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Pilas




Enviado por john_azteca2



    Indice
    1. Pila
    de combustible

    2. Pilas Primarias
    3. Pilas Secundarias
    4. Pilas Solares

    1. Pila de
    combustible

    Mecanismo electroquímico en el cual la
    energía de una reacción química se convierte
    directamente en electricidad. A
    diferencia de la pila eléctrica o batería, una pila
    de combustible no se acaba ni necesita ser recargada; funciona
    mientras el combustible y el oxidante le sean suministrados desde
    fuera de la pila.
    Una pila de combustible consiste en un ánodo en el que se
    inyecta el combustible —comúnmente hidrógeno,
    amoníaco o hidracina— y un cátodo en el que
    se introduce un oxidante —normalmente aire u oxígeno. Los dos electrodos de una pila de
    combustible están separados por un electrólito
    iónico conductor. En el caso de una pila de combustible de
    hidrógeno-oxígeno
    con un electrólito de hidróxido de metal alcalino,
    la reacción del ánodo es 2H2 + 4OH- → 4H 2O +
    4e- y la reacción del cátodo es O2 + 2H2O + 4e-
    → 4OH-. Los electrones generados en el ánodo se
    mueven por un circuito externo que contiene la carga y pasan al
    cátodo. Los iones OH- generados en el cátodo son
    conducidos por el electrólito al ánodo, donde se
    combinan con el hidrógeno y forman agua. El
    voltaje de la pila de combustible en este caso es de unos 1,2 V
    pero disminuye conforme aumenta la carga. El agua
    producida en el ánodo debe ser extraída
    continuamente para evitar que inunde la pila. Las pilas de
    combustible de hidrógeno-oxígeno que utilizan
    membranas de intercambio iónico o electrólitos de
    ácido fosfórico fueron utilizadas en los programas
    espaciales Gemini y Apolo respectivamente. Las de
    ácido fosfórico tienen un uso limitado en las
    instalaciones
    eléctricas generadoras de energía.
    Actualmente se están desarrollando las pilas de
    combustible con electrólitos de carbonato fundido. El
    electrólito es sólido a temperatura
    ambiente, pero
    a la temperatura de
    operación (650 a 800 °C), es un líquido
    con iones carbonato conductores. Este sistema tiene la
    ventaja de utilizar monóxido de carbono como
    combustible, por lo que pueden utilizarse como combustible
    mezclas de
    monóxido de carbono e
    hidrógeno como las que se producen en un gasificador de
    carbón.
    También se están desarrollando pilas de combustible
    que emplean dióxido de circonio sólido como
    electrólito. Estas pilas se llaman pilas de combustible de
    óxido sólido. El dióxido de circonio se
    convierte en un conductor iónico a unos 1.000 °C.
    Los combustibles más adecuados son el hidrógeno, el
    monóxido de carbono y el metano, y al cátodo se le
    suministra aire u
    oxígeno. La elevada temperatura de operación de las
    pilas de combustible de óxido sólido permite el uso
    directo de metano, un combustible que no requiere catalizadores
    costosos de platino sobre el ánodo. Las pilas de
    combustible de óxido sólido tienen la ventaja de
    ser relativamente insensibles a los contaminantes del
    combustible, como los compuestos de azufre y nitrógeno que
    empeoran el rendimiento de otros sistemas de
    combustible.
    La temperatura relativamente elevada de operación de las
    pilas de combustible de carbonato fundido y óxido
    sólido facilitan la eliminación en forma de vapor
    del agua producida
    por la reacción. En las pilas de combustible de baja
    temperatura se deben tomar medidas para eliminar el agua
    líquida de la cámara del ánodo.

    2. Pilas Primarias
     

    La pila primaria más común es la pila
    Leclanché o pila seca, inventada por el químico
    francés Georges Leclanché 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.

    3. Pilas Secundarias
     

    El acumulador o pila secundaria, que puede recargarse
    invirtiendo la reacción química, fue
    inventado en 1859 por el físico francés Gaston
    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.

    4. 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.
    Una pila voltaica aprovecha la electricidad de una
    reacción química espontánea para encender
    una bombilla (foco). Las tiras de cinc y cobre, dentro
    de disoluciones de ácido sulfúrico diluido y
    sulfato de cobre
    respectivamente, actúan como electrodos. El puente salino
    (en este caso cloruro de potasio) permite a los electrones fluir
    entre las cubetas sin que se mezclen las disoluciones. Cuando el
    circuito entre los dos sistemas se
    completa (como se muestra a la
    derecha), la reacción genera una corriente
    eléctrica. Obsérvese que el metal de la tira de
    cinc se consume (oxidación) y la tira desaparece. La tira
    de cobre crece al reaccionar los electrones con la
    disolución de sulfato de cobre para producir metal
    adicional (reducción). Si se sustituye la bombilla por una
    batería la reacción se invertirá, creando
    una célula
    electrolítica.

    Ejemplo

     

     

     

     

    Autor:

    Frost Loco

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