Semáforo de tres luces
Un semáforo de 25 cm con tres LEDs (rojo, ámbar y verde) alimentados por una pila de botón. Un selector de clip en la base enciende una sola luz cada vez, como un semáforo de verdad.
Qué va a aprender
- Que un LED solo se enciende en un sentido: pata larga (ánodo) hacia el + y pata corta (cátodo) hacia el −.
- Qué es un circuito en paralelo con un selector: todos los LEDs comparten el −, y el clip elige a cuál llega el +.
- Que dos pistas de cobre que se tocan hacen un cortocircuito y nada se enciende.
- Por qué una pila de botón no necesita resistencia con un LED (su resistencia interna limita la corriente) y unas pilas AA sí.
- La secuencia y el significado de un semáforo: verde, ámbar, rojo.
Prepara antes
- Imprime las plantillas al 100 % y comprueba la línea roja de 50 mm de la cabecera. El cuerpo (370 × 265 mm) no cabe en A4: trázalo con regla o une dos hojas.
- Prueba cada LED con la pila: pata larga contra la cara + (la del texto), pata corta contra la −. Aparta los que no enciendan.
- Pela 15 mm de ambos extremos de los 4 cables y marca cada uno con cinta: R (rojo), A (ámbar), V (verde) y − (común).
- Corta unas 20 tiras de cinta de cobre de 5 mm: la pista común de 198 mm, 3 tiras cortas de 25 mm, los 6 tramos de las pistas en L, 6 trocitos de 10 mm para tapar las patas y 4 de 15 mm para los cables. Las medidas de cada pista están en la plantilla A.
- Ten a mano una pila de repuesto: si se hace un cortocircuito largo, la CR2032 se descarga.
Materiales y herramientas
- LEDs de 5 mm — 3 (rojo, ámbar/amarillo, verde) comprar
difusos (cápsula de color), 2–3,2 V, 20 mA; el verde «verde amarillento» luce más con 3 V que el verde puro - Pila de botón CR2032 — 1 comprar
3 V, de litio - Portapilas CR2032 con cables — 1 comprar
con cable rojo (+) y negro (−), idealmente con interruptor - Cinta de cobre — 1 m comprar
5–6 mm de ancho, mejor con adhesivo conductor - Cable fino con funda — 4 tramos de 20 cm
0,2–0,5 mm², a ser posible de 4 colores (o marca con cinta de color) - Encuadernadores metálicos — 4
cabeza de 8–10 mm sin barniz, patas de 15–20 mm - Clip metálico — 1
de 32 mm, sin plastificar - Cartón corrugado — 1 lámina de 40 × 45 cm
3 mm (caja de envíos), para el cuerpo, la tapa y la base - Cartulina negra — 1 hoja A4
180–250 g/m², para la fachada y las viseras - Cola blanca o pistola de silicona — 1
para cerrar la caja y pegarla a la base - Cinta adhesiva transparente — 1 rollo
para fijar las uniones de cobre y los cables
Herramientas
- Cúter, regla metálica y base de corte — cortar el desarrollo del cuerpo y la base adulto
- Tijeras — recortar cartulina, cinta de cobre y viseras
- Lápiz afilado o punzón — hacer los agujeros de 5 mm de los LEDs y de 3 mm de los encuadernadores adulto
- Bolígrafo sin tinta — marcar los pliegues
- Tijera o pelacables — pelar 15 mm de los cables adulto
- Barra de pegamento — pegar plantillas y fachada
Piezas y plantillas
- A · Cuerpo del semáforo (desarrollo, visto POR DENTRO) ×1 — cartón corrugado 3 mm
- B · Tapa superior ×1 — cartón corrugado 3 mm
- C · Base con selector ×1 — cartón corrugado 3 mm
- D · Fachada negra ×1 — cartulina negra
- E · Visera ×3 — cartulina negra
- F · Cables ×4 — cable fino con funda
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Paso a paso
Prueba los LEDs
Toca la cara + de la pila (la que tiene el texto) con la pata larga de cada LED y la cara − con la pata corta. Cada LED debe lucir. Si lo pones al revés no luce, pero no se estropea.
1 Busca la cara + de la pila y la pata larga del LED 2 Pellizca la pila: pata larga en la cara +, pata corta en la − 3 Los 3 LEDs deben lucir; al revés no lucen, pero no se rompen Comprueba: Los 3 LEDs lucen; aparta el que no lo haga.Traza y corta el cuerpo adulto
Traza el desarrollo A (370 × 265 mm) en el cartón con las ondas en vertical y pega la plantilla en la cara que quedará dentro. Corta el contorno con cúter y regla, incluida la muesca de 20 × 8 mm. Marca los pliegues con bolígrafo sin tinta, sin doblar todavía.
1 Traza A de 370 × 265 mm con las ondas del cartón en vertical 2 Corta el contorno con cúter, también la muesca de 20 × 8 mm 3 Marca los pliegues con bolígrafo sin tinta y no dobles aún Perfora los agujeros adulto
Apoya el cartón sobre una goma de borrar grande o un trozo de corcho y perfora los 3 agujeros de 5 mm de la cara frontal con un lápiz afilado, girándolo hasta que entre la cápsula del LED.
1 Localiza los 3 agujeros: a 45 mm de arriba y cada 80 mm 2 Sobre una goma, gira el lápiz hasta abrir un agujero de 5 mm 3 El LED entra por dentro hasta el reborde y asoma por fuera Comprueba: El LED entra por dentro hasta su reborde y la cúpula asoma por fuera.Pega la fachada negra
Perfora los 3 agujeros de la fachada D y recorta en su borde inferior la misma muesca de 20 × 8 mm que tiene el cuerpo. Pégala por fuera de la cara frontal con barra de pegamento, metiendo un lápiz por cada agujero para alinear los dos y con las muescas coincidiendo. Pega también las tres viseras E, 22 mm por encima de cada agujero.
1 Perfora los 3 agujeros de D (y recorta su muesca de 20 × 8 mm) 2 Pega D por fuera; un lápiz por cada agujero alinea los dos 3 Pega una visera E 22 mm por encima de cada agujero Coloca los LEDs
Con el cartón plano y la cara interior hacia ti, mete cada LED desde dentro en su agujero: rojo arriba, ámbar en medio, verde abajo. Gira cada uno para que la pata LARGA quede a la derecha y la corta a la izquierda, y dobla las patas planas hacia los lados.
1 Mete cada LED desde dentro: rojo arriba, ámbar, verde abajo 2 Gira el LED con la pata larga a la derecha y dobla las patas planas 3 Mirando por dentro, las 3 patas largas van hacia R, A y V Comprueba: Mirando por dentro, las 3 patas largas apuntan a la derecha (hacia las letras R, A, V).Pega la pista común
Pega una tira de cinta de cobre de 198 mm sobre la línea «−» (vertical, a la izquierda de los LEDs, de 40 a 238 mm desde arriba) y tres tiras cortas de 25 mm desde esa pista hasta cada pata corta. Cada tira corta empieza sobre el borde izquierdo de la pista larga, así la solapa unos 5 mm: frótalas con la uña.
1 Pega 198 mm de cobre sobre la línea −, a la izquierda de los LEDs 2 Pega tres tiras de 25 mm desde la pista − hasta cada pata corta 3 Solapa 5 mm sobre la pista larga y frota fuerte con la uña Pega las pistas de cada luz
Pega las tres pistas en L según la plantilla: R (tramo horizontal de 29 mm + vertical de 193 mm), A (19 + 113 mm) y V (9 + 33 mm). Deja al menos 4 mm entre pistas: ninguna debe tocar a otra.
1 Pega las L: R (29 + 193 mm), A (19 + 113) y V (9 + 33) 2 Deja 4 mm o más entre pistas: ninguna toca a la de al lado 3 Si una tira toca otra pista, corta el cobre que sobra Comprueba: Ninguna pista toca a la de al lado. Si se tocan, corta el cobre sobrante con la tijera.Une las patas al cobre
Aplasta cada pata sobre su pista (corta sobre la común, larga sobre su L) y recorta lo que sobre de la pata. Ojo con la pata larga del verde: su tramo horizontal mide solo 9 mm y la pista A está 10 mm más allá, así que córtala a unos 10 mm del LED, justo encima de la pista V; la del ámbar, a unos 20 mm. Tapa cada pata con un trocito de cinta de cobre de 10 mm, frotando fuerte, y cubre cada unión con cinta adhesiva transparente.
1 Aplasta cada pata sobre su pista: corta a −, larga a su L 2 Recorta lo que sobre: la pata no debe tocar otra pista 3 Tapa cada pata con 10 mm de cobre y cinta transparente encima Comprueba: Ninguna pata pasa por encima de una pista que no es la suya (mira sobre todo el verde).Truco: Si tu cinta de cobre no tiene adhesivo conductor, dobla la punta de la tira de arriba sobre sí misma para que toque cobre con cobre.Conecta los cables
Coloca el cobre pelado de cada cable sobre el final de su pista (a 238 mm, junto a la muesca), tápalo con 15 mm de cinta de cobre y encima cinta adhesiva. Cable − a la común, R, A y V a la suya. Saca los 4 cables por la muesca.
1 Pon el cobre pelado de cada cable sobre el final de su pista 2 Tápalo con 15 mm de cinta de cobre y cinta transparente encima 3 Saca los 4 cables por la muesca de abajo Prueba antes de cerrar
Toca la cara − de la pila con el cable − y la cara + con el cable R: debe encenderse solo el rojo. Repite con A y V. Corrige ahora cualquier fallo, que aún es fácil.
1 Cable − a la cara −, cable R a la +: se enciende solo el rojo 2 Repite con A y V: cada cable enciende una sola luz Comprueba: Cada cable enciende una sola luz y ninguno enciende dos.Cierra el cuerpo
Dobla los 4 pliegues verticales a 90° y pega la pestaña de 10 mm por dentro de la otra cara lateral. Dobla las pestañas de abajo hacia fuera. Pega la tapa B arriba con sus solapas por fuera.
1 Dobla los 4 pliegues a 90° y pega la pestaña por dentro 2 Dobla hacia fuera las pestañas de abajo 3 Pega la tapa B arriba, con las solapas por fuera Prepara la base adulto
Corta la base C (160 × 180 mm) y perfora los 4 agujeros de 3 mm. Enrolla el cobre del cable R en la caña de un encuadernador y mételo en el agujero R; haz lo mismo con A y V. Abre las patas por debajo.
1 Corta la base C (160 × 180 mm) y perfora los 4 agujeros de 3 mm 2 Enrolla el cobre pelado del cable R en la caña del encuadernador 3 Mételo en R y abre las patas por debajo; repite con A y V Comprueba: Cada cable queda atrapado bajo la cabeza de su encuadernador y no se suelta al tirar suave.Monta el pivote y la pila
En el encuadernador P engancha el clip y enrolla el cable rojo (+) del portapilas; mételo en su agujero sin apretar demasiado, para que el clip gire. Une el cable negro (−) del portapilas con el cable − retorciendo los cobres y cubre con cinta. Pega el portapilas en su rectángulo.
1 En P engancha el clip y enrolla el cable rojo (+) del portapilas 2 Retuerce el cable negro con el cable − y cúbrelo con cinta 3 Pega el portapilas en su rectángulo; el clip debe girar suelto Pega el semáforo a la base
Pon el cuerpo de pie sobre el rectángulo SEMÁFORO, con la fachada mirando hacia el selector, y pega con cola o silicona las pestañas inferiores, dobladas hacia fuera, en la franja de 15 mm que rodea el rectángulo (no encima de él). Deja pasar los cables por la muesca sin aplastarlos.
1 Pon cola alrededor del rectángulo SEMÁFORO, donde van las pestañas 2 Baja el cuerpo con la fachada mirando hacia el selector 3 Apriétalo un minuto; los cables pasan por la muesca sin aplastarse Comprueba: Ninguna pestaña sobresale de la base: la trasera llega justo al borde.Prueba el selector
Pon la pila en el portapilas y gira el clip: sobre R se enciende el rojo, sobre A el ámbar, sobre V el verde, y en OFF se apaga todo. Practica la secuencia verde (10 s), ámbar (3 s), rojo (10 s).
1 Pon la pila en el portapilas con la cara + hacia arriba 2 Gira el clip: R enciende el rojo, A el ámbar, V el verde 3 Practica la secuencia: verde 10 s, ámbar 3 s, rojo 10 s Pinta
Pinta de negro con témpera las caras laterales, la trasera y la tapa (la fachada ya es negra). Puedes pintar una franja blanca en la base. Deja secar 20 minutos.
1 Pinta de negro los laterales, la trasera y la tapa 2 Deja secar 20 minutos antes de jugar
¿Funciona? La prueba
Con la pila nueva, gira el clip por las cuatro posiciones. Después baja la luz de la habitación y mira el semáforo desde 3 m.
Qué debe pasar: Cada posición enciende un único LED y OFF los apaga todos. Rojo y ámbar lucen intensos; el verde puede verse algo más tenue (necesita más tensión). La pila CR2032 da para varias horas de luz continua.
Si algo falla
- Un LED no se enciende — LED al revés o unión de cobre floja. Solución: Comprueba que la pata larga va a su pista R/A/V. Repasa la unión con otro trocito de cinta de cobre y frota fuerte.
- No se enciende ninguno — Pila al revés en el portapilas, pila gastada o pista común cortada. Solución: Revisa la pila (el + hacia el contacto marcado). Comprueba que el cable − llega a la pista común.
- Se encienden dos luces a la vez — Dos pistas se tocan o el clip toca dos encuadernadores. Solución: Separa las pistas cortando el cobre sobrante; acorta el clip o separa más los encuadernadores.
- La pila se calienta y no luce nada — Cortocircuito: el + toca directamente el −. Solución: Saca la pila de inmediato. Busca cobre de la pista común tocando un cable +.
- El verde apenas luce — Los LEDs verdes puros necesitan unos 3 V, el límite de la CR2032. Solución: Usa una pila nueva o un LED «verde amarillento» (2,1 V). También puedes usar 2 pilas AA con resistencia de 100 Ω.
- Parpadea al tocarlo — Unión de cobre floja o cable mal atrapado bajo el encuadernador. Solución: Aprieta la cabeza del encuadernador y rehaz la unión que falle.
Seguridad
- Las pilas de botón son muy peligrosas si se tragan (queman el esófago en 2 horas): guárdalas fuera del alcance de menores de 6 años y usa portapilas con tapa de tornillo si hay niños pequeños.
- Si alguien se traga una pila de botón, acude a urgencias de inmediato.
- Las patas de los LEDs pinchan: dóblalas planas y córtalas con el LED sujeto para que no salgan disparadas.
- El cúter y el punzón los maneja un adulto, con base de corte.
- No conectes los LEDs a pilas AA o de 9 V sin resistencia: se queman al instante.
La ciencia detrás
Para los niños
La electricidad es como agua que sale de la pila por el lado + y quiere volver al lado −. Un LED es como una puerta que solo se abre en un sentido: si lo pones al revés, la electricidad no pasa y no luce. El clip es como un guardia de tráfico: decide por qué camino va la electricidad, y solo se enciende la luz de ese camino. Todas las luces comparten el camino de vuelta, que es la pista larga de cobre.
Para el adulto
Un LED es un diodo semiconductor: conduce solo con polarización directa (ánodo, pata larga, a mayor potencial) y emite luz cuyo color depende del material, que también fija su tensión umbral: ≈ 1,8–2,1 V en rojo y ámbar, 2,1 V en verde amarillento y ≈ 3 V en verde puro. Por encima del umbral la corriente crece muy rápido, así que normalmente se limita con una resistencia: R = (V_pila − V_LED) / I, por ejemplo (3 − 2) V / 0,01 A = 100 Ω con 2 pilas AA. La CR2032 tiene una resistencia interna de 10–40 Ω que limita por sí sola la corriente a unos 10–20 mA, por eso aquí no hace falta resistencia. El circuito es un paralelo con cátodo común: los tres LEDs comparten la pista −, y un conmutador de una vía y cuatro posiciones (el clip: R, A, V y apagado) aplica el + a uno de ellos. Dos pistas en contacto forman un cortocircuito (resistencia casi nula) que descarga la pila y no deja tensión para el LED.
- LED: diodo emisor de luz: lámpara diminuta que solo luce si la corriente entra por la pata larga.
- polaridad: qué extremo es + y cuál es −.
- paralelo: conexión en la que cada LED tiene su propio camino desde la pila.
- selector: interruptor que elige entre varios caminos.
- cortocircuito: camino directo del + al − sin pasar por nada: la pila se descarga y se calienta.
Por edades
- 5–7 años: El adulto corta el cuerpo, perfora y pega el cobre; el niño coloca los LEDs (pata larga a la derecha), pega la fachada y las viseras, y juega con el selector a «verde, ámbar, rojo».
- 8–10 años: Hacen todo salvo los cortes con cúter. Que comprueben ellos con la pila cada LED antes y después de pegar, y busquen el fallo si alguno no luce.
- 11–12 años: Que dibujen el esquema eléctrico con símbolos, calculen la resistencia necesaria con 2 AA y añadan el pulsador de peatones o el zumbador.
En grupo o en clase
Parejas, un semáforo por pareja. Antes de la sesión: cortar y perforar los cuerpos, cortar las tiras de cobre y pelar los cables; guardar las pilas de botón y repartirlas solo al final (control de piezas pequeñas). Sesión de 90 min: 10 min de LED + pila en la mano, 60 min de montaje, 20 min de «ciudad» uniendo los semáforos en una maqueta con calles de papel. Recoge todas las pilas al terminar.
Retos
- Haz un cruce con 2 semáforos coordinados desde un solo selector.
- Añade un semáforo de peatones con muñeco rojo y verde dibujados en papel vegetal.
- Pon un zumbador que suene con el verde de peatones.
- Cambia los LEDs por lentes: ventanas de Ø 30 mm con papel vegetal y el LED 10 mm detrás.
- Diseña un selector giratorio de cartón con una rueda en vez de un clip.
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