no importa en absoluto ya que nuestras placas se insolan perfectamente debido a que la exposición es tan corta que apenas importa.

Hay mucha gente que piensan que es imposible hacer una insoladora con luz unidireccional cuando en realidad usar este tipo de luz es en teoría la mejor opción para insolar las placas fotosensible ya que cada punto de nuestra placa ha tenido la misma exposición de luz.

Lista de la compra y material necesario

Lista de la compra

Caja pequeña del chollo (19 x 13 x 12) 9€

Bote de pintura del chollo (opcional) 2€

Placa microperforada estándar de tamaño aprox. al de la base de la caja 3€

24 Led UV en ebay 3 €

LM7812 y disipador 1€

Cristal translúcido y lo más fino posible a medida de la caja 2€

Adaptador alterna-contínua con selector de voltaje de salida, de al menos 3W 5€

Total: 25€

Material necesario

Soldador y estaño

Cuter y cables

Mucha imaginación ;D

Teoría

Lo primero que tenemos que hacer es intentar que nuestra luz sea lo más omnidireccional posible y que no haya interferencias entre los rayos de luz, para ello calcularemos a que distancia (altura) situaremos nuestro array de leds de la placa fotosensible (cristal).

Si tenemos en cuenta que los nuestros led tienen un ángulo de apertura de 25º, si dibujamos el cono luminoso del led y metemos un plano, tendríamos un triángulo recto por lo que:

tg(theta)=sen(theta)/cos(theta) -> tg(25)=sen(theta)/altura

Si la altura de nuestra caja es de 8 cm, quitando la altura de los leds y del crista aproximadamente será de 6 cm, sustituyendo y despejando en la ecuación anterior nos queda.

sen(theta)= tg(25) * 6 = 2.8 cm

Para asegurarnos que el cono de luz llega en toda la superficie situaremos cada 2,5 o 2.7 cm nuestro array de led UV tanto en horizontal como en vertical.

Ahora nos ponemos en marcha para hacer la electrónica de nuestra insoladora. Sabemos, ya sea por el fabricante o por el distribuidor, que nuestros leds tienen una tensión umbral (Vu) de entre 3.2 y 3.4 voltios, lo que quiere decir que estos emitirán luz si conectamos entre el cátodo y el ánodo 3.4V de forma correcta. Otra parámetro importante es saber cual es la máxima intensidad en continua que pueden circular por ellos, en nuestro caso 200mA.

Con los datos obtenidos y teniendo en cuenta que nuestro integrado regulador de tensión (LM7812) tienen una salida de 12V, no podremos poner más de 3 led en línea ya que 4 * 3.4 = 13.2V superaría los 12 voltios a suministrar y no funcionaría, es por ello que hemos puesto 3 led en cada línea. Por otro lado sabemos que el consumo de nuestro led es de 20mA cuando se alimenta a una tensión de 3.4V.

Haciendo nuestros cálculos básicos de electrónica tenemos que:

V = Vu + Vu + Vu + I * R

V=12 Voltios, I=20 mA, Vu = 3.4 Voltios

R = (V - 3Vu) / I -> R = (12 - 10.2) / 0.02 = 90 Ohm

Por tanto hemos elegido una resistencia aproximada a la calculada pero siempre por debajo para hacer circular mayor intensidad por la línea de los tres leds, en nuestro caso práctico se decidió emplear una impedancia de 75 Ohm.

Aquí podemos ver un esquema del circuito empleado realizado en Capture de OrCAD

Teniendo en cuenta que por cada línea pasan 20 mA aprox y tenemos 8 líneas de leds, el consumo mínimo será de 160mA. La alimentación tiene que ser mayor de 12.7V para que el regulador tenga una salida estable de 12V, entonces podemos calcular la potencia mínima necesaria de nuestro trafo o regulador para que nuestra insoladora funcione:

P = V * I = 12.7 * 0.160 = 2.032W

Por consiguiente nuestro transformador tiene que tener al menos una potencia mínima de 2W siendo recomendable que tuviese al menos 3W.

Construcción

Lo primero que tenemos que hacer es realizar el array de leds con la disposición del esquemático del circuito, para ello distribuiremos los led a las distancias calculadas en el apartado anterior (2,7 cm). Para realizar la unión de los componentes usaremos cables y/o cortaremos pistas mediante un cuter quedando como resultado algo parecido a esto.

Se puede apreciar en la parte derecha- central de la imagen, la colocación de un disipador en el regulador lineal de tensión LM7812 aunque no es ni mucho menos necesario.

Si la caja comprada es transparente o de algún metal reflectante es recomendable aplicarle por dentro un par de capas de pintura de color negro mediante el bote de spray. El color negro es por su naturaleza poco reflexivo ya que absorbe los rayos de luz y el calor, forzando así que nuestro foco de luz sea lo mas unidireccional posible.

Una vez pintado y secado nuestra caja y verificado el funcionamiento de nuestro array de led, es el momento de introducir dentro de la caja la placa microperforada con el array de leds, para ello usaremos algún tipo de pegamento o silicona para unir los dos elementos.

Por último queda colocar los cristales, los cuales tienen que ser lo más finos posibles debido a que este es un material con un índice de refracción y hace que los rayos no vayan rectos sino se desvíen un cierto ángulo produciendo efectos de sombra en nuestra pcb, por tanto es muy importante buscar un cristal lo más fino posible, en mi caso el grosor es de unos 3 milímetros y da muy bueno resultados. Para unir el cristal y la caja realicé unos puntos de silicona e introduje el cristal a presión quedando de la forma siguiente.

Cabe destacar, como se puede apreciar en la imagen anterior, que en la tapa de la caja se puede introducir espuma o algún material esponjoso y flexible, para que cuando se cierre la caja se ejerza presión entre el fotolito y la placa.

He realizado diversas exposiciones y revelados con diversos tiempos de exposición (2.5, 3, 3.5 y 4 min) dando como mejor resultado el tiempo de 3 min que era el tiempo que indicaba las instrucciones de la propia placa fotosensible, obteniendo resoluciones de pista muy pequeña.

La placa realizada con la insoladora de UV es un dispositivo con un chip FTDI que emula un puerto serie en el ordenador, un transciver de USB a 232, realizado todo en smd, para hacernos una idea de las dimensiones, la entrada es mini-USB.

Aquí os dejo una "panorámica" de las soldaduras y las pistas en el integrado FTDI donde podéis apreciar firmemente la resolución de las pistas que puede llegar a realizar la insoladora.

Espero que os haya gustado el proyecto y que haya sido de vuestro agrado y sobre todo que hayáis aprendido cosas nuevas.

Ya sabéis compañeros ya tenéis algo para trastear.

 
 

 

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