Arduino Nano, aunque un Arduino UNO o equivalente, también sirve
	Un opto acoplador integrado H11AA1 o H11AA2.
	Un par de resistencias de 33kΩ
	Una Protoboard más cables.

Hasta ahora prácticamente siempre hemos usado DC o continua para nuestros proyectos, pero poder controlar dispositivos de corriente alterna o AC abre todo un nuevo mundo de posibilidades a los Arduineros de corazón valiente y dispuestos a llevarse algún que otro calmbrazo.

Vamos a atacar nuestro primer proyecto de verdad con AC, construyendo un pequeño circuito que se llama detector de paso por cero o Zero Cross Detection en ingles.

Y para eso vamos a necesitar dar un par de vueltas al concepto de la corriente alterna o AC para asegurar que todos tenemos 4 ideas claras antes de seguir.

Para empezar, todos sabemos que la corriente que recibimos en casa es alterna y no continua, pero no creo que nadie que no sea del gremio entienda muy bien que significa eso.

Hay una vaga idea de que es una corriente variable según el momento pero tampoco está muy claro en que consiste esa variabilidad y porque se hace así. Y suele ser mejor no preguntar mucho (Especialmente a las chicas) si quieres que tu vida social continúe siendo con gente normal, lejos del rincón de los freakys.

Siempre me sorprende la cantidad de gente inteligente que se pregunta porque los ingenieros tienen la manía de usar corriente alterna AC en lugar de la más intuitivamente comprensible corriente continua o DC.

Incluso los estudiantes de ingenierías tienden a maldecir repetidamente al señor Tesla (Padre de la criatura alterna) porque la descripción matemática de la misma es bastante más complicada y trabajosa que la de la continua.

Pero claro está, que hay un motivo para usar AC y no DC en el suministro industrial de energía eléctrica, así que este parece un buen momento para hacer un par de comentarios al respecto y tratar de despejar algunas dudas.

Antes de que nadie salga corriendo a hacer algo urgente, voy a tranquilizaros diciendo que por supuesto huiremos como alma que lleva el diablo de presentar ninguna fórmula ni descripción matemática, sino que es suficiente con entender unos pocos conceptos y después hasta es probable que entendáis algunas cosas mejor.

Porque si vais a usar la corriente alterna, necesitáis una base mínima para predecir correctamente su funcionamiento, y a ser posible evitar un par de calambrazos porque con AC, no solo no tienen ninguna gracia sino que pueden llegar a ser muy peligrosos.

Para quienes no estéis acostumbrados a la AC y os apetezca cogeré un par de ideas de base, os recomiendo la lectura de una introducción que hicimos aquí. pero por si acaso haremos un resumen a continuación

Lo primeros es saber que la corriente alterna se genera mayormente con máquinas rotatorias, sea una turbina en un salto de agua, o un molino de viento o agua. Eso  hace que a medida que gira el rotor  en un campo magnético, la intensidad de la corriente depende del Angulo de la espira con respecto al campo.

Por eso a medida que gira, la intensidad va pasando de un máximo en el punto óptimo a un cero en el punto en que la espira y el campo son paralelos, y a medida que la maquina va rotando se producen ondas eléctricas que son las que recibimos en nuestros enchufes domésticos:

La amplitud y la frecuencia de esas ondas son cuidadosamente controladas por las compañías eléctricas para mantenerse dentro de unos límites estables, de 220 VAC y 50 Hz en Europa y de 125 VAC y 60 HZ en otras partes del mundo.

Y lo que es más, cuando se arranca una nueva máquina de generación de AC, debe sincronizarse con la fase correspondiente de ese país para que absolutamente todas las maquinas generen exactamente la misma fase, es decir coincidan sus cruces por cero y sus picos, porque si no, habría bastante problemas en los que no quisiera entrar ahora.

Vale, las maquinas giratorias producen corriente variable al girar, parece fácil de entender la idea, pero…. ¿Por qué no convertirla en continua y enviarla así a la red de transporte y nos olvidamos de complicaciones?

La respuesta a esto es un poco menos obvia de lo que podría parecer, Pero la idea básica es que incluso los cables de cobre que se usan para transmitir la electricidad desde los saltos de agua donde se generan (O nucleares o lo que sea) hasta tu casa son tantos cientos de kilómetros que al final, tienen una resistencia apreciable.

Lo que significa que por efecto joule se calentarán y desperdiciarán una parte de la energía que transportan en forma de calor. El porcentaje que esa pérdida representa con respecto al total de energía trasmitida, disminuye sensiblemente cuanta más alta es la tensión que se transmite.

Como la gente tenemos la peculiar costumbre de vivir apiñados en ciudades que normalmente están a 400 km de distancia de donde se produce la electricidad, por ejemplo en un salto de agua de montaña (A donde nos gusta ir, pero solo de visita),  hay que mandar la energía producida allí hasta donde estamos los consumidores que pagan.

La única forma de hacer esto sin que las pérdidas de transporte hagan inviable el negocio de generar electricidad, es elevar fuertemente la tensión para minimizar perdidas. Y por eso el transporte se hace en lo que se llama y habréis oído antes alta tensión.

Las líneas de alta tensión de larga distancia pueden llegar a ser de hasta 220.000 V, aunque en la práctica esto tiene sus propios problemas y por eso hay tres categorías de transporte de energía eléctrica que más o menos pueden ser:

 
Y por casualidades de la vida, resulta que es mucho más fácil y barato elevar la tensión AC que la DC. Para cambiar la tensión de una AC basta con un sencillo transformador que es una tecnología que se acabó dominando a principios del siglo 20, mientras que elevar la tensión DC es bastante más complicado y caro.

Cualquier amigo o conocido (Las chicas ni de coña) que se entere de que entiendes algo de esto, os preguntaran, de inmediato, si es más peligrosa la corriente continua o la alterna una y otra vez y conviene tener una buena respuesta preparada si quieres conseguir los colgaos de tus conocidos te miren con admiración y respeto.

Así que vamos con ello porque es sorprendente la cantidad de tonterías que se dicen al respecto. Por ejemplo que lo que te mata es la intensidad de la corriente independientemente de que sea continua o alterna, lo que es cierto pero una perogrullada. Es como decir que para ahogarse no importa la profundidad, basta con estés debajo del agua suficiente tiempo.

Nuestra piel tiene una resistencia determinada y naturalmente se opone al paso de la corriente. Haz un experimento sencillo. Coge un tester o voltímetro, pon al máximo la escala de medir resistencias y agarra las puntas de medida con los dedos.

Si tienes las manos secas obtendrás entre 700 y 800 KΩ (O eso me da a mi) y si simplemente te humedeces los dedos con saliva y repites el procedimiento veras que esta baja a 150 KΩ.
 

Ahora haz un cálculo sencillo con la ley de Ohm. SI sabes la resistencia de tu piel y tocas unas bornes con 120 VDC, ¿Cuál será la intensidad que atraviese tu piel?

I = V / R = 120 / 750.000 = 0,000016

No será suficiente ni para encender un joído LED y casi no lo notarás. Así que para que te lleves un golpe bueno, vas a necesitar una corriente continua muy alta.

¿Y con la alterna? Aquí la cosa cambia por completo.

Básicamente porque con la alterna no solo cuenta la resistencia de tu piel, sino que lamentablemente nuestra piel se porta como un condensador, que bloquea las corrientes DC, pero es transparente para las AC, lo que hace que las crucen casi sin oposición, y una vez dentro nuestros nervios que son eléctricos los saturan con rapidez impidiéndonos usar los músculos (Porque la señal de control está escondida con el ruido eléctrico externo).

Por eso los que reciben un choque eléctrico y viven para contarlo dicen que es como si se quedaran pegados a los cables, porque de hecho es lo que ocurre y empeora el problema.

Si cambiamos los 120VDC por 120VAC, la cosa cambia radical y poca gente es capaz de soportar un toque así, sin salir aullando.

Así que como resumen. La corriente alterna es en general mucho más peligrosa que la continua para el mismo voltaje.

Os recomiendo este vídeo para que os hagáis una idea, está en ingles pero creo que no necesitareis mucho dominio del idioma para entender perfectamente el asunto:

Para convenceros de que no os engaño cuando os digo que la frecuencia de la corriente alterna de vuestros enchufes es de 50 HZ (O 60 Hz según el caso) os propongo un pequeño experimento para comprobarlo con nuestros Arduinos.

Vamos a montar un circuito que detecte esa frecuencia y el sistema más fácil es construir lo que en la jerga electrónica de AC se denomina circuito de Zero Cross Detection, o detección del paso por cero, y afortunadamente es un circuito bastante sencillo, porque como esto es tan común, muchos fabricantes producen estos detectores mediante opto acopladores (Sorpresa)

En concreto vamos a utilizar un H11AA2, porque es el que tengo a mano, pero también serviría cualquiera de su familia, y para los que encontrareis con facilidad su hoja de normas en Internet:

Se trata de un opto acoplador con dos emisores de luz en oposición, de modo que uno se activa en la fase positiva y el otro en la negativa y se acoplan con el foto transistor que está en la salida, permitiendo o cortando la conducción.

Los circuitos de detección de paso por cero o Zero Crossing son de lo más comunes en cuanto te acercas a la AC y por eso vamos a provechar para ver cómo se monta uno con 4 componentes de lo más sencillos. La idea básica de todo esto es montar un circuito como este:

En la entrada recibimos los 220VAC mediante un par de resistencias, para limitar la intensidad de corriente, ya que solo queremos detectar el paso por cero de la tensión. (En mi caso como no tengo resistencias de 33K voy a usar de 100K para R1 y R2, pero cuidado con usar menos de 33K, porque se pondrán al rojo con rapidez).

Cuando la tensión de entrada cae a 0, los diodos se apagan ambos y el transistor entra en corte lo que eleva a 5V (Por la resistencia de pullup R3) la pata 5. En cuanto la tensión de entrada alcance un valor mínimo un diodo hará que el transistor entre en conducción y la señal de la pata 5 caerá a 0V, y obtendremos algo asi:

Podemos usar esta señal para disparar una interrupción en nuestro Arduino de forma que detecte este paso por 0.

Como la corriente alterna en Europa es de 50HZ, eso significa que un ciclo completo dura:

1/50 = 20 ms (1/60 = 8.5 ms en América)

Tendremos un paso por cero cada 10 ms, que para nosotros es un tiempo inapreciable, pero nuestro esforzado Arduino, puede hacer cantidad de cosas interesantes en ese plazo que para eso es un rapidillo, como por ejemplo decidir cuándo disparar la puerta de un TRIAC o SSR transcurridos unos ms.

Por ejemplo si disparamos la puerta 5 ms después de pasar por cero será un Duty Cycle del 50% y si fuese a los 3 ms, el Duty Cycle será del 30% (Las matemáticas se alían con los 50 Hz europeos)

Como yo sé que aunque lo neguéis, cada vez que mentamos las interrupciones se oye el entrechocar de rodillas entre nuestras huestes, vamos a empezar por un circuito sencillo que nos permita comprobar el montaje y hacer repaso de las interrupciones para tranquilizar a los espíritus menos aguerridos.

Vamos a utilizar la salida del circuito de arriba para disparar una interrupción en nuestro Arduino por el  Digital PIN 2, y por pura comodidad en mi caos voy a usar un Arduino Nano, y hacer un montaje limpio en la protoboard.

void setup()
   {   pinMode(2, INPUT_PULLUP);
       Serial.begin(115200);
       attachInterrupt(0, Zero_Cross, FALLING) ;
   }

void Zero_Cross()
   {    contador++ ;    }

void loop()
   { if ( millis()-t >= 1000)
        { Serial.println(contador) ;
          t = millis() ;
          contador =0 ;
        }
   }