REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR

I.U.P “SANTIAGO MARIÑO”

CABIMAS-ZULIA

INTEGRANTES:

ANDERSON DIAZ RINCON

EISQUEL FERRER

JOSE BRAVO

CABIMAS, JULIO DE 2012

ESQUEMA

o Introducción

1. Historia de la pila

2. Definición

3. Partes

4. Funcionamiento

5. Ventajas y desventajas

6. Tipos

7. Clasificación

8. Aplicaciones

9. Las pilas y el medio ambiente

o Conclusión

Introducción

 

            Hay dos maneras de producir electricidad para aplicarla a usos prácticos: bien mediante máquinas llamadas dinamos o generadores de corriente eléctrica, cuando se trata de un consumo apreciable para instalaciones fijas; o bien mediante el empleo de baterías de pilas secas o de acumuladores, si se trata de aparatos portátiles o vehículos automóviles.

            Una pila transforma la energía química en energía eléctrica; parte de esa energía química se transforma en calor (energía calorífica) y el resto en corriente eléctrica.

            Existen dos clases de pilas: la primaria, cuya carga no puede renovarse cuando se agota, excepto reponiendo las sustancias químicas de que está compuesta, y la secundaria, que sí es susceptible de reactivarse sometiéndola al paso más o menos prolongado de una corriente eléctrica continua, en sentido inverso a aquél en que la corriente de la pila fluye normalmente. La pila seca común que se emplea, por ejemplo, en las lámparas portátiles es una pila primaria.

            En la fabricación de una pila primaria se pueden emplear diversas sustancias químicas, pero el principio que rige su funcionamiento será siempre el mismo. Así en la pila primaria, hay dos metales diferentes, o bien un metal y carbón (estos elementos son designados electrodos), y un líquido, denominado electrolito. Uno de estos elementos llamado el cátodo, o sea el polo negativo, es generalmente de cinc; el positivo, denominado ánodo, es casi siempre de carbón. Las reacciones químicas que tienen lugar, hacen que el cátodo se disuelva poco a poco en el electrólito, lo cual pone en libertad a electrones que, de encontrar un conductor o sistema que conecte a ambos electrodos, por donde puedan circular, producen una corriente eléctrica.

1. Historia de la pila

La batería de Bagdad

Alrededor de 1936, los arqueólogos descubrieron en una aldea cercana a Bagdad, un conjunto de vasijas de terracota cada una de las cuales contenía un rollo de lámina de cobre que albergaba una varilla de hierro. Algunos científicos especulan que estos artilugios podrían ser antiguas celdas galvánicas (alrededor de 2.000 años de antigüedad, aunque el cálculo de la edad sigue siendo debatido), a los que se les denomina la "Batería de Bagdad".

1800

El físico italiano, el conde Alessandro Volta, construyo su primera pila voltaica. Esta pila se conformaba de una pila de discos de cobre y zinc alternativamente separados por un disco de carbón humedecido en una solución acida

1836

John Daniell, un químico ingles, mejoro la eficacia del diseño de Volta a desarrollar una forma de evitar el problema de la corrosión

1859

Hasta este punto, todas las baterías existentes debían ser vaciadas de forma permanente cuando se agotaban los reactivos y finalizaban todas sus reacciones químicas. En 1859, Gastón Planté inventó la batería de plomo-ácido, el primer acumulador, o sea, la primera batería que puede recargarse (en realidad, regenerar las sustancias químicas gastadas) haciendo pasar una corriente en sentido inverso a través de ella

1867

El químico francés,  Georges Leclanche, diseño una pila húmeda, el precursor de la pila seca o pila de linterna

1888

El científico alemán, Dr. Carl Gassner, invento la pila seca, una pila muy parecida a la actual pila carbón-zinc.

1899 

El científico sueco  Waldmar Jungner inventó la batería de níquel-cadmio, una batería recargable que tenía electrodos de níquel y cadmio en una disolución de hidróxido de potasio. Se comercializó en Suecia en 1910 y llegó a Estados Unidos en 1946.

1955

En 1955, un ingeniero que trabajaba para la empresa Eveready(ahora conocida como Energizer) llamado Lewis Urry intentaba encontrar una manera de extender la vida de las baterías de zinc-carbono, pero Urry decidió en cambio que las pilas alcalinas eran más prometedoras. Hasta ese momento, las más duraderas pilas alcalinas eran inviablemente caras

1970: La pila de níquel e hidrógeno

1970:  Pila de litio

1980: El acumulador de níquel metal hidruro

1990: Acumulador de ion litio

2. Definición de pila

Es un dispositivo capaz de generar corriente eléctrica, su funcionamiento consiste en transformar la energía química de sus componentes en energía eléctrica, y es utilizada para el funcionamiento de muchos aparatos, como relojes, receptores de radios y televisión, juguetes, linternas, entre otros.

3. Partes de una pila

Cátodo (positivo) Ánodo (negativo) Una barra de carbón Un aislante de plástico

4. Funcionamiento de una pila

El funcionamiento de una pila esta descrito por la denominada pila de Daniell que se construye con una lámina de cobre y otra de zinc introducidas en una disolución acuosa de sulfato de cobre. Ambas láminas, llamadas electrodos, se unen mediante un conductor electrónico (por ejemplo un hilo de cobre). En esta situación, los átomos de zinc se oxidan, pierden electrones y pasan a la disolución como iones positivos. Simultáneamente, los iones positivos de cobre que están en la disolución se reducen, ganan electrones y se depositan como átomos de cobre metálico sobre el electrodo de cobre.

5. Ventajas y desventajas de las pilas

Ventajas Son de bajo costo Las encuentras en todos lados Se manejan todas las medidas estándar Opción económica para los aparatos de bajo consumo

Desventajas Ofrecen un muy bajo porcentaje de energía (alrededor del 2%) en

comparación a la que se utiliza para fabricarlas. Las no alcalinas duran muy poco en los aparatos de alto consumo. Al ser de un solo uso y desecharse rápido, generan más basura. Algunas aún utilizan mercurio, el cual es altamente contaminante. No son recargables

6. Tipos de pilas

Pila primaria:

Es lo que comúnmente llamamos pila. En ésta, una vez agotados los elementos activos, estos no pueden ser regenerados. Es decir la pila es de "usar y tirar".

La pila primaria más común es la pila Leclanche o pila seca, inventada por el químico francés Georges Leclanche en la década de 1860. La pila seca que se utiliza hoy es muy similar al invento original. El electrólito es una pasta consistente en una mezcla de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo negativo es de cinc, igual que el recipiente de la pila, y el electrodo positivo es una varilla de carbono rodeada por una mezcla de carbono y dióxido de manganeso. Esta pila produce una fuerza electromotriz de unos 1,5 voltios.

Otra pila primaria muy utilizada es la pila de cinc-óxido de mercurio, conocida normalmente como batería de mercurio. Puede tener forma de disco pequeño y se utiliza en audífonos, células fotoeléctricas y relojes de pulsera eléctricos.

El electrodo negativo es de cinc, el electrodo positivo de óxido de mercurio y el electrólito es una disolución de hidróxido de potasio. La batería de mercurio produce 1,34 V, aproximadamente.

La pila de combustible es otro tipo de pila primaria. Se diferencia de las demás en que los productos químicos no están dentro de la pila, sino que se suministran desde fuera.

Pila secundaria:

También llamada batería o acumulador. Una vez agotada podemos regenerar los elementos activos. Por tanto su vida puede contemplar varios ciclos de carga y descarga.

El acumulador o pila secundaria, que puede recargarse invirtiendo la reacción química, fue inventado en 1859 por el físico francés Gastón Planté. La pila de Planté era una batería de plomo y ácido, y es la que más se utiliza en la actualidad. Esta batería, que contiene de tres a seis pilas conectadas en serie, se usa en automóviles, camiones, aviones y otros vehículos. Su ventaja principal es que puede producir una corriente eléctrica suficiente para arrancar un motor; sin embargo, se agota rápidamente. El electrólito es una disolución diluida de ácido sulfúrico, el electrodo negativo es de plomo y el electrodo positivo de dióxido de plomo.

En funcionamiento, el electrodo negativo de plomo se disocia en electrones libres e iones positivos de plomo. Los electrones se mueven por el circuito eléctrico externo y los iones positivos de plomo reaccionan con los iones sulfato del electrólito para formar sulfato de plomo. Cuando los electrones vuelven a entrar en la pila por el electrodo positivo de dióxido de plomo, se produce otra reacción química. El dióxido de plomo reacciona con los iones hidrógeno del electrólito y con los electrones formando agua e iones plomo; estos últimos se liberarán en el electrólito produciendo nuevamente sulfato de plomo.

Un acumulador de plomo y ácido se agota porque el ácido sulfúrico se transforma gradualmente en agua y en sulfato de plomo.

Al recargar la pila, las reacciones químicas descritas anteriormente se invierten hasta que los productos químicos vuelven a su condición original. Una batería de plomo y ácido tiene una vida útil de unos cuatro años. Produce unos 2 V por pila. Recientemente, se han desarrollado baterías de plomo para aplicaciones especiales con una vida útil de 50 a 70 años.

Otra pila secundaria muy utilizada es la pila alcalina o batería de níquel y hierro, ideada por el inventor estadounidense Thomas Edison en torno a 1900. El principio de funcionamiento es el mismo que en la pila de ácido y plomo, pero aquí el electrodo negativo es de hierro, el electrodo positivo es de óxido de níquel y el electrólito es una disolución de hidróxido de potasio. La pila de níquel y hierro tiene la desventaja de desprender gas hidrógeno durante la carga. Esta batería se usa principalmente en la industria pesada. La batería de Edison tiene una vida útil de unos diez años y produce 1,15 V, aproximadamente.

Otra pila alcalina similar a la batería de Edison es la pila de níquel y cadmio o batería de cadmio, en la que el electrodo de hierro se sustituye por uno de cadmio. Produce también 1,15 V y su vida útil es de unos 25 años.

Pilas solares

Las pilas solares producen electricidad por un proceso de conversión fotoeléctrica. La fuente de electricidad es una sustancia semiconductora fotosensible, como un cristal de silicio al que se le han añadido impurezas. Cuando la luz incide contra el cristal, los electrones se liberan de la superficie de éste y se dirigen a la superficie opuesta. Allí se recogen como corriente eléctrica. Las pilas solares tienen una vida muy larga y se utilizan sobre todo en los aviones, como fuente de electricidad para el equipo de a bordo.

7. Clasificación de las pilas

Pilas tipo Leclanche, o de cinc/carbono, o “Pilas secas”:

Basadas en la oxidación del cinc en medio ligeramente ácido. Son las llamadas pilas comunes. Sirven para aparatos sencillos y de poco consumo

Pilas alcalinas o de cinc/dióxido de manganeso:

La diferencia con la pila seca es el electrolito utilizado. Son las de larga duración. Casi todas vienen blindadas, lo que dificulta el derramamiento de los constituyentes. Sin embargo, este blindaje no tiene duración ilimitada

Pilas de níquel/cadmio:

Poseen ciclos de vida múltiples, presentando la desventaja de su relativamente baja tensión. Pueden ser recargadas hasta 1000 veces y alcanzan a durar decenas de años. No contienen mercurio, pero el cadmio es un metal con características tóxicas

Pilas botón:

Son llamadas así, las pilas de tamaño reducido, de forma chata y redonda. El mercado de artículos electrónicos requiere cada vez más de ellas. Son imprescindibles para audífonos, marcapasos, relojes, calculadoras y aparatos médicos de precisión. Su composición es variada

Pilas de óxido mercúrico:

Son las más tóxicas, contienen un 30 % aproximado de mercurio. Deben manipularse con precaución en los hogares, dado que su ingestión accidental, lo que es factible por su forma y tamaño, puede resultar letal.

Pilas de cinc-aire:

Se las distingue por tener gran cantidad de agujeros diminutos en su superficie. Tienen mucha capacidad y una vez en funcionamiento su producción de electricidad es continua. Contienen más del 1 % de mercurio, por lo que presentan graves problemas residuales

Baterías plomo/ácido:

Normalmente utilizadas en automóviles.

Pilas de níquel/hidruro metálico:

Son pilas secundarias como las de níquel/cadmio, pero donde el cadmio ha sido reemplazado por una aleación metálica capaz de almacenar hidrógeno, que cumple el papel de ánodo. El cátodo es óxido de níquel y el electrolito hidróxido de potasio. La densidad de energía producida por estas pilas es el doble de la producida por las níquel /cadmio, a voltajes operativos similares, por lo que representan la nueva generación de pilas recargables que reemplazará a estas últimas.

Pilas de óxido de plata:

Son de tamaño pequeño, usualmente de tipo botón. Contienen 1 % de mercurio aproximadamente por lo que tienen efectos tóxicos sobre el ambiente

Pilas de litio:

Producen tres veces más energía que las pilas alcalinas, considerando tamaños equivalentes, y poseen también mayor voltaje inicial que éstas (3 voltios).Se utilizan en relojes, calculadoras, flashes de cámaras fotográficas y memorias de computadoras

8. Aplicaciones de las pilas

Tipo de pila Uso Comentario

Primarias

Comunes General Gran mayoría en el mercado

Zinc carbón General

Alcalina de manganeso

General

Botón Óxido de mercurio

Aparatos auditivos y equipos fotográficos.

Óxido de plata

Calculadoras, relojes electrónicos y cámaras fotográficas.

Zinc-aire Aparatos auditivos.

Se desarrolló para sustituir a la pila de óxido mercúrico utilizada en los audífonos.

Litio Relojes y equipos fotográficos, sistemas de soporte de memoria, aplicaciones industriales y militares.

Tipos de pilas uso comentario

secundarias

Níquel-Cadmio Herramientas electro-portátiles, cámaras de video, teléfonos celulares, dispositivos de seguridad, iluminación de emergencia, equipos médicos. También en satélites que están en la órbita de la Tierra

Más común y más usadas: Cerca del 80 % de las baterías recargables son de níquel cadmio (Ni-Cd). Pueden recargarse cientos de veces, lenta o muy rápidamente

litio-ion Productos de alta tecnología: terminales para computadoras laptop y teléfonos celulares, donde lo importante es el tamaño pequeño, alta capacidad de energía con baja tasa de descarga.

Es la tecnología más nueva que ha incorporado la industria de pilas. El proceso de recarga es considerablemente más complicado que el de las Ni-Cd o Ni-MH, y requiere un sistema de recarga mucho más caro.

níquel-hidruro metálico Productos donde son importantes una capacidad de energía alta o un tamaño físico pequeño. (Computadoras laptop, celulares y videocámaras).

Plomo ácido selladas Electro-portátiles, juguetes, luces de emergencia, suministro de energía continuo para telecomunicaciones y sistemas de alarmas, sistemas solares, etc.

Alcalinas recargables Sólo compiten con las NiCd en aplicaciones de bajo consumo (laptops y notebooks,

celulares)

9. Las pilas y el medio ambiente

Los metales y productos químicos constituyentes de las pilas pueden resultar perjudiciales para el medio ambiente, produciendo contaminación química. Es muy importante no tirarlas a la basura (en algunos países no está permitido), sino llevarlas a centros de reciclado. En algunos países, la mayoría de los proveedores y tiendas especializadas también se hacen cargo de las pilas gastadas. Una vez que la envoltura metálica que recubre las pilas se daña, las sustancias químicas se liberan causando contaminación al medio ambiente. Con mayor o menor grado, las sustancias son absorbidas por la tierra pudiéndose filtrar hacia los mantos acuíferos y de éstos pueden pasar directamente a los seres vivos, entrando con esto en la cadena alimentaria.

Estudios especializados indican que una micro pila de mercurio, puede llegar a contaminar 600.000 litros de agua, una de cinc-aire 12.000 litros y una de óxido de plata 14.000 litros.

Las pilas son residuos peligrosos por lo que, desde el momento en que se empiezan a reunir, deben ser manipuladas por personal capacitado que siga las precauciones adecuadas empleando todos los procedimientos técnicos y legales de manipulación de residuos peligrosos.

Conclusiones

Como hemos visto existen muchas formas de pilas, y en potencia existen muchas más combinaciones posible por realizar. Gracias a las pilas se han logrado muchos avances como en el transporte, telecomunicaciones, en lo que sea las pilas han estado presente en la mayoría de los inventos y de seguro no estaríamos donde estamos sin ellas. 

Las pilas siguen siendo usadas para variadísimas formas de uso.

Ahora  mismo los satélites en órbitas funcionan gracias a ellas, y cualquier otro objeto ya sea un objeto o invento que utilice las pilas.

En el futuro se verán mas y grandes avances gracias a la pila, y también se verá el desarrollo de esta, ya sea en el desarrollo de pilas más económicas o la construcción de las pilas con un alto grado de confiabilidad y una densidad energética muchísima más alta de las que tenemos en la actualidad.