miércoles, 4 de junio de 2008

Pilas, baterías y fuentes de alimentación

Pilas, baterías y fuentes de alimentación

En cualquier robot o aparato electrónico, necesitaremos una fuente de energía, es una parte fundamental en cualquier circuito eléctrico. Estas fuentes de energía lo que hacen es provocar una diferencia de potencial para que los electrones circulen entre sus dos polos, del negativo al positivo. En el caso de la corriente alterna, simplemente se agitan (van hacia un lado y luego dan la vuelta).



En un robot es también muy importante, y por eso hay que elegir bien lo que más nos convenga. Obviamente no va a poder estar conectado a un enchufe, por tanto habrá que usar pilas o baterías. Las baterías tienen la ventaja de que se pueden recargar. Hay baterías de ión litio, de níquel-hidruro y de litio polímero entre otras. Las baterías de níquel-hidruro son las más seguras. En cambio las de litio polímero, aunque son las que dan mayor cantidad de energía, son pueden arder más fácilmente, por ejemplo, si se cargan a una tensión diferente a la suya. El principal problema de las baterías, es su precio, bastante alejado del de las pilas.

Las pilas son el elemento más usado para robots. Pero hay infinidad de tipos y características. Empezaré hablando de los tipos:

Pilas normales: Estas son las pilas más comunes. Se encuentran en cualquier tienda. Son más o menos baratas. Además son las más ligeras.
Pilas alcalinas: Estas son parecidas a las pilas normales. Son bastante más caras (suelen doblar o triplicar el precio de las normales), pero duran bastante más que las normales. En cuanto a la intensidad que proporcionan, es la misma, por tanto no las compréis porque sean más potentes (que no lo son) sino porque duran más. Estas son bastante comunes y las encontraremos casi en cualquier sitio. Estas pilas pesan bastante más que las normales y eso puede ser un factor a tener en cuenta en las competiciones, con pesos máximos en las reglas.
Pilas recargables: Estas pilas son una magnífica opción, pero son muy caras (puede llegar a multiplicar hasta por 10 el precio de las normales, según tipos) y además es necesario un cargador, lo que aumenta todavía más el precio. Pero no tendremos que comprar más pilas, ya que se pueden recargar (tras muchas recargas pierden efectividad y cada vez funcionan peor, pero tiene que pasar bastante tiempo). Estas son algo más difíciles de encontrar, pero en tiendas de electrónica seguro que hay. Ver baterías.
Pilas de modelismo (creo que se llaman así): Estas pilas son especiales para aviones y coches radio-control, dado que necesitan mucha energía. Son caras pero ofrecen mucha energía. Se pueden conseguir en tiendas de modelismo. La energía que tienen las pilas se suele medir en energía/tiempo. Lo bueno de estas pilas es que puedes pedirles más energía, pero durarán menos. En cambio las normales y alcalinas tienen un tope. En estas puedes consumir el doble de energía pero te durarán la mitad. Así consigues mucha energía en momentos concretos en los que la necesites. Elegir unas u otras dependerá del robot que vayamos a construir.

Hay varios tipos de pilas:

Mini/AAA: de 1.5 voltios, son las más pequeñas y ligeras, proporcionan una duración e intensidad menor que las demás. También llamadas R3, M4 o MN1600. Se usan en reproductores MP3… No recomendables para robots, a no ser que vayan a ser muy pequeños.

Pequeña/AA: La pila más común, la de toda la vida que se usa en radios, despertadores, juguetes… De 1.5 voltios, más duración e intensidad que las anteriores. También llamadas R6, M3, MN1500… Estas ya podrían ser una opción interesante.

Mediana/tipo C: Estas son algo más grandes y pesadas (con más duración e intensidad que las anteriores) y de 1.5 voltios. También son llamadas R14, M2 y MN1400. Estas serían más convenientes para sumo, por ejemplo.


Grande/tipo D: Son las más grandes y pesadas de 1.5 voltios y por tanto las que más duran de este tipo y las que dan más intensidad y duración. También se llaman R20, M1 y MN1300. Hay que tener en cuenta su tamaño y peso, porque ya son grandes… Ideales para sumo.


Petaca: Estas son de 4.5 voltios y tienen mucha intensidad, así como duran mucho. También se llaman 3R12, M5 o MN1203. Estas son grandes también y pesan bastante.
Bloque: Estas son las de 9 voltios. También se llaman 6F22, M6 o MN1609. Son ligeras y relativamente pequeñas, pero su intensidad es muy baja, así que en mi opinión no son recomendables. Aunque en muchas ocasiones son recomendables para la lógica del microcontrolador (por ejemplo, en Basic Stamp). Aún así, es mejor usar 4 pilas AA (6 voltios en total) que una de bloque si hay varios sensores etc. conectados.



Pero, para conectar estas pilas, es necesario un portapilas. Podemos encontrar para todas las pilas que he mencionado, y son como cajitas donde colocarlas. Las de petaca no estos seguro si es posible encontrar un portapilas y las de bloque no tienen, pero si llevan un borne que se ajusta a ella y de donde salen los dos cables. Esto lo encontraremos únicamente en una tienda de electrónica, no es tan fácil como ir al súper… Pero es posible que no queramos conectarlo en serie… pero eso ¿qué es?



Bueno, para alimentar la lógica (la cual suele usar 5 voltios) es recomendable usar 4 pilas de 1.5 voltios. Como hay un regulador de tensión (que lo convierte en 5) podemos poner más de lo que usa (hasta cierto límite, depende, normalmente no pasa de los 18-25 voltios). También se suele usar una pila de 9 voltios, pero si hay muchos actuadores, sensores, motores etc. conectados no será suficiente.
Cuando realmente se necesita mucha energía es para los motores. Una mayor intensidad deriva en más par motor y un mayor voltaje en más rpm (velocidad de giro). Si queremos que los motores giren muy rápido habrá que usar el máximo voltaje que aguanten los motores (12 voltios, por lo general, para la robótica normal) o servos, por ejemplo si queremos participar en la categoría rastreador velocista. Si queremos que tengan mucha fuerza (par motor) tendrán que tener mucha intensidad. Para proporcionarle esa energía extra aparte de la de la lógica, hay que usar un driver (sobre drivers, motores y ruedas hablaré otro día). Vale, una vez esto está claro, hay que ver cómo conectar las pilas.

Supongamos que necesitamos llegar a 12 voltios, ¿cómo lo hacemos? Pues con 8 pilas de 1.5 voltios. Luego elegiremos que clase (AA, D…). Si queremos 6 voltios, pues 4 de 1.5 v. Para que al conectar 2 pilas se sumen los voltajes, es necesario que estén en serie, es decir, el positivo unido con el negativo de la siguiente pila. Así conseguimos aumentar el voltaje, y así están los portapilas. Es decir, que conectando positivo con negativo de la siguiente (y así sucesivamente) sumamos el voltaje. Se pueden conectar pilas de diferentes voltajes en serie, pero tienen que tener todas la misma capacidad de corriente, es decir, capacidad para soportar esa energía. A esto se le llama batería. Aumenta el voltaje y la duración.





Pero si queremos el mismo voltaje con más duración e intensidad, podemos ponerlas en paralelo. Es decir, unimos el positivo con el positivo y el negativo con el negativo, y de ahí sacamos otros dos cables hacia los motores/driver. Así también formamos una batería, pero aquí las pilas tienen que tener el mismo voltaje, muy importante. Sino hay diferencia entre las pilas y circula energía entre ellas, pudiendo dañarse y consumiendo energía. El voltaje se mantiene igual que el de una sola pila, pero aumenta la intensidad y la duración de las pilas.






Se podrían llegar a hacer circuitos con pilas en serie y paralelo, unas por una parte y otras por otro. Así conseguiríamos más voltaje y más intensidad, pero deberían tener todas el mismo voltaje. Aún así, no es muy habitual.



Yo, por ejemplo, usé 4 pilas de bloque en paralelo para la lógica de un microcontrolador (se mantiene en 9 voltios, pero duran más) y una sólo de 9 voltios para el otro microcontrolador, que apenas hacia nada. Para los motores, use 8 pilas normales de 1.5 voltios de tipo D, las más grandes. Usé también 2 portapilas de 4 horizontales cada uno para estas pilas. Cuando se acababan, las cambiaba. Esto fue así porque las alcalinas pesaban más y me pasaba de los 3 kg. de peso máximo. Eran Panasonic.



Para probar los motores recomiendo usar una fuente de alimentación y para las pilas un tester. Es un elemento indispensable en electrónica, así que si no tenéis uno, ya sabéis, a la tienda que los hay por 15 €. Así podremos medir la intensidad, voltaje etc. de las pilas para estar más seguros.


En cuanto a las marcas: Panasonic, Duracell, Sony, Cegasa… Vosotros veréis, no he comprobado marca a marca cual es mejor, pero no recomiendo las de la marca del súper. Por lo general, os podéis guiar por: cuanto más caras, suelen ser mejores. Vosotros decidís cuanto os queréis gastar.
Con una fuente de alimentación podemos probar cualquier motor. Lo conectamos (polo positivo y negativo) y le aplicamos la intensidad y voltaje que queramos. Aquí vemos una fuente de alimentación:


Por cierto, recomiendo poner un interruptor, para que cuando no se estén usando sean fáciles de desconectar y evitar que estén consumiendo a lo tonto.


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Autor: Sergio Porres González http://roboticamaselectronica.blogspot.com/Este documento ha sido realizado para orientar a posibles personas interesadas en la alimentación y fuentes de energía para robots o que estén interesados en la robótica en general. Si alguien quiere publicarlo, que contacte con su autor: sergioporresgonalez@gmail.com
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1 comentario:

Alejandro Daniel Jose Gomez Florez dijo...

Cordial Saludo.

Tengo una inquietud... Que es lo mas recomendable, usar una sola bateria para un equipo robotico, con el suficiente voltaje y los reguladores alimentados de esta, para suministrar alimentacion al procesador y los motores, o tener una fuente separada?... les agradecería sus respuestas.