Los temporizadores que normalmente encontramos en el comercio especializado o que se describen en revistas de electrónica se caracterizan por no proporcionar controles para tiempos mayores que una o dos horas. Son todos temporizadores de cortos intervalos, siendo raros los que van más allá de 4 horas y difícilmente encontrados los que tengan ciclos de 24 horas o más. Teniendo en cuenta que existen aplicaciones en que ciclos de hasta 1 día son necesarios, proyectamos este circuito que puede hacer el accionamiento único o cíclico de cargas en intervalos que van desde unos minutos hasta cerca de 36 horas. Las aplicaciones para tal aparato serán explotadas en el transcurso del propio artículo.
Un temporizador con capacidad para controlar cargas en intervalos que van de algunas decenas de minutos hasta cerca de 36 horas encuentra muchas utilidades prácticas.
Podemos citar como ejemplo la conexión de lámparas de balcones o vitrinas, el accionamiento de automatismos para piscinas, la alimentación automática de animales en viveros, la irrigación de jardines o canteros de plantas, etc.
El circuito que proponemos tiene una estructura bastante simple, buscando ser barato y de fácil montaje; por lo que no habiendo un control preciso de la base de tiempo, la precisión final dependerá mucho del ajuste realizado por el usuario.
De hecho, la precisión no puede ser considerada como punto fuerte de este proyecto, pues la base de tiempo será ajustada manualmente. Así, una variación de sólo 1% en el ajuste, que en aplicaciones normales es perfectamente tolerable, en un ciclo de 36 horas de tiempo significará una variación de aproximadamente 21 minutos.
En una aplicación crítica, como un control de proceso, esta variación tal vez no sea admitida, pero en una aplicación doméstica como, por ejemplo, la alimentación de animales o la irrigación de vasos o canteros, no tendrá mucha importancia.
Incluso considerando esta limitación, las posibilidades de uso todavía son muchas, principalmente teniendo en cuenta algunos recursos técnicos ofrecidos por el circuito.
Entre estos recursos destacamos los siguientes:
a) Accionar la base de tiempo por la red y al mismo tiempo por pilas, lo que significa que en la falta de energía el ciclo de conteo no será afectado: el circuito continuará marcando normalmente el tiempo para un accionamiento normal al final del proceso, se restablece la energía.
b) Tres tipos de accionamiento para las cargas o aparatos controlados.
El primer tipo de accionamiento consiste en apagar algo al final del intervalo programado.
En esta modalidad, al apagar el aparato controlado el temporizador también "se apaga", cortando su propia alimentación. Una aplicación interesante para esta modalidad de operación, con intervalos más cortos, es como TV-temporizador, apagando un televisor si usted duerma, el encendido.
El segundo tipo de accionamiento consiste en la activación de una carga al final del intervalo previsto. El temporizador enciende esta carga después del tiempo programado, manteniéndola conectada permanentemente. Para que se apague, es necesario que lo haga.
Finalmente, tenemos la aplicación con doble temporización.
En esta aplicación podemos conectar algo, al final del tiempo programado, por un tiempo determinado. Explicamos mejor: podemos programar el aparato para conectar un motor, por ejemplo, al cabo de 24 horas y, en una segunda programación, para que quede encendido durante 30 minutos.
La segunda temporización se puede ajustar entre unos minutos y cerca de 1 hora.
Características:
- Tensión de alimentación: 110/220 Vca (más 4 pilas)
- Corriente máxima de carga: 2 A
- Rango de tiempos de la primera temporización: 20 minutos a 36 horas
- Rango de tiempos de la segunda temporización: 1 minuto a 1 hora
- Escalas: 2
- Modalidades de funcionamiento: 3
Número de circuitos integrados: 5
EL CIRCUITO
Uno de los problemas de los temporizadores que se basan exclusivamente en los integrados 555 es el máximo intervalo obtenido, que depende de las fugas de los capacitores empleados.
Normalmente, los intervalos máximos alcanzados son alrededor de 1 hora.
Sin embargo, teniendo en cuenta que podemos utilizar un 555 como base de tiempo y multiplicar los intervalos con la ayuda de circuitos propios, el proyecto de intervalos para mayores tiempos se hace posible.
Es lo que hacemos en nuestro proyecto, que tiene una disposición en bloques como muestra la figura 1.
Así, tenemos en primer lugar un astable 555 que genera pulsos intervalados en la razón de 18 a 120 pulsos por minuto, lo que corresponde a frecuencias de 0,3 a 2,0 Hz.
En una primera fase, estos pulsos se dividen por 10 en un integrado 4017, que consiste en un contador de 10 etapas bastante conocido.
Esto significa que en la salida del 4017 (pin 11) obtenemos 1 pulso cada 10 pulsos generados por el 555, lo que corresponde a frecuencias de 0,03 a 0,2 Hz, o 1,8 a 12 pulsos por minuto.
Loas pulsos rectangulares de este integrado se envían a la siguiente etapa que consiste en un integrado 4040.
Este integrado posee un contador binario de 12 etapas capaz de hacer la división de frecuencias por números enteros de 2 a 4096.
Esto significa que, teniendo en cuenta la división por 10 de la etapa anterior con el 4017, podemos tener la división de los pulsos producidos por el 555 por valores hasta 40 960, o sea, una ampliación de la capacidad de temporización de este componente de hasta 40 960 tiempos!
De este modo, operando el 555 en un rango de frecuencias en que no existen problemas de fugas de los capacitores, pues no necesitamos siquiera emplear electrolíticos, llegamos fácilmente a intervalos tan largos como las 36 horas propuestas.
El cálculo de la temporización para la elaboración de la escala con las divisiones sucesivas del 4017 y del 4040 es relativamente simple.
Para saber cómo hacer el ajuste para el punto de 12 horas, por ejemplo, basta proceder de la siguiente manera:
a) Multiplicamos el tiempo en horas por 60, para obtener los minutos. En nuestro caso: 12 x 60 = 720 minutos
b) Dividimos el factor de multiplicación del circuito por el tiempo en minutos, para encontrar la frecuencia del 555 en pulsos por minuto. En el caso: 40 960/720 = 56,88 p.p.m
c) Para obtener este punto de la escala, bastará encontrar la posición del potenciómetro en la que tengamos 56,88 pulsos por minuto. Un LED encendido en la salida del 555 permite que este ajuste sea realizado experimentalmente con la ayuda de un reloj o cronómetro común.
Para otros valores de tiempos de las escalas, aplicamos proporciones directas.
Así, para 36 horas tenemos 19 pulsos por minuto, y para 24 horas 28,4 pulsos por minuto.
Para los tiempos más pequeños, una segunda escala se utiliza, conmutando el 4040 a una salida en la que tenemos la división por 1024. En estas condiciones, el factor de ampliación quedará siendo de 10 240, o sea, los tiempos de la primera escala quedarán divididos por 4.
Esto significa que en el punto en que obtuvimos el ajuste para un ciclo de 12 horas o 56,88 pulsos por minuto, tenemos en esta escala 6 horas de temporización.
Para un tiempo mínimo en la primera escala del orden de 6 horas, por ejemplo, tenemos un tiempo mínimo de 1 hora y media (90 minutos) en la segunda escala.
Los pulsos de salida del 4040 en las dos escalas se llevan a dos circuitos separados, seleccionados por la llave "modo" (S3).
En la posición en que la señal es llevada a Q2 y Q3 tenemos el accionamiento simple del relé, en dos modalidades seleccionadas por la llave S5.
La primera modalidad es aquella en que desconectamos algo al final del tiempo programado, y la segunda es aquella en que ligamos algo al final de la temporización.
En la posición en que la señal se aplica a la base de Q1 tenemos el disparo de un 555 (CI-4) en la configuración monoestable con el tiempo de acción ajustado por P2.
En estas condiciones el pulso de mando al final del tiempo programado hace que el relé actúe sobre la carga durante un tiempo que depende del ajuste de P2 y del valor de C5.
Podemos ajustar el potenciómetro para proporcionar intervalos de 1 minuto hasta cerca de 1 hora.
El capacitor C5 se puede cambiar si desea otros intervalos, pero debe ser siempre de buena calidad para que las fugas no afecten el funcionamiento del circuito.
La fuente de alimentación se basa en un regulador de tensión 7806 y un conjunto de pilas.
Con la tensión de la fuente disponible las pilas no suministran corriente a la carga, pero en caso de falta de energía las pilas entran en acción, suministrando energía sólo para el 555 que sirve de base de tiempo y para los divisores, que presentan un consumo de corriente bastante bajo.
Así, en caso de corte de energía, la temporización continúa normalmente con el accionamiento del relé al final del tiempo programado, sin problemas.
En el corte de energía la alimentación de la etapa de accionamiento del relé también es cortada, incluso porque no habrá energía para accionar la carga!
El diagrama completo del temporizador de largo período se muestra en la figura 2.
MONTAJE
La placa de circuito impreso en tamaño natural se da en la figura 3.
En el proyecto original utilizamos relés microrrelés con capacidad de corriente de hasta 2 amperios por contacto, pero en caso de necesidad el diseño puede ser fácilmente alterado para recibir otros tipos de relés.
Para los integrados sugerimos la adopción de sockets DIL, y el Cl-5 debe estar dotado de un pequeño radiador de calor.
En realidad, un cambio posible para el proyecto sería el cambio del relé de 6 V por un de 12 V, y la alimentación por batería de la misma tensión, en cuyo caso las unidades de automóviles o motos podrían ser usadas, incluso para el accionamiento de la carga.
En este caso el circuito sería alimentado por una sola batería (de 12 V) y no más por la red local.
El transformador de alimentación tiene devanado primario de 110 y 220 V, y secundario de 9 + 9 V con al menos 500 mA de corriente.
El capacitor electrolítico C8, de 1 000 uF, tiene una tensión de trabajo de al menos 16 V, mientras que C2, C3, C4 y C5 pueden tener tensiones a partir de 6 V.
En la base de tiempo, donde se requiere un capacitor de buena calidad, optamos por uno de poliéster de 1 uF.
Con este valor la escala sugerida para el aparato es prácticamente directa. Sin embargo, los valores en el rango de 470 nF a 1 uF se pueden utilizar con una calibración correspondiente que lleva a una nueva escala.
Los resistores son todos de 1/8 o ¼ W, y los diodos pueden ser tanto los 1N4002 como equivalentes de mayor tensión.
Para D5 cualquier diodo de uso general sirve, incluso los 1N4002.
El LED es del tipo común, no siendo componente crítico. Además de monitorear el funcionamiento del aparato, también sirve para su calibración.
Los dos potenciómetros deben ser lineales de buena calidad, pues de ellos dependerá la precisión de la escala principal y de la escala de la segunda temporización.
Para los transistores podemos utilizar los BC548 o cualquier equivalente de uso general NPN, como los BC237, BC238, BC547 etc.
Para el fusible de 5 A se debe utilizar un soporte apropiado, así como para las pilas.
En la tabla 1 damos la escala de tiempos para los valores de componentes usados.
Recordamos que los puntos marcados en la escala no tienen en cuenta la tolerancia normal de los componentes.
Así, tomando como base esta escala, será interesante que usted marque en su punto correspondiente, teniendo por orientación el procedimiento que daremos más adelante, en la parte referente a la prueba y uso.
Como el aparato tiene dos sectores, uno que trabaja con baja tensión y otro que trabaja con la alta tensión de la red, e importante tener mucho cuidado en el montaje para que no ocurran cortos entre los dos, lo que fácilmente dañaría los componentes más delicados.
Aunque el circuito tiene buena inmunidad a ruidos, no es conveniente que los cables de conexión a los potes sean muy largos.
Las funciones de todos los controles quedarán claras en las explicaciones que daremos a continuación.
PRUEBA Y USO
Es interesante conectar una lámpara común en X1 para verificar el funcionamiento del aparato hasta el accionamiento final del relé.
Inicialmente, ajuste S4 para la tensión de su red (110 V o 220 V).
Después, encienda la unidad cuando el LED empiece a parpadear a velocidad que depende del ajuste de P1.
La clave de reset S1 permite reiniciar el recuento de tiempo en cualquier momento.
La clave S5 debe estar en la función de encendido cuando la carga se activará al final del período. S3 puede colocarse inicialmente en la posición en que tenemos el accionamiento sin temporización, es decir, que coloca Q2 y Q3 en el circuito.
La clave S2 se puede colocar inicialmente en escala1.
Ajustando P1 para mayor velocidad de los intermitentes, en algún tiempo debe ocurrir el accionamiento del relé. Este tiempo será del orden de 1 hora o poco más.
Con un multímetro, o incluso un LED y una resistencia de 1 k, podemos verificar el paso de las pulsos por el 4017 y 4040.
Verificado el accionamiento del relé en la función directa, pasamos la llave S3 al modo temporizado y restamos el aparato para que el recuento del tiempo se reajusta.
Una vez comprobado el funcionamiento podemos pensar en la obtención de la escala.
Como la división de frecuencia se hace por un valor fijo, podemos hacer la calibración de la escala simplemente en función de los intermitentes del LED, lo que es muy simple.
Así, para la llave en la posición de división por 40 960 (escala 1) tenemos los valores de temporización mostrados en la tabla 2.
Para la escala 2, división por 10 240, basta dividir por 4 los valores de tiempo de la tabla 2.
Un retoque de los ajustes puede ser hecho si, al final de los largos intervalos, se constata una variación muy grande en el tiempo obtenido.
Para utilizar el sistema es necesario tener en cuenta la corriente máxima de control del relé.
Así, en la red de 110 V, aparatos de más de 200 W no deben ser accionados, y en la red de 220 V el límite está alrededor de 400 W.
Para potencias mayores podemos usar un segundo relé, de mayor capa ciudad de corriente, como muestra la figura 4.
La escala de la segunda temporización se muestra en la tabla 3.
El cálculo de los extremos, en función del capacitor C5 y de la asociación P2 + R7, puede ser hecho por la fórmula:
T = 1,1 x C5 x (P2 + R7)
CI-1, CI-4 - 555 - circuito integrado temporizador
CI-2 - CD4017 - circuito integrado CMOS
CI-3 - CD4040 - circuito integrado CMOS
CI-5 - 7806 - circuito integrado regulador de tensión
Q1, Q2, Q3 - BC548 o equivalente - transistores NPN de uso general
D1, D2, D3, D4 - 1N4002 o equivalente - diodos de silicio
D5 - 1N4148 o equivalente - diodo de silicio
Kl - microrrelé de 6 V
LED1 - LED rojo común
T1 - transformador con primario de 110 V y 220 V y secundario de 9 + 9 V x
500 mA
F1 - fusible de 5 A
P1 - 2M2 - potenciómetro lineal
P2 - 1 M o 2M2 - potenciómetro lineal
R1, R2, R6 - 47 k - resistores (amarillo, violeta, naranja)
R3 - 1 k - resistor (marrón, negro, rojo)
R4 - 120 k - resistor (marrón, rojo, amarillo)
R5, R11 - 10 k - resistores (marrón, negro, naranja)
R7, R8, R9, R10 - 4k7 - resistores (amarillo, violeta, rojo)
Cl - 1 uF - capacitor de poliéster (ver texto)
C2, C4 - 10 uF - capacitores electrolíticos
C3 - 100 uF - capacitor electrolítico
CS - 470 uF - capacitor electrolítico
C6 - 1000 uF - capacitor electrolítico
S1 - interruptor de presión de 2 polos
S2 - llave de 1 polo x 2 posiciones
S3 ~ llave de 2 polos x 2 posiciones
S4 - llave conmutadora de tensión 110/220 V (1 polo x 2 posiciones)
S5 - llave de 2 polos x 2 posiciones
B1 - 6V - 4 pilas medianas o grandes
X1 - toma
Varios: caja para montaje, soporte para 4 pilas medianas o grandes, placa de circuito impreso, knobs para los potenciómetros, soporte para fusible, hilos, soldadura, tornillos, tuercas, etc.