Manos a la obra: trabajar con cintas de ledes Parte 1 - Crear luces residenciales debajo de los gabinetes

Nota del editor: La iluminación led es un proyecto de bricolaje ideal: es divertido, satisfactorio y gratificante. La parte 1 de esta serie de dos partes mostrará cómo realizar luces debajo del gabinete. La parte 2 mostrará cómo cambiar la iluminación del horno de microondas para que coincida con la temperatura de color.

Los ledes están reemplazando la iluminación incandescente y fluorescente en una variedad de aplicaciones existentes, pero las opciones para la iluminación debajo de los gabinetes son notablemente pocas. Sin embargo, para los entusiastas del bricolaje, los ledes con tecnología de montaje en superficie (SMT) que vienen presoldados a tiras y cintas largas son candidatos ideales para crear aplicaciones de iluminación personalizadas porque son pequeños, livianos y consumen relativamente poca energía.

Las tiras de ledes tienen otras ventajas también. Son fáciles de usar porque se cortan fácilmente con un par de tijeras afiladas y tienen adhesivo aplicado previamente, así que se adhieren a casi cualquier lugar. Además, los ledes emiten una fuente de alimentación de 12 voltios que los hace seguros para trabajar.

Este artículo muestra un proyecto práctico para crear iluminación debajo de los gabinetes en una cocina residencial usando solo una cinta de ledes de 5 metros de longitud, un atenuador controlado remotamente por RF, conectores de bajo voltaje y una fuente de alimentación conmutada de 12 voltios. El sistema de iluminación compacto resultante crea un área iluminada en el gabinete que es igualmente práctica (eleva el nivel de iluminación de un área de trabajo diaria) como atractiva.

"Cariño, ¿puedes...?" El origen de muchos proyectos de construcción

Al igual que con muchos proyectos de construcción, este proyecto comenzó con una solicitud conyugal. La iluminación debajo de los gabinetes desarrollada para una residencia anterior se echaba mucho de menos en el domicilio actual. El gabinete de la cocina necesitaba más luz. El proyecto anterior, desarrollado hace más de diez años, había requerido el uso de tiras de ledes individuales encapsuladas de un pie con los ledes espaciados a una pulgada de distancia en cada tira.

Un controlador de iluminación personalizado utilizaba una placa de control de motor modulada por código de pulso (PCM) basada en un microcontrolador de bajo costo con un código especial escrito por un contratista por $90 y un bloque de fuente de alimentación para computadora portátil que proporcionaba la energía requerida de 12 voltios. El cableado de este sistema anterior estaba excesivamente sobredimensionado con cables y conectores capaces de transportar diez veces más corriente de la necesaria.

Qué diferencia hacen diez años.

En primer lugar, muchos proveedores ahora ofrecen los ledes listos para usar para iluminación debajo del gabinete en una variedad de formas. Después de investigarlos, se dividen en dos categorías:

• Los sistemas de iluminación LED debajo del gabinete económicos que se venden en grandes cajas en las tiendas de bricolaje incorporan muy pocos ledes para proporcionar una iluminación brillante y pareja, y carecen de buenos controles de regulación.
• Hermosas luminarias que se venden en tiendas de iluminación especializadas que cuestan cientos de dólares.

Para un ingeniero o fabricante, la falta de alternativas de iluminación debajo de los gabinetes a precios razonables hace que este sea un proyecto ideal para hacer bricolaje y un desafío gratificante.

Comenzar con los ledes

La llegada de los ledes de SMT ha ampliado en gran medida las posibilidades de las aplicaciones de iluminación. Un desarrollo muy interesante es la introducción de cintas y tiras de ledes como la cinta flexible de ledes ZFS-155000-CW de JKL Components que se suministra como una cinta de cinco metros en una bobina (Figura 1). La cinta mide 15 milímetros de ancho y tiene 1200 ledes montados en ella.

Figura 1: Las cintas de ledes de SMT, como esta cinta flexible de ledes de doble fila ZFS-155000-CW de JKL Components, facilitan el diseño de iluminación personalizada debajo de los gabinetes. (Fuente de la imagen: JKL Components)

Estas cintas de ledes continuadas incorporan una doble hilera de ledes de SMT y resistencias de SMT, de modo que solo se necesita una fuente de alimentación de 12 voltios para encenderlas. La doble fila de ledes en esta cinta en particular produce el doble de luz que las cintas de ledes de una sola fila. Las cintas están hechas de tiras de ledes flexibles individuales soldadas entre sí para formar una cinta larga. También son muy delgadas, lo que permite instalaciones compactas y casi invisibles debajo de los gabinetes.

Una característica excelente de estas cintas es que se pueden cortar a medida con un simple par de tijeras. Hay marcas de corte impresas a lo largo de la cinta cada 25 milímetros (mm), por lo que hay mucha flexibilidad en el tamaño de las tiras individuales que se pueden cortar de la cinta más larga. El proyecto de luces debajo de los gabinetes que se muestra en este artículo utilizó tiras de 90 centímetros (cm) cortadas del carrete, que contenían suficiente cinta para cinco de estas tiras. La tira de cinco metros tiene un consumo de corriente de 4,3 amperios (A), por lo que cada tira de 90 cm requiere aproximadamente 774 mA. Digamos 1 A, para tener algo de margen.

Las tiras de los ledes son esencialmente placas de circuito impreso flexibles (placas de PC). Las trazas de alimentación de 12 voltios que suministran corriente a los ledes de SMT recorren toda la longitud de las bandas. Cortar las tiras deja las almohadillas de cobre expuestas en cada extremo de la tira para unir los cables. Las almohadillas de cobre se sueldan fácilmente pero asegúrese de usar fundente para limpiarlas antes de soldar.

Con almohadillas en cada extremo, es fácil cablear de una tira a la otra usando un par de cables cortos. Este proyecto aprovechó esa característica para simplificar el cableado.

El sustrato de aluminio proporciona muchas ventajas

El adhesivo aplicado a la parte inferior de la tira de ledes permite que las tiras se adhieran directamente a la parte baja del gabinete. Sin embargo, hacerlo tiene muchas desventajas:

• Es difícil reemplazar una tira pegada directamente en la parte inferior de los gabinetes si la iluminación se cae debido a una falla de los ledes.
• Los gabinetes de madera y plástico no proporcionan ningún tipo de disipador del calor para los ledes si la tira está conectada directamente.
• Los espacios entre los gabinetes proporcionan lugares donde la tira de ledes no tendrá soporte.

El uso de una barra de aluminio como sustrato para las tiras de ledes individuales resuelve estos tres problemas. Cinco barras que miden 36 por 1,25 pulgadas y alrededor de un octavo de pulgada de grosor sirvieron como sustratos de tiras de ledes para este proyecto. Debido a que la parte inferior de las tiras de ledes está aislada sobre todo por el adhesivo, se aplicó una capa aislante de cinta de poliimida ámbar de una pulgada de ancho, como la 1205 de 3M, al aluminio. Esto sirve como aislamiento adicional para eliminar cualquier posibilidad de cortocircuito y para facilitar la extracción de la cinta de ledes del aluminio si se necesita un reemplazo.

Montar las barras de aluminio también requiere algo de reflexión. El enfoque más fácil es perforar orificios de montaje en las barras de aluminio. Sin embargo, se necesitarán varios orificios para evitar el pandeo. El enfoque utilizado en este proyecto empleó extrusiones de aluminio perforado con una sección transversal en "Z" superficial que actúa como clips para las barras de aluminio. Estas extrusiones se venden como colgadores de imágenes de alta resistencia en las tiendas de materiales artísticos y funcionan muy bien en esta aplicación.

Seleccionar la fuente de alimentación y el método de regulación

Con los ledes seleccionados, el siguiente paso es elegir una fuente de alimentación. Todo el carrete de ledes consume un poco menos de 5 amperios, por lo que un suministro de conmutación pequeño como la fuente de alimentación de 75 vatios y 12 voltios LS75-12 de TDK-Lambda es más que suficiente para cumplir con los requisitos de este proyecto. La alta eficiencia de la fuente de conmutación significa que no generará mucho calor. Eso es importante porque la fuente de alimentación se montará y se cerrará dentro de un gabinete sobre el microondas de la cocina y se conectará a la misma toma de alimentación de CA.

La fuente de alimentación conmutada proporciona una potencia confiable de 12 voltios, pero no tiene capacidad de atenuación. La regulación requirió un diseño personalizado en un proyecto previo de iluminación debajo de los gabinetes de hace una década. Las cosas ya no son tan complejas. Ya están disponibles los módulos de atenuación controlados a distancia de bajo costo y baratos para aplicaciones de 12 voltios.

Ejemplo concreto: El controlador remoto inalámbrico de ledes ZCTR-08 de JKL Components (Figura 2). Este juego de 2 piezas incluye un pequeño controlador PWM en línea que se encuentra entre la fuente de alimentación y los ledes, y un pequeño módulo de control de RF de mano con botones de encendido/apagado y control de atenuación.

Figura 2: El ZCTR-08 es un controlador remoto de ledes basado en RF diseñado específicamente para atenuar los sistemas de iluminación led de 12 voltios. (Fuente de la imagen: JKL Components)

Debido a que este controlador usa RF en lugar de comunicación por infrarrojos, no se requiere línea de visión, lo que permite que el módulo de regulación se instale dentro del gabinete al lado de la fuente de alimentación.

El cableado no es tan simple

La configuración de cada cocina es diferente, por lo que cada sistema de iluminación debajo de los gabinetes requiere un plan de cableado diferente. Para este proyecto, dos de las tiras de ledes de 90 cm se montarán en un costado de un microondas central y se instalarán tres tiras en el otro lado. El módulo de suministro de energía y atenuación se montará sobre el microondas.

Cada tira consume un poco menos de 1 A, por lo que una pata del árbol de distribución de energía principal necesitaría transportar casi 2 A, y el otro lado casi 3 A. En consecuencia, el plan de distribución de cableado necesita un cable más pesado para alimentar las cajas de conexiones, una a cada lado de la instalación. El cable pesado entraría en una caja de conexiones montada debajo de los gabinetes en los extremos opuestos de una pared de la cocina. Los cables más pequeños saldrían de las cajas de conexiones para alimentar las tiras de ledes individuales a cada lado de la cocina.

En un lado de la instalación, dos tiras de ledes se montarán físicamente de extremo a extremo, utilizando la característica de cableado interno de las tiras de ledes mencionadas anteriormente para saltar del extremo de una tira a la siguiente, y así eliminar una pasada adicional de cable desde la caja de conexiones.

Para las cajas de conexiones eléctricas, se utilizaron dos cajas de aluminio fundido a presión 1590B de Hammond Manufacturing. Estas cajas son ideales para este tipo de aplicación. Son pequeñas, robustas, económicas y fáciles de perforar y mecanizar con herramientas manuales. Un orificio de tamaño mediano perforado con un taladro proporciona el punto de entrada para el cable grande de la fuente de alimentación, y un pequeño orificio perforado en un extremo de la caja brinda el orificio de salida para los dos cables más pequeños que suministran energía a las tiras de ledes (Figura 3). Una tira de terminales dentro del gabinete conecta el cable de alimentación grande a los dos cables de distribución más pequeños.

Figura 3: Un gabinete fundido a presión 1590B de Hammond Manufacturing es una caja de distribución eléctrica simple y fácil de usar. La figura muestra el gabinete de aluminio atornillado a la parte inferior del gabinete de la cocina. El cable pesado se conecta al módulo de atenuación de ledes inalámbrico y los dos cables más pequeños alimentan dos de las tiras de ledes a través de conectores JST. (Fuente de la imagen: Steve Leibson)

El diagrama de bloques para todo el sistema muestra la fuente de alimentación de 12 voltios yendo a las tiras de ledes (Figura 4).

Figura 4: El diagrama de bloques para el sistema del proyecto de iluminación de ledes muestra el diagrama de cableado completo del sistema desde la fuente de alimentación de 12 voltios hasta las tiras de ledes. Tenga en cuenta que la energía fluye a través de la tira de ledes superior izquierda para alimentar una segunda tira de ledes conectada en serie. (Fuente de la imagen: Steve Leibson)

Los cables de alimentación más pesados de la fuente de alimentación a las cajas de distribución tenían aproximadamente 10 pies de largo. Para evitar una caída de tensión durante esa ejecución, se utilizó un cable de altavoz rojo/negro de calibre 12. Eso es probablemente excesivo en esta aplicación, pero el cable estaba disponible.

La conexión de las cajas de conexiones a las tiras de ledes presentaba una opción más compleja. Las tiras de ledes de 90 cm se diseñaron mecánicamente para ser reemplazadas con facilidad, lo que significaba que el diseño eléctrico también debería permitir un fácil desmontaje y reensamblaje mediante el uso de conectores.

La mayoría de los conectores entre las dos cajas de conexiones y las tiras de ledes transportará menos de 1 A, pero las dos tiras de ledes conectadas en serie requieren casi 2 A a través de un conector. Este proyecto requirió conectores confiables y económicos y la serie RCY de JST con una clasificación actual de 3 A excede estos requisitos. Este proyecto utiliza arneses de cables basados en receptáculos de conexión RCY SYR-02T de JST, contactos macho SYM-001T-P0.6, conectores SYP-02T-1 RCY y contactos hembra SYF-001T-P0.6. Estos conectores compactos de color rojo brillante aparecen en la Figura 3 anterior. Los conectores RCY de JST se usan comúnmente para conexiones de alimentación de batería de bajo voltaje en muchas aplicaciones de aficionados y fabricantes.

Los ensambles de cables y conectores precableados, confiables y económicos con la clasificación de corriente adecuada, como el juego de cables 2880 de Adafruit también se usan comúnmente para conexiones de alimentación de baterías de bajo voltaje en muchas aplicaciones de aficionados y fabricantes. También hubieran sido ideales para este proyecto.

Que se haga la luz

Perforar orificios, atornillar todos los componentes en su lugar y cablear todo requiere un esfuerzo de un día completo. Sin embargo, toda la planificación anterior dio sus frutos y hubo algunos desafíos sorpresivos que superar. Toda la instalación es compacta y casi invisible. La primera presión del botón de encendido/apagado en el control remoto de RF encendió inmediatamente las cinco tiras de ledes, que también se atenuaron al recibir la orden tal como estaba previsto.

Figura 5: El sistema de iluminación completo proporciona luz brillante y uniforme, y los accesorios y el cable son apenas visibles. (Fuente de la imagen: Steve Leibson)

Lo mejor de todo: su esposa estaba muy contenta con el resultado final.

Conclusión

Como se muestra, las cintas de ledes son una forma versátil de brindar mucha iluminación de forma muy compacta y fácil de implementar. En particular, son excelentes cuando se usan para proporcionar largos recorridos de iluminación.

La cinta de ledes utilizada en la Parte 1 de esta serie de dos partes vino en una bobina de 5 m de la cual se cortaron cinco de 90 cm de longitud. La Parte 2 le mostrará cómo usar la cinta de los ledes restante para cambiar la iluminación del microondas para que coincida con la temperatura de color de los ledes debajo de los gabinetes.