Resumen soluciones iluminación residual


Por desgracia las nuevas lámparas leds tienen numerosas ventajas ( consumo muy bajo , mayor durabilidad, no producen apenas calor , etc ) , pero no están exentas de problemas pues en ocasiones se nos presenta problemas de parpadeo , iluminación residual o efecto estroboscópico , etc al sustituir una iluminación tradicional ( incandescente, halógena, etc) por una LED, simplemente quitando unas bombillas y poniendo otras directamente,  eliminando por ejemplo en caso de las lamparas halogenas el transformador que teníamos con nuestros halógenos. Siendo estos últimos los causantes del parpadeo de nuestra bombilla LED.

Cuando hablamos de iluminación LED, en lugar de transformadores necesitamos drivers o controladores, que tienen la misma función que un transformador, es decir, regular el flujo de electricidad asegurando que un LED o una serie de LEDs se alimentan siempre con el voltaje y la corriente adecuada, independientemente de las fluctuaciones que se presentan en la red eléctrica.

A diferencia de un transformador convencional, un convertidor ac/dc cierra el circuito cuando la bombilla se conecta y comienza a registrar consumo. Entonces, cuando colocamos una bombilla LED que consume menos potencia , tenemos una carga que no es suficiente para que cierre ese circuito, y es entonces el circuito entra en un bucle de abrir y cerrar el sistema, provocando el parpadeo de una bombilla LED. Un transformador ayuda a regular el consumo de luz y a obtener más eficiencia lumínica.

Los tipos de luminarias

Es  relativamente  frecuente  reemplazar las luminarias «de toda la vida»  basada en bombillas incandescentes, halógenas  o  fluorescentes(incluidas las compactas o «CFL» las cuales por cierto están en entre dicho por el peligro para nuestra salud si se rompe  el vidrio  al incluir  mercurio)   por las nuevas  luminarias basadas en LED  no solo por que son muchísimo mas eficientes desde el punto de vista energético: también porque tienen una durabilidad mayor (tienen una vida útil de hasta 50,000 horas  si excluimos el convertidor ca/cc para alimentarlas) , no producen calor, ocupan mucho menos espacio,  y un sinfín de otras ventajas ,que a modo de resumen vamos a ver:

  • Lo mas destacado es su efecto sobre la Salud  y medio ambiente pues la luz producida a través de la tecnología led no emite rayos ultravioleta ni rayos infrarrojos, lo que ayuda a evitar riesgos de salud. Otro aspecto  a destacar es que diferencia  de las bombillas compactas «de bajo consumo»( que por cierto emiten luz ultravioleta) , las iluminarias de leds  no contienen   mercurio , el cual es un metal muy  toxico , por lo que se deben tener cuidados especiales al momento de desechar la bombilla. Ademas  las lámparas con led producen una pérdida mínima por calor y ahorran energía, lo que ayuda enormemente a la protección del medio ambiente y a reducir las emisiones de CO2 . Por cierto ademas son reciclables y no contaminan el medio ambiente.
  • Eficiencia energética :sin duda  todos nos sentimos atraídos por su eficiencia energética , y es fácil entenderlo puesto que  las luminarias basadas en  l< tecnología led consumen aproximadamente un 80% menos energía eléctrica que una luminaria tradicional. Es cierto que las CFL’s cuando están nuevas  pueden aproximarse a la eficiencia (según la calidad  de la luminaria) , pero estas van perdiendo rendimiento lumínico con el paso del tiempo.En comparación con una bombilla incandescente de 60 vatios que ofrece alrededor de 800 lúmenes de luz puede gastar más de  300€ al año  ,un CFL utiliza menos de 15 vatios y sólo gasta 75€ de electricidad al año y una lampara LED de pot en lúmenes similar   consume  menos de 8 vatios de potencia, con lo que los costos anuales bajan a 30€  con una esperanza de vida de 50.000 horas ( o  posiblemente más ).
  • Fácilmente controlables con dimmers  o reguladores  a gran diferencia de  las basadas en fluorescentes o del tipo CFL  donde no es tan sencillo
  • Como hemos visto, aspecto interesante  de los leds  es su mayor eficiencia lumínica, llegando a tener hasta 150 lúmenes por watt en las lámparas de alta eficiencia y de 80 lúmenes por watt en las comunes. Con esto se optimiza el uso de la luz emitida y se reduce el consumo de energía y la contaminación. En consecuencia, las lámparas LED tienen un mayor rendimiento luminoso útil (en porcentaje de lúmenes por watt).
  • Respeto  a la durabilidad  de  las  lámparas basadas con Leds , esa   es otra gran ventaja pues  tienen una vida útil de hasta 50,000 horas al igual que los convertidores ac/dc para alimentarlas ( en caso de que sean de calidad )  . Esto en parte  es debido a que los Leds no contienen partes mecánicas ni filamentos. Los Leds en si no dejan de funcionar; sólo se va reduciendo su capacidad lumínica y es por eso que tienen que ser reemplazados en un lapso de 30.000 a 50.000 horas dependiendo del caso. Gracias a su vida útil de hasta 50,000 horas, las lámparas de LED evitan que se tengan interrupciones de luz o iluminación y evitan que se tengan que estar reemplazando constantemente, por lo que ofrecen un excelente ahorro en cuestiones de mantenimiento.
  • Por ultimo destacar  mayor calidad cromática de la luz emitida  gracias a que el índice de rendimiento cromático (CRI)  en la tecnología led se suele tener un CRI <90, contra un CRI de los focos comunes de 44, lo cual nos da como resultado colores más puros, nítidos, vivos y profundos. Las lámparas LED vienen en una amplia versatilidad de colores que no necesitan de filtros para que se puedan apreciar.

Es evidente  pues como la iluminación basada en la tecnología  de  leds   tiene indudables ventajas frente   a todos otros   sistemas de iluminación anteriores como son le tradicional basado en luminarias incandescentes, las luminarias halógenas , las luminarias CFL o los tubos incandescentes  .

A modo de resumen  esta   imagen  aclara muy bien  las diferencias entre los diferentes sistemas de iluminación:

Vistas las grandes ventajas de la iluminación basada en la tecnología led , es lógico pensar en ciertos inconvenientes,  como puede ser la escasez  de ciertos modelos de  luminarias en algunos  formatos poco  habituales ( aunque esto es cada vez mas relativo) y  un   coste mayor relativo  de las luminarias, que  no realmente cierto puesto que , a parte de que éste tiende a bajar,   es claramente compensado  por la gran durabilidad de estas , etc

En  este apartado  hay también  un  aspecto algo problemático  , que es también  común   en menos frecuencia existente a los sistemas de iluminación basados en CFL , que   es  el de la llamada  corriente residual,  un efecto por el que se  quedan casi encendidas de forma tenue después de pulsar el interruptor para apagarlas.

Inicialmente puede parecer muy molesto sobre todo en habitaciones dedicadas al descanso   llevando  incluso   a personas  a volver  a  sistemas tradicionales ,   pero como vamos   a ver es resoluble  y no es algo tan misterioso como se ppuede  pensar   pues simplemente responden a una instalación  eléctrica  inadecuada  para este tipo de luminarias.

Este efecto se produce porque las luminarias de tipo LED son muy sensibles a la corriente, observamos que podemos cambiar una Bombilla convencional de 60W  por una LED de 5W ., lo  cual  quiere decir que la tecnología LED necesita muy poca corriente para proporcionarnos una alta intensidad Lumínica. Por lo mencionado anteriormente, si en nuestra instalación tenemos algo que produzca alteración en la corriente, nos encontraremos con que la Bombilla LED es inestable, produciendo destellos o no apagándose en su totalidad.

Si en una  vivienda hay colocados  interruptores con piloto de señalización, un interruptor con temporizador o en los circuitos de conmutados, se produce una pequeña corriente de retorno a las lámparas que ocasiona el problema mencionado.

Veamos las posibles causas de este efecto indeseado  y sobre todo como podemos resolverlos

Interruptores de corte  mal instalados

Normalmente las luminarias  en instalaciones monofásicas  ( que es la instalación habitual en nuestras viviendas)    se alimentan por dos hilos: la fase y  el neutro  de modo   que  todos  los  interruptores deberían cortar la fase cuando los accionamos   y no el neutro

Este  error de montaje  en  instalaciones con luminarias   convencionales  no conlleva ninguna anomalía   pero en caso de alimentar  a   luminarias del tipo  LED si que puede ser molesto ( según el driver ) , pues puede  hacer que  queden parcialmente encendidas cuando pulsamos el interruptor para apagarlas,

Es  fácil entender que esa leve iluminación se debe  que una pequeña derivación que hace que fluya corriente desde la fase hacia tierra  pasando por nuestras luminarias LED, puesto  que con  muy poca  corriente  un LED puede empezar  a lucir, y de ahi el misterio de las luces que no se apagan nunca.,

La solución en este caso  no es tan  sencilla (es decir cambiar el neutro por la fase  )  pues no siempre esta accesible  a todo el mundo y ademas sobra decir el peligro que puede conllevar , pues no todo el mundo tiene los suficientes conocimientos de electricidad   para cambiarlo  , pues se  precisa   desmontar el interruptor y  normalmente la caja  de conexiones para  localizar      los dos hilos que van  a la luminarias

Desgraciadamente como  no siempre están ambos hilos  en la caja del interruptor pues de hecho  lo normal  es que estén las 4 conexiones  en una caja de conexiones  previas , es en la caja de conexiones  donde   habrá que hacer el  doble cambio   en caso de tener  los dos cables  ahí    En caso de dudas con un destornillador buscapolos de 1€ podemos asegurarnos cual es la fase

Si no consigue resolver el problema o le parece muy compleja o peligrosa , otra solución  muy sencilla es optar por  poner un  justo antes del portalámparas un relee tal y como describimos al final de este post

Interruptores con neón de señalización

Es bastante común encontrarnos con interruptores que cuentan con una pequeña lamparita de neón que nos permite encontrarlo en la oscuridad de modo  que cuando esta apagado al luz del testigo se enciende  y al encenderlo esta se apaga.

Internamente el  piloto no es mas que una pequeña lampara de neón  con su correspondiente resistencia   imitadora  conectando el conjunto  en paralelo con el contacto del interruptor. Dada la configuración, el piloto queda  en serie con la bombilla LED que intentamos apagar cuando el interruptor abierto , permitiendo que fluya una mínima corriente hacia la bombilla LED que lleva a que se quede iluminada de forma tenue.

Las soluciones a este problema podrían ser:

  1. Anular el neón del interruptor ( en muchos mecanismos   el neon es enchufable por  lo que bastara quitarlo por  presión)   o sustituir el interruptor por uno normal.
  2. Instalar una pequeña resistencia en paralelo con la bombilla LED de forma que se evacue ahí la potencia. Ésta solución tampoco nos ahorrará ese pequeño consumo pero se apagará la luz completamente al pulsar el interruptor.
  3. Si estamos instalando dicroicas LED a 230V en sustitución de halógenos a 12V y hemos eliminado el transformador, podemos dejarlo conectado sin carga a la salida, de esta forma la corriente residual iría al transformador y no a la bombilla, apagándose la luz completamente al pulsar el interruptor
  4. Instalar un condensador en paralelo con la luminaria  para lo cual habrá que seguir los siguientes pasos:
    1. Desconecte la corriente del cuadro de distribución de corriente alterna para trabajar seguro.
    2. Quite el embellecedor de la luminaria objeto del cambio a tecnología LED.
    3. En la ficha de conexión de la lampara  conecte   un condensador de 470nF 400v (podemos encontrarlo bajo diferentes nombres  0.47uF / 470nF 474J 400v)
    4. Vuelva a colocar el embellecedor de conexión. Listo.

Si no consigue resolver el problema o le parece muy compleja o peligrosa , otra solución  muy sencilla es optar por  poner un  justo antes del portalámparas un relee tal y como describimos al final de este post

Corrientes de retorno por neutro

Este es el caso menos común de todos. Es posible que algunos de los electrodomésticos de nuestra casa produzcan corrientes de retorno por el neutro, que aunque son muy pequeñas, al pasar por nuestros super-eficientes luminarias con  LEDs pueden hacer que se queden medio encendidas incluso con el interruptor apagado.

Para  solucionarlo de forma eficaz podría bastar  sustituir los interruptores unipolares  por unos interuptores bipolares que corten a la vez  tanto  la fase como  el neutro al pulsar el mecanismo. En caso de no encontrar estos interruptores o no querer cambiar la instalación , otra opción muy sencilla es optar por usar un rele  alimentando por 220 v   con dos  circuitos para situarlos  justo en el lado de la luminaria

Un ejemplo de rele  Modelo LY2J que admite 220VAC  con capacidad de contactos de hasta 10A  y que se puede comprar por 8.89€ en Amazon 

El esquema de conexiones para Modelo LY2J    es bastante sencillo ,  pues consiste simplemente  intercalar en el cable que alimente a la luminaria  los contactos normalmente abiertos del relé  para que se cierren estos cuando se alimente la bobina   y den paso  para encender la luminaria.

Obviamente el circuito se completa con la conexión de la bobina ( contactos 7 y 8)  hacia el cable de alimentación

Es decir ,,conectaremos los terminal 7 con el 3  a la fase, el 8 con el 4 al neutro ( o viceversa)   y luego conectamos la luminaria a lo contactos 5  y 6  ( no importa el orden) . Con este sencilla idea nos evitaremos  manipular la instalación original  y  resolveremos de una vez el problema  de una forma bastante sencilla y económica este molesto problema .

Uso de un condensador

Puede  que al realizar una pequeña instalación en la que hacemos uso de luminaria basada en diodos  LED nos hayamos  topado con un curioso fenómeno  que al pagar esta   queda una levísima  iluminación que solo se  advierte claramente si nos quedamos a oscuras.

Naturalmente, debido a que existen numerosos tipos de lámparas, será necesario probar experimentalmente el valor justo.

Por cierto,  hay personas  que precisamente buscan potenciar   el fenómeno de la luz residual de los leds   por ejemplo, conectando una resistencia de algunos K en paralelo con los interruptores de alimentación de 12V en modo tal que quede una débil luz en el ambiente para permitir de ver cuando todas las luces están apagadas. Es un sistema realmente cómodo. 

Tal y como hemos hablado con las lamparas de sobremesa , muchas veces el problema se debe a que los interruptores no cortan por completo los dos hilos ( fase  y neutro ) de la instalación ya que suelen ser monopolares . Ademas  para empeorar al situación en algunas y instalaciones esta conectado el neutro en lugar de la fase al interruptor (o incluso hay instalaciones con fase y fase en lugar de fase o neutro como debería  ser )

Por último hay personas que optan   por conectar  un condensador  de .47uf en paralelo con lo podriamos llamarlo polos de la lampara, asi este absorbe la corriente residual y antes de completar su carga se descarga por el cambio de ciclo,

Es  una solución interesante aunque podría  tener un problema: la reactancia del capacitor es Xc = 1 / (2 * Pi * f * C ) = 1 / (2 * 3,14 * 50 * 0,00000047) = 6772 ohms. Por lo tanto, la potencia disipada por el capacitor será P = V * V / R = 7,15 Watts. Es decir, tendríamos un consumo extra de 7 Watts que se pierde en el condensador

Soluciones antiparpadeo especificas

Por último existen soluciones especificas como son los nuevos dispositivo anti-parpadeo para dispositivos LED, siendo estos dispositivos ideales para resolver los problemas de parpadeo en productos LED que se quedan encendidos cuando se corta el interruptor. Estos dispositivos absorben las tensiones parásitas de la línea que llegan al dispositivo led siendo eficaces en el 99% de los casos.

Se trata de un módulo que se coloca a la salida del interruptor y en paralelo con la iluminación LED evitando los molestos parpadeos producidos por los interruptores, sobre todo aquellos que incorporan un pequeño piloto de luz .

Suelen de ser de reducidas dimensiones ocupando poco espacio, siendo ligeros y resistentes por lo que es recomendable incluir este módulo en las instalaciones eléctricas LED que utilicen interruptores que requieran una carga mínima, como los interruptores clásicos, táctiles, reguladores o interruptores con piloto, entre otros.

Regleta IoT para ahorro de energía



En este proyecto el autor utlizaba interruptores de alimentación de red en su lugar de trabajo para encender / apagar / apagar y encender de forma remota hosts y otros equipos. Estos son equipos bastante caros que generalmente tienen una interfaz basada en web o de línea de comando para administrar el equipo remoto. En su casa, tiene dos tomas de corriente a las que están conectados varios dispositivos. Pensó que sería genial si tuviera algo como el interruptor de alimentación de red en sui casa por las siguientes razones:

1. Contaba con dos Raspberry Pis que a veces cuelgan y tienen que encenderlas y apagarlas. Hacerlo a la antigua usanza es bastante tedioso.

2. Hay algunos dispositivos, como el televisor, el decodificador de cable, la barra de sonido, etc., que se ponen en modo de espera cuando no se usan activamente. Aunque están en modo de espera, todavía obtienen algo de energía. el autor necesitaba una forma de apagarlos cuando no se usa para ahorrar energía.

3. Hay otros dispositivos que no tienen un modo de espera y necesitan ser encendidos para usarlos y apagarlos más tarde.

Componentes

  • Chip microcontrolador: ATMEGA1284P-PU
  • Módulo ESP8266 ESP-01
  • Pantalla LCD ILI9341 TFT Touch SPI
  • Registro de desplazamiento 74HC595 x 3
  • Módulo de relé de 8 canales x 2
  • Módulo de relé de 4 canales o dos módulos de relé de 2 canales
  • Tira de LED WS2812B
  • Oscilador de cristal de 8 MHz
  • Resistencias
  • Condensadores
  • Breakaway encabezados macho y hembra
  • Tomas dc hembra
  • PCB
  • Módulo de fuente de alimentación de 220 V CA a 5 V CC 2 amperios
  • LM1117 3.3v LDO regulador de voltaje
  • Regletas de enchufes
  • Recintos
  • Fuente de alimentación de 220v a 5v 40 amperios

El circuito

El circuito no es complicado. El ATMEGA1284P (con el cargador de arranque Arduino) se utiliza para enviar datos a los tres registros de desplazamiento 595 conectados en serie. Las salidas de los registros de desplazamiento están conectadas a los relés. Dependiendo de los datos enviados a los registros de desplazamiento, los relés individuales se pueden activar o desactivar. Los relés se utilizan para encender o apagar los enchufes de las tomas de corriente.

Un módulo ESP8266 está conectado al Arduino a través del puerto serie. El módulo ESP8266 recibe comandos a través de WiFi y los envía al Arduino. También hay disponible una pantalla táctil LCD que muestra los estados de los enchufes individuales y a través de los cuales también se pueden controlar los enchufes.

Los archivos Kicad del circuito se pueden encontrar en la carpeta power_strip_kicad

Preparar las tiras de alimentación

Modificar las tiras de potencia es bastante sencillo. Como se puede ver, ambas regletas tienen interruptores para cada toma.

Generalmente, el cable de línea se conectará a un extremo de los interruptores y el otro extremo de cada interruptor se conectará al orificio de línea de cada toma. Esta conexión entre el cable de línea y los interruptores debe eliminarse. Los cables deben soldarse a cada uno de los interruptores. También es necesario soldar un cable al cable de línea que proviene de la red eléctrica.

La idea es que el cable de línea se conectará al terminal central (COM) del relé. Los terminales COM de todos los relés también estarán conectados entre sí. Y los cables de cada uno de los interruptores se conectarán al terminal NO (normalmente abierto) de cada relé. Por lo tanto, cuando el relé se apaga, el circuito se abrirá y el zócalo se apagará. Cuando se enciende el relé, el circuito se cerrará y el zócalo se encenderá

Código

El boceto de Arduino para el chip ATMEGA1284 y el código fuente para el firmware del módulo ESP8266 se pueden encontrar en: https://github.com/tangophi/IoT-Power-Strip

El firmware de los módulos ESP8266 se basa en el sdk abierto ESP8266. En lugar del SDK, Arduino IDE también se puede utilizar.

La idea general es que el módulo ESP8266 se suscribe a los siguientes temas de MQTT:

/ board3 / OnCommand

/ board3 / OffCommand

/ board3 / ResetCommand

La aplicación de teléfono inteligente NetIO envía mensajes de socket a la instancia de nodo rojo en la frambuesa pi. Lo que a su vez envía mensajes apropiados a los temas MQTT. Cuando el ESP8266 recibe estos mensajes, envía cadenas JSON al Arduino a través del puerto serie UART. Y cuando el Arduino recibe estas cadenas, enviará los datos apropiados a los registros de desplazamiento para encender / apagar los relés. Cuando se recibe un comando de reinicio, apagará el relé y lo volverá a encender después de 5 segundos. El Arduino también actualizará la pantalla LCD con los estados de los enchufes.

Cuando la pantalla LCD se usa para controlar los zócalos, el Arduino enviará el estado modificado del zócalo al módulo ESP8266. El módulo wifi enviará esta información al agente MQTT y la instancia de nodo rojo se actualizará. Y la aplicación NetIO consultará periódicamente la instancia de nodo rojo para conocer los últimos estados de los sockets y actualizará la aplicación en consecuencia. El Arduino también enviará periódicamente los estados de todos los sockets.Añadir consejo Hacer pregunta Comentario Descargar

Se utilizan en este proyecto o dos Raspberry Pis, un concentrador USB con alimentación, un proyecto Ambilight y algunos otros proyectos de 5v. La alimentación de cada uno de ellos requería adaptadores de fuente de alimentación individuales de 220v a 5v. Para deshacese de estos adaptadores, se optó por una fuente de alimentación de 40Amps 5V. Y lo conecté a 8 tomas de corriente CC hembra en una caja de plástico. Cada una de estas tomas de CC está controlada por un relé

Montaje / Instalación

Como se puede ver en las imágenes, se utilizaron cuatro cajas de plástico para instalar la placa de circuito y los módulos de relé.

* Se utilizo un cortador de cartón para hacer un agujero en la tapa de un gabinete para que se ajuste a la pantalla LCD.

* Se utilizó un taladro para hacer 8 agujeros en otro recinto para que se ajusten a las tomas CC hembra.

Luego se trataba de conectar el cable de línea de cada regleta a los terminales COM de los relés y los cables de cada interruptor al terminal NO de cada dispositivo.

Para el primer módulo de relé, se conecta el terminal positivo de la fuente de alimentación de 5v 40A a los terminales COM del relé. Luego conectar el terminal NO de cada relé al terminal positivo de las tomas de CC. También se usan algunos condensadores entre los + y – de cada jack solo para suprimir / evitar cualquier ruido

Aplicación para teléfonos inteligentes

La aplicación para teléfonos inteligentes se creó con el Editor de diseño de NetIO en

http://netio.davideickhoff.de/editor

Una vez que la aplicación está diseñada, la aplicación NetIO debe descargarse a su teléfono inteligente. Tenga en cuenta que esta es una aplicación de pago, pero no cuesta mucho. Cada vez que se presiona un botón / interruptor / control deslizante en la aplicación, enviará un mensaje a través de los sockets al cuadro Rpi que se está ejecutando en el nodo rojo. La aplicación de nodo rojo procesará los mensajes y luego enviará mensajes MQTT a la placa de la regleta de alimentación de IoT.

Para que la aplicación del teléfono inteligente funcione, debe estar en la misma red que la placa de la tira de alimentación de IoT. Es posible usar la aplicación de teléfono inteligente desde fuera de la red local. Si el ISP permite conexiones entrantes, es solo cuestión de reenviar el puerto del zócalo en el enrutador. Si el ISP no permite conexiones entrantes, entonces se puede usar VPN como solución alternativa

Con la aplicación de teléfono inteligente, es posible encender / apagar / restablecer cualquiera de los enchufes. Con la pantalla táctil LCD, es posible encender / apagar cualquier enchufe. Además, el estado de cada una de las tomas se actualiza periódicamente tanto en la pantalla como en la pantalla LCD

Para obtener más detalles sobre cómo encajan las distintas piezas, puede visitar este segundo instructable en https: //www.instructables.com/id/IoT-Wall-Outlet-wi … Ese instructable es sobre otro proyecto de automatización del hogar y tiene descripciones detalladas sobre cómo otra placa IoT en una casa está controlada por node-red y la aplicación de teléfono inteligente. El proyecto de regleta IoT también utiliza las mismas instancias de nodo rojo y MQTT.

La razón por usar un chip ATMEGA1284 es por tener una pantalla LCD táctil. También era bastante posible hacerlo con un Arduino Pro Mini, pero la memoria no es suficiente para esas necesidades. Por lo tanto, utilizó el chip ATMEGA1284.Si no necesita la pantalla LCD, puede usar un Arduino y un módulo ESP8266 o simplemente un módulo ESP8266 ESP12.

Fuente https://www.instructables.com/id/IoT-Power-Strip/