Soldador de puntos sin transformador


La soldadura  por  puntos  lleva con nosotros unos 40 años, pero a pesar de su antigüedad   sigue  gozando de buena reputación en los nuevos tiempos usándose de forma intensiva  también en aplicaciones de electrónica  donde la soldadura convencional con estaño no es efectiva, como   por ejemplo  a la hora  de conectar baterías entre si con laminas de níquel,  entre  sus miles de aplicaciones más. En esencia la tecnología de la soldadura por  puntos  no es nada compleja , pues  la  configuración típica de un soldador de puntos no ha variado a  lo largo de los años,  consistiendo básicamente en  una fuente de muy baja tensión (entre 3 y 15V) de alta intensidad   conectada a un cabezal para soldar.

Desgraciadamente, a pesar de que no incluye demasiada tecnología, un soldador de puntos es uno de los pocos equipos donde la construcción casera  de este  es mucho  más barata que comprarlo montado,  incluso si se decide a comprarlo en alguno de los famosos  portales chinos, ya que incluso comprándolos  allí , su precios van entre los 200€ en adelante. Si no  estamos dispuestos  a desembolsar esa cantidad otra opción es fabricar un soldador de puntos  nosotros mismos  pues  en la red  se pueden ver  una gran cantidad de diseños de soldadores de puntos basados en viejos transformadores de microondas , a los que  se les elimina el secundario de AT  por medios mecánicos y simplemente se rodea en el interior del entre-hierro  en ese espacio que ha quedado vació de  dos vueltas de cable de gran sección ( al menos de 8 mm).

NO recomendamos construir  un soldador de puntos   basándose en un transformador   de microondas, no sólo por el voluminoso espacio  que ocupa ( y el ruido que genera) , sino, sobre todo,  por  el  peligro que conlleva extraer dicho transformador , pues esta muy cerca el condensador de alto voltaje, cuya  carga puede estar presente mucho tiempo después de que el horno de microondas esté desenchufado (y es extremadamente peligrosa una descarga de este tipo ). No confíe en la resistencia de purga interna del condensador , pues puede fallar y es muy  peligroso ( si lo va a hacer, al menos conecte dos cables de prueba de clip de cocodrilo  a la tierra del chasis de metal de microondas, asegurándose  de que los cables no estén rotos,sujete una resistencia de 10K … 1M al otro lado de un cable de prueba y descargue los dos terminales del condensador uno por uno a través de una  resistencia de   1MΩ utilizando alicates aislados ).

En los últimos años, los supercondensadores han surgido como una alternativa o complemento importante para otros dispositivos de producción o almacenamiento de energía eléctrica como las pilas de combustible o las baterías . La principal virtud del primero frente a los dos últimos es la mayor potencia que es capaz de inyectar, aunque poseen una menor densidad de energía. Otras características de los supercondensadores son la rapidez de carga y descarga, pueden proporcionar corrientes de carga altas, cosa que daña a las baterías, el número de ciclos de vida de los mismos, del orden de millones de veces, no necesitan mantenimiento, trabajan en condiciones de temperatura muy adversas y por último, no presentan en su composición elementos tóxicos, muy común en baterías.
La principal desventaja de los supercondensadores es la limitada capacidad de almacenar energía, y a día de hoy, su mayor precio. En realidad debido a sus diferentes prestaciones, condensadores y baterías no son sistemas que rivalizan entre sí, si no más bien se pueden considerar en muchas aplicaciones como sistemas complementarios donde la batería aporta la energía mientras el supercondensador aporta los picos de potencia

Si Q es la cantidad de carga almacenada cuando el voltaje entero de la batería aparece en los terminales del condensador, entonces la energía almacenada se obtiene de la integral:

Esta expresión de la energía se puede poner en tres formas equivalentes por solo permutaciones de la definición de capacidad C=Q/V.


Los materiales  usados  como electrodos para supercondensadores son principalmente de tres tipos: óxidos de metales de transición, polímeros conductores y materiales de carbono activados.

Se puede decir que, actualmente, sólo los supercondensadores basados en carbono, o también llamados condensadores de doble capa (double-layer capacitors), han conseguido llegar a la etapa de comercialización.

SOLDADOR ELECTRÓNICO  DE PUNTOS

Es la forma mas habitual de  y fácil de construir un soldador de puntos   a un precio bastante asequible.

Estas configuraciones funcionan  durante  mucho tiempo y normalmente  estas configuraciones  son  mucho mas optimas y eficientes  que los soldadores basados en transformadores de microondas modificados.

La alta temperatura destruye las baterías de litio, por lo que la soldadura  tradicional térmica no es una opción, así que esta configuración  es perfecta  , (es por eso  que hay personas que la llaman “soldadura fria” )

El circuito propuesto es el siguiente:

soldador de puntos

Como vemos en el siguiente circuito,  el principio es bastante sencillo usando 10  transistores Mosfet del tipo IRF1404 (Vdss=40V, Rds(on)=0.004ohm, Id=162A⑥) en configuración  paralelo para  controlar la descarga de un supercondensador de 120 Faradio de 15V compuesto por la asociación serie de 5 condensadores de 120F /2.7v  , el cual  almacena la energía  suficiente para producir la chispa que permita realizar   la soldadura por puntos.

Las resistencias de 1k  y 10K únicamente sirven para asegurar que pase a conducción los transistores,  motivo  por el cual se usa un pulsador para que conduzca  únicamente durante un breve espacio de tiempo  en el que se mantenga apretando el pulsador

Aunque el IRF1404 soporta hasta 200W de disipación , el motivo por el que se usan 10 transistores en paralelo  es para  evitar usar un voluminoso radiador pues en esta configuración  la disipación por elemento se divide por 10 ,lo cual hacen innecesario cualquier disipador térmico.

Alternativamente  a  los supercondensadores se pueden emplear dos viejas baterías de gel de 12V  /7Ah , aunque el conjunto ya no sera tan liviano ,pero incluso será mas efectivo dado que no es necesario cargar  los condensadores tras cada soldadura  pues las baterías almacenan  suficiente energía para bastantes soldaduras  ( en el montaje de condensadores tras varias descargas si que los es)

El circuito montado, lo podemos ver en la imagen siguiente,donde se observa una peculiaridad importante: dada la gran intensidad que va a pasar por el circuito ,los bornes  de las dos conexiones de los mosfet , deben ser metálicos de buena sección para evitar que esto se quemen por el paso de la corriente:

Asimismo los cables de salida del circuito deben ser de una sección adecuada , y deberían terminar en una punta de cobre macizo para facilitar la soldadura

En la imagen se puede ver como se puede soldar dos pequeñas laminas de níquel

Por ultimo en la siguiente imagen podemos ver una versión   del conjunto ya montado apreciándose claramente el pulsador de pie, y en este caso el uso de las dos baterías  que sustituyen a  los supercondensadores dado su mayor autonomía  y rendimiento:

Componentes

10 X  MOSFET  IRF1404

Resistencia  de  10k 1/4w

Resistencia  de 1k

6  x  Condensador  de 120F , 2.7V   (para el caso de montaje con condensadores) o  2 baterías de 12V  7AH

Pulsador normalmente abierto

Interruptor general

Voltímetro panel (para el caso de montaje con condensadores)

Fuente 15V (para el caso de montaje con condensadores)

2 x puntas de cobre

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Fabricación casera de baterias de alta densidad energética


Las baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO4 o LFP), son las baterías tradicionales de Li-Ion más seguras. Una característica fundamental de estas e  que la tensión nominal de una celda de LFP es de 3,2V, cuando en las de plomo-ácido suele ser de 2V por celda.

Por ejemplo una batería LFP de 12,8V, por lo tanto, consiste en  4 celdas conectadas en serie; y una batería de 25,6V consiste de 8 celdas conectadas en serie.

Una batería de plomo-ácido fallará prematuramente debido a la sulfatación si:

  • Funciona en modo de déficit durante largos periodos de tiempo (esto es, si la batería raramente o nunca está completamente cargada).
  • Se deja parcialmente cargada o, peor aún, completamente descargada (yates o caravanas durante el invierno).

Por el contrario  las  baterías  LFP no necesitan estar completamente cargadas. Su vida útil incluso mejorará en caso de que esté parcialmente cargada en vez de estar completamente cargada (de hecho esta suele ser  una ventaja decisiva de las LFP en comparación con las de plomo-ácido).

Otra ventaja fundamental es  su mucho mayor densidad energética ahorrando hasta un 70% de espacio y hasta un 70% de peso .

Otras ventajas interesantes de estas baterias  son el amplio rango de temperaturas de trabajo, excelente rendimiento cíclico, baja resistencia interna y alta eficiencia

Como desventaja clara   de las baterias de LiFePO4 o LFP,  destacar que las baterías LFP son caras en comparación con las de plomo-ácido ,pero si se usan en aplicaciones exigentes, el alto coste inicial se verá más que compensado por una vida útil mayor, una fiabilidad superior y una excelente eficiencia  debido a su mayor densidad energética ,razón por la cual son mucho mas pequeñas y ligeras que el resto .
En el mercado podemos encontrar baterías de iones de litio, si buscamos en profundidad , a partir de 120€(12v /10AH) por ejemplo en Amazon siguiendo este enlace 

Aunque evidentemente podemos comprar la batería  ya montada,  vamos a ver como podemos montar nuestro propio pack de baterías de iones de litio por mucho menos precio de lo que nos ofrecen  las grandes marcas , pues no necesitamos mucha experiencia, ya que  la única complejidad estriba en elegir bien los componentes y ensamblarlos de forma correcta.

 

Para construir pues una batería de celdas  necesitamos  pues dos componentes esenciales:

  • Por un lado , un numero determinado de  celdas en función de la tensión e intensidad que se precise  ( las mas típicas son las  del tipo 18650)
  • El circuito de control de carga PCB (protection circuit modules PCB/PCM/BMS/CMB)   de las celdas , el cual también estará en función de la tensión e intensidad que se precise.

Seleccion del cicruito de carga  para baterías de litio

Los pack de baterías Li-ion y Li-Poly siempre deben ser usadas con un circuito de protección para prevenir que las celdas tengan sobrecarga, sobre-descarga o exceso consumo. Los distintos controladores de carga se presentan con diferentes versiones dependiendo del número de células, voltaje y capacidad. Elegir el circuito correcto ( y aplicarlo)  es vital para asegurar la longevidad de las baterías e incluso también  por nuestra propia seguridad.Como norma general podemos seleccionar un controlador de carga en función de la tensión  necesaria:

  • Para celdas > 5 o 18,5v li-ion packs, debería escoger un PCM con función de equilibrio para mantener cada celda en el mejor balance y otorgue un buen servicio durante su vida útil.
  • Para un pack de baterías Li-ion de alto voltaje (celdas > 20) debemos escoger un BMS (battery manage system) para supervisar el rendimiento de cada celda y asegurar que la batería trabaja de forma correcta. BMS (o sistema de gestión de baterías) es un sistema electrónico que controla una batería recargable monitorizando su estado, calculando los datos secundarios, protegiendo la batería, controlando el entorno y haciendo que trabaje en equilibrio.El BMS monitoriza diversos datos como:
    • Voltaje: Voltaje total, o voltaje individual de cada celda.
    • Temperatura: Temperatura media o temperatura de las celdas individuales
    • Estado de carga (SOC) o profundidad de descarga (DOD) para ajustar el nivel de la batería.
    • Estado de la salud (SOH) medidas sobre el estado general de la batería
    • Corriente, Entrada ó salida de la batería.

 

En cuanto  a las especificaciones del circuito de carga, ademas de las consideraciones anterioes ,es interesante  seleccionar este   en función de sus especificaciones electricas  como pueden ser:

  • Tensión de protección de sobrecarga para una sola célula: Debido a que la delicada química de la batería de iones de litio se puede dañar si se carga con una tensión demasiado alta, el PCB se encarga de cortar la corriente a las células. Esto no debería ser un problema si realizamos la carga con un cargador inteligente el cual se apagará una vez que la batería ha terminado de cargar.
  • Tension de  protección  ante descarga de una sola célula:Si el voltaje de una batería de iones de litio caé a cero, o incluso simplemente por debajo de 2 voltios, se verá seriamente perjudicada, y nunca serás capaz de volver a cargarla. Los teléfonos móviles tienen esta misma protección. Si mides el voltaje de una batería de un móvil “muerto” verás que entrega 2.5 voltios.
  • Protección de detección ante exceso de corriente: Sobre la protección de exceso de corriente es necesario porque un controaldor de carga es relativamente pequeño con componentes diminutos y no puede manejar demasiada corriente.
  • Máxima corriente de descarga continua:es la  corriente máxima que es capaz de gestionar en modo descarga
  • Consumo de Corriente: nos indica  el consumo  de los componentes electrónicos en el controlador. Es prácticamente nada y no agotará en ningún caso la batería.
  • Protección del cortocircuito: La protección por  cortocircuito significará que el controlador se apagará si detecta un cortocircuito; si un cable se desconectó , si tenemos un cable pelado,etc.
  • Resistencia de los circuitos de protección:Relacionado con el consumo de corriente  podríamos decir que es la resistencia causada por el PCB.. Una vez más el consumo es tan pequeño que no se aprecia.

 

Baterías o celdas se usan indistintamente, la diferencia es que una celda es la parte más pequeña e indivisible de la batería, la cual almacena la energía y una batería puede estar hecha de muchas celdas.

 

La capacidad de la batería se mide en vatios hora. Para saber los Watt horas debemos utilizar la fórmula (Watts = Voltios x Amperios) para multiplicar la capacidad (en  amperios hora) con tensión(voltios) para obtener X vatios hora.

Todas las celdas tienen un formato común, por lo tanto puede encontrarlas con facilidad y con precios asequibles en muchos sitios por internet.

El formato mas habitual es 18650s , cuya numeración en realidad   solo corresponde a  sus  dimensiones físicas de 18 mm por 65 mm (medidas muy similares a una pila AA).

Las celdas nuevas de LI-ion recargables pueden costar  en torno a los 8€ por cada (  tensión  de voltaje: 3.6v-4.2v, capacidad: 2600mAh, salida: 4.2v,   carga máxima: 1.5 , resistencia interna: por debajo 50milliohm ,tiempo de carga: 1000 veces , peso: 48 y Tamaño: 65 mm x 18 mm )

18650 - A123 baterias

Una vez seleccionemos el numero de celdas en función de la tensión y la corriente a obtener mediante asociación de celdas en serie  para obtener la tensión necesaria y en paralelo para obtener la capacidad requerida el siguiente paso será conectar todas las celdas.

La conexión  eléctrica de las celdas podemos hacerlo de muchas , desde cinta aislante ó americana (aunque no es la mejor opción pues seguro que en un momento u otro se acaba soltando), con portapilas ,  soldándolas  con estaño   o incluso mediante maquinas de soldadura por puntos, que es lo que usan los fabricantes profesionales, lo cual como vamos  a ver, tampoco es tan complicado:

La soldadura por puntos se basa en presión y temperatura. Dos piezas se sueldan entre si cuando una parte de ellas se calienta a temperaturas próximas a la fusión y se hace presión entre ellas. En el caso de esta soldadura el calentamiento de la pieza se hace por una alta corriente eléctrica entre dos electrodos y la presión la realizan precisamente estos electrodos en forma de pinza.

Como generalmente la resistencia de las piezas a soldar es muy baja la corriente que debe pasa por la zona a soldar debe ser muy alta del orden de los 500 amperios, pero sin embargo los voltajes son muy bajos, de 1 a 3 voltios pero la potencia total si es alta en torno a  uno o dos kilovatios.

Los hornos microondas llevan un transformador de aproximadamente 2 kilovatios de potencia. El primario acepta los 220 V y tiene dos secundarios. Uno de ellos para alimentar el magnetrón suministra unos 2200 voltios eficaces, otro bobinado consiste en una o dos espiras y sirve para alimentar el filamento del magnetrón.

Al observar el transformador se puede ver que los bobinados de primario y secundario de alta tensión están perfectamente separados. El primario es de hilo mas grueso y el secundario no lo necesitamos porque además es peligroso debido a  las altas tensiones que produce y además necesitamos el espacio que ocupa para el secundario de nuestra soldadura.Por ello para eliminarlo, cortar el bobinado con una sierra y extraer las espiras hasta que se quite completamente. Si tiene un carrete aislante dejarlo, nos puede venir bien aunque no es imprescindible.

El secundario que nosotros necesitamos, debe producir unos 2 voltios y unos 500 amperios aunque sea de manera temporal. Para este secundario necesitamos un par de espiras de hilo de unos 10 0 o 15 mm de diámetro.  Arrollarlo directamente en el núcleo ( un par de espiras ) y su salidas  a dos electrodos   qeu pueden realizarse con una barra de cobre de unos 10 mm de diámetro, necesitaremos dos electrodos de unos 50 mm que limaremos mediante una lima  para afilarla con forma cónica uno de los dos extremos de cada electrodo.

Téngase en cuenta que los tres voltios con que se alimentan las puntas no son peligrosos.

Por ultimo sólo falta equipar un interruptor que alimente el transformador. Lo mas sencillo es activarlo con el pie pues las manos suelen estar ocupadas sujetando la pieza.

Antes de dar paso a la corriente las piezas deben estar aprisionadas. En caso contrario las puntas chisporrotean. Después de hacer unas pruebas se puede decidir aumentar o bajar el voltaje, arrollando mas o menos espiras en el transformador. Cuando se tenga un montaje definitivo acortar todo lo posible los cables del secundario.

En el siguiente vídeo podemos verlo de una forma mas clara como es el proceso de construcción del soldador:

 

Una vez resuelta la conexión eléctrica de las celdas es recomendable usar algún soporte  que haga de aislamiento entre las capas de baterías  siendo  lo mas típico usar unos anillos concéntricos de plástico  con orificios del diámetro de las células que se colocan lógicamente tanto en la parte superior como la inferior

Si su pack de baterías sufre un cortocircuito, lo más probable es que se calentará de forma desmesurada, pudiendo  salir incluso  humo negro o ver la propia placa ennegrecida. No es extraño que pueda ocurrir y para evitarlo solo tenemos que poner una buena capa de aislamiento entre las pilas de baterías.Eso no significa que crear un pack de baterías sea un proyecto terriblemente peligroso, pero hay que tener cuidado.

 

En esta web encontrará diagramas de cableado y  diferentes formas de cablear las baterías según configuraciones.

 

La primera vez que conecta todo, la preocupación por descubrir que no esta bien conectado aflora, ¿y si lo conectamos y se quema todo? Una vez completado todo el montaje tenemos que asegurarnos que todo esta bien conectado, que las baterías tienen carga y que el PCB esta activado y funciona correctamente.

 

 

Por ultimo  acerca del Ratio C  ,la  C significa capacidad y representa lo que pasa a ser la capacidad de la batería. Si tenemos una batería de 8 amperios horas y carga a 8 amperios, entonces se está cargando a 1C de carga y podría terminar en una hora. Si carga a 2 amperios hora, como la mayoría de cargadores, entonces estaría cargando a un cuarto C, y tardaría 4 horas en cargar. Si agoto una batería de 8 amperios tendrá una duración de una hora; Eso es un consumo de 1C.

Fuente aqui