Fuentes: pilas, baterías y USB

01 · Punto de partida

La primera decisión de diseño

Todo circuito necesita algo que empuje, y la fuente condiciona todo lo demás: qué componentes se pueden usar, qué resistor hace falta y cuánto tiempo va a funcionar el proyecto. Con una fuente mal elegida, el LED no enciende, la pila se agota en una tarde o algo se calienta.

Ya tenés todas las piezas para elegir bien. La tensión es del Tema 5; el techo de corriente, del Tema 4; la autonomía, del Tema 8; y la diferencia entre una fuente regulada y una que no lo es, del Tema 11. Este tema las junta en un procedimiento.

• ¿Qué fuente conviene para un primer circuito con LED?
• ¿Por qué una pila de 9 V no sirve para un motor?
• ¿Cómo se conecta cada fuente sin invertir la polaridad?
• ¿Qué fuentes no se usan en este curso, y por qué?

02 · Criterio

Cuatro preguntas para elegir

Antes de mirar pilas, hay que mirar el proyecto. Estas cuatro preguntas, en este orden, descartan casi todas las malas elecciones.

1. 1
   ¿La tensión es la adecuada?

   Tiene que superar el umbral de lo que alimenta, con algo de margen, y no pasarse de lo que soporta. Un LED con su resistor tolera un rango amplio; un chip, no.

2. 2
   ¿Puede dar la corriente que se le pide?

   Cada fuente tiene un techo. Una pila de 9 V está cómoda con decenas de miliamperios, no con cientos.

3. 3
   ¿Dura lo que hace falta?

   Capacidad en mAh dividida por el consumo en mA, contando con el 70 %, como en el Tema 8.

4. 4
   ¿Tiene que funcionar sin un enchufe cerca?

   Si el proyecto se mueve, una fuente conectada a la pared queda descartada, por buena que sea.

Hay una quinta consideración, que no descarta pero ayuda a decidir entre opciones válidas: cuánta energía se desperdicia. Con un LED, toda la tensión que sobra se pierde como calor en el resistor.

03 · Tipos

Las fuentes del curso

¿Por qué más pilas AA no duran más?

Porque en serie se suma la tensión, pero la carga sigue siendo la de una sola pila: la misma corriente pasa por todas. Cuatro AA dan 6 V y los mismos 2000 mAh.

¿Qué significan los mAh de una batería portátil?

Están medidos sobre su batería interna, que es de 3,7 V. A la salida de 5 V rinde bastante menos: una de 10 000 mAh entrega unos 6000. Es la diferencia entre mAh y Wh del Tema 8.

¿Y las pilas recargables?

Las AA recargables entregan 1,2 V en lugar de 1,5 V. Cuatro de ellas dan 4,8 V, no 6 V: hay que rehacer la cuenta de la tensión.

¿Puedo combinar dos fuentes?

En este curso, no. Una sola fuente por circuito. Unir fuentes distintas hace que una intente cargar a la otra, y alguna se daña.

04 · Simulador

Elegí la fuente para cada proyecto

Cinco proyectos con necesidades distintas y siete fuentes para probar. Para cada combinación, el simulador revisa las cuatro preguntas y te dice si la fuente sirve, sirve con reservas o no sirve. Las barras muestran cada valor frente a lo que el proyecto necesita. El desafío es encontrar una fuente adecuada para los cinco.

Qué probar

1. 1
   Con el LED rojo, recorré todas las fuentes.

   Una sola AA no alcanza. Casi todas las demás sirven: un LED con resistor tolera muchas tensiones. Compará la casilla «energía aprovechada» entre las que sirven.

2. 2
   Pasá al LED azul con dos pilas AA.

   Los 3 V que alcanzaban para el rojo ya no alcanzan: el azul tiene un umbral de unos 3 V y no queda margen para el resistor.

3. 3
   En el semáforo, compará la pila de 9 V con las AA.

   La tensión y la corriente están bien en los dos casos. Lo que decide es la tercera barra.

4. 4
   Probá el robot con la pila de 9 V.

   Falla en tres preguntas a la vez: la tensión es excesiva para el motor, la corriente supera lo que la pila puede dar y, además, no dura.

5. 5
   Buscá una fuente para la placa con sensor.

   Necesita 5 V estables y tiene que funcionar sin enchufe. Tres pilas no llegan, cuatro se pasan y el USB de una PC la deja atada. Queda una sola opción.

Preguntas para pensar

1. Para el LED rojo sirven tanto dos pilas AA como la pila de 9 V. ¿En qué se diferencian las dos elecciones?
2. ¿Por qué la placa de 5 V no puede alimentarse con cuatro pilas AA, si un LED sí tolera 6 V?
3. El robot consume 300 mA. ¿Por qué eso descarta a la pila de 9 V, aunque le sobre tensión?

05 · Conexión

Conectar sin invertir

Cada fuente tiene su forma de conectarse, y cada una trae su propia manera de equivocarse.

Pila de 9 V: el broche

Un conector a presión con dos cables: el rojo es el + y el negro, el −. Solo calza de una forma, pero al acercarlo se lo puede apoyar al revés un instante. Conviene presentarlo con la llave del circuito abierta.

Pilas AA: el portapilas

Una caja con un lugar para cada pila. El resorte toca siempre la base plana, que es el −. Hay que respetar el dibujo de cada lugar: una sola pila al revés resta en lugar de sumar.

USB: el conector

No se puede enchufar invertido. Para llevar sus 5 V a una protoboard se usa un módulo o un cable adaptador con las salidas marcadas. No se pela un cable USB para adivinar cuál es cada hilo.

Siempre: verificar antes de conectar el circuito

Con el multímetro, se mide la tensión entre los dos cables de la fuente. Si el valor es el esperado y positivo, con la punta roja en el cable rojo, está bien. Si es negativo, están cruzados.

06 · Límites

Las que no se usan

07 · Cuidado

Cuidado de las pilas

1. 1
   Si algo se calienta, se desconecta.

   Una pila o un cable calientes indican un cortocircuito o un consumo excesivo (Tema 10). Se desconecta, se deja enfriar y se busca la causa sin alimentación.

2. 2
   Una pila hinchada o que pierde líquido no se usa.

   Tampoco se abre ni se perfora. Se la lleva a un punto de recolección de pilas.

3. 3
   Las pilas alcalinas no se recargan.

   Intentarlo es peligroso. Las recargables lo dicen en la etiqueta y se cargan únicamente con el cargador que corresponde a su tipo.

4. 4
   No se mezclan pilas distintas.

   Ni nuevas con usadas, ni de marcas o tipos diferentes en un mismo portapilas. La más débil termina forzada por las otras.

5. 5
   Al terminar, se desconecta.

   Un circuito se guarda con la llave abierta o sin la pila. Para guardarlo mucho tiempo, las pilas se sacan del portapilas.

08 · Analogía para programadores

La fuente como entorno de ejecución

1. 1
   Cada fuente tiene sus cuotas.

   Tensión, corriente máxima y energía total son los límites del entorno, como la memoria o el tiempo de procesador de una máquina.

2. 2
   El proyecto tiene requisitos.

   Elegir la fuente es comprobar que el entorno cumple con todos. Alcanza con que falle uno para descartarla.

3. 3
   Cambiar de fuente es migrar.

   Un circuito pensado para 9 V no se pasa a 5 V sin revisar nada: cambian el resistor, el brillo y la autonomía.

El simulador hace exactamente esta comprobación. Probá cambiar los requisitos del proyecto:

fuentes = [
    {"nombre": "pila de 9 V", "voltios": 9, "mah": 500, "max_ma": 100},
    {"nombre": "2 pilas AA", "voltios": 3, "mah": 2000, "max_ma": 1000},
    {"nombre": "4 pilas AA", "voltios": 6, "mah": 2000, "max_ma": 1000},
]
proyecto = {"min_voltios": 3, "max_voltios": 6, "ma": 300, "horas": 2}

def revisar(f, p):
    if f["voltios"] < p["min_voltios"]:
        return "falta tension"
    if f["voltios"] > p["max_voltios"]:
        return "sobra tension"
    if p["ma"] > f["max_ma"]:
        return "no da la corriente"
    horas = f["mah"] / p["ma"] * 0.7
    if horas < p["horas"]:
        return "no dura"
    return f"sirve: {horas:.1f} h"

for f in fuentes:
    print(f["nombre"] + ":", revisar(f, proyecto))

Cambiá "ma": 300 por "ma": 50 y "horas" por 20. ¿Qué fuentes siguen sirviendo?

09 · Comprensión

Confusiones frecuentes

10 · Práctica guiada

Ejercicios de fuentes

Ejercicio 1: elegir con números

Un proyecto consume 15 mA y tiene que funcionar 20 horas. ¿Alcanza una pila de 9 V de 500 mAh? ¿Y dos pilas AA de 2000 mAh? Hacé la cuenta con el margen del 70 %.

Ejercicio 2: predecí antes de probar

Antes de usar el simulador, respondé: para el robot con motor, que necesita entre 3 y 6 V, 300 mA y 2 horas sin enchufe, ¿cuáles de las siete fuentes sirven? Después comprobalo.

Ejercicio 3: polaridad sin marcas

Tenés un portapilas con dos cables del mismo color y sin ninguna indicación. ¿Cómo averiguás cuál es el positivo antes de conectarlo a un circuito?

Ejercicio 4: tu lista de fuentes

Volvé a la lista de materiales del Tema 1. ¿Qué fuentes necesitás para los montajes de los Temas 26 y 29, y qué dejás para más adelante?

11 · Síntesis

Ideas para recordar

¿Listo para el Tema 19?

Podés avanzar si sos capaz de responder esto sin mirar:

• Enumerar las cuatro preguntas para elegir una fuente.
• Explicar por qué una pila de 9 V no sirve para un motor.
• Decir qué cambia y qué no cambia al poner más pilas AA en serie.
• Describir cómo se verifica la polaridad de una fuente antes de usarla.

Ya tenés componentes y con qué alimentarlos. Falta la forma más simple de controlarlos y de protegerlos: en el próximo tema, interruptores, pulsadores y fusibles.