Traducción de un artículo de un blog del ingeniero indio Amaldev V.
Este proyecto maduró en mi cabeza durante unos dos años, y todavía no podía hacerlo. No hay nada complicado o demasiado tecnológico en el proyecto. Cualquier persona que sepa cómo hacer algo con sus manos debe lidiar con eso sin ningún problema. Puse todo el proyecto en
acceso libre , y debería poder pedir todas las piezas de repuesto y ensamblar su dispositivo, gastando menos de $ 10.
Antecedentes
Ahora vivo en Mumbai, en un apartamento con vista a una calle muy transitada. Y desde el momento de mi llegada aquí, he estado luchando con el polvo que se acumula en todo, debería abrir las ventanas. La limpieza semanal del apartamento requiere mucho esfuerzo. Y decidí comprar un purificador de aire para la habitación. Y luego pensé: ¿qué tan difícil será ensamblar el limpiador usted mismo? Llevé a cabo un estudio y decidí que necesitaba hacerme un ionizador (por cierto, un ionizador y un limpiador son dos dispositivos diferentes, pero más sobre eso más adelante). Sin embargo, luego me enterré en los problemas actuales y nunca lo ensamblé.
https://www.instagram.com/p/B6pRxfXJ_jU/Pero recientemente, muchos me han preguntado cómo diseño y hago dispositivos, y decidí dar este proyecto relativamente simple como ejemplo y describir su creación en detalle como una instrucción.
Entonces hagamos un ionizador.
Investigación
Si quiere hacer algo usted mismo, primero investigue con Google. En nuestro caso, descubramos qué es un ionizador y con qué principio básico funciona.
Un ionizador de aire (o un generador de iones negativos, o una lámpara de araña Chizhevsky) es un dispositivo que utiliza alto voltaje para ionizar (carga eléctrica) moléculas de aire. Los iones negativos, o aniones, son partículas que tienen uno o más electrones adicionales, por lo que su carga total es negativa.
Hasta ahora, parece simple. Los ionizadores se usan para eliminar partículas del aire dándoles una carga negativa, después de lo cual estas partículas son atraídas a una superficie cargada positivamente (pared / piso). Como resultado, las partículas se depositan mucho más rápido, dejando el aire limpio. Esto es exactamente lo que necesitamos: eliminar el polvo del aire para no inhalarlo.
Entonces, después de buscar solo 5 minutos, ya sabemos que necesitamos hacer un sistema con un alto voltaje, lo que da una carga negativa a las partículas. Al principio, estaba un poco desanimado, porque no había hecho antes sistemas de alto voltaje, y si juegas con esos sistemas descuidadamente, todo puede terminar mal.
Luego, buscamos dispositivos que ya están disponibles en el mercado que funcionan con esta tecnología. Estoy haciendo esto para entender qué tipo de circuitos usaban las personas para crear tales dispositivos. Si hay un dispositivo con la misma tecnología en el mercado, aprenda de él.
La gente pasaba muchas horas de ingeniería en el dispositivo. Aprenda de su ejemplo para hacer su propio sistema, que es al menos similar al terminado, o aprenda de los errores de los demás y mejore el sistema.
Para estos fines, Google también lo ayudará mejor. Encontré alguna evidencia de lo que hicieron los ionizadores en la década de 1980. Si esta tecnología es tan antigua, puedo ver una descripción de cómo se desmontan estos dispositivos. Estamos buscando "desmontaje de ionizadores" en Google, y encontramos un montón de videos que muestran el interior del dispositivo. Videos
altamente recomendados por
BigClive .
Con base en estos videos, me di cuenta de que se puede hacer un sistema de alto voltaje usando un multiplicador de voltaje, y que no es tan difícil. Así que pasemos al diseño de la electrónica.
Diseño electronico
Necesitamos
un multiplicador de voltaje . Primero, aprenda todo lo que pueda del contenido gratuito. Nunca hagas nada sin antes aprender todo lo que puedas de forma gratuita. Esto es muy importante
Necesita pasar tiempo investigando, o cometerá los mismos errores. Pasé un par de horas estudiando el dispositivo de multiplicadores de voltaje. Muy a menudo, se utiliza la solución más simple,
el generador Cockcroft-Walton .
Uno de los principios que trato de cumplir cuando desarrollo soluciones complejas es
Keep IT Simple, Stupid . O simplemente BESO.
Por lo tanto, el generador Cockcroft-Walton fue adecuado para mí. Fue desarrollado en 1932, y desde entonces se ha utilizado en cientos de dispositivos. Por lo tanto, esta es una opción bastante confiable para la implementación. Un pequeño google, encontré un
video de Dave Jones explicando cómo funciona este circuito. Recomiendo ver el video para comprender mejor esto.
De hecho, el circuito consta de dos diodos y dos condensadores conectados "espalda con espalda". Se aplica una corriente alterna con un voltaje pico Vp a la entrada. La primera parte del circuito desplaza la señal de entrada para que se obtenga una corriente constante con un voltaje máximo de 2Vp en la salida. Agregando otro paso, obtenemos 4Vp. Puede pensar que el siguiente paso aumentará este valor a 8Vp, pero no, solo a 6Vp.
Al agregar pasos, aumentamos el voltaje de salida. 2Vp, 4Vp, 6Vp, 8Vp, 10 Vp, 12Vp, y así sucesivamente, en relación con la entrada. Al menos teóricamente, en la práctica, habrá pérdidas en el circuito y la salida no será tan grande, pero para nuestros propósitos no debería ser extremadamente precisa.
Volviendo a nuestro sistema: queremos emitir una corriente continua de alto voltaje (aproximadamente 6-7 kV). Para simplificar el circuito, decidí aplicarle 230 V CA directamente (tal es el voltaje en la red eléctrica india) [como en ruso / aprox. transl.]. Supongamos que hacemos un multiplicador con 15 pasos, luego en la salida obtenemos un voltaje de CC de 230 V x 2 x 15 = 6900 V (en teoría). Suficiente para ionización.
Podría agregar un transformador a la entrada y aumentar el voltaje de salida con menos pasos, pero para el primer prototipo quería simplificar todo. Por lo tanto, dejaremos 15 pasos y un voltaje de entrada de 230 V.
A continuación, debemos seleccionar los componentes. El circuito es muy simple: dos condensadores y dos diodos por etapa. ¿Cómo seleccionamos sus valores y potencia nominal?
Y aquí necesita una comprensión adecuada del principio del circuito. Se puede ver que en cada etapa el voltaje a través de los diodos o condensadores no excede los 2Vp. La diferencia de potencial es siempre de 2Vp, por lo que no necesitamos gastar dinero en diodos y condensadores de alto voltaje. Dado que llega a la entrada 230 V, cualquier condensador de 500 V o más será suficiente. Su capacidad no es importante, por lo que elegí un condensador de 0.1 uF y 630 V. Elegí el montaje en superficie porque solía soldar dichos componentes. Elegí diodos 1N4007 por 1000 V. Lo principal está listo. La lista de materiales se puede
descargar junto con el esquema .
Diseño de PCB
Una vez seleccionados los componentes importantes, elijamos el resto. Necesitamos enchufar el dispositivo a una toma de corriente, por lo que en la salida necesitamos una resistencia con un valor suficientemente grande para que no ocurra nada (por ejemplo, de modo que si toca accidentalmente el circuito, no fluirá corriente a través de usted). También me gustaría reducir la corriente al mínimo para que el dispositivo consuma la menor energía posible cuando se enciende. Elegí dos resistencias de 10 MΩ (0.25 W, tolerancia 1%, caso 1026), y esto nos dará corrientes medidas en microamperios.
Para comprar componentes, elegí la tienda
LCSC.com . Es más barato que Digikey o Mouser. Una búsqueda por parámetros me dio una resistencia
1206W4F1005T5E .
También me gustaría instalar un indicador LED que se ilumina cuando el dispositivo está encendido. La corriente que lo atraviesa debe ser muy pequeña. Usé
este LED en otros proyectos, brilla bastante bien con una corriente de 2 mA. Para limitar la corriente, tomé dos resistencias de 51 kΩ (230 V / 2 mA da 115 kΩ). Dos resistencias disipan el calor con mayor fuerza (P = I
2 R: (2 mA)
2 x 51 kΩ = 0.2 W). Por lo tanto, elegí dos resistencias de 51 kΩ y 0.5 W. En el LCSC, esto es
CR1210J51K0P05Z .
Ahora necesitamos entender cuál será el resultado. Del análisis de los ionizadores terminados se deduce que para la transferencia de iones negativos a partículas de polvo necesitamos algo afilado. Decidí usar agujas de coser y soldarlas a un área grande en la salida. Elegí un juego de agujas en el mercado local por 30 rupias ($ 0.4). En principio, cualquier material conductor con extremos afilados es adecuado. La fibra de carbono de punta afilada funcionará mejor. Las puntas más afiladas, más ionización.
Con todo esto en mente, diseñemos el tablero. Para este proyecto, estoy usando Eagle. Tengo el siguiente esquema:
Tiene dos plataformas de entrada para corriente alterna, 15 pasos del multiplicador, resistencias para reducir la corriente, un área grande en la salida y un circuito para un indicador LED. Le recomiendo que siempre escriba los números de los componentes que usa, para que en el futuro sea más fácil buscarlos y ordenarlos. Todos los componentes me costaron $ 7.8, y la mayor parte fue a condensadores.
Decidí hacer este circuito alargado. Para montar la placa, coloqué los agujeros en las esquinas y uso los agujeros para los tornillos M3. Las dimensiones del tablero son 145 x 40 mm, la entrada está a la izquierda y un área grande para soldar agujas afiladas está a la derecha. Asegúrese de que las direcciones de colocación de los diodos estén marcadas, por eso será mucho más fácil ensamblar el dispositivo.
Ahora debe dibujar un tablero en formato Gerber y enviarlo al fabricante. Estoy colaborando con la JLCPCB para estos fines. El costo de los prototipos de tableros es muy bajo. La tarifa le costará $ 0.8 (sin incluir la entrega) por la compra de 10 piezas.
Si desea eliminar mi nombre, fecha y nombre de la placa de los archivos, edite los archivos de Eagle Board. Así se verá el tablero final:
Puede importarlo a Fusion 360 y obtener esta belleza:
Combiné el pedido de una placa de JLCPCB y componentes con LCSC. Al ordenar juntos, hay un descuento en la entrega de $ 15. El costo de la placa y los componentes es de aproximadamente $ 9 (sin incluir el envío). Todo vino a mí en una semana y media. JLC tiene un servicio de montaje de juntas, pero me gusta hacer todo por mí mismo.
Montaje e inspección
Aquí está la placa JLCPCB. Elegí el acabado ENIG-RoHS porque es más bonito. Pero el ajuste HASL será más barato.
Soldar todos los componentes SMD me llevó aproximadamente una hora. En una tienda local, compré 2 metros de cable y un enchufe para conectar a una toma de corriente. Até el nudo al cable para que el cable no salga del enchufe.
El siguiente paso es opcional, pero lo recomiendo encarecidamente. Me dirigí a una empresa donde hay corte por láser, tomé un trozo de plexiglás con un grosor de 3 mm y le corté una cubierta protectora. Recomiendo hacer esto: cuando probé la placa, un par de veces sentí una descarga eléctrica significativa cuando toqué accidentalmente los condensadores. El archivo DXF para cortar también se incluye con
todos los archivos .
Atornillé la cubierta a la placa de circuito con
tornillos de plástico M3 de 5 mm de largo e hice
patas de plástico de 20 mm de largo.
Solde siete agujas a la plataforma de salida. Cuanto más, mejor. La diferencia en longitud no importa.
Es hora de enchufar el dispositivo a una toma de corriente y verificar. El LED debería encenderse e, idealmente, el dispositivo debería funcionar.
Puede verificar rápidamente el rendimiento levantando las palmas húmedas hacia las agujas (¡simplemente no las toque!). Sentirá el movimiento del aire frío que sale de las agujas. Esto es ionización. Los iones negativos se repelen y constantemente vuelan lejos de las puntas de las agujas.
Para demostrar que el dispositivo puede provocar la precipitación de humo y polvo, preparé una jarra transparente, la llené de humo y metí el dispositivo en ella con agujas. Después de encender el dispositivo, las partículas de humo se depositaron muy rápidamente.
https://www.instagram.com/p/B6pRxfXJ_jU/En el video, parece que el humo se dispersa debido al aire que sopla en la jarra. De hecho, no hay tiro allí: la jarra está cerrada. El efecto se debe a la repulsión de iones negativos, y el aire comienza a circular muy rápidamente a través de la jarra.
Después de asegurarme de que el dispositivo funciona, lo enchufé a una toma de corriente y lo dejé en funcionamiento. Debe dispersar el polvo a su alrededor sin ningún problema. Idealmente, instálelo junto a la ventana donde sopla el tiro, de modo que el dispositivo ionice todo el polvo que pasa. Planeo ponerlo y dejarlo encendido.
¿Qué pasa con el consumo de energía? Es muy pequeño. El LED consume más. Toma alrededor de 2 mA. Durante un año, el dispositivo debe funcionar a 230 V x 2 mA x 24 h 365 d = 4 kW * h. Para nosotros, costará 4 rupias ($ 0.05) por año. Para ahorrar dinero, simplemente puede quitar el LED del circuito, luego el consumo de energía será 1000 veces menor, y es poco probable que lo note en el medidor.
Y así armamos un ionizador por solo $ 10. Espero que ayude a reducir la cantidad de polvo depositado en sus pulmones.
Después de que haya trabajado durante un par de semanas, notará que el polvo comienza a acumularse a su alrededor. Esto es normal Mejor se instala allí que la inhalas.
Para los Estados Unidos y los países donde el voltaje es de 110 V, el voltaje de salida será más bajo (en teoría, aproximadamente 3 kV), pero el ionizador aún debería funcionar.
Qué más se puede mejorar en el dispositivo: reemplace las agujas con cepillos conductores de fibra de carbono. Cuantos más extremos afilados tenga el dispositivo, mejor será la ionización. Si distribuye las puntas sobre un área grande, entonces aumentan las posibilidades de ionizar un mayor volumen de aire.
Epílogo
Después del lanzamiento de este artículo, algunas personas estaban preocupadas de que el dispositivo también pudiera generar ozono. Sin embargo, el esquema operativo del generador de ozono es ligeramente diferente (aunque el principio de descarga en corona sigue siendo el mismo). Durante las dos semanas que este dispositivo ha estado funcionando para mí, parece que no genera ozono (o es tan pequeño que no lo siento).
También con respecto a la diferencia entre ionizadores y purificadores de aire. El ionizador no puede servir como reemplazo de
los filtros HEPA instalados en los purificadores. Los ionizadores solo ayudan a depositar el polvo del aire. Estas partículas permanecen en el piso. No atrapa partículas de humo, como lo hace un limpiador de filtro.
Seguridad
Si decide ensamblar dicho dispositivo, tenga cuidado. Tome medidas cuando trabaje con corriente alterna de alto voltaje en la entrada y corriente continua en la salida. No le dé el dispositivo a los niños.
Asegúrese de que los cables de CA estén bien soldados y que no haya cables pelados fuera de la placa.
Use una cubierta de plástico; no toque los componentes del circuito cuando esté encendido. Descargue los condensadores cortocircuitándolos con un conductor de mango aislado,
Haga un nodo en el cable de alimentación donde se ajuste a la placa para que nadie lo saque de la placa.