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jueves, 29 de noviembre de 2012

Enseñando la electricidad a los niños

Dentro de la semana de la ciencia, le pidieron a mi hijo mayor, que mantiene un blog llamado Ciencia Inquieta y colabora con el grupo Hablando de Ciencia, que colaborara con el día de la ciencia que se desarrollaba en el Jardín Botánico de Valencia, dependiente de la Universitat de Valencia, por lo que Hablando de Ciencia desarrolló una serie de actividades, enfocadas tanto a mayores como a niños. A mi me pidió que le ayudara a montar una de las mesas de actividades para niños, aunque al final me dejó solo en ella mientras coordinaba las otras actividades. 

En esa mesa se enseñó a los niños como hacer una batería con limones, y otra con agua salada capaz de encender una bombilla, explicándoles como funciona, enlazando con la producción de la electricidad, de como se produce todavía mucha electricidad quemando combustibles fósiles, que producen CO2 que es uno de los responsables del efecto invernadero, que nos lleva al calentamiento global, para lo que había un experimento con dos matraces, uno lleno de aire y otro de CO2 para ver como uno se enfriaba mas rápido que el otros.

Al final llegamos a las 9, ayudamos a montar algunas cosas, luego monté las pilas, a las 10 llegó el primer niño, y hasta las dos y media estuve repitiendo muchas veces lo mismo, pero siempre es bonito hacer cosas con niños, yo disfrute bastante, y espero que ellos también.

La carpa donde desarrollé la actividad, como siempre el soldador en la mesa, aunque al final no lo utilicé, pensaba soldar los cables a los elementos metálicos, pero lo hice sin soldar nada, para que los niños vieran que lo pueden hacer en casa sin problemas.

A la izquierda los dos matraces, al final fueron demasiadas horas por lo que no pudieron verlo bien, a media mañana ya estaban fríos los dos.
Una batería de este tipo es un trozo de cobre y un trozo de zinc (cualquier cosa de hierro se recubre de zinc para evitar la oxidación, un clip, un tonillo, un clavo, arandelas, soporte de pared) o de aluminio (aunque es menos eficiente) bañados por un electrolito (ácido, base o disolución de sales), esto produce una celda de una pila, igual a la que montó Volta en 1800.

Con el limón es muy sencillo, se pincha un cable de cobre y un clip, de forma que no se toquen internamente, y con el voltímetro se ve que hay unos 0'4voltios. Se hace igual con limón o cebolla que son ácidos, o con patata que tienen muchas sales.

Los tres recipientes (que eran un poco grandes, no hace falta mas que tres tazas) son tres pilas conectadas en serie, unas monedas de céntimos proporcionan el cobre, unas arandelas zincadas el zinc, el electrolito es agua del grifo con sal disuelta, una cucharada grande, y ya proporciona unos 0'7voltios, uniendo el zinc de una con el cobre de otra mediante un hilo, las conectamos en serie, sumándose el voltaje, entre 3 proporcionan unos 2voltios, suficiente para encender un led.
El led se enciende sin problemas, aunque este necesita casi 2 voltios, este es de alta luminosidad rojo, para que se vea mejor con la luz ambiente, ya que estas las baterías proporcionan suficiente corriente para encenderlo mucho tiempo.

Cada led necesita un voltaje y amperaje diferente, por lo que podéis calcular cuantas celdas salinas necesitáis:
  • Con 20mA lucen los diodos rojos normales que van a 1'7 voltios, los rojos de alta luminosidad de 1'9 voltios, los naranjas y amarillos que funcionan a 2 voltios, y los verdes que trabajan a 2'1 voltios.
  • Con 12mA lucen los diodos azules y los de alta luminosidad blancos y verdes, que trabajan a 3'4 voltios.
  • Con 10mA lucen los diodos de alta luminosidad azules que trabajan a 4'6 voltios



Explicando con un led en la mano

 Explicando como hacer la batería con un limón

lunes, 12 de noviembre de 2012

Sencillo cargador de baterias de NiCd o de NiMH


Entrada con ampliaciones en azul el 26/08/2015, en verde el 23/07/2017, en rojo el 15/03/18, en naranja el 16/04/2018


PRECAUCIONES:
  • Este cargador de corriente constante solo sirve para baterias de NiCD o NiHM.
  • No sirve para LiPo (mucho cuidado pues es peligroso no usar uno específico, pueden estallar).
  • No sirve para baterías de plomo (mucho cuidado pues es peligroso no usar uno específico, pueden producir gases tóxicos).
  • Solo puede cargar a 500 o 600mAmperios como máximo, ya que el transistor no aguanta mas corriente.


Tipos de cargadores:
  • Las baterías de plomo se cargan a tensión constante.
  • Las baterías de Ni-Cd, NiMh y litio se cargan a corriente constante.
  • Las baterías LiPo se cargan a corriente constante, pero balanceando por células y controlando la temperatura (pues pueden arder si se sobrecalientan), y se cargan a otros voltajes/amperajes/tiempos diferentes.



En esta entrada monté un circuito para cargar unas baterías, usando este esquema:


Esquema del cargador publicado en Elektor


Este es el esquema que se publicó en la edición española de la revista Elektor en septiembre de 2002, siendo muy sencillo pero da buenos resultados. Permite cargar un paquete de baterías con carga lenta, entre 10 a 14 horas, y como en las de NiMH no existe peligro de sobrecarga, si están en el cargador mas tiempo no perjudica a las baterías ni produce calor o efectos similares.

Este circuito usa un diodo led de bajo consumo (para no afectar a la corriente de carga), que nos indica cuando la batería está en carga, apagándose cuando la carga esté completada.

La corriente de carga debe ser el 10% de la capacidad de cada la batería, mientras que el voltaje debe ser como mínimo de 1'5V superior al nominal, por ejemplo para cargar cuatro baterías de 1500mA 1'2V en serie, necesitamos una corriente de 1500/10=150mA, si usamos menos el tiempo de carga será mayor, no debemos usar más, mientras que para el voltaje sería de 1'2*4+1'5=6'3v o un poco mas (nunca menos).

Para cargar una batería se usa una fuente de corriente constante, la forma mas sencilla es usar un regulador de tensión tipo LM317, diseñado para ajustar su resistencia interna entre los terminales IN y OUT para mantener una tensión constante de 1,25V entre los terminales OUT y ADJ, por lo que es necesario usar una resistencia R2 adecuada a las baterías a cargar, debiendo usar un valor de (1'25/CorrienteDeCarga), en nuestro ejemplo 1'25/0'150 = 8'33 Ohmios, o si las baterías son de 1800mAh, sería (1,25 / 0,180) = 6,94 ohmios. Como en la práctica no podemos comprar una resistencia con este valor, elegiremos el mas cercano que es 7.

Hay que usar todas las baterías conectadas en serie y que sean todas del mismo tipo (voltaje y capacidad) si no este montaje no funcionará adecuadamente. Para las fórmulas llamaré NB al número de baterías, VB al Voltaje de la batería, y MAB a la capacidad en Mili-amperios de la batería. Usaremos una alimentador de VA voltios y AA amperios:

R2 = 12500      VA= (NB * VB) + 1'5      AA= NB * MAB
MAB 10.000


El valor de la resistencia R2 se redondea por arriba o por abajo al valor mas cercano, si es 6'94 o de 7'21 usar una resistencia de 7 Omios. El valor del voltaje y del amperaje del alimentador se redondean por arriba siempre.


Por ejemplo para cargar 4 baterías (NB=4) de 1'2 voltios (VB=1'2) y 1500mA (MAB=1500) aplicando las fórmulas usamos una resistencia de 8 Ω (R2=8) y un alimentador de 7 voltios (VA=7) que proporcione 600 miliamperios (AA=0'6):
R2 = 12500  ≈  8'33 Ω = 8 Ω
1500
VA = (4 * 1'2) + 1'5 = 6'3 V ≈ 7 V
AA= 4 * 1500 = 0'6 A
10.000

El LM317T se debería fijar a un disipador, aunque si la corriente es inferior a 300mA no es imprescindible, pero si es superior debemos usar un pequeño disipador de unos 10K/W, o si lo pegamos a la caja si es metálica será suficiente. Este regulador soporta 1'5 Amperios como máximo, pero no recomiendo pasar de 500 o 600 mAmperios en este montaje.

La corriente de carga necesaria para las baterías se obtiene de un alimentador externo no estabilizado (cualquiera con una transformador, puente y condensador sirve, no necesita más). Este alimentador debe proporcionar una corriente al menos 1'5 voltios superior en la entrada del LM317 a la que necesitamos en su salida para que este funcione, por lo que en el ejemplo anterior, 6'3+1'5=7'8v o lo que es lo mismo el alimentador debe proporcional al menos 8 voltios, por lo que uno de 9 voltios es el adecuado, aunque si es de los económicos mejor uno de 12 voltios, que nunca dan los voltios que dicen.


LISTA DE MATERIALES

R1 = 180 ohm, 1/4 W para corrientes de carga inferiores a 300mA, 1/2 W hasta 600mA
R2 = Ver Texto, 1/4 W para corrientes de carga inferiores a 300mA, 1/2 W hasta 600mA
C1 = 10 µF 25 V electrolítico
T1 = BC547B
IC1 = LM317T
LED1 = Diodo led de bajo consumo

lunes, 10 de septiembre de 2012

Log de reparaciones: Baterias Sega Nomad

Desde los foros de Zona de Vicio me encargaron un montaje, el usuario mortalmorcilla me pidió que le montara un paquete de baterías para la Nomad, a partir de uno que había visto en un foro. En ese foro se usaba una batería de una cámara, lo que reduce el peso, pero disminuye la duración, además de la necesidad de usar el cargador propio de la cámara, yo en su lugar he montado esto:


Encargado Julio de 2012 Finalizado 08/09/2012 Precio 57€ material, 6€ montaje


Aparato................: Alimentación con baterías Sega Nomad Sin N/Serie
Solicitado.............: Montar un alimentador con baterías recargables para la Sega Nomad, junto a un cargador apropiado
Efectuado............:
  • Se compra por eBay la caja porta pilas/baterías en USA, cuesta 30€, un pequeño robo pero como no hay otra opción, menos mal que no pagó aduanas.
  • Se compra por 18€ un paquete de 6 baterías recargables de NiMh, 1.2v 2100 mAh, marca Panasonic Infinium, recargables mas de 1000 veces, con baja corriente de auto-descarga y muy bajo efecto memoria. Las hay mucho mas económicas, desde 8€, pero estas son de muy buena calidad, durarán mucho mas que las baratas, proporcionando mas tiempo de juego.
  • Se compra un alimentador multivoltaje de 1A (con la caja grande para que quepa el nuevo circuito dentro), mas los componentes necesarios para montar el cargador, total 9€.
  • Se monta el circuito del cargador, se adapta dentro del alimentador, se adapta el paquete de baterías añadiendo un conector para su carga.
Funcionamiento...:
  • Al enchufarlo a la red, ya esta disponible, no hay que seleccionar nada en ningún sitio para que cumpla sus dos funciones.
  • Cuando se conecta el cable del cargador al paquete de baterías (no hace falta sacarlo de las Nomad), desconecta la alimentación de las baterías y las pone en carga, en ese momento se enciende el led de carga.  El cargador proporciona una corriente de 200 mA y 9 voltios al paquete de baterías, y tras entre 10 y 12 horas se ha completado la carga, y se apaga el led de carga. Si se mantiene la carga mas horas no hay problemas.
  • Se puede usar el alimentador para alimentar la Nomad con 9 voltios en cualquier momento, incluso durante la carga, ya que la consola consume 500mA, el cargador 200mA, y el alimentador es de 1A.
Montaje..............:
Este es el paquete para las pilas/baterías,
el oficial de Sega.

Primero le efectúo los agujeros
para que entren los pines del conector
Jack para la carga.

Le corto el alambre del conector
positivo, y le sueldo dos hilos al
alambre, de esta manera puedo usar
el interruptor del conector Jack para
cortar la alimentación durante la carga.

Ahora le sueldo el cable al conector
negativo de la batería.

El resultado con el conector pegado
en su lugar, los tres hilos los he
desoldado de los alambres, los he
soldado al conector, y luego los he
recortado y vuelto a soldar a los
alambres, para que queden lo mas
corto posible.

El aparato con las baterías dentro,
listo para su uso.

Este es el alimentador que voy a
adaptar para uso como cargador
y/o alimentador.

Por dentro se ve que es un
alimentador normal, no estabilizado,
los cuatro diodos y el condensador,
con un selecto de voltaje y otro de polaridad.

Primer paso, elimino los dos
selectores de voltaje y polaridad,
ya que irán directos.

La salida va directa con la polaridad
adecuada en el cable, y el selector
se ha reemplazado por un hilo.

Vista del cargador de baterías de
NiMh, muy pocos componentes
son necesarios, un circuito de
Elektor muy usado.

El circuito dentro, los dos hilos
son la entrada de corriente al
alimentador
Las dos salidas, la jack es para la
carga, el otro es para alimentar
la Nomad, se pueden usar
ambos a la vez.
El conjunto preparador.

Al enchufarlo, se enciende la luz
de encendido.

Mientras se cargan las baterías, se
enciende el otro led de carga,
ambos son rojos para que el
consumo sea reducido.