martes, 9 de julio de 2013
miércoles, 4 de abril de 2012
Cohetes con propulsión a agua!
Este video me pareció sumamente interesante.
Un cohete hecho íntegramente con botellas de agua a presión... y con dos etapas!
Durante el video se ven diversas tomas de cámaras ubicadas en distintas partes del cohete.
La dirección del sitio para los que quieran ver más datos:
http://www.aircommandrockets.com
Un cohete hecho íntegramente con botellas de agua a presión... y con dos etapas!
Durante el video se ven diversas tomas de cámaras ubicadas en distintas partes del cohete.
La dirección del sitio para los que quieran ver más datos:
http://www.aircommandrockets.com
Programación de PLCs (2): Relés especiales
En esta tercera entrega práctica sobre lógica de relés utilizando el simulador TRiLOGI, hablaremos del uso de relés especiales:
Repetiremos nuestro ejemplo de arranque-parada usando esta forma, que utiliza dos bobinas especiales.
Usaremos nuestro ejemplo anterior de arranque-parada, en dónde ya tenemos definidas las etiquetas que utilizaremos ahora. Agregaremos una nueva etiqueta de output, a la que llamaremos Salida2
Comenzamos una nueva línea agregando un contacto de Arranque. A la salida le conectaremos una bobina "de Función" (9). En el menú que aparece para elegir la función deseada, escogeremos la opción número 7 (Latch), y en la tabla, la salida "Salida2"
Ahora agregamos una línea más, comenzando con un contacto de Parada, y activando una bobina de salida de Función, escogiendo la opción 8 (Clear), para la misma salida, "Salida2". Si hicieron todos los pasos bien, lo que obtendrán es así:
Ahora es el momento de simularlo para ver que las dos versiones de la lógica de arranque-parada funcionan exactamente igual.
Vamos a alterar el circuito de control de "Salida1". Se ha agregado un control maestro, si este control está activo, la salida estará activa sin importar el estado de Arranque y Parada.
Esta nueva lógica puede ser representada de varias maneras. Nosotros utilizaremos un circuito que utiliza relés auxiliares.
1) Definimos dos etiquetas nuevas. En la tabla, agregamos bajo la categoría Inputs, la entrada "Maestro", y bajo la categoría Relays, al relé "Aux1"
2) Borramos la bobina de salida Salida1 (Doble click sobre la bobina, y apretamos "DEL")
3) Agregamos, en su lugar, una bobina, escogiendo "Aux1" de la categoría Relays.
4) Agregamos una nueva línea. Colocamos contactos de Maestro y Aux1 en paralelo, para activar la Salida1.
5) Si todavía tienen la lógica de arranque-parada para Salida2 con latches, la podemos eliminar para ver la lógica nueva con mayor claridad. Para eso, hacemos click derecho sobre la lógica y elegimos la opción de "Eliminar Circuito", y en el menú introducimos la opción de borrado de los circuitos 2 a 3.
En la figura siguiente pueden ver cómo queda la lógica de arranque parada con comando maestro y relé auxiliar:
Simulemos el circuito. Si activamos en forma permanente al control maestro (botón derecho del mouse), la salida queda activa todo el tiempo sin importar el estado de Arranque y Parada. Qué ocurre si activamos a "Maestro" sólo momentáneamente?
Uno de los problemas que se presentan en un programa de PLC es el hecho de que la escalera es barrida en forma secuencial. Si bien las salidas serán actualizadas al final del ciclo, la representación interna del estado de dicha salida será actualizada a medida que se recorre el diagrama de escalera.
Esto se demuestra en los programas siguientes:
En el programa 1, la Salida2 es activada y desactivada a través de la entrada "Arranque". No se ven cambios visibles en el estado de la Salida2:
En el programa 2, en cambio, la Salida1 es activada. Simulen y analicen detenidamente ambos ejemplos:
El contacto Salida2 del programa 2 estuvo activo durante parte del scan, y fue suficiente para activar la Salida1. Surge aquí una ventaja del circuito de arranque parada realizado con contactos, con respecto al realizado con instrucciones de tipo Latch y Clear. En la lógica de contactos, queda bien definido el comportamiento de la lógica, incluso si tanto Arranque como Parada están activos.
En cambio, en la lógica por latch, si tanto la condición de arranque como la de parada son válidas, el comportamiento del programa dependerá del orden en que se hayan escrito las instrucciones. La última instrucción "gana". Así, si se escribió primero una instrucción Latch y luego una instrucción Clear, y ambas son ejecutadas, la salida no será activada. Obviamente si fuera al revés, es decir, la instrucción Latch estuviera después, la situación sería distinta y la salida sí se vería activada.
Una vez comentada la lógica del Scan, veamos la función de detección de flancos.
La idea de este contacto especial es detectar un cambio en una entrada de abierto a cerrado. Si esto ocurre, el contacto detector de flanco estará activo durante un scan completo.
A continuación, utilizaremos todos los elementos aprendidos para construir un programa de arranque-parada que funciona con un solo pulsador. Cada pulsación invierte el estado de la salida, si estaba apagada pasa a estar encendida, y viceversa. Algunas implementaciones de este tipo de lógica tienen el problema que si se deja el pulsador apretado, la salida oscila rápidamente cambiando constantemente de apagado a encendido y viceversa.
La lógica que veremos a continuación no presenta este problema. El contacto de flanco produce el pulso de un sólo scan de duración. Posteriormente se activa o desactiva un relé interno dependiendo del estado actual de la salida. Por último, se transfiere el estado del relé interno a la salida:
Simulemos ahora el programa, observen el comportamiento de los elementos del mismo, observen también qué ocurre si se mantiene presionado el pulsador durante un tiempo largo en cada una de las dos transiciones.
En la próxima entrega hablaremos de temporizadores y contadores.
- Salidas de tipo latch y unlatch
- Uso de memoria interna, o relés auxiliares
- Contactos que detectan cambios, o flancos, de una entrada.
Salidas de tipo latch y unlatch
Como vimos en la lección anterior, la lógica con autoretención es similar a un flip flop. Para algunas aplicaciones, es ventajoso expresar al flip flop mediante dos condiciones lógicas, una para activar al flipflop, y la otra para desactivarlo.Repetiremos nuestro ejemplo de arranque-parada usando esta forma, que utiliza dos bobinas especiales.
Usaremos nuestro ejemplo anterior de arranque-parada, en dónde ya tenemos definidas las etiquetas que utilizaremos ahora. Agregaremos una nueva etiqueta de output, a la que llamaremos Salida2
Comenzamos una nueva línea agregando un contacto de Arranque. A la salida le conectaremos una bobina "de Función" (9). En el menú que aparece para elegir la función deseada, escogeremos la opción número 7 (Latch), y en la tabla, la salida "Salida2"
Ahora agregamos una línea más, comenzando con un contacto de Parada, y activando una bobina de salida de Función, escogiendo la opción 8 (Clear), para la misma salida, "Salida2". Si hicieron todos los pasos bien, lo que obtendrán es así:
Ahora es el momento de simularlo para ver que las dos versiones de la lógica de arranque-parada funcionan exactamente igual.
Uso de relés auxiliares
Hasta ahora, todos los programas que escribimos afectan directamente salidas del PLC. En una situación de control real, las salidas estarán conectadas a elementos reales (lámparas, motores, actuadores, etc.). Muchas veces queremos realizar una lógica intermedia que no está directamente relacionada con una salida. Para ello utilizamos los relés internos.Vamos a alterar el circuito de control de "Salida1". Se ha agregado un control maestro, si este control está activo, la salida estará activa sin importar el estado de Arranque y Parada.
Esta nueva lógica puede ser representada de varias maneras. Nosotros utilizaremos un circuito que utiliza relés auxiliares.
1) Definimos dos etiquetas nuevas. En la tabla, agregamos bajo la categoría Inputs, la entrada "Maestro", y bajo la categoría Relays, al relé "Aux1"
2) Borramos la bobina de salida Salida1 (Doble click sobre la bobina, y apretamos "DEL")
3) Agregamos, en su lugar, una bobina, escogiendo "Aux1" de la categoría Relays.
4) Agregamos una nueva línea. Colocamos contactos de Maestro y Aux1 en paralelo, para activar la Salida1.
5) Si todavía tienen la lógica de arranque-parada para Salida2 con latches, la podemos eliminar para ver la lógica nueva con mayor claridad. Para eso, hacemos click derecho sobre la lógica y elegimos la opción de "Eliminar Circuito", y en el menú introducimos la opción de borrado de los circuitos 2 a 3.
En la figura siguiente pueden ver cómo queda la lógica de arranque parada con comando maestro y relé auxiliar:
Detección de Flancos
Antes de hablar de detección de flancos debemos hacer un ligero desvío para comentar qué es el I/O Scan (barrido de entradas y salidas). La lógica del PLC funciona de la siguiente manera:- Se inspecciona el estado de todas las entradas.
- Se realiza la lógica que dicta nuestro programa
- Se actualizan los estados de las salidas.
Uno de los problemas que se presentan en un programa de PLC es el hecho de que la escalera es barrida en forma secuencial. Si bien las salidas serán actualizadas al final del ciclo, la representación interna del estado de dicha salida será actualizada a medida que se recorre el diagrama de escalera.
Esto se demuestra en los programas siguientes:
En el programa 1, la Salida2 es activada y desactivada a través de la entrada "Arranque". No se ven cambios visibles en el estado de la Salida2:
En cambio, en la lógica por latch, si tanto la condición de arranque como la de parada son válidas, el comportamiento del programa dependerá del orden en que se hayan escrito las instrucciones. La última instrucción "gana". Así, si se escribió primero una instrucción Latch y luego una instrucción Clear, y ambas son ejecutadas, la salida no será activada. Obviamente si fuera al revés, es decir, la instrucción Latch estuviera después, la situación sería distinta y la salida sí se vería activada.
Una vez comentada la lógica del Scan, veamos la función de detección de flancos.
La idea de este contacto especial es detectar un cambio en una entrada de abierto a cerrado. Si esto ocurre, el contacto detector de flanco estará activo durante un scan completo.
A continuación, utilizaremos todos los elementos aprendidos para construir un programa de arranque-parada que funciona con un solo pulsador. Cada pulsación invierte el estado de la salida, si estaba apagada pasa a estar encendida, y viceversa. Algunas implementaciones de este tipo de lógica tienen el problema que si se deja el pulsador apretado, la salida oscila rápidamente cambiando constantemente de apagado a encendido y viceversa.
La lógica que veremos a continuación no presenta este problema. El contacto de flanco produce el pulso de un sólo scan de duración. Posteriormente se activa o desactiva un relé interno dependiendo del estado actual de la salida. Por último, se transfiere el estado del relé interno a la salida:
En la próxima entrega hablaremos de temporizadores y contadores.
lunes, 12 de marzo de 2012
Programación de PLCs (1): Arranque-Parada
Cuando empecé a planificar los contenidos de esta serie de artículos sobre PLC, era para mí obvio que debía contar con ejemplos prácticos (según la tradición de la revistucha Lúpin).
Así es que busqué simuladores de PLC gratuitos en la Internet y… encontré unos cuantos. Me decidí por uno en especial porque es gratuito y no tiene limitaciones de uso (se pueden guardar y cargar programas en la versión libre). De todos modos muchos de los ejemplos son bastante simples y si Uds. prefieren o tienen acceso a otro simulador (o a un PLC real), no les costará mucho adaptar los ejemplos para el entorno que decidan utilizar.
El simulador que voy a utilizar en los ejemplos se llama i-TRiLOGI 6, y lo pueden descargar aquí.
Para poder descargarlo deberán anotare en el sitio del simulador, tras lo cual recibirán un e-mail con instrucciones para instalarlo. El programa necesita Java y recomiendan una versión en particular del mismo. Para bajar esa versión, tuve también que crear un usuario en el sitio de Oracle… Luego, utilizando la contraseña que recibí por e-mail, instalé el simulador de TRiLOGI.
Pero bueno, una vez pasados todos estos tediosos pasos, el simulador queda listo para usar en nuestra PC y viene la parte más interesante, el aprendizaje. Para ello utilizaremos el programa en su versión con interfaz en castellano.
Comenzaremos un proyecto nuevo. Para eso, en el menú de Archivo, elegimos la opción "Nuevo".
La pantalla inicial del simulador de PLC se ve así:
En la barra de estado pueden verse diversos contactos y bobinas, que iremos utilizando en nuestros ejemplos.
En esta entrega desarrollaremos un circuito clásico de lógica de relés, el circuito de control de arranque-parada con autorretención.
El primer paso será definir una serie de etiquetas que iremos utilizando luego en nuestros ejemplos. Definiremos las siguientes etiquetas:
Entradas: Arranque, Parada
Salidas: Salida1
Así es que busqué simuladores de PLC gratuitos en la Internet y… encontré unos cuantos. Me decidí por uno en especial porque es gratuito y no tiene limitaciones de uso (se pueden guardar y cargar programas en la versión libre). De todos modos muchos de los ejemplos son bastante simples y si Uds. prefieren o tienen acceso a otro simulador (o a un PLC real), no les costará mucho adaptar los ejemplos para el entorno que decidan utilizar.
El simulador que voy a utilizar en los ejemplos se llama i-TRiLOGI 6, y lo pueden descargar aquí.
Para poder descargarlo deberán anotare en el sitio del simulador, tras lo cual recibirán un e-mail con instrucciones para instalarlo. El programa necesita Java y recomiendan una versión en particular del mismo. Para bajar esa versión, tuve también que crear un usuario en el sitio de Oracle… Luego, utilizando la contraseña que recibí por e-mail, instalé el simulador de TRiLOGI.
Pero bueno, una vez pasados todos estos tediosos pasos, el simulador queda listo para usar en nuestra PC y viene la parte más interesante, el aprendizaje. Para ello utilizaremos el programa en su versión con interfaz en castellano.
Comenzaremos un proyecto nuevo. Para eso, en el menú de Archivo, elegimos la opción "Nuevo".
La pantalla inicial del simulador de PLC se ve así:
Con el puntero del ratón, hagamos click doble sobre la flecha roja a la izquierda de la pantalla, y entraremos en el modo de edición del diagrama de escalera, que se verá así:
En la barra de estado pueden verse diversos contactos y bobinas, que iremos utilizando en nuestros ejemplos.
En esta entrega desarrollaremos un circuito clásico de lógica de relés, el circuito de control de arranque-parada con autorretención.
El primer paso será definir una serie de etiquetas que iremos utilizando luego en nuestros ejemplos. Definiremos las siguientes etiquetas:
Entradas: Arranque, Parada
Salidas: Salida1
Para ello procederemos así:
1) Hacemos click sobre el botón I/O Tabla ubicado en la parte derecha de la barra de estado (o presionamos la tecla F2).
2) Nos aseguramos que la selección del menú sea Inputs (entradas)
3) Hacemos click al lado de la posición 1 y escribimos "Arranque"
4) Hacemos enter y el cursor azul se moverá a la posición número 2
5) Sin necesidad de usar el ratón, escribimos "Parada", que será también registrado luego de oprimir Enter.
6) Con las flechas rojas a los lados de la palabra "Inputs", o abriendo el menú descolgable, elegimos la categoría Outputs (salidas)
7) Ingresamos la etiqueta "Salida1"
Ahora comenzaremos a construir nuestra lógica.
Elegimos un contacto NA (1). Inmediatamente "saltará" la lista de etiquetas, escogemos la entrada "Arranque". Le conectamos una salida de relé(7), escogiendo la etiqueta "Salida1". El circuito deberá quedar así:
Este circuito es muy simple, y bastante aburrido, pero sirve para comenzar. Vamos a simularlo. Para ello, elegimos en el menú Simular, la opción Ejecutar.
Se abre la tabla de Entradas y Salidas del Simulador, con cinco columnas. Por ahora nos concentraremos en la primera columna (inputs) y en la última (outputs).
Con el botón izquierdo del mouse, mantengamos presionado sobre la entrada "Arranque". Qué veremos? Mientras mantengamos presionado, la salida estará activa. Tenemos otra opción, que es la de apretar sobre la entrada con el botón derecho. Esta opción cambia la entrada en forma permanente, la activa o la desactiva "con memoria". Pruébenlo Uds. mismos. Observen los cambios que se producen tanto en la tabla de entradas-salidas, como en el diagrama del programa en sí.
Cerremos la ventana de entradas-salidas, y hagamos click sobre la flecha roja, o apretemos la barra espaciadora, para entrar en el modo de edición.
Agregaremos un contacto en paralelo al contacto de arranque (usando la opción 3, que representa un contacto en paralelo). El contacto será activado por Salida1, por eso debemos escogerlo de la tabla, en la categoría de outputs. El programa quedará así:
A esta configuración le está faltando un control de parada, que es lo que agregaremos ahora. Si el modo de edición no estaba activo, lo activamos ahora. Hacemos click sobre el contacto de arranque, que se pondrá amarillo. Ahora hacemos nuevamente click sobre el cuadrado pequeño a la derecha del contacto. Aparecerá un cuadrado amarillo pequeño de inserción. Hacemos click derecho sobre el contacto NA (1), obteniendo de esta manera un contacto NC, para el que utilizaremos la etiqueta de "Parada".
1) Hacemos click sobre el botón I/O Tabla ubicado en la parte derecha de la barra de estado (o presionamos la tecla F2).
2) Nos aseguramos que la selección del menú sea Inputs (entradas)
3) Hacemos click al lado de la posición 1 y escribimos "Arranque"
4) Hacemos enter y el cursor azul se moverá a la posición número 2
5) Sin necesidad de usar el ratón, escribimos "Parada", que será también registrado luego de oprimir Enter.
6) Con las flechas rojas a los lados de la palabra "Inputs", o abriendo el menú descolgable, elegimos la categoría Outputs (salidas)
7) Ingresamos la etiqueta "Salida1"
Ahora comenzaremos a construir nuestra lógica.
Elegimos un contacto NA (1). Inmediatamente "saltará" la lista de etiquetas, escogemos la entrada "Arranque". Le conectamos una salida de relé(7), escogiendo la etiqueta "Salida1". El circuito deberá quedar así:
Este circuito es muy simple, y bastante aburrido, pero sirve para comenzar. Vamos a simularlo. Para ello, elegimos en el menú Simular, la opción Ejecutar.
Se abre la tabla de Entradas y Salidas del Simulador, con cinco columnas. Por ahora nos concentraremos en la primera columna (inputs) y en la última (outputs).
Con el botón izquierdo del mouse, mantengamos presionado sobre la entrada "Arranque". Qué veremos? Mientras mantengamos presionado, la salida estará activa. Tenemos otra opción, que es la de apretar sobre la entrada con el botón derecho. Esta opción cambia la entrada en forma permanente, la activa o la desactiva "con memoria". Pruébenlo Uds. mismos. Observen los cambios que se producen tanto en la tabla de entradas-salidas, como en el diagrama del programa en sí.
Cerremos la ventana de entradas-salidas, y hagamos click sobre la flecha roja, o apretemos la barra espaciadora, para entrar en el modo de edición.
Agregaremos un contacto en paralelo al contacto de arranque (usando la opción 3, que representa un contacto en paralelo). El contacto será activado por Salida1, por eso debemos escogerlo de la tabla, en la categoría de outputs. El programa quedará así:
Cuando lo simulemos, veremos que aún una activación momentánea de la entrada de Arranque, hace que la Salida1 se mantenga activada indefinidamente. A esta configuración se la denomina enclavamiento o autorretención.
A esta configuración le está faltando un control de parada, que es lo que agregaremos ahora. Si el modo de edición no estaba activo, lo activamos ahora. Hacemos click sobre el contacto de arranque, que se pondrá amarillo. Ahora hacemos nuevamente click sobre el cuadrado pequeño a la derecha del contacto. Aparecerá un cuadrado amarillo pequeño de inserción. Hacemos click derecho sobre el contacto NA (1), obteniendo de esta manera un contacto NC, para el que utilizaremos la etiqueta de "Parada".
Si todo salió bien, deberán tener ahora un circuito así:
Les dejo para Uds. el análisis y la experimentación con el circuito, que ya está completo. Traten de hacerle algunas variaciones, hasta sentirse seguros con los modos de edición del simulador. Les recomiendo guardar este programita (usando el menú Archivo-Guardar).
Como comentario final, quizá ya habrán notado que la lógica de relés tiene su equivalente en la lógica digital. Dos contactos en paralelo son equivalentes a una función OR, ya que la salida estará activa si uno cualquiera de los dos contactos (o los dos juntos) están activos.
Dos contactos en serie son equivalentes a una función AND, ya que su salida estará activa solamente si ambos contactos están activos.
Por último, el circuito de arranque y parada es similar a un flip-flop. El arranque activa al flip-flop, la parada lo desactiva. Si el usuario pulsara simultáneamente tanto el arranque como la parada, la función de parada "gana". Por eso se dice que éste es un circuito de arranque-parada con prioridad al arranque. Se puede programar de manera que el arranque tenga prioridad, y se los dejo para que lo piensen.
Como ejercicio adicional, se propone lo siguiente:
Programar y simular un circuito que consta de dos entradas y una salida. La salida estará activa:
1) Si la entrada 1 está activa y la entrada 2 inactiva, o
2) Si la entrada 1 está inactiva y la entrada 2 está activa.
Estf función es similar a los interruptores de pasillos o escaleras, en la que dos llaves en los extremos pueden cambiar el estado de la lámpara, de apagado a encendido, y viceversa.
Algunos de Uds. se estarán preguntando sobre otras de las funciones disponibles en el simulador. No se preocupen, ya las iremos viendo en próximas entregas.
Como comentario final, quizá ya habrán notado que la lógica de relés tiene su equivalente en la lógica digital. Dos contactos en paralelo son equivalentes a una función OR, ya que la salida estará activa si uno cualquiera de los dos contactos (o los dos juntos) están activos.
Dos contactos en serie son equivalentes a una función AND, ya que su salida estará activa solamente si ambos contactos están activos.
Por último, el circuito de arranque y parada es similar a un flip-flop. El arranque activa al flip-flop, la parada lo desactiva. Si el usuario pulsara simultáneamente tanto el arranque como la parada, la función de parada "gana". Por eso se dice que éste es un circuito de arranque-parada con prioridad al arranque. Se puede programar de manera que el arranque tenga prioridad, y se los dejo para que lo piensen.
Como ejercicio adicional, se propone lo siguiente:
Programar y simular un circuito que consta de dos entradas y una salida. La salida estará activa:
1) Si la entrada 1 está activa y la entrada 2 inactiva, o
2) Si la entrada 1 está inactiva y la entrada 2 está activa.
Estf función es similar a los interruptores de pasillos o escaleras, en la que dos llaves en los extremos pueden cambiar el estado de la lámpara, de apagado a encendido, y viceversa.
Algunos de Uds. se estarán preguntando sobre otras de las funciones disponibles en el simulador. No se preocupen, ya las iremos viendo en próximas entregas.
sábado, 3 de marzo de 2012
Baterías recargables: Conceptos básicos
Introducción
Las baterías generan electricidad por procesos químicos. Las pilas comunes de carbón generan electricidad por un proceso irreversible, una vez descargada, la pila debe ser descartada. Las baterías diseñadas para ser utilizadas una sola vez son también llamadas baterías primarias.
En este artículo nos concentramos en las baterías recargables, o secundarias. En estas baterías el proceso químico es reversible, y mediante el proceso de carga, la batería queda preparada para un nuevo uso.
Algunas definiciones y parámetros principales de las baterías:
Química
Todas las pilas, primarias y secundarias, están basadas celdas básicas que contienen dos electrodos y un electrolito. Las baterías más utilizadas el día de hoy están basadas en tres elementos químicos: plomo, níquel y litio. Estos elementos usados en los electrodos, combinados con otros materiales, determinan las capacidades básicas de la batería.
Tensión
Cada celda de una batería genera una tensión determinada por la química de los elementos que la componen.
Capacidad
Medida normalmente en Ah. Una batería de 1Ah puede teóricamente entregar un amperio durante una hora antes de descargarse completamente. En general los fabricantes inflan este factor, y es incorrecto utilizarlo como único parámetro de diseño.
Densidad de energía
Es la relación entre el peso de la batería y la energía que puede entregar. Una manera de expresar la energía es en Wh. (Energía = Potencia x tiempo. Potencia en Watt y tiempo en horas).
C-rate o relación de carga y descarga
Es la corriente de carga y descarga recomendada (o máxima), comparada con la capacidad. Una batería de 1Ah con un C-rate de 1 teóricamente durará una hora entregando una corriente de 1A.
La relación entre corriente de descarga y la capacidad NO es lineal. Un ejemplo real: La hoja de datos de un fabricante muestra que una batería de vehículo descargada a 0.2C puede durar cinco horas, mientras que si la usamos a 0.6C durará solamente una hora.
Resistencia interna
Una fuente de tensión ideal tiene una resistencia en serie nula. Las baterías tienen resistencias internas de centenares de miliOhm, que obviamente generan pérdidas.
No hay una batería que sea mejor que las otras, todas tienen ventajas y desventajas y la elección depende de la aplicación. Incluso dentro de un tipo determinado de baterías podemos encontrar optimizaciones para tipos distintos de aplicaciones.
Tipos más comunes de baterías
De plomo
Robustas y económicas, son pesadas y pueden requerir mantenimiento. Se las usa en vehículos a nafta, carros eléctricos, UPS y sistemas con paneles solares.Las baterías para coches necesitan soportar altos picos de corriente en el arranque, y a cambio, exigen que la descarga no sea profunda. Otras baterías, por ejemplo para aplicaciones solares, permiten descarga profunda pero no soportan altas corrientes de pico.
Níquel cadmio (NiCd)
Una de las primeras químicas modernas. Tienen un gran ciclo de vida y pueden entregar grandes corrientes, siendo también económicas. El cadmio, como también el plomo, son sumamente tóxicos y por eso se han buscado reemplazos para estas baterías cuyo uso está en descenso.
Níquel metal (NiMh)
El desarrollo más popular para usos hogareños sin la toxicidad de las de níquel cadmio.
Litio (Li-ion)
Las pilas de litio son el desarrollo más reciente, con muy buena densidad de energía y alta corriente de descarga (C-rate) son las preferidas en aplicaciones de aeromodelismo. Son bastante peligrosas por lo que requieren circuitos de protección que aumentan su costo.
A continuación veremos una tabla que compara algunos parámetros de las pilas recargables más comunes, sin dejar de recordarles que este artículo es una introducción muy genérica sin adentrarse en las complejidades de cada sub-tipo (las baterías de Li-ion, por ejemplo, incluyen varios sub-tipos populares: cobalto, manganeso, polímero, etc.).
Las baterías generan electricidad por procesos químicos. Las pilas comunes de carbón generan electricidad por un proceso irreversible, una vez descargada, la pila debe ser descartada. Las baterías diseñadas para ser utilizadas una sola vez son también llamadas baterías primarias.
En este artículo nos concentramos en las baterías recargables, o secundarias. En estas baterías el proceso químico es reversible, y mediante el proceso de carga, la batería queda preparada para un nuevo uso.
Algunas definiciones y parámetros principales de las baterías:
Química
Todas las pilas, primarias y secundarias, están basadas celdas básicas que contienen dos electrodos y un electrolito. Las baterías más utilizadas el día de hoy están basadas en tres elementos químicos: plomo, níquel y litio. Estos elementos usados en los electrodos, combinados con otros materiales, determinan las capacidades básicas de la batería.
Tensión
Cada celda de una batería genera una tensión determinada por la química de los elementos que la componen.
Capacidad
Medida normalmente en Ah. Una batería de 1Ah puede teóricamente entregar un amperio durante una hora antes de descargarse completamente. En general los fabricantes inflan este factor, y es incorrecto utilizarlo como único parámetro de diseño.
Densidad de energía
Es la relación entre el peso de la batería y la energía que puede entregar. Una manera de expresar la energía es en Wh. (Energía = Potencia x tiempo. Potencia en Watt y tiempo en horas).
C-rate o relación de carga y descarga
Es la corriente de carga y descarga recomendada (o máxima), comparada con la capacidad. Una batería de 1Ah con un C-rate de 1 teóricamente durará una hora entregando una corriente de 1A.
La relación entre corriente de descarga y la capacidad NO es lineal. Un ejemplo real: La hoja de datos de un fabricante muestra que una batería de vehículo descargada a 0.2C puede durar cinco horas, mientras que si la usamos a 0.6C durará solamente una hora.
Resistencia interna
Una fuente de tensión ideal tiene una resistencia en serie nula. Las baterías tienen resistencias internas de centenares de miliOhm, que obviamente generan pérdidas.
No hay una batería que sea mejor que las otras, todas tienen ventajas y desventajas y la elección depende de la aplicación. Incluso dentro de un tipo determinado de baterías podemos encontrar optimizaciones para tipos distintos de aplicaciones.
Tipos más comunes de baterías
De plomo
Robustas y económicas, son pesadas y pueden requerir mantenimiento. Se las usa en vehículos a nafta, carros eléctricos, UPS y sistemas con paneles solares.Las baterías para coches necesitan soportar altos picos de corriente en el arranque, y a cambio, exigen que la descarga no sea profunda. Otras baterías, por ejemplo para aplicaciones solares, permiten descarga profunda pero no soportan altas corrientes de pico.
Níquel cadmio (NiCd)
Una de las primeras químicas modernas. Tienen un gran ciclo de vida y pueden entregar grandes corrientes, siendo también económicas. El cadmio, como también el plomo, son sumamente tóxicos y por eso se han buscado reemplazos para estas baterías cuyo uso está en descenso.
Níquel metal (NiMh)
El desarrollo más popular para usos hogareños sin la toxicidad de las de níquel cadmio.
Litio (Li-ion)
Las pilas de litio son el desarrollo más reciente, con muy buena densidad de energía y alta corriente de descarga (C-rate) son las preferidas en aplicaciones de aeromodelismo. Son bastante peligrosas por lo que requieren circuitos de protección que aumentan su costo.
A continuación veremos una tabla que compara algunos parámetros de las pilas recargables más comunes, sin dejar de recordarles que este artículo es una introducción muy genérica sin adentrarse en las complejidades de cada sub-tipo (las baterías de Li-ion, por ejemplo, incluyen varios sub-tipos populares: cobalto, manganeso, polímero, etc.).
Plomo
|
NíCd
|
NiMh
|
Li-ion
|
|
Tensión nominal de celda
|
2V
|
1.2V
|
1.2V
|
3.6V
|
Ciclos de carga y descarga
|
250
|
1.000
|
400
|
750
|
Corriente de descarga recomendada
|
0.2C
|
0.5C
|
<
|
|
Densidad de energía
|
Baja
|
Baja
|
Media
|
Alta
|
Resistencia interna de cada celda
en miliOhm
|
< 20
|
20 - 40
|
40 - 60
|
25 – 75
(se
agregan 100 miliOhm por el circuito de protección)
|
Carga rápida
|
8 horas
|
1 hora
|
2 horas
|
< 1 hora
|
Auto descarga por mes
|
5%
|
20%
|
30%
|
< 10%
|
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