Cálculos de resistencia para led

Descarga al versión en PDF mas completa - Calulo para Led.pdf

Se sabe que las resistencias limitan la corriente que puede pasar por ellas al igual que el voltaje, esto a costa de una pérdida de potencia que la misma resistencia disipa en forma de calor.

El cálculo de estas resistencias se hace a partir de la ley de ohm, la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo.

                                                                               

       

  Esto quiere decir que la corriente va en función del voltaje que se aplique y la resistencia del material, entre más voltaje y menos resistencia mayor será la corriente, caso contrario si la resistencia aumenta será menor la corriente.

Conociendo eso aplicaremos la ecuación a nuestro favor, pero primero necesitamos aprender algo de circuito serie y paralelo, para saber cómo se comportan los elementos eléctricos.

Consideremos los valores de carga del led, entonces para un led se necesitaría una resistencia diferente que para dos. Ahora el circuito en serie quiere decir que los dos led estarán vinculados, uno dependerá del otro, al igual que una batería el led o diodo tiene una polaridad, es decir se necesita un polo positivo y uno negativo (CD) y por lo tanto al igual que una batería al colocarse en

seria el voltaje tiende a sumarse. Si son 3 volts dé cada uno ahora con dos en serie serán 6 volts, pero la corriente será la misma.     

                                 

En cambio sí se conecta en paralelo lo que se suma es la corriente, es decir tres en paralelo sumarían 

75 mA, pero el voltaje seria el mismo. 

Esto es necesario para saber qué datos utilizaremos, al calcular la resistencia para un led, tenemos que tener en cuenta la corriente ya sea de un led o de tres led, además del voltaje como lo vimos en la ley de ohm, pero para este caso tenemos la corriente y el voltaje pero no la resistencia.

Lo que haremos es despejar la resistencia que usaremos. Analicemos un circuito con un led y una resistencia.

Sabemos que el led consume 3 volts y una corriente máxima de 25 mA, y  que la fuente es de 5 volts y 700 mA. Entonces la resistencia debe disipar la potencia de sobra. Normalmente por lógica se pensaría que al igual que el voltaje, la fuente entregara toda la corriente, es decir 700 mA, pero no es así, ese dato de corriente es para no sobrepasarlo la fuente entregara la corriente que el sistema pida, el led consumirá la corriente que le esté llegando hasta que se sature, saturar es el término que se le denomina cuando un diodo deja pasar corriente, para este caso iluminar; pero que pasa si el diodo se sigue saturando más alla de los 25 mA, ocurrirá un daño al mismo, este es el caso de un diodo sin una resistencia o algún transistor que limite la corriente. Conociendo los datos de operación del led, sabemos que si sobrepasamos la corriente máxima este perderá la vida útil y se reducirá drásticamente dejándolo inutilizable.  

Al momento de hacer los cálculos se consideran valores próximos al rango menor, esto para tener seguridad en el sistema, tener un rango que pueda soportar una sobre corriente o alguna falla en la alimentación.

Es por eso que la resistencia se calculara de la siguiente forma, se toma el voltaje de la fuente a este se le resta el que el led necesita, 5vols-3volts=2 volts, ese voltaje es el que deberá disipar la resistencia, es un voltaje fijo, y la corriente que se disipara es la corriente del led (25 mA). 

El resultado se obtiene en ohm y es el valor aproximado de la resistencia, cabe aclarar que el prefijo m de mA refiere a una cantidad dividida entre 100, es decir 25/100=0.025 y es de esta forma que se introduce en la ecuación. 

De igual forma se calculan resistencias para mas led, con la única diferencia que debemos observar cómo se comportaran los voltajes y corriente al colocar leds en serie y paralelo. Para ello hablaremos de otra ley llamada ley de corrientes  de Kirchhoff. 

Esta ley también conocida como ley de nodos, un nodo es el nombre que se le da en donde dos elementos o más se unen. Y habla sobre el comportamiento de la corriente que circula en los lasos.  

La ley básicamente dice que la suma de las corrientes que entran al nodo es igual a la suma de la salida.

Como se observó en la ilustración 6 se tiene 18 mA a la entrada pero al entrar al nodo 1 se divide de acuerdo a los valores de la resistencia, para este caso las dos resistencias son iguales. Se ve que las dos resistencias están conectadas en paralelo entre si y la fuente, por lo tanto el voltaje será el de la fuente  se puede comprobar aplicando la ley de ohm 1000 ohm *0.009 Amp = 9v. Pero qué pasaría si fueran más resistencias en serie. 

Para este caso la resistencia R3 continuara teniendo los mismos valores de voltaje y corriente porque está en paralelo con la fuente, pero R1 y R2 ahora están en serie ¿pero como se encuentran con respecto a la fuente y R3? A este unión se le llama laso, a la conexión de R1 y R2 entre los nodos 1 y 2,  de igual forma a donde esta R3. La corriente en R3 sigue siendo 9 mA, pero en el lazo de R12  la corriente desminuira, ya que la suma de las dos son 2000 oms, y como las dos están en paralelo con la fuente el voltaje será 9v entonces 9/2000= 4.5 mA. Entonces la corriente que entra al nodo 1 sera la suma de los dos lasos 9 + 4.5 = 13.5 mA.  

Observemos la ilustración  donde se muestra un circuito de tres leds conectados a una resistencia. 

Los tres led están conectados en paralelo pero el conjunto de ellos esta en serie con una resistencia, se observan entonces tres lazos y cuatro nodos,  como necesitamos calcular la corriente que entrara al sistema solo se toman en cuenta los tres leds. Es decir calcularemos la resistencia de acuerdo al voltaje que necesitemos y corriente que pida, considerando las características del led, nosotros deseamos que para cada led se tenga una tensión de 3v (led en paralelo), entonces la resistencia deberá permitir el paso de ese voltaje, la corriente será la suma de las corrientes de los lasos si cada laso tiene una corriente de 25 mA la suma de los tres lasos será 75 mA, teniendo los datos calcularemos la resistencia.

Consideremos la fuente como de 5v, entonces la resistencia deberá disipar 2v que es la diferencia de la fuente y los led, la corriente que circulara en la resistencia es la misma que entra al primer nodo (75 mA). Entonces se obtiene lo siguiente. 

¿Cuantos led poner?

¿Cuantos led poner?

Hola amigos, en esta ocasión les comento como calcular la cantidad de leds o la fuente necesaria para alimentarlos, es algo realmente simple y que prácticamente quien se lo proponga lo puede hacer.

También  coloco el vídeo al final del blog.

Para esta ves quise que la fuente de alimetacion fuera la misma tensión de voltaje que tengo en casa y probablemente ustedes también. acá en México tenemos un voltaje a 120 v y 60 hrz, osea que es corriente alterna, cosa que los led funcionan en corriere directa.

diagrama de puente rectificador

Entonces, rectifique la corriente mediante un puente rectificador con cuatro diodos, pero si quieren pueden comprar el puente ya encapsulado.

tipos de puentes encapsulados 

En un principio pensé que el voltaje rectificado seguiría siendo 120 v así que hice los cálculos con las características de mis leds, 3v @ 20 ma; encontré que 120v/3v= 40 leds. Los conecte e iluminaron de maravilla pero pocos minutos después me di cuanta que comenzaron a calentarse, entonces investigue y al parecer cuando rectificas el voltaje sube, asta llegar a 150 v. Entonces 150/3=50 leds, al conectarlos siguieron iluminando bien y ya no se calentaron.

En el siguiente diagrama se muestran como va conectado todo, se puede observar un apagador, el puente rectificador, el potenciometro o resistencia variable, y los leds; cabe aclarar que todos los led son en serie.

diagrama eléctrico y simulación 

50 leds conectados en serie.

Deben tener claro que todos los 50 leds van en serie, ya que los voltajes en serie se suman y la corriente se mantiene, es decir un led consume 3 v, dos leds en serie consume 6 v, 3 consume 9 v y asi sucesivamente, mientras con la corriente no pasa nada se mantiene fija a 20 mA.

leds encendidos

Como les decía esto es solo un ejemplo de como podrían conectarlos, ya que la fuente puede ser, desde un batería asta un generador. siempre y cuando el voltaje se mantenga fijo y sea en corriente directa. 

Después monte estos leds, mas unos cuantos rojos y naranjas, esperando que dieran un tono mas cálido; sumando ahora 60 leds en total, por lo tanto decidí ponerlas en cuatro tablitas con 15 leds cada una quedándome algo así.

leds en tablitas

Como se aprecia en la anterior imagen, tiene un potenciometro de 100k en serie con los leds, este no lo calcule, solo tenia ese disponible, lo puse y funciono. Ahora a montar todo para obtener el objetivo.

colocando en posición 

Decidí formar un cubo en que las caras laterales fueran las áreas que ilumine, porque desde mi diseño, decidí que seria una lampara de cono, así el cono reflejaría la luz y tendríamos una iluminación pareja y difusa, por que iluminar directamente con un led a una distancia tan corta genera áreas iluminadas des igualmente. 

Montando en la base

La base no es mas que una caja de madera que construí a partir de unas tablas que tenias, solo coloque el apagador, el puente rectificador y el potenciometro dentro de ella. Para darle altura, coloque un trozo de un familiar del bamboo, y una base para el cono.

lampara terminada, sin acabados.

                                                      vídeo con otro cono mas eficiente.

Lampara de leds rojos

Lampara de leds

foto tomada de día, con poca iluminación

En este blog explico paso a paso como hacer una lamparita de noche o bien puede ser adaptada para iluminación, cabe aclarar que yo he creado este pequeño proyecto y tal vez encuentres mas similares por la red.

Si no quieres leer todo este rollo, puedes ir asta abajo y ver el vídeo donde también lo explico.

Empecemos por los materiales y costos, en mi caso la alimentación eléctrica esta dada por un eliminador para celular que encontré en mi casa, lo demás lo compre, los leds y la baquelita; los otros productos como el acido y la soldadura de estaño, ya los tenia. En total haciendo una estimación de como creo que están los precios para México en este momento, el costo total con todo lo que tenia es alrededor de 150 peso.

Ahora las herramientas que utilice son, cautín, pinzas, taladro (con su respectiva broca) y lija; la broca es muy pequeña y no recuerdo cual es la medida, pero pueden pedirla como la mas pequeña, ya que las patitas del led son muy delgadas.

Eliminador a 120 vots

En mi caso utilizaría 5 hileras de 3 leds, esto lo decidí a partir de las características del eliminador que son a la salida 4.5 volts y una corriente de 800 mA, si no sabes de circuitos eléctricos básico, lo explicare lo mas claramente posible. no utilizare un interruptor, ya que el eliminador con el simple echo de que este conectado tiene un consumo, así que para apagar tendría que desconectarse. 

Un poco de de circuitos eléctricos.

La alimentación que tal ves tienes en tu casa es de corriente alterna a 120 volts y 60 hrz, los leds funcionan con corriente directa (como una batería) a un volta mucho menor, de esto se encarga el eliminador, convierte de CA a CD, reduce el voltaje y limita la corriente. La electricidad se divide en 2 parámetros, corriente y voltaje, estos son los que debes de considerar. Ahora veamos el comportamiento  de ellos, debes de saber que el voltaje en serie es diferente y en paralelo el mismo, al contrario la corriente en serie es igual y en paralelo es diferente.

Ahora veamos el led, que tiene polaridad, son de muy bajo consumo y son duraderos. En mi caso use leds rojos que encontré en una electrónica, compre 15 a 2 pesos cada uno. Consumen 1.6 volt aproximadamente y 20 mA como máximo. Con esto tengo que si pongo tres led en serie suman 4.8 volts a 20 mA, si pongo 5 series en paralelo seguiré teniendo los 4.8 volts pero a 100 mA, eso es una octava parte de la corriente que me da mi eliminador de 800 mA. esta dentro de los rangos , no te preocupes si la corriente, como en mi caso, es superior; si la sobre pasas, el eliminador puede ser dañado, es decir si yo exigiera 900 mA. Lo que si se debe cumplir es el consumo de voltaje.

polaridad del led

 Procedamos a la explicación de la elaboración, sabemos que vamos a poner y como los vamos a conectar, nuestro circuito lo montaremos en una baquelita, que es plástico con una delgada capa de cobre en sima, son utilizadas para evitar poner un montón de cables, además de que son fáciles de usar. Para poder dibujar nuestro circuito ahí que imaginarlo con todas las conexiones necesarias, tengan en cuenta que la capa de cobre es la parte de abajo por lo tanto debes dibujar tu circuito como un negativo. tendrán que buscar un marcador negro de aceite, con este dibujaran las líneas con las que se alimentan todos los leds, ahí que tener ciertos cuidados como limpiar bien la superficie antes de usarla , marcar bien las líneas y al ponerla en ácido férrico no salpiques que mancha y no se quita. Después de que tengamos nuestro circuito, haremos los portillos necesarios para introducir las conexiones de nuestros elementos.

Dibujo del circuito

Circuito terminado

Teniendo ya los portillos, colocaremos y soldaremos cada pieza, tengan cuidado de no quemarse con el cautín y de respirar los humos que provocan, tengan paciencia que si son primerizos le sufrirán un poco. Solo queda ver que todo este bien conectado y no provoque cortos circuitos.

Mi resultado final fueron solo 4 series de leds que suman 12 leds, ya que uno de los tres de la quinta hilera se quemo durante las pruebas y no funciona solo con dos,  esto no se vio afectado en nuestros cálculos, ya que solo cambio el consumo de corriente de 100 mA a 80 mA.

Eso fue la parte eléctrica, de ustedes depende el diseño y que se vea bonita. Si quieres puedes cambiar estos led por unos blancos ultrabrillantes que puedes usar como lámpara de lectura.... solo es de rehacer los cálculos y tal ves poner resistencias.

Esto es todo, gracias por visitar mi pagina y si tienes alguna duda puedes preguntar.