01 · Punto de partida
La pila se agota aunque el LED sea chico
El mismo LED, con el mismo brillo, puede estar encendido casi tres días con dos pilas AA y menos de un día con una pila de 9 V. Nada cambió en la luz. Lo que cambió es la reserva de la que se alimenta.
En el Tema 7 la potencia te decía a qué velocidad se gasta la energía. Falta la otra mitad: cuánta había guardada y cuánta se usó en total. Sin esa cuenta no hay forma de saber si un proyecto a pilas dura una tarde o un mes.
Con este tema se cierra el primer bloque del curso. Carga, corriente, tensión, resistencia, potencia y, ahora, energía: las seis magnitudes con las que se describe cualquier circuito.
- ¿Qué guarda exactamente una pila: voltios, amperios o qué?
- ¿Qué significa «2000 mAh»?
- ¿Cuántas horas dura mi LED con cada pila?
- ¿Por qué un motor vacía en minutos la misma pila?
02 · Definición
Joules y watts-hora
Si la potencia es la velocidad a la que gastás, la energía es la distancia recorrida. Para conocerla alcanza con multiplicar la potencia por el tiempo durante el que se mantuvo:
Según en qué unidad midas el tiempo, el resultado sale en una de dos unidades. Son la misma magnitud en distinta escala, como metros y kilómetros.
Joule
Un watt durante un segundo. Es una cantidad chica: más o menos lo que cuesta levantar una manzana un metro.
Watt-hora
Un watt durante una hora. Como una hora tiene 3600 segundos, 1 Wh = 3600 J. Es la unidad práctica para pilas y baterías.
Kilowatt-hora
Mil watts-hora. Es la unidad de la factura de luz: una estufa de 2000 W encendida una hora consume 2 kWh.
Llevado al circuito del Tema 7, que consumía 0,13 W: en diez horas gasta 0,13 × 10 = 1,3 Wh. La misma energía que esa estufa gasta en poco más de dos segundos.
03 · Pilas y capacidad
Qué guarda una pila
En la etiqueta de una pila o batería hay dos números. Cada uno responde una pregunta distinta, y hacen falta los dos:
- Los voltios (V)
- La tensión: con cuánta energía sale cada unidad de carga. Lo viste en el Tema 5.
- Los miliamperios-hora (mAh)
- La carga guardada: cuánta corriente puede entregar y durante cuánto tiempo. Lo viste en el Tema 3. 2000 mAh son 2000 mA durante una hora, o 20 mA durante cien.
Ninguno de los dos, por separado, es la energía. Para obtenerla hay que multiplicarlos, por la misma razón por la que la potencia era tensión por corriente:
| Fuente | Tensión | Carga | Energía |
|---|---|---|---|
| Una pila AA alcalina | 1,5 V | 2000 mAh | 1,5 × 2 = 3 Wh |
| Dos pilas AA en serie | 3 V | 2000 mAh | 3 × 2 = 6 Wh |
| Pila de 9 V alcalina | 9 V | 500 mAh | 9 × 0,5 = 4,5 Wh |
| Batería de un celular | 3,7 V | 4000 mAh | 3,7 × 4 ≈ 15 Wh |
Dos detalles de la tabla merecen atención. El primero: al poner dos pilas AA en serie se suma la tensión, pero la carga sigue siendo la de una sola, porque la misma corriente pasa por las dos. El segundo: la pila de 9 V tiene la cuarta parte de los mAh de una AA y, aun así, guarda más energía.
Los mAh solos engañan
Falta la tensión
Comparar 2000 mAh con 500 mAh sin mirar los voltios es comparar cantidades de billetes sin mirar de cuánto es cada uno.
Los Wh comparan todo
Energía real
Pasá las dos fuentes a watts-hora y recién ahí compará. Es la moneda común entre pilas de distinta tensión.
04 · Autonomía
Cuánto dura
La autonomía es el tiempo que una fuente puede alimentar un circuito. La cuenta es siempre la misma: lo que hay guardado, dividido por lo que se gasta. Se puede hacer de dos maneras, según los datos que tengas:
- 1Por carga, la más directa.
Dos pilas AA (2000 mAh) con un LED que consume 20 mA: 2000 / 20 = 100 horas. Con el margen del 70 %, unas 70 horas: casi tres días.
- 2Por energía, cuando conocés la potencia.
Pila de 9 V (4,5 Wh) con un circuito de 0,18 W: 4,5 / 0,18 = 25 horas. Con el margen, unas 17 horas y media.
- 3Con un motor, todo cambia de escala.
Las mismas dos pilas AA con un motor de 300 mA: 2000 / 300, menos de 7 horas en teoría y bastante menos en la práctica.
Las dos cuentas dan el mismo resultado. Usá la de mAh cuando conozcas la corriente, que es lo habitual en este curso, y la de Wh cuando compares fuentes de distinta tensión.
05 · Diseño
Tres formas de estirar una pila
Si la autonomía es lo guardado dividido por lo gastado, hay pocas cosas para ajustar. En un proyecto a pilas, casi todo el diseño consiste en mover estas tres palancas:
- 1Consumir menos corriente.
Un LED con 5 mA se ve bien y dura cuatro veces más que con 20 mA. Es la palanca más simple: un resistor más grande.
- 2Estar encendido menos tiempo.
Un circuito que funciona el 10 % del tiempo dura diez veces más. Un pulsador o un interruptor valen más que cualquier optimización.
- 3Desperdiciar menos tensión.
En el Tema 7 viste que, con 9 V, tres cuartas partes de la potencia se iban en calor en el resistor. Con una fuente de 3 V, el LED aprovecha la mayor parte.
La tercera palanca explica el caso del comienzo. La pila de 9 V guarda más energía que dos AA, pero para un LED rinde menos: tiene menos carga, y buena parte de su energía se pierde como calor.
06 · Simulador
Carrera de pilas
Dos proyectos compiten para ver cuál dura más. En cada uno elegís la fuente, qué alimenta y cuánto tiempo está encendido. Antes de largar, apostá: ¿cuál gana y por cuántas veces? El simulador acelera el tiempo y, al final, explica el resultado.
¿Cuál de los dos proyectos dura más?
tiempo: 0 h
Apostá cuál dura más y por cuántas veces. Después, largá la carrera.
Carreras para probar
- 1La del ejemplo: pila de 9 V contra dos AA, con el mismo LED.
La pila de 9 V guarda menos carga y desperdicia más. Fijate en la casilla «energía que aprovecha el LED» de cada proyecto.
- 2Misma fuente en los dos, LED normal contra LED tenue.
Es la primera palanca: la cuarta parte de la corriente da cuatro veces la duración.
- 3Mismo todo, «siempre» contra «el 10 % del tiempo».
Es la segunda palanca, y la más poderosa. Mirá cómo cambia el consumo promedio.
- 4El LED contra el motor.
Con la misma fuente, el motor consume quince veces más. Compará las duraciones.
- 5Buscá la mejor y la peor combinación posible.
¿Cuánto dura cada una? La diferencia entre ambas es de miles de veces.
Preguntas para pensar
- La pila de 9 V guarda 4,5 Wh y una sola AA guarda 3 Wh. ¿Cómo puede ser que, alimentando un LED, la de 9 V dure menos que dos AA?
- Un proyecto encendido una hora por día consume lo mismo, mientras está encendido, que uno encendido siempre. ¿Por qué dura tanto más?
- ¿Por qué el simulador no muestra «energía que aprovecha» cuando elegís el motor?
Ver respuestas sugeridas
- Porque el LED pide la misma corriente con cualquiera de las dos, y la de 9 V tiene cuatro veces menos carga para entregar. Sus voltios extra no llegan al LED: se pierden en el resistor como calor.
- Porque lo que agota la pila es el consumo promedio a lo largo del día. Veinte miliamperios durante una hora de cada veinticuatro equivalen a menos de 1 mA constante.
- Porque ese porcentaje sale de comparar los 2 V que usa el LED con la tensión de la fuente. Un motor usa la tensión de otra manera y la cuenta no es la misma.
07 · Analogía para programadores
Energía y presupuesto
- 1La batería es el presupuesto.
Los watts-hora son lo que tenés para gastar. Cada decisión de diseño, como el brillo o un motor, sale de ahí.
- 2La potencia es el ritmo de gasto.
Bajar de 20 mA a 5 mA es reducir el gasto a la cuarta parte y, con el mismo presupuesto, durar cuatro veces más.
- 3Apagar es escalar a cero.
Un servicio que se apaga cuando nadie lo usa no gasta. En el curso 7 vas a ver que los microcontroladores tienen un modo de reposo pensado exactamente para esto.
Las dos cuentas del tema, la directa y la inversa, en código. Cambiá los valores y ejecutalo:
Python en tu navegador. Hacé clic dentro de un bloque para editarlo y usá el botón «Ejecutar Python». La primera vez se descarga el intérprete (Pyodide) y tarda unos segundos; después es inmediato.
MARGEN = 0.7 # la pila real rinde menos
# Cuanto dura? uso: porcentaje del tiempo encendido
def horas(mah, ma, uso):
promedio = ma * uso / 100
return round(mah / promedio * MARGEN)
# Al reves: que capacidad necesito?
def capacidad(horas_necesarias, ma):
return round(horas_necesarias * ma / MARGEN)
print("9 V, LED siempre:", horas(500, 20, 100), "h")
print("2 AA, LED siempre:", horas(2000, 20, 100), "h")
print("2 AA, LED 10 %:", horas(2000, 20, 10), "h")
print("Para 24 h con 20 mA:", capacidad(24, 20), "mAh")Probá horas(2000, 20, 1). ¿Cuántos días de autonomía son con el LED encendido solo el 1 % del tiempo?
08 · Comprensión
Confusiones frecuentes
«Los mAh son la energía de la pila»
Son la carga. La energía sale de multiplicar los amperios-hora por los voltios. Dos pilas con los mismos mAh y distinta tensión guardan energías distintas.
«Watts y watts-hora son lo mismo»
El watt mide a qué velocidad se gasta; el watt-hora, cuánto se gastó. Un motor de 2 W durante media hora consume 1 Wh, igual que un LED de 0,1 W durante diez horas.
«Una pila de más voltios dura más»
No necesariamente. Para un LED, lo que cuenta son los mAh. La pila de 9 V tiene más tensión y dura menos que dos AA, como viste en la carrera.
«La pila se gasta igual, esté encendido o apagado»
Con el interruptor abierto no circula corriente y no hay gasto, salvo una pérdida muy lenta que la pila tiene sola con el paso de los meses. Apagar ahorra de verdad.
«Con pilas recargables la cuenta es la misma»
La forma de la cuenta es igual, pero los datos cambian. Una pila recargable AA entrega 1,2 V en lugar de 1,5 V, así que con los mismos mAh guarda menos energía.
09 · Práctica guiada
Ejercicios de energía
Ejercicio 1: pasar a watts-hora
Una pila de 9 V dice 500 mAh. Una batería recargable de 3,7 V dice 2000 mAh. ¿Cuál guarda más energía?
Ver solución razonada
La pila: 9 × 0,5 = 4,5 Wh. La batería: 3,7 × 2 = 7,4 Wh. Gana la batería. Los mAh solos también la daban ganadora, pero por cuatro veces, y en energía la diferencia es bastante menor.
Ejercicio 2: apostá antes de correr
Proyecto A: pila de 9 V, LED tenue, siempre encendido. Proyecto B: dos pilas AA, LED normal, siempre encendido. Calculá a mano cuál dura más y comprobalo en el simulador.
Ver solución
A: 500 / 5 = 100 horas. B: 2000 / 20 = 100 horas. Empatan: B tiene cuatro veces más carga, pero consume cuatro veces más. Con el margen, unas 70 horas cada uno.
Ejercicio 3: la autonomía del semáforo
El semáforo del Tema 29 consume unos 20 mA en promedio y se alimenta con una pila de 9 V de 500 mAh. ¿Cuántas horas dura en teoría? ¿Y con el margen?
Ver solución
500 / 20 = 25 horas en teoría, y unas 17 horas y media con el margen del 70 %. Alcanza para probarlo y mostrarlo, no para dejarlo encendido una semana.
Ejercicio 4: calcular al revés
Necesitás que un LED tenue de 5 mA esté encendido 48 horas seguidas. ¿Qué capacidad mínima hace falta? ¿Alcanza con una pila de 9 V?
Ver solución
5 mA × 48 h = 240 mAh. Con el margen, 240 / 0,7 ≈ 340 mAh. La pila de 9 V, con sus 500 mAh, alcanza. Así se elige una fuente sin adivinar.
10 · Síntesis
Ideas para recordar
- La energía es potencia por tiempo. Se mide en joules o en watts-hora, y 1 Wh son 3600 J.
- Los mAh de una pila son carga. La energía sale de multiplicarlos por la tensión: Wh = V × Ah.
- La autonomía es lo guardado dividido por lo gastado: mAh / mA o Wh / W.
- Conviene contar con el 70 % de la capacidad de la etiqueta.
- Una pila se estira consumiendo menos corriente, encendiendo menos tiempo y desperdiciando menos tensión.
- Lo que agota la pila es el consumo promedio, no el consumo mientras está encendido.
Cierre del bloque: las seis magnitudes
Terminaste el bloque de fundamentos. Esta tabla resume los Temas 3 a 8; si podés explicar cada fila con tus palabras, tenés la base para todo lo que sigue.
| Magnitud | Unidad | Pregunta que responde | Relación clave | Tema |
|---|---|---|---|---|
| Carga (Q) | coulomb, mAh | ¿Qué se mueve? | Se conserva | 3 |
| Corriente (I) | amperio | ¿Cuánta pasa por segundo? | I = Q / t | 4 |
| Tensión (V) | voltio | ¿Con cuánto empuje? | V = E / Q | 5 |
| Resistencia (R) | ohmio | ¿Qué la frena? | Más R, menos I | 6 |
| Potencia (P) | watt | ¿A qué ritmo se gasta? | P = V × I | 7 |
| Energía (E) | joule, Wh | ¿Cuánto se gastó en total? | E = P × t | 8 |
¿Listo para el Tema 9?
Podés avanzar si sos capaz de responder esto sin mirar:
- Explicar la diferencia entre watts y watts-hora.
- Calcular los Wh de una pila a partir de sus voltios y sus mAh.
- Estimar cuántas horas dura una pila conociendo su capacidad y el consumo.
- Nombrar tres formas de hacer que una pila dure más.
Hasta acá vimos qué se mueve y cuánto cuesta. Ahora toca ver por dónde: en el próximo tema, qué es un circuito eléctrico, el camino cerrado que hace posible todo lo anterior.