¿Por qué los electrodomésticos y las herramientas que funcionan con baterías se especifican en voltios? [cerrado]

"Alimentado con una succión de 18 voltios"

¿No es esto simplemente una medida sin sentido de "más grande es mejor"?

Lo que realmente le importa como cliente es el par, la potencia, las RPM o algo así del motor.

¿Existe alguna relación directa entre la tensión de alimentación y una de estas medidas de rendimiento del motor o duración de la batería? No me lo parece, ya que cada motor es diferente, puede tener diferente número de devanados, diferente número de bobinas, etc.

Probablemente sea más para dar una idea de qué baterías de repuesto se requieren. Los voltios en sí mismos no son un gran indicador de rendimiento, excepto que un voltaje más bajo provoca una corriente más alta en el mismo nivel de potencia. Las altas corrientes provocan diversas pérdidas y, por lo tanto, ineficiencias.
@Olin: el reemplazo podría ser el motivo a veces, pero un caso típico aquí son los cazadores de polvo, cuyas baterías no son reemplazables por el usuario. Así que debe haber otras razones oscuras también.
Creo que tiene que ver con el hecho de que es más fácil que una batería de 12V entregue n vatios de potencia que una batería de 4V8. Pérdidas en reguladores/interruptores/cables. (y, por supuesto, la realidad en la que la gente de marketing quiere que vivamos).
Esto parece una pregunta de marketing/electrónica de consumo. Nadie aquí sabrá de primera mano por qué se hace esto, no se puede investigar ni probar... Creo que esta no es una buena pregunta para este sitio. Sin embargo, fue preguntado por un usuario de alta reputación y tiene 7 votos a favor. ¿Que esta pasando?
"¿Existe una relación entre la tensión de alimentación y el rendimiento del motor?" no es una "pregunta de marketing/consumidor".
@endolith, esto ya fue respondido en gran medida como su forma anterior, ¿le importaría hacer una nueva pregunta? Todavía tiene esto muy centrado en un reclamo de marketing, ¿por qué no pregunta específicamente sobre lo que acaba de escribir en el comentario? No es necesario incluir reclamos de marketing.
@Kortuk: ¿Qué quiere decir con "su forma antigua"? ¿Por qué debería crear una nueva pregunta que sea idéntica a esta? Haces que parezca que hay algo malo en mencionar afirmaciones de marketing en una pregunta.
@endolith, la publicación original que hizo aquí era diferente y en su mayoría cuestionaba las afirmaciones de marketing y es electrónica de consumo.
@Kortuk: No hay nada de malo en hacer preguntas sobre el diseño de productos electrónicos de consumo, contrariamente a la creencia popular.
@endolith, tiene razón, podemos discutir el diseño en profundidad, pero la pregunta original aquí da una completa falta de discusión sobre el diseño y se trata de discutir las afirmaciones de los productos de consumo, realmente una mejor opción para los escépticos. Estilo de respuesta SE. Si desea analizar el efecto del voltaje de accionamiento en los motores, pregunte, editar ahora es un poco discutible, ya tiene respuestas con muchos votos a favor para la pregunta original. La nueva pregunta es lo suficientemente diferente como para merecer una nueva publicación.
@endolith, sugiero en contra del reclamo del producto de consumo porque casi está haciendo dos preguntas, sobre el reclamo del producto de consumo y sobre el efecto del voltaje de accionamiento en los motores. Esto significa que los usuarios responderán una o ambas y muchas preguntas pueden obtener votos a favor solo por decir que no están de acuerdo con el reclamo de productos electrónicos de consumo como lo hizo ChrisK a continuación. Expréselo como quiera, pero centrémonos en los aspectos técnicos y discutamos el marketing. Estoy seguro de que pronto tendrá acceso a un sitio para eso.

Respuestas (6)

Para los motores, la potencia es proporcional al par multiplicado por la velocidad de rotación. Entonces, para una velocidad de rotación y un par dados, el dispositivo produce una cantidad dada de energía.

Para aumentar la cantidad de potencia existen dos opciones. Genere la misma cantidad de torque a una velocidad más alta o aumente el torque a una velocidad dada.

Para un taladro inalámbrico, la velocidad normalmente es variable y depende de la aplicación. Por ejemplo, velocidad alta para acero, velocidad más baja para mampostería y velocidad más baja nuevamente para brocas de "barrena" de orificio ancho en madera.

De acuerdo, para aumentar la potencia de un taladro inalámbrico, no cambiará la velocidad, ya que el taladro debe entregar potencia a una variedad de velocidades.

Otros dos factores a considerar, en un motor de CC, el voltaje es proporcional a la velocidad y la corriente proporcional al par.

Pero todo lo que los diseñadores están haciendo es aumentar el voltaje del paquete. para una resistencia de bobina dada en el motor de CC, aumentar el voltaje a través de la bobina también aumenta la corriente y, por lo tanto, el par entregado.

Por lo tanto, aumentar el voltaje es una forma en que los diseñadores pueden aumentar el par y, por lo tanto, ¡la potencia que los usuarios finales pueden usar!. ¡Así que más voltios, mejor! hasta cierto punto, ya que más voltios significa más celdas, y más celdas significa más peso, más peso significa más fatiga del usuario. Por lo tanto, estos tienden a equilibrarse, en este momento entre 14,4 V CC y 18 V CC para un taladro inalámbrico típico.

Esta es una buena respuesta, pero "para una resistencia de bobina dada ... aumentar el voltaje ... también aumenta ... el par entregado". Entonces, ¿realmente no puede comparar un fabricante con otro según las especificaciones de voltaje, porque la resistencia de la bobina podría ser diferente?

No tiene sentido y no dice nada sobre el poder de la herramienta. Uno pensaría que usan voltaje porque tiene números más impresionantes, pero he visto dispositivos (buscadores de polvo) que mencionan en dígitos grandes "2.4 V", por lo que no parece impresionante en absoluto. La única otra razón en la que puedo pensar es que las personas pueden estar más familiarizadas con la palabra "voltio" que con la palabra "vatio" (lo que no implica que sepan lo que significa).

editar
Creo que una serie de respuestas está fuera de la pregunta. La pregunta tal como se hizo es "¿Por qué se especifican en voltios?" , no por eso usan altos voltajes. Eso se ha cubierto en el pasado en al menos una pregunta (que no puedo encontrar por el momento). De qué se trata esta pregunta, en mi opinión, es esto:

ingrese la descripción de la imagen aquí

¡y eso es una tontería! No le dice nada acerca de las capacidades del recogedor de polvo. El mío dice con orgullo "2,4 V", y no puedo creer que este tenga 9 veces la potencia de succión del mío. Sería capaz de crear agujeros negros si lo fuera. El mío era barato, y IMO Black & Decker lo lanzó para tener una referencia para sus otros cazadores de polvo. Una de 3,6 V es mejor que una de 2,4 V, por lo que podemos pedirle un precio más alto. Esos tipos de marketing no son idiotas. Pregúntale a Jane Doe cuál es el más poderoso y te dirá el que tiene el voltaje más alto. ¿Querés apostar?

Si está más familiarizado con la palabra, ¿por qué no usar "potencia de caballos de fuerza"? ;o)
Pero las bombillas usan vatios, por lo que la gente debe estar bastante acostumbrada a esa unidad.
De ninguna manera es una tontería. Por razones tales como que la mayoría de las pérdidas de energía parásitas son proporcionales a la corriente, las versiones de alta potencia de los dispositivos que funcionan con baterías (ya sean aeronaves R/C, taladros/controladores o computadoras portátiles) tienden a usar una mayor cantidad de celdas de capacidad moderada, en lugar de un número menor de celdas de capacidad extra grande.
@Chris - (¿El voto negativo es tuyo?) Estoy de acuerdo con lo que dices, pero en mi opinión, eso no es lo que se pregunta. Ver la edición de mi respuesta.
@ChrisStratton: para que un motor funcione de manera útil a un voltaje más alto, generalmente necesitará tener imanes más fuertes o más vueltas en sus bobinas que las que se necesitarían con un voltaje más bajo. Agregar más vueltas aumentaría la pérdida parásita por unidad de corriente, pero el uso de imanes de mejor calidad no lo haría. Además, incluso agregar giros es algo que los fabricantes generalmente no harían a menos que fuera necesario para lograr el nivel deseado de rendimiento del producto.
@supercat: estás equivocado. De hecho, a menudo se puede simplemente agregar otra celda y obtener un mayor rendimiento sin cambios, siempre que los componentes existentes no se sobrecalienten destructivamente, no se desmagneticen o sufran fallas mecánicas. Intente leer algunos de los escritos sobre aeronaves R/C de alto rendimiento de autores de ingeniería. Incluso en los sistemas únicos creados por sus usuarios, generalmente se prefiere un alto número de celdas en las aplicaciones de rendimiento, a pesar de su mayor costo.
@ChrisStratton: Debería haber sido más claro; si el motor se opera a un voltaje por debajo de su nivel útil más alto, lo que significa que está "sobrediseñado" para su aplicación, se puede obtener un mayor rendimiento al operarlo a un voltaje más alto. Sin embargo, hay un límite en cuanto a cuánto se puede aumentar el voltaje de manera útil, y una vez que se alcanza ese límite, se aplicarían mis comentarios.
@supercat: tales límites rara vez son difíciles, sino que tienen compensaciones con cosas como la vida útil.
@ChrisStratton: De hecho, sí. Mi punto era que un motor que va a ser útil a 24 voltios CC requeriría imanes más fuertes o más vueltas en sus devanados que los que se encontrarían, por ejemplo, en un motor de hobby de 1,5 voltios. Por lo tanto, decir que un taladro funciona con 24 voltios implica que su motor será más caro (y con suerte mejor) que un motor de bricolaje de 1,5 voltios. Si bien el nivel de calidad implícito en el voltaje no es terriblemente alto, incluso un taladro de 7.2 voltios normalmente tendría un motor que sería mejor que un motor de 24 V CC de costo mínimo, todavía existe cierta correlación.

El aumento del voltaje de la batería en los aparatos portátiles está impulsado en parte por la practicidad y en parte por la comercialización, pero en la última década, la comercialización definitivamente ha sido el factor principal.

Un aparato "potente" alimentado por batería (probablemente los taladros sean los más comunes pero no los que consumen más energía) puede tener una potencia nominal de 100 de Watts.

Tome 100 Watts como ejemplo:
A 100 Watts 12V ~= 8A, 16V ~= 6A, 24V ~= 4A, 36V ~= 3A.
Las pérdidas en el cableado y las conexiones se deben principalmente a la pérdida de calor = I^R.
Para la misma resistencia, las pérdidas para 12/16/24/36 voltios estarían en las proporciones
64/36/16/9, por lo que un sistema de 36 V teóricamente puede tener 9/64 ~= 14 % de las pérdidas de un sistema de 12 V.
Entonces, en la práctica, a medida que la corriente disminuye con el aumento del voltaje, obtiene menos pérdidas con la misma resistencia o puede tolerar algo más de resistencia y aún así estar muy por delante.

En un sistema de 12 V y 8 A, la resistencia del circuito de un ohmio disipará I^@R = 8^2 x 1 = 64 vatios, por lo que sería intolerable como el 64% de la potencia total. Algo más como 0,1 Ohm = 6,4% sería mejor. Es extremadamente fácil agregar 0,1 ohmios en el cableado y las conexiones, por lo que un sistema de 100 W y 12 V se vuelve extremadamente difícil de construir. Incluso un sistema de 18 V con 2/3 de la corriente = 4/9 = 44 % de las pérdidas es útilmente mejor.

SIN EMBARGO, más voltaje requiere más celdas de batería y el espacio requerido para las interconexiones, la pérdida adicional en las conexiones y la pérdida de volumen efectivo disponible debido a los efectos de la ley del cubo cuadrado* significa que por encima de un cierto voltaje, las pérdidas adicionales comienzan a compensar las ganancias. Al marketing no le importa y los ingenieros y los vendedores habrán tenido una gran cantidad de información entre bastidores para llegar al resultado final.

Un factor que facilita los voltajes más altos es el uso de celdas LiIon. Estos tienen un voltaje nominal de, digamos, 3,6 V/celda, que es aproximadamente 3 veces mayor que el de NiCd o NimH, por lo que una batería de NimH de 10 celdas será de 12 V nominales, pero una de iones de litio de 10 celdas del mismo tamaño será de 36 V nominales.

Las herramientas eléctricas de primer nivel/calidad/costo como De Walt (Black & Decker disfrazado) utilizan celdas LiFePO4 (ferrofosfato de litio) en algunos productos con un voltaje nominal de 3,2 V por celda. 10 daría 32 V nominales y esto será "casi sensato" en algunas aplicaciones.
Un comentario aparte: entiendo que De Walt utiliza las células A123 LiFePO4 líderes en la industria. Las celdas A123 son generalmente "difíciles de comprar" en el mercado minorista y he oído hablar de fabricantes de vehículos eléctricos que compran grandes cantidades de paquetes de baterías De Walt para obtener las celdas.

Ley del cuadrado al cubo:

Efectos causados ​​por cambios en la relación de área a volumen a medida que cambia la escala.
Los volúmenes son proporcionales al borde^3.
Las áreas de superficie son proporcionales a egde^2.
por lo tanto, la relación entre el volumen y el borde es proporcional a borde ^ 3/borde ^ 2 = borde, lo que significa que el volumen por área de superficie aumenta a medida que los objetos se hacen más grandes.

Los efectos secundarios de esto son, por ejemplo, que es más difícil enfriar cosas grandes mediante la radiación superficial.
Por el contrario, es más difícil mantener calientes las cosas pequeñas cuando hace frío.
Para un espesor de superficie dado, las cosas grandes tienen menos contenido por volumen.
Este último efecto afecta a las baterías.
si se puede construir una batería con aproximadamente el mismo grosor de pared en un rango de tamaños, entonces las baterías grandes tendrán más contenido activo por volumen que las pequeñas.

Un solo ejemplo.
Dos cubos de paredes de 1 mm de espesor y aristas de 1 cm y 4 cm.
Volúmenes de pared = 6 x borde^3 x 1 mm
Volumen total del cubo = borde ^2
Cubo interior dentro del volumen de las paredes ~~= (borde- 2 x grosor_pared)^3

Volumen interior/exterior del cubo de 1 cm = (10-2)^3/10^3 = 512/1000 mm^2 = 51%
Volumen interior/exterior del cubo de 4 cm = (40-2)^3/40^3 = 54872/64000 = 85%. !!!
El cubo de aristas 4 veces más grande es 85/51 = 1,59 veces más eficaz como usuario de volumen disponible que el pequeño.
Conclusión: los paquetes de baterías de alto voltaje que usan NimH o NiCd pueden ser una mala idea solo por este motivo. Hay otros.

Me pregunto si los fabricantes de taladros originalmente pasaron de 12 V a 18 V simplemente porque tenían que mantener la compatibilidad mecánica con la parte del paquete de baterías que va dentro del mango, por lo que agregaron más celdas del mismo tamaño a la parte del paquete de baterías que está afuera. el agarre de la mano. Cambio relativamente simple, el volumen de componentes aumentó y el costo por unidad disminuyó, y un taladro podría aceptar ambos paquetes mecánicamente. Luego, marketing pensó que era la forma más sencilla de anunciar "una diferencia por la que vale la pena pagar" sin comenzar una guerra sobre qué especificaciones mecánicas (torque, etc.) importan más.

Los caballos de fuerza serían un número más pequeño, y el departamento de marketing preferiría usar un número mayor que el de la competencia, pero no un número de vataje grande, ya que los vatajes grandes no se comercializan como "ecológicos" en algunos segmentos del mercado. Para tecnologías y costos de paquetes de baterías equivalentes, los voltajes más altos pueden ser más eficientes o incurrir en menos pérdidas de cableado y conversión al producir energía útil para la herramienta.

Los números aplicados al exterior de las herramientas eléctricas son para fines de "cuanto más grande, mejor" y probablemente también para diferenciar varias tecnologías que utiliza el fabricante.

En otras palabras, puramente con fines de marketing.

Efectivamente, esa medida no tiene sentido. Hay dos razones por las que se usa

  1. permite la comparación de marketing de herramientas del mismo fabricante con diferentes voltajes (consulte esta pregunta relacionada ), por ejemplo, si paga esta cantidad de dinero por este modelo "más malo" de 10,8 voltios o puede pagar más y obtener ese "mucho más potente". y mejor" modelo de 18 voltios

  2. la mayoría de las herramientas tienen baterías intercambiables y solo las herramientas con el mismo voltaje pueden usar baterías del mismo voltaje; por lo tanto, si tiene un controlador de 12 voltios y desea comprar una sierra del mismo fabricante, si compra un modelo de 12 voltios, ahora tiene un total de 4 baterías (¡y 2 cargadores!) que se pueden usar con ambas herramientas y eso es bueno porque una batería separada o un cargador separado cuestan una fortuna

Aparte de eso, el voltaje no es una medida útil. No te importa el voltaje, te importan las características mecánicas.

¿Por qué los electrodomésticos y las herramientas que funcionan con baterías se especifican en voltios? [cerrado]
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