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pequeño estudio del efecto de las radiaciones electromagneticas
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UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ
PROYECTO DE INVESTIGACION
EFECTO FOTOTERMICO DE LAS RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS DEL ESPECTRO
VISIBLE EN LOS ALUMNOS DE INGENIERIA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES DE
LA UANCV - 2015
AUTORES:
JACK IVAN SALAZAR CHAMBI
RENZO MAMANI TICONA
BORIS HALLASI QUISPE
ASESOR:
JORGE JAVIER MENDOZA MONTOYA
JULIACA – 2015
1. PROBLEMA
1.1. IDENTIFICACION
En la actualidad no se tiene muy en cuenta el tema de las radiaciones electromagnéticas del espectro visible, y cuales con los efectos posteriores que estos tienen hacia nosotros y que pueden ser perjudiciales especialmente para la piel, ya que esta se encuentra en constante exposición.
1.2. FORMULACION
PREGUNTA GENERAL
¿Cuál es el efecto fototérmico de las radiaciones electromagnéticas del espectro visible en los alumnos de ingeniera electrónica y telecomunicaciones – 2015 de la uancv?
PREGUNTAS ESPECÍFICAS
¿Estas radiaciones generan cambios de temperatura en la piel de los alumnos de ingeniera electrónica y tel. - 2015 de la uancv?
2. OBJETIVOS Y CAMPO ESPECIFICO2.1. OBJETIVO DE LA INVESTIGACION
VARIABLES INDICADORES SUBINDICADORES INSTRUMENTOS
Efecto fototermico de las radiaciones electromagnéticas del espectro visible en los alumno de ingeniera electrónica y tel. de la uancv
DiseñoForma, color, tecnología, funcionamiento
Guía y observación
RecursosHumanos y materiales
presupuesto
MaterialMano de obraProformasFinanciamiento
funcionamientoPruebas periódicasPrueba final
Cambios de temperatura en la piel
temperatura
Variación de la temperatura con las radiaciones electromagnéticas del espectro visible
Encuesta
Guía y observación
Pruebas
2.2. CAMPO ESPECIFICO DE LA INVESTIGACION
Campo: Investigación
Área: Electronica
Línea: Radiaciones electromagnéticas del espectro visible
3. OBJETIVOS3.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar el efecto fototermico de las radiaciones electromagnéticas del espectro visible en los alumnos de ing. Electrónica y tel. - 2015 de la uancv.
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Demostrar que las radiaciones electromagnéticas del espectro visible generan una variación de temperatura en la piel de los alumnos de ing. Electrónica y tel. - 2015 de la uancv
4. HIPOTESIS Y VARIABLES4.1. HIPOTESIS GENERAL
Las radiaciones electromagnéticas del espectro visible si tienen efectos fototermicos en los alumnos de ing. electrónica y tel. - 2015 de la uancv.
4.2. HIPOTESIS ESPECIFICAS
Las radiaciones electromagnéticas del espectro visible si generan variación de temperatura en la piel de los alumnos de ing. electrónica y tel. - 2015 de la uancv.
5. ESTADO DE ARTE
“Radiaciones electromagnéticas y salud en la investigación médica”
Tte. Cor. José Luis Pérez AlejoI; Tte. Cor. Reymundo Miranda LeyvaII
IDoctor en Ciencias. Investigador Titular. Instituto Superior de Medicina Militar "Dr. Luis Díaz Soto". La Habana, Cuba.IIEspecialista de II Grado en Medicina Tradicional y Natural. Máster en Medicina Tradicional y Natural. Instituto Superior de Medicina Militar "Dr. Luis Díaz Soto". La Habana, Cuba.
RESUMEN
Se realizó una búsqueda informativa a través de la consultoría BIOMUNDI relacionada con radiaciones electromagnéticas y afectaciones al estado de salud. El resultado de la búsqueda refleja la actualidad del tema y la importancia que se presta por los sistemas de salud a este aspecto que muchos han llamado la "epidemia del desarrollo científico-tecnológico". Se confirma en muchas investigaciones la fuerte relación entre radiaciones electromagnéticas y cáncer.
Palabras clave: Radiaciones electromagnéticas, afectaciones a la salud, cáncer, efectos biológicos.
AFECTACIONES AL ESTADO DE SALUD
Las radiaciones electromagnéticas conllevan el peligro de "efectos biológicos" que pueden desencadenar en "efectos adversos" para la salud. Es importante comprender la diferencia entre estos tipos de efectos al estresor electromagnético.
Un "efecto biológico" ocurre cuando la exposición produce un cambio en las condiciones fisiológicas detectable en un sistema biológico y un "efecto adverso" ocurre cuando el efecto biológico sobrepasa el límite normal de variabilidad fisiológica del organismo, presentando dificultad de adaptación con detrimento del estado de salud. Algunos "efectos biológicos" pueden ser inocuos, como por ejemplo, el incremento de los flujos sanguíneos en la piel, como respuesta a un ligero calentamiento del cuerpo por la radiación solar, ventajosos como la ayuda en la producción de vitamina D o adversos como el cáncer de piel.
Las radiaciones entre 30 kHz y 300 MHz y las microondas entre 300 MHz y 300 GHz, provocan vibraciones moleculares, produciendo calor; de ahí su empleo doméstico, médico, industrial; con lo cual pueden producirse quemaduras a partir de una determinada cantidad de radiación. La influencia de las radiaciones electromagnéticas sobre la salud puede ser de tres tipos:
- Efectos térmicos.
- Efectos no térmicos.
- Efectos atérmicos.
Efectos térmicos
Cuando la energía electromagnética causa un aumento mensurable de la temperatura del objeto o persona (0,1-2 oC). La absorción de radiofrecuencias y microondas en un medio material tiene aparejado calentamiento, de manera tal que la intensidad de la radiación podría provocar un incremento de la temperatura; se produce un cambio en la orientación espacial (oscilación) de las moléculas bipolares, principalmente el agua e iones. La energía electromagnética pasa a calórica y los tejidos se calientan dependiendo de:
- Densidad de las radiaciones.
- Cantidad de moléculas bipolares de los tejidos sobre todo el agua e irrigación sanguínea del órgano en cuestión.
De ahí que los órganos más afectados por radiación electromagnética son los de poca irrigación como el cristalino y humor vítreo del ojo, los órganos parenquimatosos y otros como el hígado, páncreas, ganglios linfáticos, las gónadas y órganos huecos como el estómago, vejiga y vesícula biliar.
La acción térmica se manifiesta cuando la densidad de flujo o densidad de potencia tenga valores menores de 10 mW/cm2. El calentamiento inducido por radiaciones electromagnéticas provoca respuestas fisiológicas y termorreguladores, incluyendo menor capacidad para realizar tareas físicas y psíquicas, debido al aumento de la temperatura corporal. La acción biológica
de las ondas electromagnéticas han sido clasificadas según densidades de potencia en:
- Densidad de potencia mayor de 10 mW/cm2 con predominio de efectos térmicos bien definidos.
- Densidades de potencia entre 1 y 10 mW/cm2 con efectos térmicos ligeros pero perceptibles.
- Densidades de potencia menores de 1 mW/cm2 con efectos térmicos poco probables.
Efectos no térmicos
Se producen cuando la energía de la onda es insuficiente para elevar la temperatura por encima de las fluctuaciones de temperatura normales del sistema biológico estudiado. Hay evidencias de que exposiciones prolongadas a la baja intensidad son potencialmente nocivas. Las radiaciones electromagnéticas por debajo de 1 mW/cm2 no producen calentamiento significativo, sino que induce corrientes y campos eléctricos en los tejidos, los cuales se miden en términos de densidad de corriente y cuya unidad de medida es A/m2.
Efectos atérmicos
Se produce cuando hay energía suficiente para causar un aumento de temperatura corporal, sin que se observen cambios en la temperatura debido al enfriamiento ambiental.
En el cuadro 3 se resumen los efectos biológicos generados por radiación electromagnética, en base a los niveles de frecuencias (Hertz) y las unidades de medidas para indicar la intensidad.
A pesar que existe controversia acerca de si las radiofrecuencias y las microondas afectan a la salud, estudios científicos realizados en humanos y en animales demuestran que este tipo de radiación afecta el estado de salud de las personas expuestas. A partir de 1996 con el inicio de los trabajos realizados principalmente en Europa, se describe la existencia de síntomas específicos entre trabajadores y personal militar expuestos crónicamente a las radiaciones electromagnéticas de hiperfrecuencias y se describe por primera vez el denominado "enfermedad de las radiofrecuencias", como una realidad médica asociada a la exposición. Esta se caracteriza por:
• Síndrome asténico: caracterizado por fatiga, irritabilidad, cefalea, nauseas y anorexia.
• Síndrome distónico cardiovascular: modificaciones de la frecuencia cardiaca y de la presión arterial.
• Síndrome diencefálico: somnolencia, insomnio, alteraciones sensoriales.
Además se describieron otras anomalías derivadas de la exposición, como es el
riesgo de contraer cataratas, modificaciones del electroencefalograma, aumento en la aparición de algunos tipos de cáncer como los linfomas, asociados a la exposición crónica con un aumento de hasta 2,4 veces del riesgo de tumores cerebrales. En 1996 un estudio del Gobierno Australiano indicó que a 200 m de una estación de telefonía móvil, las personas expuestas presentaban fatiga crónica, alergias, alteraciones del sueño, etcétera.
6. ELABORACION DEL MODELO TEORICO CONCEPTUAL
La Radiación Electromagnética es una herramienta fundamental en el campo de la medicina y también por estar presente en toda la sala de radiodiagnóstico.
RADIACION ELECTROMAGNETICA
Son ondas producidas por la oscilación o la aceleración de una carga eléctrica.
La radiación electromagnética puede ordenarse en un espectro que se extiende desde las ondas de frecuencia muy elevadas (longitudes de ondas pequeñas), hasta frecuencias muy bajas (longitud de ondas altas).
CLASIFICACION DE LAS REM (RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS)
Una partícula es ionizada cuando al atravesar un medio e interaccionar con los átomos del mismo, es capaz, de arrancar, electrones de las capas más extremas de la corteza de los átomos creando iones que son más inestables y activo químicamente que el átomo neutro inicial.
RADIACIONES ULTRAVIOLETAS
Radiación electromagnética cuyas longitudes de onda van aproximadamente desde los 400 nm, el límite de la luz violeta, hasta los 15 nm, donde empiezan los rayos X. La radiación ultravioleta puede producirse artificialmente mediante lámparas de arco; la de origen natural proviene principalmente del Sol.
La radiación ultravioleta con longitudes de onda inferiores a 300 nm se emplea para esterilizar superficies porque mata a las bacterias y los virus. En los seres humanos, la exposición a radiación ultravioleta de longitudes de onda inferiores a los 310 nm puede producir quemaduras; una exposición prolongada durante varios años puede provocar cáncer de piel.
RADIACIONES INFRAROJAS
Emisión de energía en forma de ondas electromagnéticas en la zona del espectro situada inmediatamente después de la zona roja de la radiación visible. Oscila entre aproximadamente 10-6 y 10-³ metros. La radiación infrarroja puede detectarse como calor, para lo que se emplean instrumentos como el bolómetro.
Los rayos infrarrojos se utilizan para obtener imágenes de objetos lejanos ocultos por la bruma atmosférica, que dispersa la luz visible pero no la radiación infrarroja. Hay dispositivos infrarrojos que permiten ver objetos en la oscuridad. Estos instrumentos consisten básicamente en una lámpara que emite un haz de rayos infrarrojos, a veces denominados luz negra, y un telescopio que recibe la radiación reflejada por el objeto y la convierte en una imagen visible. En astronomía se utilizan los rayos infrarrojos para estudiar determinadas estrellas y nebulosas.
Tecnología LED (light emitting diode)
Un led (del acrónimo inglés LED, light-emitting diode: ‘diodo emisor de luz’; el plural aceptado por la RAE es ledes ) es uncomponente optoelectrónico pasivo y, más concretamente, un diodo que emite luz.
Los colores que se irradian de los leds es energía en distinta longitud de onda dependiendo del color he aquí una tabla de la longitud de onda de cada color
Planteamos la fórmula de la energía en relación a la longitud de onda:
El equipo que vamos a utilizar para emitir estas radiaciones está compuesto por unos paneles de leds los cuales son de tres colores, rojo, verde, azul, los cuales su radiación de energía esta en estas ecuaciones.
Luz roja:
f= ∁λ
= 3×108
660×10−9=4.54×1014Hz
Energía de la luz roja:
E=h . f=(6.626069×10−34 )× (4.54×1014 )=3.008×10−19 J
Luz anaranjada:
f= ∁λ
= 3×108
605×10−9=4.95×1014Hz
Energía de la luz anaranjada:
E=h . f=(6.626069×10−34 )× (4.95×1014 )=3.27×10−19 J
Luz amarilla:
f= ∁λ
= 3×108
580×10−9=5,17×1014Hz
Energía de la luz amarilla:
E=h . f=(6.626069×10−34 )× (5.17×1014 )=3.42×10−19 J
Luz verde:
f= ∁λ
= 3×108
535×10−9=5.60×1014Hz
Energía de la luz verde:
E=h . f=(6.626069×10−34 )× (5.60×1014 )=3.71×10−19 J
Luz azul:
f= ∁λ
= 3×108
475×10−9=6.31×1014Hz
Energía de la luz azul:
E=h . f=(6.626069×10−34 )× (6.31×1014 )=4.18×10−19 J
Luz violeta:
f= ∁λ
= 3×108
425×10−9=7.05×1014Hz
Energía de la luz violeta:
E=h . f=(6.626069×10−34 )× (7.05×1014 )=4.67×10−19 J
Con esta tabla podemos decir que a menor longitud de onda o alta frecuencia,Se tiene mayor energía y por consecuente decimos que la energía recibida altera la temperatura corporal de la zona irradiada
color Longitud de onda Energía
rojo 620 – 700 3.008 x10−19
Anaranjado 590 – 620 3.27 x10−19
Amarillo 570 – 590 3.42 x10−19
Verde 500 – 570 3.71 x1010−19
Azul 450 – 500 4.18 x 10−19
Violeta 400 - 450 4.67 x 10−19
Como se ve en la tabla se puede ver el incremento de la energía, en cada color, siendo los principales los colores rojo, verde, azul, a utilizar. Para determinar la energía irradiada se plantea la siguiente ecuación
De= P .t
h2 . K
Donde:Dp = densidad de energíaP = potencia de los ledsH = altura al cuadradoK = constante determinada que es, 0.2256
Despejando el tiempo de irradiación:
t=De.h2 . kp
seg
Esta ecuación será la que podremos en el microcontrolador para que automáticamente, luego de insertar los valores de la ecuación para tener en tiempo estimado de radiación.
Para la etapa de disparo (envió del voltaje 220 VAC para el funcionamiento y alimentación de los leds), se implemento una etapa optoaclopada, es decir que la unión con la etapa de potencia o alto voltaje con las señales y niveles lógicos del controlador es únicamente óptica, dirigido por haces de luz que saturan un transistor, todo eso con el fin de proteger la etapa de control con la etapa de potencia puesto que una mala conexión puede dañar la etapa de control.
En el siguiente esquema que se muestra, describe un típico de control de potencia con triac. Donde la carga es conmutada mediante el triac T1,cuyo funcionamiento es similar a la de un interruptor pero controlado por la corriente que circula por su entrada G. a su vez, esta entrada es gobernada por el fototriac del MOC3041.
El esquema es el siguiente:
Calculando R1 que es para la protección del led interno del MOC3041
R1= vcc−VledIled
Teniendo en cuenta que la salida de voltaje en 1 lógico del microcontrolador es de 5Vcc y obteniendo los datos del MOC3041 de su datasheet tenemos que Voltaje del led interno del MOC3141 es de 1.3v a 1.5v con una corriente (I) de 30mA; tenemos lo siguiente:
R1=5v−1.4 v30mA
=120ohmios
La señal Vcc será suministrada por el microcontrolador según el programa correspondiente, al recibir la señal el led interno del moc emite la luz y satura al diac el cual deja cierra el circuito, luego el capacitor amortigua la corriente pico puesto que al cerrar el circuito la tensión tiene un pico elevado que puede alterar el triac, el mismo que al saturar su gate cierra el circuito y deja pasar la tensión alterna.
La siguiente etapa que vamos a explicar es la etapa de adaptación de la señal alterna para los leds puesto que ellos no dependen de su mismo en cuanto a voltajes alternos se trata, se hace uso de un circuito R o RC de potencia para que los leds puedan ser alimentados con corriente alterna.
CORRIENTE ALTERNA (AC): Se denomina corriente alterna (AC) a la corriente eléctrica donde la magnitud y el sentido varían cíclicamente, que es lo contrario a la corriente directa (DC) donde la corriente eléctrica se mantiene fija. La AC de la casa tiene una oscilación sinusoidal debido a que se consigue una transmisión más eficiente de la energía.En la siguiente figura se puede ver la gráfica del voltaje de la AC y sus fórmulas.
V ( t )=Vp sin (ωt ) ω=2πf f=1T
Vpp=Vp ¿
Vrms=Vp
√2
V(t) : voltaje instantáneo (volts) Vp : voltaje pico (volts)ω : frecuencia angular (r/s) Vp(+) : voltaje pico superior(volts)F : frecuencia (Hz) Vp(-) : voltaje pico inferior (volts)t : tiempo (s) Vpp : voltaje pico a pico (volts)T : periodo (s) π : 3.1416Vrms : voltaje eficiente (volts) √2 : 0.7071
Para hacer una conexión de la de los LEDs a la AC necesitamos un circuito para regular la corriente y la cantidad del voltaje que sobre los LEDs, evitando que se quemen. Para esto analizaremos en primer lugar un circuito R para encender 30 LEDs; 15 LEDs para el voltaje superior y 15 LEDs para el voltaje inferior.El circuito indicado es el siguiente.
Vrms=Vp
√2=220v
√2=155.5
Vr=Vrms−Vled
R=Vrms−VledIled
Pr=Vr∗Ir=Vr2
r
Prms=Vrms∗Irms=Vrms2
R
Irms=Ir=Iled=VrR
=Vrms−VledR
Donde:Vrms = Voltage eficiente (Volts) Ir = Corriente en la resistencia (Amperes)Irms = Corriente eficiente (Amperes) Vr = Voltage en la resistencia (Volts)Prms = Potencia eficiente (Watts) Pr = Potencia en la resistencia (Watts)Vled = Voltage en el LED (Vots) R = Rresistencia (Ohm)Iled = Corriente en el LED (Volts)
Vrms=155.5V
Vled=30V (15LEDs a2v c /usegunla hojade datos del LED rojo)
Iled=20mA=0.020 A
Vr=Vrms – Vled=155.5V – 30V=125.5
R=Vrms−VledIled
=155.5V−30V20mA
= 125.520mA
=6.2k ohm
Pr=Vr2
R=125.5
2V6200
=2.54W
Prms=Vrms∗Irms= 155.52V6200Ohm
=3.9W
La función de la resistencia en este circuito es simplemente limitar la corriente para evitar que se queme el LED.Debido a que la AC está en fase se puede realizar los cálculos como si fuera DC, utilizando los valores eficientes.
En el siguiente circuito se muestra un circuito RC de potencia para la alimentación de 30 LEDs que se ha propuesto inicialmente.
El circuito RC es el siguiente:
Para calcular el valor del capacitor estamos estableciendo el valor de la resistencia a 1k, y estamos utilizando el voltaje y la corriente que utiliza el LED de la hoja de datos.
Vrc=Vrms−Vled=√Vr2+Vc2
Xc= 12πfC
Z=√Rc2+Xc2
Irms=Iled=Ir=Ic=VrcZ
Irms=Vrms−Vled
√R2+X c2=√Vr2+V c2
R2+Xc2
Vc=Ic∗X cVr=I r∗R
Pr=Vr∗Ir=V r 2
R
Prms=Vrms∗Irms=Vr ms2
Z
Donde:Vrms = Voltage eficiente (Volts) Ir = Corriente en la resistencia (Amperes)Irms = Corriente eficiente (Amperes) Vr = Voltage en la resistencia (Volts)Prms = Potencia eficiente (Watts) Pr = Potencia en la resistencia (Watts)Vled = Voltage en el LED (Vots) R = Rresistencia (Ohm)Iled = Corriente en el LED (Volts) Vc = Voltage en el capacitor (Volts)Xc = Reactancia capacitiva Vrc = Voltage entre la resistencia y el capacitorC = Capacitor (Faradios) f = Frecuencia (Hertz)Ic = Corriente en el capacitor (Amp) Z = Impedancia (Ohm)
Aplicando estas fórmulas con los voltajes y datos que vamos a utilizar se tiene los siguiente cálculos.
Calculo RC para lámpara roja:
Vrms=Vp
√2=220V
√2=155.5V
Vled=30V (15LEDs a2v c /usegunla hojade datos del LED rojo)
Iled=20mA=0.020 A ¿segunlahoja dedatos ¿
Estableciendo el calor de la resistencia a 1k tenemos lo siguiente:
R=1k ohm=1000Ohm
Prms=Vrms∗Irms=3.11W
Para calcular el valor del capacitor:Despejamos Z de la fórmula:
Irms=Iled=Ir=Ic=VrcZ
Z= VrcIled
=Vrms−VledIled
=155.5V−30V0.020 A
=6275Ohm
Despejamos Xc de la fórmula:
Z=√R2+Xc2→Z2=R2+X c2→Z2−R2=Xc2
∴ Xc=√Z2−R2=√(6275)2−(1000)2=¿6194.80
Despejando C del a formula:
Xc= 12πfC
→2πfC= 1Xc
→C= 12πfXc
C= 12∗3.1416∗60∗6194.80
C=0.428uF≈0.33uF (capacitor comercial)
Para calcular el voltaje del capacitor
Vc=Ic∗Xc=0.020 A∗6194.80=123.8V ≈200V (Voltagecomercial)
Calculamos el voltaje en la resistencia:
Vr=Vpp−Vc−Vled
Vr=220V−123.8V−30V=66.2V
Calculamos la potencia de la resistencia:
Pr=Vr∗Ir=V r 2
R
Pr=66.22
1000=4.38W ≈5W ( potenciacomercial )
Calculo RC para lámpara verde:
Vrms=Vp
√2=220V
√2=155.5V
Vled=36V (15 LEDsa2.4 v c /u segunlahoja dedatos del LED verde)
Iled=20mA=0.020 A ¿segunlahoja dedatos ¿
Estableciendo el calor de la resistencia a 1k tenemos lo siguiente:
R=1k ohm=1000Ohm
Prms=Vrms∗Irms= 155.52V1000Ohm
=3.11W
Para calcular el valor del capacitor:Despejamos Z de la fórmula:
Irms=Iled=Ir=Ic=VrcZ
Z= VrcIled
=Vrms−VledIled
=155.5V−36V0.020 A
=5975Ohm
Despejamos Xc de la fórmula:
Z=√R2+X c2→Z2=R2+X c2→Z2−R2=Xc2
∴ Xc=√Z2−R2=√(5975)2−(1000)2=¿5890.72
Despejando C del a formula:
Xc= 12πfC
→2πfC= 1Xc
→C= 12πfXc
C= 12∗3.1416∗60∗5890.72
C=0.450uF≈0.33uF (capacitor comercial)
Para calcular el voltaje del capacitor
Vc=Ic∗Xc=0.020 A∗5890.72=117.8V ≈200V (Voltagecomercial)
Calculamos el voltaje en la resistencia:
Vr=Vpp−Vc−Vled
Vr=220V−117.8V−36V=66.2V
Calculamos la potencia de la resistencia:
Pr=Vr∗Ir=V r 2
R
Pr=66.22
1000=4.38W ≈5W ( potenciacomercial )
Calculo RC para lámpara azul:
Vrms=Vp
√2=220V
√2=155.5V
Vled=51V (15 LEDs a3.4v c /usegunla hoja dedatos del LEDazul)
Iled=20mA=0.020 A ¿segunlahoja dedatos ¿
Estableciendo el calor de la resistencia a 1k tenemos lo siguiente:
R=1k ohm=1000Ohm
Prms=Vrms∗Irms= 155.52V1000Ohm
=3.11W
Para calcular el valor del capacitor:Despejamos Z de la fórmula:
Irms=Iled=Ir=Ic=VrcZ
Z= VrcIled
=Vrms−VledIled
=155.5V−51V0.020 A
=5225Ohm
Despejamos Xc de la fórmula:
Z=√R2+Xc2→Z2=R2+X c2→Z2−R2=Xc2
∴ Xc=√Z2−R2=√(5225)2−(1000)2=¿5128.41
Despejando C del a formula:
Xc= 12πfC
→2πfC= 1Xc
→C= 12πfXc
C= 12∗3.1416∗60∗5128.41
C=0.517uF≈0.47uF (capacitor comercial )
Para calcular el voltaje del capacitor
Vc=Ic∗Xc=0.020 A∗5128.41=102.5V ≈200V (Voltagecomercial )
Calculamos el voltaje en la resistencia:
Vr=Vpp−Vc−Vled
Vr=220V−102.5V−51V=51.5V
Calculamos la potencia de la resistencia:
Pr=Vr∗Ir=V r 2
R
Pr=51.52
1000=2.6W ≈5W ( potenciacomercial)
Teniendo los resultados de los análisis tanto en circuito R y en circuito RC tenemos lo siguiente:
La Ventaja del circuito R, solamente se necesita solo la resistencia y el grupo de LEDs que se está utilizando; y la Desventaja: La resistencia tiene que ser muy grande para soportar la potencia.
La ventaja del circuito RC, Es que este circuito no necesita una resistencia de tanta potencia porque la mayoría del voltaje cae sobre el capacitor.
La función de la resistencia y el capacitor es limitar la corriente para evitar que se queme el LED.Debido a que la CA está en desfase de 90 grados entre el voltaje de la resistencia y el voltaje del capacitor los cálculos cambian un poco.
Teniendo los datos que necesitamos para la implementación de la etapa de, control, la etapa de disparo, y la etapa de potencia se puede estructurar el diagrama de bloque del funcionamiento del sistema en general, siendo el siguiente:
El diagrama de nuestro programa para la etapa de control y el esquema esta los anexos
La etapa de control aparte de mostrar los datos de la irradiación, controlara en tiempo de funcionamiento de las matrices de leds, los cuales se energizaran con voltaje alterno (voltaje de las tomas de corriente), el cual para su adaptación puesto que los leds funcionan con voltaje continuo, se tiene que hacer una etapa de disparo y etapa de potencia para así tener un eficiente funcionamiento de los leds.
Para la etapa de medición de temperatura se tiene que tener en cuenta que el sensor con el que vamos a trabajar nos da señales muy pequeñas y por ende tenemos que amplificar y adaptar esa señales y como muestrear los datos en
una pantalla lcd display, por lo cual usamos etapas de amplificación según este esquema
Tabla de comparación de los niveles de temperatura con respecto a las salidas de voltaje según su nivel de temperatura
Como se puede ver en la tabla cada valor es equivalente en 10 mV (milivoltios.), osea, que la variación de temperatura de grado en grado en la salida es de en cada 10 mV , con esto podemos hacer una regla de tres para mostrar el valor de la temperatura sensada.
Antes de hacer la conexión directa al microcontrolador se tiene que apmplificar la señal para este caso usamos un amplificador en modo no inversor con ganancia 10 porque el sensor nos da señales en milivoltios y no son muy trabajables con el microcontrolador, el planteamiento de las ecuaciones es:
Vo=(1+ RfR1 )Vi
Donde:
Vo = voltaje de salida
Rf = resistencia de referencia
Vi = voltaje de entrada
Al aplicar las resistencias que hemos utilizado la formula seria la siguiente
Vo=(1+ 270Kohm30Kohm )0.4 voltios
Suponemos que la temperatura es de 40 °C, el sensor nos dará una señal de 400 mV que equivale a 0.4 voltios. Esta señal aplicada a la etapa de amplificación con ganancia 10 nos dará una señal de 4 voltios óptimo para el ingreso a la unidad adc del microcontrolador
Etapa de amplificacion de la señal acorde con la ganancia
7. ELABORACION DEL MODELO CUANTICO
TIPO DE INVESTIGACION: EXPERIMENTAL – CORRELACIONAL
DISEÑO:
EXPERIMENTAL
TECNICAS E INSTRUMENTOS:
TECNICA:
MEDICION, OBSERVACION Y COMPARACION
INSTRUMENTO:
Equipo de emisión de radiaciones electromagnéticas del espectro visible
8. TITULO DE LA INVESTIGACION
“EFECTO FOTOTERMICO DE LAS RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS DEL ESPECTRO VISIBLE EN LOS ALUMNOS DE INGENIERA ELECTRONICA
Y TEL. DE LA UANCV”
9. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS9.1. CRONOGRAMA
ACTIVIDADES RESPONSABLES FECHA
Elaboración del proyectoJack Ivan Salazar ChambiRenzo Mamani TiconaJuan Boris Hallasi Quispe
ABRIL – MAYO
Aprobación del proyecto
Ejecución del proyectoJack Ivan Salazar ChambiRenzo Mamani TiconaJuan Boris Hallasi Quispe
JUNIO – JULIO
Evaluación del proyecto JULIO
Presentación e informe del proyecto
Jack Ivan Salazar ChambiRenzo Mamani TiconaJuan Boris Hallasi Quispe
JULIO
9.2. PRESUPUESTO Y FINANCIAMIENTO
PRESUPUESTO: s/. 650.00
- AUTOFINANCIAMIENTO- GRUPO DE INVESTIGADORES s/. 53.30 c/u Total s/. 160.00
10. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
https://es.wikipedia.org/wiki/Fototerapia
https://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_visible
http://curiosidades.batanga.com/2011/10/02/el-espectro-visible-de-luz
http://emisorcoloresyfrecuencias.blogspot.com/p/color-longitud-de-onda-frecuencia.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_//cuantica/experiencias/espectro/espectro_num.html
http://divnuclear.fisica.edu.uy/libro/Que_son_las_radiaciones_ionizantes.pdf
http://curiosidades.batanga.com/2011/02/04/%C2%BFque-es-la-fisica-cuantica
http://www.cadsoftusa.com/ software de diseño
http://www.labcenter.com/index.cfm simuliacion de circuitos electrónicos programados
http://www.bilbaoelectronics.com/pines-16f877a.html datos del microcontrolador 16f877a
11. ANEXOS
Microcontrolador pic 16f877a en cual vamos a utilizar la etapa de control y la etapa de medición de temperatura
Simulación de la Etapa de control del equipo emisor de radiaciones electromagnéticas del espectro visible
Línea de programación para la etapa de control utilizando el microcontrolador 16f877a
#include <16F877.h>
#fuses XT,NOWDT
#use delay(clock= 4000000)
#include <lcd.c>
#use standard_io(C)
#use standard_io(A)
enum funciones {red,green,blue,redgreen,greenblue,bluered,rgb}; //Asigna un valor a cada elemento red = 0 , green = 1......
int16 tiempo; //variable tiempo a calcular
int16 energia; //energia que se quiere irradiar
float k=0.2256; //constante para hallar tiempo de radiacion
float potenciaR=3.2; //potencia de cada lampara
float potenciaV=4.3;
float potenciaA=6.1;
float potenciaRV=7.5;
float potenciaVA=10.4;
float potenciaAR=9.3;
float potenciaRVA=13.6;
int16 altura; //altura a la que se va irradiar
int16 N=0;
void rojo(void){ //Función rojo
tiempo=(energia*(altura*altura)*k)/potenciaR; //formula para calcular tiempo de radiacion
lcd_gotoxy(10,1); //muestreo del tiempo
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
for(N=tiempo;N>=0;tiempo--)
{
output_high(pin_C0);
lcd_gotoxy(10,1);
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
delay_ms(1000);
}
tiempo=0;
output_low(pin_C0);
}
void verde(void){ //Función verde
tiempo=(energia*(altura*altura)*k)/potenciaV; //formula para calcular tiempo de radiacion
lcd_gotoxy(10,1); //muestreo del tiempo
printf(lcd_putc,"%Lu ",tiempo);
for(N=tiempo;N>=0;tiempo--)
{
output_high(pin_C1);
lcd_gotoxy(10,1);
printf(lcd_putc,"%Lu ",tiempo);
delay_ms(1000);
}
tiempo=0;
output_low(pin_C1);
}
void azul(void){ //Función azul
tiempo=(energia*(altura*altura)*k)/potenciaA; //formula para calcular tiempo de radiacion
lcd_gotoxy(10,1); //muestreo del tiempo
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
for(N=tiempo;N>=0;tiempo--)
{
output_high(pin_C2);
lcd_gotoxy(10,1);
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
delay_ms(1000);
}
tiempo=0;
output_low(pin_C2);
}
void rojoverde(void){ //Función rojo verde
tiempo=(energia*(altura*altura)*k)/potenciaRV; //formula para calcular tiempo de radiacion
lcd_gotoxy(10,1); //muestreo del tiempo
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
for(N=tiempo;N>=0;tiempo--)
{
output_high(pin_C0);
output_high(pin_C1);
lcd_gotoxy(10,1);
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
delay_ms(1000);
}
tiempo=0;
output_low(pin_C0);
output_low(pin_C1);
}
void verdeazul(void){ //Función verde azul
tiempo=(energia*(altura*altura)*k)/potenciaVA; //formula para calcular tiempo de radiacion
lcd_gotoxy(10,1); //muestreo del tiempo
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
for(N=tiempo;N>=0;tiempo--)
{
output_high(pin_C1);
output_high(pin_C2);
lcd_gotoxy(10,1);
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
delay_ms(1000);
}
tiempo=0;
output_low(pin_C1);
output_low(pin_C2);
}
void azulrojo(void){ //Función azul rojo
tiempo=(energia*(altura*altura)*k)/potenciaAR; //formula para calcular tiempo de radiacion
lcd_gotoxy(10,1); //muestreo del tiempo
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
for(N=tiempo;N>=0;tiempo--)
{
output_high(pin_C2);
output_high(pin_C0);
lcd_gotoxy(10,1);
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
delay_ms(1000);
}
tiempo=0;
output_low(pin_C2);
output_low(pin_C0);
}
void rojoverdeazul(void){ //Función rojo verde azul
tiempo=(energia*(altura*altura)*k)/potenciaRVA; //formula para calcular tiempo de radiacion
lcd_gotoxy(10,1); //muestreo del tiempo
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
for(N=tiempo;N>=0;tiempo--)
{
output_high(pin_C0);
output_high(pin_C1);
output_high(pin_C2);
lcd_gotoxy(10,1);
printf(lcd_putc,"%Lu",tiempo);
delay_ms(1000);
}
tiempo=0;
output_low(pin_C0);
output_low(pin_C1);
output_low(pin_C2);
}
void run_func(int numfunc){ //Asignación de la función a realizar
//viene dada por la variable "item"
switch(numfunc) {
case red:
rojo();
break;
case green:
verde();
break;
case blue:
azul();
break;
case redgreen:
rojoverde();
break;
case greenblue:
verdeazul();
break;
case bluered:
azulrojo();
break;
case rgb:
rojoverdeazul();
break;
}
}
void main() {
char item; //Variables de funciones
char n_menus = 7; //Número de funciones
lcd_init();
lcd_gotoxy(6,1);
lcd_putc("LAMPS"); // Saca texto
lcd_gotoxy(2,2);
lcd_putc("RED GREEN BLUE"); // Saca texto
delay_ms(2000);
lcd_putc("\f"); // Limpia pantalla
lcd_putc("C=");
lcd_gotoxy(10,2);
lcd_putc("A="); // Saca texto
lcd_gotoxy(1,2);
lcd_putc("E=");
lcd_gotoxy(8,1);
lcd_putc("T=");
while (true) {
if (input(PIN_B0) == 1) { //Detecta botón de selección
item++; //Si pulsa aumenta la variable
delay_ms(300); //Para evitar rebotes
}
if (item > (n_menus-1)) { //Si la variable supera el número de...
item = 0; } //funciones la inicializa
switch (item) {
case 0:
lcd_gotoxy(3,1);
printf(lcd_putc, "R ");
output_high(pin_C3);
output_low(pin_C4);
output_low(pin_C5);
break;
case 1:
lcd_gotoxy(3,1);
printf(lcd_putc, "G ");
output_low(pin_C3);
output_high(pin_C4);
output_low(pin_C5);
break;
case 2:
lcd_gotoxy(3,1);
printf(lcd_putc, "B ");
output_low(pin_C3);
output_low(pin_C4);
output_high(pin_C5);
break;
case 3:
lcd_gotoxy(3,1);
printf(lcd_putc, "R G ");
output_high(pin_C3);
output_high(pin_C4);
output_low(pin_C5);
break;
case 4:
lcd_gotoxy(3,1);
printf(lcd_putc, "G B ");
output_low(pin_C3);
output_high(pin_C4);
output_high(pin_C5);
break;
case 5:
lcd_gotoxy(3,1);
printf(lcd_putc, "B R ");
output_high(pin_C3);
output_low(pin_C4);
output_high(pin_C5);
break;
case 6:
lcd_gotoxy(3,1);
printf(lcd_putc, "R G B");
output_high(pin_C3);
output_high(pin_C4);
output_high(pin_C5);
break;
}
if (input(PIN_B1) == 1) { //Detecta botón de selección
; energia++; //Si pulsa aumenta la variable
delay_ms(300); //Para evitar rebotes
lcd_gotoxy(3,2);
printf(lcd_putc,"%LuJ/cm3",energia);
}
if (energia > 19) { //Si la variable supera el número de...
energia = 0; }
if (input(PIN_B2) == 1) { //Detecta botón de selección
; altura++; //Si pulsa aumenta la variable
delay_ms(300); //Para evitar rebotes
lcd_gotoxy(12,2);
printf(lcd_putc,"%Lu cm ",altura);
}
if (altura > 19) { //Si la variable supera el número de...
altura = 0; }
if (input(PIN_B3) == 1) //Si se pulsa el botón de selección
{delay_ms(200);
run_func(item);} //se llama a la función correspondiente
}
}
Simulación de la Etapa de medición de temperatura corporal
Linea de código de la etapa de la medición de temperatura corporal
#include "16f877.h" // Pic a utilizar
#device adc=10 // Usa resolución de 10 bits
#use delay(clock=4000000) // Cristal a utilizar
#fuses xt,nowdt,noput,nobrownout,nolvp,noprotect // Fusibles
#include "lcd.c" // Libreria para utilizar LCD por el puerto D
#use standard_io (D)
void main (void)
{
float temper,medicion;
lcd_init(); // Inicia LCD
lcd_putc(" Termometro\n"); // Saca texto
lcd_putc(" con LM35"); // Saca texto
delay_ms(2000);
lcd_putc("\f"); // Limpia pantalla
lcd_putc("Temperatura\n"); // Saca texto
lcd_putc("actual"); // Saca texto
delay_ms(1000);
lcd_gotoxy(14,2); // Acomoda cursor LCD
lcd_putc("oC");
while (TRUE)
{
lcd_gotoxy(8,2); // Acomoda cursor LCD
lcd_putc(" "); // Limpia ese sector de pantalla
lcd_gotoxy(8,2); // Acomoda cursor LCD
setup_adc (adc_clock_internal);
setup_adc_ports (all_analog);
set_adc_channel (0); // Elige canal a medir RA0
delay_us (20);
medicion=read_adc (); // Hace conversión AD
setup_adc (adc_off); // Apaga ADC
temper=(medicion*(50))/1023; // Pasa binario a °C
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// el "0.48875" sale de dividir 5/1023 y el resultado de eso multiplicarlo por 100
// el 5 sale de los 5 voltios aplicado a el voltage de referencia, los 1023 salen
// de los 10 bit de resolucion del conversor analogico digital que seleccionamos.
// Si utlizaramos la resolucion de 8 bits del conversor analogico digital, la
// formula fuera (5/255)*100 ya que con 8 bits el numero maximo posible es de 0-255
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
printf(lcd_putc,"%02.1f",temper); // xxx.x °C
delay_ms (1000);
} }
Diseño de la etapa de control
Diseño y esquema de la etapa de disparo