Resumen

En México hay estados los cuales tienen localidades que no cuentan con conectividad eléctrica debido a pobreza, marginación y ubicación geográfica, algunos de ellos son: Chiapas, Veracruz, Michoacán el Estado de México etc. Debido a estas razones muchas personas en la actualidad utilizan lámparas de queroseno, gas, gasolina, etc., las cuales pueden causar accidentes, y no brindan la iluminación suficiente. El  hollín emitido por las lámparas de queroseno no solo son un peligro ambiental, los gases tóxicos pueden causar graves daños en las personas y los pone en riesgo de enfermedades respiratorias.Queremos ofrecer una iluminación limpia, para dar acceso a linternas solares que a diferencia de lámpara de queroseno no causan contaminación ni enfermedades respiratorias. Con este proyecto buscamos encontrar una alternativa más accesible, eficiente e inteligente en forma de lámparas de refracción y energía Esta lámpara utilizará  la refracción solar por el día haciendo uso del método Moser y por la noche focos led de alta luminosidad conectados a un circuito electrónico,  el cual proveerá energía de una batería que se recargara por medio de una celda solar.Buscamos hacer uso de materiales reciclables en su mayoría, económicos y de fácil acceso, así como de fabricación sencilla, para que pueda ser una alternativa sustentable y podamos acercarnos a asociaciones sin fines de lucro que estén dispuestas a apoyar con materiales, producción y/o distribución.Si llevamos a cabo el proyecto de una manera exitosa, podríamos colaborar a mejorar la vida de muchas personas que en este México del año 2016, aún siguen iluminando sus viviendas de maneras inadecuadas por falta de apoyo de la sociedad.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

En México hay estados los cuales tienen localidades que no cuentan con conectividad eléctrica, por esto algunas personas utilizan lámparas de  queroseno y combustible los cuales pueden causar accidentes, dañar la salud y no brindan una buena iluminación.

Antecedentes

Lámpara método Moser:

El mecánico brasileño Alfredo Moser descubrió que una botella de plástico con agua y cloro pueden iluminar el interior de una casa durante el día, reemplazando así  el uso de energía eléctrica. Estas lámparas funcionan con la refracción de la luz solar, utilizando cloro para evitar que el agua se torne verde por moho o algas. Luego de llenar la botella con agua y un poco de cloro, se hace un hoyo el en techo y la botella se mete a presión, después de fija con una resina para evitar goteras. Según Alfredo, se estima que dependiendo de la cantidad de sol durante el día, la luz puede alcanzar de 40 a 60 watts.

El “Método Moser” ha sido utilizado en todo el mundo, por ejemplo en las Filipinas en donde la organización MyShelter ha instalado este tipo de foco desde el 2011 y además, ha enseñado a las personas a instalarlas,  así creando empleos. El método se emplea en otros quince países, que incluyen India, Bangladesh, Argentina y Fiji, entre otros.

Refracción de la Luz.

La refracción, es una modificación de la dirección  de una onda cuando ésta pasa de un medio a otro. Para que este cambio se produzca, la onda debe incidir en sentido oblicuo sobre la superficie que separa ambos medios y estos deben contar con diferentes índices de refracción

Diodo LED

El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros.

Eléctricamente el  diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanio. Si se pasa una corriente a través del diodo semiconductor, se inyectan electrones y huecos en las regiones P y N, respectivamente. Dependiendo de la magnitud de la corriente, hay recombinación de los portadores de carga (electrones y huecos). Hay un tipo de recombinaciones que se llaman recombinaciones radiantes (aquí la emisión de luz).

Circuito electrónico

Un circuito eléctrico típicamente está compuesto por conductores y cables conectados a ciertos elementos de circuito como aparatos (que aprovechan el flujo) y resistencias (que lo regulan).

Si se conecta el polo positivo de una fuente eléctrica al polo negativo, se crea un circuito. Entonces la carga se convierte en energía eléctrica cuando los polos se conectan, permitiendo el flujo continuo de energía cinética.

Los electrones siempre se desplazarán por medio de energía cinética de cuerpos con carga negativa hacia cuerpos con carga positiva con cierto voltaje a través de un vínculo o un puente entre ambas terminales que usualmente llamamos “circuito”. El nombre “positivo” o “negativo” únicamente sirve para  indicar el sentido de las cargas.

Al crearse un puente, dependiendo de la resistencia de las partículas que compongan al puente será la velocidad de transportación de los electrones de los átomos con exceso de electrones (iones negativos) hacia los átomos con falta de electrones (iones positivos).

También se puede instalar un interruptor. Cuando presionas el interruptor conectando las puntas, el circuito se “cierra” y la corriente fluye, de lo contrario el circuito queda “abierto” y la corriente no puede fluir.

Objetivo

Desarrollar una lámpara que haga uso de la refracción solar por el día y que cuente con un sistema de recarga solar y diodos LED, para que pueda ser utilizada en la noche.

Justificación

Con este proyecto buscamos encontrar una alternativa más accesible eficiente e inteligente en forma de lámparas de refracción y energía solar. Queremos ofrecer una iluminación limpia para dar acceso a linternas solares que a diferencia de lámpara de queroseno no causan contaminación ni enfermedades respiratorias.

Hipótesis

Si desarrollamos un dispositivo de iluminación que sea económico y sustentable, entonces podremos solicitar apoyo a asociaciones sin fines  de lucro para hacerlas llegar a las personas que más lo necesiten.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales para la lámpara:

• 1 tubo hidráulico de pulgada y media.
• 1 cople con rosca de pulgada y media.
• 1 manguera de media pulgada.
• 1 empaque de pulgada y media.
• 1 taquete de media pulgada.
• Lámina de fibra de vidrio.
• 80 ml de silicon sellador.
• Una botella de PET de 2 litros.

Materiales para el sistema electrónico:

• 5 diodos 4007.
• 1 resistencia 220 microfaradios.
• 1 resistencia de 560  kohms.
• 1 resistencia de 1  kohm.
• 1 resistencia de 1 ohm.
• 1 capacitor de cerámica 104 k.
• 1 cable eléctrico de metro  y medio calibre 22.
• 1 metro de termofil.
• 1 placa fenólica 5×5 partida a la mitad.
• 1 switch apagador.
• 4 diodos LED de alta luminosidad.
• 1 celda solar.
• Hoja transfer.
• 220 ml de cloruro férrico
• Soldadura

 Elaboración de la lámpara:

1. Marcar la circunferencia de la botella en la lámina de fibra de vidrio.
2. Realizar el orificio del tamaño  de la  circunferencia marcada.
3. Insertar la botella en el orificio y sellar con silicón para mantenerlo firme y dejarlo secar durante 24 horas.
4. Llenar la botella con agua purificada y agregamos 3 cucharadas de cloro para evitar que con el tiempo se llene de moho.

 Elaboración del sistema electrónico:

1. Diseñar el circuito electrónico en la computadora con el software livewire y PCB wizard.
2. Imprimir el circuito en la hoja transfer con ayuda de una impresora láser.
3. Recortar  el circuito de la hoja transfer.
4. Transferir el circuito a la placa fenólica utilizando una plancha de ropa colocándola encima de la hoja transfer durante 5 minutos.
5. Colocar en  agua la placa fenólica durante 5 minutos
6. retirar el papel transfer de la placa fenólica para que solo quede la tinta.
7. Sumergir la placa fenólica en cloruro férrico durante 10 min. para que se disuelva el cobre y se quede el cobre donde está marcado el circuito.
8. Remover la tinta de la placa fenólica  con acetona.
9. Perforar la placa fenólica con ayuda de un mini taladro donde se  insertarán los componentes.
10. Insertar los componentes.
11. Soldar los componentes a la placa haciendo uso de  cautín y soldadura.
12. Unir los diodos led con cable haciendo uso de cautín soldadura y termofil.
13. Colocar el empaque en la manguera.
14. Con ayuda de un cable insertar los diodos LED.
15. Colocar el cople  a la botella para medir la manguera y cortar el excedente. .
16. Insertar el taquete en el extremo de la manguera que se sumergirá  dentro de la botella y sellar con silicón
17. Cortar el exceso de manguera
18. Pegar el empaque con silicón al acople con rosca.
19. Cortar el tubo hidráulico a 23 cm.
20. Perforar el tubo hidráulico para sacar los cables que irán conectados al switch.
21. Soldar los cables del switch al circuito.
22. Colocar el circuito electrónico dentro del tubo hidráulico.
23. Colocar el cople de 2 pulgadas en el tubo hidráulico donde se insertará la batería.
24. Soldar la batería al circuito electrónico.
25. Colocar la batería  dentro del cople.
26. Soldar la celda solar a los cables del circuito electrónico.
27. Pegar la celda solar con silicón encima del acople de 2 pulgadas.
28. Soldar el switch.

Galería Método

Resultados

Los resultados fueron los esperados, la lámpara funcionó como se debe. La lámpara utiliza la refracción solar en el día y la batería se recarga mediante la celda solar correctamente en un transcurso de 4 horas  en la noche los diodos LED funcionan e iluminan con gran intensidad ya que el agua ayuda a la iluminación.

Galería Resultados

Discusión

Una de las ventajas de esta lámpara es que a diferencia de la lámpara que creó el brasileño Alfredo Moser, está brinda iluminación suficiente  para una casa en la noche ya que hicimos la modificación de agregarle el sistema de diodos LED con batería recargable.

En viviendas muy aisladas sería muy costoso y tardado  poder proveer iluminación, es por esto que creemos que esta solución podría ser una alternativa para arreglar este problema.

Conclusiones

La lámpara funciona exactamente como lo esperábamos y debido a que hicimos uso de materiales  económicos y reciclables podríamos buscar asociaciones que ayuden a la producción y distribución para hacerlas llegar a las personas que más lo necesiten.

Bibliografía

• ¿Qué es un diodo LED?, S.F., Fecha de Consulta: 17 de Enero de 2016. URL: http://unicrom.com/diodo-led/
• Cómo hacer una bombilla de luz solar con unabotella, S.F., Fecha de Consulta: 17 de Enero de 2016. URL: http://es.wikihow.com/hacer-una- bombilla-de-luz- solar-con- una-botella
• Civantos D, Una botella de plástico con agua y lejía para iluminar la vida de los más pobres, 22 de julio de 2011, Fecha de Consulta: 12 de Febrero de 2016. URL: http://blogs.lainformacion.com/futuretech/2011/07/22/un-litro- de-luz- la-botella- de-plastico- con-agua-y- lejia-que- ilumina-la- vida-de- los-mas- pobres
• Fabricación de circuitos impresos, S.F., Fecha de Consulta: 13 de Febrero de 2016. URL:http://construyasuvideorockola.com/fabricacion_impresos_01.php
• Estefani G, S.F., ¿Qué es un circuito eléctrico?, Fecha de Consulta: 16 de febrero de 2016, URL: http://www.artinaid.com/2013/04/que-es- un-circuito-electrico/
• Definición de refracción, S.F., Fecha de  Consulta: 18 de febrero de 2016. URL: http://definicion.de/refraccion/
• Fabricación de circuitos impresos (PCB), S.F.,Fecha de Consulta: 21 de febrero de 2016. URL: http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/circuitos-impresos.htm

Summary

In Mexico there are states which have localities that do not have electrical connectivity due to poverty, marginalization and geographical location, some of them are: Chiapas, Veracruz, Michoacán, México etc. Because of these reasons many people currently use kerosene lamps, gas, gasoline, etc., which may cause accidents, and do not provide sufficient lighting.

Soot emitted by kerosene lamps are not only an environmental hazard, toxic gases can cause serious damage to people and puts them at risk for respiratory diseases.We want to offer a clean lighting, to provide access to solar lanterns that unlike kerosene lamp not cause pollution and respiratory diseases.

With this project, we find a more accessible, efficient and intelligent refraction shaped lamps and solar energy alternative. This lamp uses solar refraction for the day using the method Moser and evening high brightness LED spotlights connected to an electronic circuit, which will provide power from a battery that is recharged by a solar cell.

We seek to make use of recyclable materials mostly cheap and easily accessible and simple to manufacture, so that it can be a sustainable alternative and we can approach associations nonprofit willing to support materials, production and / or distribution If we carry out the project in a successful manner, we could work together to improve the lives of many people in this Mexico 2016, yet still light their homes in ways inappropriate for lack of support from society.

Research Question

Problem approach

In Mexico there are states which have localities that do not have electrical connectivity, so some people use kerosene lamps and fuel which may cause accidents, damage health and do not provide good lighting.

Background

Moser lamp method:

Brazilian mechanic Alfredo Moser found a plastic bottle with water and chlorine can illuminate the interior of a house during the day, replacing the use of electricity. These lamps operate with refraction of sunlight, using chlorine to prevent water turns green mold or algae. After filling the bottle with water and a little bleach, a hole is made the ceiling and the bottle gets under pressure, after fixed with a resin to prevent leaks. According to Alfredo, it is estimated that depending on the amount of sun during the day, light can reach 40 to 60 watts.

The «Moser Method» has been used worldwide, for example in the Philippines where the MyShelter organization has installed this kind of focus since 2011 and has also taught people to install them, thus creating jobs. The method is used in fifteen other countries including India, Bangladesh, Argentina and Fiji, mong others.

Refraction of Light.

Refraction, is a modification of the direction of a wave as it passes from one medium to another. For this change occurs, the wave must affect obliquely on the surface separating the two media and they must have different refractive indices

LED diode

The LED is a special type of diode, which works as a common diode, but to be traversed by electric current, emits light. There are LEDs of various colors that depend on the material with which they were built. There are red, green, yellow, amber, color infrared, among others.

Electrically LED behaves like a diode silicon or germanium. If a current is passed through the semiconductor diode, electrons and holes are injected into the P and N regions respectively. Depending on the magnitude of the current, there is recombination of charge carriers (electrons and holes). One type of recombinations are called radiant recombinations (here light emission).

Electronic circuit

An electrical circuit is typically composed of conductors and connected to certain circuit elements as devices (which use the flow) and resistance (that regulate) cables.

If the positive pole of a power source is connected to the negative pole, a circuit is created. Then the charge becomes electric power when the poles are connected, allowing continuous flow of kinetic energy.

Electrons always move through kinetic energy of bodies negatively charged to positively charged bodies with a certain voltage across a link or bridge between the two terminals we usually call «circuit». The «positive» or «negative» name is only used to indicate the direction of the loads.

To a bridge, depending on the strength of the particle will be created to bridge the conveying speed of the electrons of atoms with excess electrons (negative ions) to the lack of electrons with atoms (positive ions).

You can also install a switch. When you press the switch connecting the ends, the circuit is «closed» and the current flows, otherwise the circuit is «open» and the current can not flow.

Objective

Develop a lamp that make use of solar refraction for the day and that has a solar charging system and LEDs, so it can be used at night.

Justification

With this project, we find a more affordable efficient and intelligent as refraction and solar lamps alternative. We want to offer a clean lighting to give access to solar lanterns that unlike kerosene lamp not cause pollution and respiratory diseases.

Hypothesis

If we develop a lighting device that is economical and sustainable, then we can request support for non-profit associations to make them reach those most in need.

Method (materials and procedure)

Lamp Materials:
-a Hydraulic tube of inch and a half .
-a threaded coupling of inch and a half .
-a half-inch hose .
-a -half inch packing .
-a half-inch dowel pin.
-Fiberglass sheet .
-80 ml of silicone sealant industrial.
-a PET bottle of 2 liters.
Materials for electronic system :
-5 diodes 4007 .
-a resistor 220 microfarads.
-a 560 kohm resistor .
-a 1 Kohm resistor .
-a 1 ohm resistor 1 .
-a 104 k ceramic capacitor .
-1 electric cable .22 meter and a half .
-1 meter of termofil .
-1 Phenolic plate 5×5 halved .
-1 damper switch.
-4 high power LEDs .
-1 solar cell.
-Transfer sheet .
-220 ml of ferric chloride.

Development of the lamp:

1. Mark the circumference of the bottle into the glass fiber sheet .
2. Perform hole circumference size marked .
3. Insert the bottle into the hole and sealed with silicone to keep firm and let it dry for 24 hours.
4. Fill the bottle with purified water and add 3 tablespoons of bleach to prevent eventually moldy .

Development of the electronic system:

1. Electronic circuit design on the computer with the software and PCB livewire wizard.
2. Print the circuit on the transfer sheet using a laser printer.
3. Cutting the sheet transfer circuit.
4. Transfer the plate to the phenolic circuit using a clothes iron by placing above the sheet transfer for 5 minutes.
5. Place plate in the phenolic water for 5 minutes and remove the transfer paper phenolic board, leaving only the ink.
6. Immerse the phenolic plate in ferric chloride for 10 min to dissolve copper and copper which is marked circuit stays.
7. Remove ink phenolic plate with acetone.
8. Perforate the phenolic plate using a mini drill where the components are inserted.
9. Insert components.
10. Soldering the components to the board and soldering using electric welding.
11. Uniting LEDs wired using termofil welding and soldering iron.
12. Place the gasket on the hose.
13. placing the coupling to the bottle to measure and cut the hose over.
14. Using a wire insert LEDs.
15. cut the excess hose
16. Inserting the dowel pin into the hose end to be immersed into the bottle and sealed with silicone
17. Paste the package with silicone to threaded coupling.
18. The hydraulic tube cut to 23 cm.
19. Pierce the hydraulic tube pair will pull the cables connected to the switch.
20. Solder the wires to the switch circuit.
21. Placing the electronic circuit within the hydraulic tube.
22. Place the 2-inch coupling in the hydraulic tube where the battery is inserted.
23. Solder the battery to the electronic circuit.
24. Place the battery inside the coupling.
25. Solar cell soldering wires to the electronic circuit.
26. Paste the above silicone solar cell with 2-inch coupling.
27. Solder the switch.

Method Gallery

Results

The results were as expected , the lamp worked as it should. The lamp uses solar refraction in the day and the battery is recharged by solar cell correctly on a course of 4 hours at night LEDs light up work with great intensity because water helps lighting.

Results Gallery

Discussion

One of the advantages of this lamp is that unlike the lamp that created the Brazilian Alfredo Moser is providing enough illumination to a house at night as we did the modification of adding the LEDs system rechargeable battery.
In very isolated homes it would be very costly and time-consuming to provide illumination , so we believe this could be an alternative solution to fix this problem .

Conclusions

The lamp works exactly as expected and because we used economic and recyclables materials we could look for partnerships to help the production and distribution to make them reach the people who most need it.

Bibliography

• ¿Qué es un diodo LED?, S.F., Fecha de Consulta: 17 de Enero de 2016. URL: http://unicrom.com/diodo-led/
• Cómo hacer una bombilla de luz solar con unabotella, S.F., Fecha de Consulta: 17 de Enero de 2016. URL: http://es.wikihow.com/hacer-una- bombilla-de-luz- solar-con- una-botella
• Civantos D, Una botella de plástico con agua y lejía para iluminar la vida de los más pobres, 22 de julio de 2011, Fecha de Consulta: 12 de Febrero de 2016. URL: http://blogs.lainformacion.com/futuretech/2011/07/22/un-litro- de-luz- la-botella- de-plastico- con-agua-y- lejia-que- ilumina-la- vida-de- los-mas- pobres
• Fabricación de circuitos impresos, S.F., Fecha de Consulta: 13 de Febrero de 2016. URL:http://construyasuvideorockola.com/fabricacion_impresos_01.php
• Estefani G, S.F., ¿Qué es un circuito eléctrico?, Fecha de Consulta: 16 de febrero de 2016, URL: http://www.artinaid.com/2013/04/que-es- un-circuito-electrico/
• Definición de refracción, S.F., Fecha de  Consulta: 18 de febrero de 2016. URL: http://definicion.de/refraccion/
• Fabricación de circuitos impresos (PCB), S.F.,Fecha de Consulta: 21 de febrero de 2016. URL: http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/circuitos-impresos.htm