Bueno hoy preparamos algo de teoría sobre Fuentes de Tensión, Generador de Corriente, Baterías y Pilas.
Fuente de tensión:
Una fuente de tensión real se puede considerar como una fuente de tensión ideal en serie con una resistencia a la que se denomina resistencia interna de la fuente. En circuito abierto, la tensión entre los bornes A y B (VAB) es igual a la tensión que nos entrega la fuente.
Generador de voltaje o tensión:
Un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga, Rc, que pueda estar conectada entre ellos.
Generador de corriente o intensidad:
Un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos.
Pilas:
Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio.
En Argentina la pila Volta es una pila común. En castellano ha venido siendo costumbre llamarla así, mientras que al dispositivo recargable o acumulador, se ha venido llamando batería. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas —en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo adosados lateralmente, "en batería"— como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera de los dos nombres serviría para cualquier tipo, pero la costumbre ha fijado la distinción.
La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos, metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o electrolito
Principios de funcionamiento:
La pila Cu-Ag, un ejemplo de reacción redox.
Aunque la apariencia de cada una de estas celdas sea simple, la explicación de su funcionamiento dista de serlo y motivó una gran actividad científica en los siglos XIX y XX, así como diversas teorías.
Las pilas básicamente son dos electrodos metálicos sumergidos en un líquido, sólido o pasta que se llama electrolito. El electrolito es un conductor de iones.
Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, en uno de los electrodos (el cátodo) se producen electrones (oxidación), y en el otro (ánodo) se produce un defecto de electrones (reducción). Cuando los electrones sobrantes del cátodo pasan al ánodo a través de un conductor externo a la pila se produce una corriente eléctrica.
Como vemos, en el fondo, se trata de una reacción de oxidación y otra de reducción que se producen simultáneamente.
El voltaje, tensión o diferencia de potencial que produce un elemento electroquímico o celda electro química viene determinado completamente por la naturaleza de las sustancias de los electrodos y del electrolito, así como por su concentración. La conexión de elementos en serie permite multiplicar esta tensión básica cuanto se quiera.
Una vez fijada la tensión, la ley de Ohm determina la corriente que circulará por la carga y consecuentemente el trabajo que podrá realizarse, siempre naturalmente que esté dentro de las posibilidades de la pila, que no son infinitas, viniendo limitadas fundamentalmente por el tamaño de los electrodos —lo que determina el tamaño externo de la pila completa— y por su separación. Estos condicionamientos físicos se representan en el modelo de generador como una resistencia interna por la que pasaría la corriente de un generador ideal, es decir, de uno que pudiese suministrar una corriente infinita al voltaje predeterminado.
Conforme la célula se va gastando, su resistencia interna va aumentando, lo que hace que la tensión disponible sobre la carga vaya disminuyendo, hasta que resulte insuficiente para los fines deseados, momento en el que es necesario reemplazarla. Para dar una idea, una pila nueva de las ordinarias de 1,5 V tiene una resistencia interna de unos 0,35 Ω, mientras que una vez agotada puede tener varios. Esta es la razón de que la mera medición de la tensión con un voltímetro no sirva para indicar el estado de una pila; en circuito abierto incluso una pila gastada puede indicar 1,4 V, dada la carga insignificante que representa la resistencia de entrada del voltímetro, pero, si la medición se hace con la carga que habitualmente soporte, la lectura bajará a 1,0 V o menos, momento en que esa pila ha dejado de tener utilidad. Las actuales pilas alcalinas tienen una curva de descarga más suave que las previas de carbón; su resistencia interna aumenta proporcionalmente más despacio.
Cuando se necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un elemento único, siendo su tensión en cambio la adecuada, se pueden añadir otros elementos en la conexión llamada en paralelo, es decir, uniendo los polos positivos de todos ellos, por un lado, y los negativos, por otro. Este tipo de conexión tiene el inconveniente de que si un elemento falla antes que sus compañeros, o se cortocircuita, arrastra irremisiblemente en su caída a todos los demás.
Como todas las reacciones químicas, las que se producen dentro de una pila son sensibles a la temperatura, acelerándose normalmente cuando ésta aumenta, lo que se traducirá en un pequeño aumento de la tensión. Más importante es el caso de la bajada, pues cuando se alcanzan las de congelación muchas pilas pueden dejar de funcionar o hacerlo defectuosamente, cosa que suelen advertir los fabricantes. Como contrapartida, si se almacenan las pilas refrigeradas, se prolongará su buen estado.
Duración fuera de uso:
Lo ideal sería que las reacciones químicas internas no se produjeran más que cuando la pila esté en servicio, pero la realidad es que las pilas se deterioran con el paso del tiempo, aunque no se usen, pues los electrodos resultan atacados en lo que se conoce con el nombre de acción local. Puede considerarse que una pila pierde unos 6 mV por mes de almacenamiento, influyendo mucho en ello la temperatura. Actualmente esto no constituye un problema serio, dado el enorme consumo que hay de los tipos corrientes, las que se ofrecen en el comercio son de fabricación reciente. Algunos fabricantes han empezado a imprimir en los envases la fecha de caducidad del producto, lo que es una práctica encomiable.
Baterías:
Batería: se le denomina al dispositivo que almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga.
Existen varios tipos de baterías:
Batería de ebonita con terminales expuestos.
Está constituido por dos electrodos de plomo, de manera que, cuando el aparato está descargado, se encuentra en forma de sulfato de plomo (II) (PbSO) incrustado en una matriz de plomo metálico (Pb); el electrolito es una disolución de ácido sulfúrico. Este tipo de acumulador se sigue usando aún en muchas aplicaciones, entre ellas en los automóviles
Voltaje proporcionado: 12V Densidad de energía: 30 Wh/Kg
Batería de níquel-cadmio (NiCd)
Usa óxido hidróxido de níquel y cadmio metálico como electrodos. El cadmio es un elemento tóxico, y fue prohibido para la mayoría de los usos por la Unión Europea en 2004. Las baterías de níquel-cadmio han sido casi completamente sustituidas por baterías de níquel-hidruro metálico.
Batería de níquel e hidruro metálico (NiMH)
Se desarrolló por primera vez alrededor de 1980. La batería tiene una aleación capaz de absorber hidrógeno como electrodo negativo, en lugar de cadmio.
Batería de iones litio:
La batería de iones de litio, también denominada batería Li-Ion, es un dispositivo diseñado para almacenamiento de energía eléctrica que emplea como electrolito, una sal de litio que procura los iones necesarios para la reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo.
Las propiedades de las baterias de Li-ion, como la ligereza de sus componentes, su elevada capacidad energética y resistencia a la descarga, la ausencia de efecto memoria o su capacidad para operar con un elevado número de ciclos de regeneración, han permitido el diseño de acumuladores livianos, de pequeño tamaño y variadas formas, con un alto rendimiento, especialmente adaptados para las aplicaciones de la industria electrónica de gran consumo. Su uso se ha popularizado en aparatos como teléfonos móviles
Mas información sobre las ventajas y desventajas de las mismas sigan este link :
Tipos menos comunes
Batería de litio-azufre
Un nuevo modelo de batería desarrollado por Sion Power desde 1994. Afirma poseer un cociente energía/peso superior que las tecnologías actuales de baterías de litio en el mercado. También su menor coste material puede ayudar a que este producto llegue al mercado de masas. No debe confundirse con las baterías de dióxido de azufre y litio (Li-SO) que explotan cuando se recargan.
Batería de película delgada
Una mejora emergente de la tecnología de iones de litio ha sido llevada a cabo por Excellatron. Los desarrolladores proclaman haber conseguido un aumento muy grande en los ciclos de recarga, alrededor de 40.000 ciclos. Con mayores tasas de carga y descarga. Al menos 5 C de tasa de carga. Descargas mantenidas de 60 C, y picos de tasa de descarga de 1000 C. Y también un aumento significativo de la energía específica, y la densidad de energía. También Infinite Power Solutions fabrica baterías de película delgada (TFB) para aplicaciones de micro-electrónica, que son pilas de litio de estado sólido, flexibles y recargables.
Batería inteligente
Una batería inteligente tiene el circuito de control de la tensión construido en el interior.
Batería de plomo y ácido, con carbono en espuma.
Firefly Energy ha desarrollado una batería de plomo y ácido, con carbono en espuma, con una densidad de energía reportada de un 30-40% más que su valor original 38 W.h/kg, con una duración larga y alta densidad de potencia.
Para los que estén pensando en realizar un robot acá les dejamos una pagina para que vean un poco las características de cada batería
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