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CORONAVIRUS 3
La sección de fuente de los leds UV

por PICERNO




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3.1 INTRODUCCIÓN

Porque analizar un LED UVA de 395 nM cuando ya hay en el mercado LED UVB de 250 nM que es la frecuencia ideal para matar a los virus.  Los técnicos y los ingenieros están mucho mas cómodos cuando se habla de frecuencias que cuando se habla de longitudes de onda. ¿Cual es la frecuencia equivalente a 250 nM?
La longitud de onda se calcula con la fórmula F=C/L en donde  L es la longitud de la onda electromagnética y C la velocidad de la luz. Reemplazando valores:
 
F= 300.000.000 m/seg / 250x10-9 m  = 0,004 x 109 x 300.106 

F= 1200.1012 Hz = 1200.000.000 106 = 1.200.000 GHz

                        F =  1.200 THz   (1.200 Tera Hertz)

En una palabra que son frecuencias del orden de 1.000.000 de veces más altas que las que usamos en un horno de microondas. Y eso son los diámetros moleculares de unas tres moléculas del recubrimiento lípido del coronavirus. 

El tema de la frecuencia UV que utilizamos, es por el costo del LED UV y la falta de datos sobre el rendimiento de uno u otro en cuanto a la mortandad del virus en función de la longitud de onda.

En cuanto al costo verdadero en altas producciones, no podemos adelantar nada, ya que los únicos costos que tengo yo son del comercio minorista y no tenemos idea de cuál es la ganancia del importador y el distribuidor sobre todo en época de pandemia y en la Argentina donde el Dolar varía hasta con la humedad ambiente.  

Seguramente Ud. estará pensando para que queremos una mascarilla autónoma cuando pase la pandemia actual. Y Ud. cree que el COVID 19 no va a mutar mas. La historia nos demuestra que los virus nunca desaparecen del todo, salvo excepciones como el virus de la Viruela que la OMS dio por desaparecido en 1980.

Pongamos un ejemplo para clarificar todo. Hace poco aparecieron casos en la ciudad de Manaos (Brasil) Inmediatamente se declara un toque de queda y se recurre a las mascarillas activas disponibles que este mas cerca. Se reparten mascarillas entre toda la población y pueden seguir haciendo su vida normal, trabajando, estudiando paseando. Inclusive hay que pedirle a la población que salga con la mascarilla ya que esta destroza los virus y si la carga viral es suficientemente baja el virus no se puede reproducir y desaparece.
   
El tema es que unas de las características del virus es que se reproduce con una gran cantidad de errores genéticos. La molécula gigante recubierta de la membrana lípida, es similar a un sector del ARN humano, tiene la forma de doble hélice y se acomoda perfectamente en las células del pulmón humano que actúa como huésped para reproducirse.
 
Por eso Billy Gates en su famosa conferencia premonitoria del COVID 19 no habló de un virus en singular sino que habló en plural. "Si Ud. tenía miedo a una bomba atómica olvídese de ese miedo, en un futuro de 3 o 4 años témale más a los virus que a las bombas". Y no se equivocó; cuatro años después apareció el COVID19. (Será una coincidencia o algo sabía o lo sospechaba).
 
La historia de las enfermedades virósicas como la viruela nos enseña que cuando se suponía que un virus ya había desaparecido para siempre vuelven a hacer una aparición más virulenta que la anterior. Los primeros casos de viruela se encontraron en las momias egipcias hace 3000 años pero con escasa; virulencia siglos después reapareció en Europa en el siglo 18 y mato a 60 millones de personas y luego reapareció en el siglo 20 y mató a 300 millones de personas. En 1983 la OMS declaró definitivamente desaparecido al virus.

Hasta ahora no hay datos ciertos del COVID 19, solo sabemos que existen unas 10 vacunas diferentes pero que aparecieron tarde, cuando el virus ya estaba difundido por todo el mundo, pero seguramente tendremos noticias pronto ya que mientras escribo esto estoy leyendo las ultimas noticias sobre la liberación de las patentes para que todo el mundo pueda fabricar las vacunas.

Aparentemente el único país que se opone es Alemania a través de su canciller Angela Berkel. Si pudiera hablarle le diría que hace 50 años el enemigo público del mundo era Adolf Hitler pero parece que la Berkel se está ganado largamente ese puesto, manifestando no se qué cosa sobre el nivel de calidad de una fabricación universal. 
 
Suponemos que el problema tenga solución y todo el mundo este vacunado antes de fin de año. De cualquier modo esto no significa que el mundo deba olvidarse de esta pandemia. Por lo contrario debemos tenerla siempre presente y tener armas de defensa diferente a una vacuna que siempre va a llegar tarde.

Yo creo que finalmente alguien va lograr fabricar una mascarilla eficiente que pueda usarse apenas aparece un brote epidémico de un virus que ataque las vías aéreas. Tal ves con alguna organización mundial que tenga en custodia 40 o 50 millones de esas mascarillas que se envíen al país que las requiera, podría circunscribirse el problema a una pequeña zona del mundo y si la mascarilla realmente destruye al virus, terminar con él, antes de que genere un peligro mundial y así poder esperar a la vacuna salvadora para que llegue a tiempo.

Hasta ahora no se de nadie que esté trabajando en nuestro tema, aunque bien podría ocurrir que lo hagan en silencio pensando en las enormes ganancias que dejarían un proyecto de este tipo. Yo brindo libremente mi modesto diseño. Si sirve, que sea usado libremente.

3.2 LA FUENTE DE ENERGÍA DEL CIRCUITO ELECTRÓNICO.

Desde un principio pensamos en un sistema autónomo quizás con 4 horas de autonomía y propusimos el uso de un LED UVA llamado HP5UV395. Este LED de potencia admite una corriente de pico máxima de 2 amperes con pulsos de conducción mayores a 100 uS. Pero en esta primer instancia vamos a realizar una fuente de corriente constante de CC con una corriente permanente de 500 mA y 4 LEDs UV en serie. En caso de necesidad se pueden hacer dos cadenas iguales con un transistor regulador para cada una.
  
Observe que este tipo de regulador no tiene el máximo rendimiento por lo que solo lo presentamos como una alternativa sencilla a modificar más adelante con el uso de integrados drivers de LEDs para TV. 

La tensión que alimenta a la tira de 4 LED deberá mantenerse cuando caiga la tensión de las pilas que pueden ser del tipo recargable. El circuito regulador deberá mantener la corriente o la tensión fijas cuando caiga la tensión de las pilas, para mantener la corriente media por los LEDs. Pero en realidad no es imprescindible mantener una corriente tan estable; solo debe superar el valor que se considere seguro para matar a los virus pero no tan alta que queme a los LEDs.

¿Y cuál es ese valor? realmente no lo sabemos. Tenemos que hacer un sistema flexible como para hacer un ajuste de la misma variando el circuito lo menos posible. 

Hagamos el cálculo de la tensión que necesitamos manejar para alimentar en serie los 4 LEDs, que tenemos previsto manejar a 500 mA de CC. La tensión de barrera del LED HP5UV395 es de 3,5V en promedio a esa corriente.  Esto significa que en una conexión en serie se debe aplicar una tensión de 4 x 3,5 = 14V. En la figura 3.2.1 mostramos la curva de un LED UV.

 
Fig.3.2.1  Curva caracteristica de un LED UV

Como pretendemos hacer un dispositivo autónomo, es necesario que se alimente de pilas comunes o recargables que en este primer intento son de 1,5V. Con 12 pilas obtendremos 18V que podemos considerar como una buena elección. Hay baterías recargables prácticas relativamente económicas (porque se fabrican en enormes cantidades) que son las de las PC portátiles. Y tienen una tensión de unos 19V por lo que se pueden utilizar para nuestro proyecto.   

Una fuente de corriente, es la antítesis de una fuente de tensión. Mientras la fuente de tensión conserva la tensión de salida contante al variar la carga resistiva aplicada, la fuente de corriente mantiene la corriente de salida constante al variar la carga. Pero nuestro caso es especial porque lo que varia es la tensión de entrada (las pilas). 

Aunque suene extraño, el mismo circuito regulador que evita la variación de corriente por la carga cuando la misma varíe, sirve también para cuando varia la tensión de entrada al regulador. ¿Cuál es nuestra carga? la serie de cuatro diodos LED UV y cuál es nuestra fuente; la serie de 12 pilas que forman 18V (en realidad 18,24V cuando son nuevas y 11 V cuando están descargadas). Vamos a asumir que queremos descargarlas a un ritmo de 0,5A aproximadamente. En la figura 3.2.2 mostramos el circuito propuesto agregando sondas de corriente, de tensión y de potencia para que el proceso de diseño pueda ser automatizado. Es decir que yo no realice ningún calculo durante el proceso; todo fue realizado por el laboratorio virtual  Multisim.

        
Fig.3.2.2. Circuito y mediciones de I, V y P con pilas nuevas

La corriente que atraviesa los LEDs ingresa por el colector de Q1 y cierra el circuito por masa hacia las pilas atravesando el resistor shunt R1 de 1,2Ohms. Analizando el momento del encendido, cuando la tensión sobre el resistor R1 llegue a unos 600 mV el transistor Q2 conduce y reduce la tensión de base de Q1 frenando el crecimiento de la corriente por los diodos LEDs en el valor deseado. El resistor de ajuste es precisamente R1. 

Como podemos observar con las pilas al máximo se desarrolla el máximo de potencia sobre Q1 ya que la corriente es constante por definición y cuando las pilas están al máximo tenemos la tensión de colector máxima. y por lo tanto la máxima disipación de potencia en el transistor.

Ahora corresponde analizar el circuito para mínima tensión de las pilas que podemos estimar en 1.1V por pila o 13V aproximadamente, para verificar la regulación. En la figura 3.2.3 mostramos la nueva condición del circuito.
  

Fig.3.2.3 Condición del circuito con las pilas bajas.

Observe que la variación de la corriente por los LEDs UV es de solo 549 a 517 mA que es perfectamente aceptable para nuestro dispositivo.
 
Observando el circuito vemos que hay solo dos componentes que pueden requerir alguna explicación con referencia a su potencia. Uno es el resistor shunt R1 de 1,2 Ohms y el otro es el transistor Q1. R1 se resuelve con varios resistores en paralelo de 1/8 de W. Con 6 resistores resolvemos el problema usando 6 resistores que deberían ser de 1/8 de W y 7,2 Ohms (en realidad usamos dos de 8,2 Ohms y 4 de 6,8 Ohms) el transistor se resuelve usando un disipador. Probando encontramos que con un disipador en U de 10 cm2 solucionamos el problema.
 
3.3 LA AUTONOMÍA 

La autonomía es por supuesto directamente proporcional a la capacidad de carga de las pilas y por lo tanto de su tamaño. En principio vamos a analizar el uso de pilas tipo "D" que son las que proporcionan mas carga. Ver la figura 3.3.1.

 
Fig.3.3.1 Curva de descarga de las pilas a 500 mA

Como vemos las pilas Duracel "D" ofrecen aproximadamente unas 10 horas de autonomía tanto en su versión recargable como común y esto es más que suficiente para lo que necesitamos. Inclusive si se requieren 8 LEDs UV se puede recurrir a dos circuitos iguales con lo que tendríamos 5 hora de autonomía.
 
3.4 CONCLUSIONES

Con esto terminamos la parte 3 de nuestro aporte sobre la pandemia; en donde nos dedicamos a la fuente de alimentación más elemental de nuestro dispositivo. En realidad vimos un sistema que no es optimo desde el punto de vista del rendimiento, pero que posiblemente pueda ser aceptable cuando aun no tenemos precisiones sobre el verdadero consumo.

En efecto, hasta no realizar pruebas definitivas con virus reales similares al COVID19 no podemos saber si necesitamos mas energía UV o si alcanza la indicada o sobra energía para un funcionamiento eficiente. Es un proyecto tentativo con la única intensión de abrir una forma más de luchar contra esta peste que tiene jaqueado al mundo.
 
Mas aun, es tal vez una avanzada para evitar futuros problemas con virus respiratorios, porque somos muchos los que tememos que aunque se intensifique la vacunación mundial se consiga llegar a una inmunidad de manada, el futuro no está claro ni mucho menos y alguien tiene que pensar en el mismo.

Termino de escribir este artículo y me entero que la cumbre por la liberación de las patentes fracasó. Y lo peor es que los países que tienen las patentes no dieron explicaciones sobre el porque de su negación. ¿Suponen que pueden vivir sanos rodeados de enfermos? O es real que están buscando una "limpieza generacional" que es una forma elegante de decir: matemos a los viejos porque no aportan y consumen recursos.                                               





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Se inicio en el mundo de la electronica de niño ayudando a su padre que era hobbysta y aficionado a la radio.

Su experiencia temprana le permitio recibirse con medalla de oro al mejor promedio de "Tecnico Nacional el Telecomunicaciones" y posteriormente volvio a obtener la medalla de oro al mejor promedio como "Ingeniero en electronica en UTN"

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