Para los apasionados de la electrónica que construimos proyectos semana a semana, la energía eléctrica es un recurso imprescindible. Cuando no la tenemos, comprendemos lo necesario que es disponer de un sistema de iluminación de emergencia. En la entrega anterior vimos cómo generar la energía suficiente para encender una lámpara de bajo consumo. Hoy construiremos el circuito que mantendrá siempre cargada la batería que activará el sistema de emergencia cuando sea necesario.
Todos los sistemas de iluminación de emergencia necesitan una fuente de energía capaz de suministrar potencia a los circuitos que encienden las luminarias incorporadas (en nuestro caso, una sola) durante los momentos en que el suministro de red deja de estar presente. Para que la batería esté siempre completa, necesitamos un circuito que conecte un cargador automáticamente y observe de manera continua la tensión en sus bornes. Es decir, cargarla hasta un límite seguro y mantenerla dentro de los márgenes correctos. Recuerda que una batería no puede estar conectada a un cargador de forma continua, ya que un exceso de tiempo de carga termina arruinándola. Nuestro diseño debe estar atento para mantenerla en buenas condiciones.
En este trabajo utilizaremos una sola batería, pero puedes conectar varias en serie o paralelo según las características del equipo generador. El circuito está orientado a la carga y manutención de una batería de plomo ácido, similar a la de artículos anteriores. Aun así, el diseño puede adaptarse fácilmente a sistemas con varias baterías.
En cuanto a la aplicación, esperamos no utilizar la batería casi nunca. Las oportunidades serán muy pocas al mes, incluso al año, en zonas residenciales de una ciudad media. En lugares donde los cortes en el suministro energético sean más frecuentes, no bastará una simple lámpara para resolver la emergencia; hará falta otro tipo de generadores más potentes que puedan abastecer a una vivienda. Este desarrollo no es una UPS ni un sistema que reemplace la red domiciliaria; es una luz de emergencia, valiosa en los momentos de oscuridad total.
El circuito de carga
El circuito fundamental es extremadamente sencillo. Para cargar la batería de plomo ácido solo necesitamos un rectificador de onda completa y una resistencia en serie con la batería para limitar la corriente de carga. El desafío está en construir un sistema de control que cargue la batería a corriente constante y la mantenga dentro de los límites operativos y de seguridad del fabricante. Para ello utilizaremos el popular NE555, que cada día demuestra ser útil para más aplicaciones, y un puñado de componentes más.
El cargador se inicia con un transformador convencional de 110VAC o 220VAC (según el país) cuyo secundario entrega 15VAC. Si usas un transformador con derivación central y dos bobinados de 15VAC, puedes emplear dos diodos para un rectificador de onda completa. Si usas una salida única de 15VAC, necesitarás un puente de 4 diodos. En ambos casos, la corriente nominal del secundario no debe ser inferior a 2 amperios. Un fusible de 1 amperio mejora la seguridad en la entrada de red.
En el ejemplo, D3 y D4 rectifican la señal alterna, mientras que D5 y D6 separan y aíslan la tensión rectificada sin filtrar que se envía al circuito visto en el artículo anterior, donde se detecta la ausencia de tensión de línea y viceversa. Recordemos que esta señal no debe filtrarse eficientemente, porque la respuesta a la falta de energía debe ser inmediata. Con capacitores electrolíticos grandes, el encendido de la luz se demoraría hasta que los filtros se descarguen. En el circuito de la entrega anterior, el filtrado es pequeño (10 uF) y una resistencia de 10K drena la tensión a GND rápidamente, provocando el cambio de estado en los transistores que activan el CD4047 del inversor.
De vuelta a nuestro circuito, D6 conecta la tensión a los reguladores de 12V y 8V (VR1 y VR2). Conectar VR2 a la salida de VR1 (a través de R12) permite que VR2 trabaje a menor temperatura, ya que su entrada nunca supera los 12V. Si se conectara al cátodo de D6, la diferencia de tensión sería mayor y la temperatura disipada siempre elevada. VR1 energiza el relé que conecta el cargador a la batería mediante R9. VR2 alimenta con 8V regulados al NE555. Esta alimentación se indica con un LED verde en la placa.
Control de tensión y ajuste
Usando las redes divisoras internas del NE555 y los comparadores de tensión que cambian el Flip-Flop interno, armamos dos redes externas ajustables para activar o desactivar la salida hacia el relé mediante T1. P2 se ajusta para interrumpir la carga de la batería. P1 se ajusta para determinar el umbral mínimo de tensión que activa el cargador. Es decir, hasta qué valor dejamos que baje la tensión para reiniciar la carga.
Una batería, mientras se carga, incrementa gradualmente su tensión hasta alcanzar un máximo (en nuestro caso, 13,8 V). Luego, al desconectarse automáticamente el suministro de carga, la tensión desciende hasta un valor de mantenimiento que no debe ser inferior a 12,5-12,6 V. Por tanto, P2 se ajusta a 13,8 V y P1 a 12,5 V. Si el equipo no se usa durante períodos prolongados, la batería pierde carga naturalmente; por debajo de 12,5 V el cargador se activa para llevarla de nuevo a 13,8 V. Un descenso rápido indicaría que la batería está en mal estado y debe reemplazarse. Una descarga normal tras una carga completa debe durar dos días o más hasta bajar de 12,5 V.
¿Cómo ajustar P1 y P2? Muy sencillo. Primero quitamos R9 si ya está instalada. Luego, en lugar de la batería, conectamos una fuente de alimentación variable y alimentamos el circuito. Ajustamos la fuente a 13,8 V; por diseño, el cargador iniciará en condición de carga, con el relé energizado. Con P1 y P2 en posición central, ajustamos lentamente P2 hasta que el relé deje de estar energizado; el LED rojo se apagará. Luego, bajamos la tensión de la fuente a 12,5 V lentamente y ajustamos P1 hasta que el relé se active y el LED se encienda. Verificamos que el extremo superior permanezca en 13,8 V y así habremos ajustado el controlador.
Cálculo de R9 y carga lenta
¿Cómo obtenemos el valor de R9? Partimos de una resistencia de 68 ohmios, 5 W, y colocamos un amperímetro para controlar la corriente de carga. Lo mejor para la batería es una carga lenta y segura, con un régimen del 1% o 2% de la corriente máxima. Por ejemplo, una batería de 7 A·h. Los cargadores convencionales aplican el 10% (700 mA) y alcanzan la tensión máxima en una hora o menos. Si usamos 70 mA, tardará unas 12 horas en alcanzar la tensión máxima. Esta carga lenta prolonga la vida útil y mejora el rendimiento. Si usas un transformador de 2 x 15 VAC, como el nuestro, 68 ohmios es el valor exacto para R9. Con otras tensiones, ajusta la corriente con el amperímetro según la recomendación anterior. Con el sistema inversor en funcionamiento, la batería durará unas 4 horas con la lámpara a brillo pleno.
Por último, este cargador de baterías puede adaptarse a otras aplicaciones donde se necesite cargar y controlar una batería para optimizar su rendimiento.
