Baterias,evita comprar más pilas

En otra ocasión ya hablé de los distintos tipos de pilas (ver aquí) En este momento, me centraré en las baterías, que son sistemas de almacenamiento de energía (igual que las pilas) pero que pueden reutilizarse. Esta característica les permite ser recargadas y usadas repetidamente un amplio número de veces (dependerá del tipo de batería). Gracias a ello, ahorraremos bastante dinero en pilas ya que, aunque las baterías son más caras que las pilas, a medio plazo es rentable.

Si vamos a emplearlas habitualmente merece la pena, sin duda. Pero debemos elegir aquellas que sean más acordes a nuestras necesidades. Es decir, dependiendo de lo que vayamos a hacer, necesitaremos más voltaje o intensidad, duración, ligereza... Por eso es importante definir nuestro proyecto, para saber cuales van a ser nuestras necesidades. 

Dos aspectos muy importantes son: el voltaje y la intensidad. Dependiendo de para que lo usemos habrá que usar uno u otro. Por ejemplo, la lógica se suele alimentar con 6 voltios. Sin embargo, los motores pueden admitir más, hasta 12 voltios (y más intensidad). 

Quizá nos interese la ligereza, ya que nuestro proyecto va a ser muy pequeño. O que sean económicas y de muchas recargas.

Las baterías son elementos que transforman la energía química almacenada en energía eléctrica. Un dato importante son los miliamperios/hora (mmA/h). Este dato te indica cuanta intensidad te dan y durante cuanto tiempo, si te dan 1600 mmA/h significa que los puedes usar 1 hora a 1.6 A o 30 minutos a 3.2 A hasta que se agotan.

Analicemos todos los tipos que existen y se comercializan, y cada uno se adecua a unas necesidades concretas:

Níquel/Cadmio (Ni/Cd)

Como indica su nombre, sus componentes principales son el hidróxido de níque y el de cadmio. Son quizá un poco antiguas, ahora se emplean poco, pero pueden seguir siéndonos útiles.

Inconvenientes: El cadmio es tóxico, tienen efecto memoria (acusado, se forman cristales en su interior si se carga sin estar completamente descargada) e invierten la polaridad si se descarga por debajo de su tensión mínima, además pesan bastante y ofrecen poca capacidad.

Ventajas: Bajo precio, alto número de ciclos de carga y descarga (+ 1000), se cargan más o menos rápido.

Níquel/metalhidruro (Ni/MH)

Estas sustituyen el cadmio por el hidruro metálico, que no es tóxico. Estas están bastante extendidas y se usan habitualmente debido a su bajo precio y a que existen, entre otros, como pilas recargables.

Inconvenientes: requieren cargadores específicos, se cargan más lentamente, sus ciclos de carga son unos 500-600 (algunas hasta 1000) y son sensibles al calor (en principio, no es un problema)

Ventajas: No son tóxicas, tienen un  40%  más de capacidad que las de Ni/Cd, no sufren efecto memoria, pesan menos y son baratas. Además las podemos encontrar como pilar recargables, que son más fáciles de usar y útiles.

Ión litio (Li-ion)

Estas baterías son las más usadas en móviles, PDAs etc. Son delgadas y ligeras, proporionando una alta capacidad (superior a las Ni/MH). Pero son considerablemente más caras. Usan grafito y óxido de cobalto o trifilina.

 

Inconvenientes: Son caras, tienen menos ciclos de carga (300-500 ciclos) y  funcionan peor a bajas temperaturas.

Ventajas: No sufren efecto memoria, tienen una capacidad de carga superior a las Ni/Cd y Ni/MH, pesan y miden poco.

Litio polímero (Li-po)

Estas baterías son muy recientes y se pueden encontrar en los portátiles más nuevos y en los móviles más recientes. Son una mejora considerable respecto a las Li-ion. Pero CUIDADO, porque son inestables si se cargan mal, pueden llegar a incendiarse. Mucho ojo con el cargador que usamos.

Inconvenientes: Son peligrosas, requieren un cargador especial, menos ciclos de carga (300-500)

Ventajas: Altísima capacidad, descarga de mucha intensidad, muy ligeras y pequeñas (4 veces más que las de Ni/MH), sin efecto memoria y tardan poco en cargarse.

Plomo ácido

Formadas por plomo y óxido de plomo, son las que se emplean en los coches. No están muy extendidas.

Las baterías de gel son una variante de las de plomo ácido.

Pila de combustible

Estas funcionan con hidrógeno, son las que empezaremos a ver en los automóviles ecológicos. De un pila de hidrógeno, se obtiene electricidad.

Paneles solares

Quizá no sean una alternativa real para todo el mundo, pero en proyectos en el exterior y junto con una batería, puede ser una buena opción. Obviamente se requiere un lugar soleado, donde se obtendrán resultados muy satisfactorios.

Cargadores

Esta sección es importante, ya que dependiendo del tipo de batería que usemos debemos usar uno u otro. La mayoría de las baterías requieren uno especial y es algo muy a tener en cuenta. Debemos consultar al fabricante sobre el tipo de cargador adecuado, o usar uno que sea adecuado para el tipo de batería que usamos. Hay algunos (algo más caros) que son capaces de cargar varios tipos de baterías distintos, como Ni/Cd, Ni/MH y Li-ion.

Conclusión:

En mi opinión, lo más recomendable es usar las baterías NiMH para proyectos normales, pilas recargables si es posible (así las podremos emplear para cámaras de fotos y otros) y un cargador específico para este tipo de pilas (por cierto, existen varios tipos de pilas, C, D, AA... depende de lo que queramos). Si vamos a gastarnos bastante dinero y necesitamos altas prestaciones, hay que irse al litio polímero, sin duda. Pero si no, no es muy recomendable dado su precio y su peligrosidad. Por ejemplo, por unos 12 €, hay 4 pilas recargables NiMH del tipo AA que proporcionan 2.4 amperio/hora. Por 18 € podemos encontrar cargadores para todos los tipos de pilas recargables NiMH. Los cargadores de litio polimero también rondan los 18 €, pero necesitas uno específico para cada batería.

Efecto memoria: Este efecto consiste en que las baterías, cuando no se descargan del todo y se vuelven a cargar, pierden efectividad y cada vez duran menos. Sucede en todas las baterías, aunque en pequeña medida en todas, menos en las de Ni/Cd, donde se forman cristales internos.

Ecología: Debemos usar baterías si vamos a usarlas varias veces porque así evitamos comprar pilas y desecharlas posteriormente, ya que recordemos que tienen un alto poder contaminante.

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Autor: Sergio Porres González www.roboelectro.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

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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