Pilas caseras y pilas eléctricas

Introducción

Una pila es un dispositivo que permite obtener una corriente eléctrica a partir de una reacción química.

Las pilas caseras son pilas que se pueden elaborar con productos, o materiales que estén al alcance de todos y que tengamos en el hogar, y además que estas sean fáciles, simples de hacer y funcionen bien, existen varios tipos de pilas caseras y que se pueden elaborar con distintos materiales por ejemplo existe la pila de limón que es muy conocida por todos y que puede que no genere una gran cantidad de corriente eléctrica pero el caso es que funciona y aunque parezca muy practico, esto es realmente sorprendente.

Pila de limón

Para la pila de limón se necesitan pocos ingredientes, estos son:

-1 limón o más según la potencia que se requiera.

-1 clavo, puntilla o cualquier material que sea de cobre.

-Cualquier cosa que sea de cinc.

La pila de limón es un experimento que sirve para generar un poco de energía eléctrica. Consiste en insertar, en un limón, dos objetos hechos de metales diferentes, por ejemplo un clavo galvanizado y una moneda de cobre. Estos dos objetos funcionan como electrodos, causando una reacción electroquímica mediada por el jugo de limón que genere una pequeña cantidad de corriente eléctrica.

El objetivo de este experimento es demostrar a las personas cómo funcionan las baterías. Después de que la pila está ensamblada, se puede usar un multímetro para comprobar el voltaje generado, que usualmente no supera 1 V. El voltaje y corriente producido es insuficiente para encender un LED estándar, para lo que se requeriría una batería hecha de varias pilas de limón. Se necesitan al menos dos pilas conectadas en serie para duplicar el voltaje y varias conectadas en paralelo para alcanzar corrientes del orden de 5 mA.

Técnicamente ocurren la oxidación y la reducción.

En el ánodo, el cinc (zinc) es oxidado:

Una alternativa común a los limones son las patatas o a veces manzanas. Cualquier fruta o vegetal que contenga ácido u otro electrolito puede ser usado, pero los limones se prefieren debido a su mayor acidez. Otras combinaciones de metales (como magnesio y cobre) son más eficientes, pero usualmente son usados el zinc y el cobre porque son razonablemente seguros y fáciles de obtener.

Usar una tira de magnesio en vez del zinc debe duplicar, aproximadamente, la corriente producida en la celda de limón (aproximadamente 240 &µA con zinc y cerca de 400 &µA con magnesio) y también aumenta levemente el voltaje (0.97 V con zinc y 1.6 V con magnesio). Los voltajes y corrientes alcanzados dependen críticamente de la acidez de los limones y del tamaño y metal de los objetos usados.

Tal vez una pila de limón no genere demasiada energía pero igualmente sirve para hacernos conocer el funcionamiento de las baterías que en realidad son capaces de generar mucha energía o corriente eléctrica.

Pila casera usando vinagre

Para elaborar esta pila se requieren distintos materiales como:

-Un vaso

-Una botella de vinagre

-Un trozo de tubería de cobre (de las que se usan para las conducciones de agua)

-Un sacapuntas o afilalápices metálico

-Cables eléctricos

-Un aparato que se hará funcionar con la pila. Puede servir como ejemplo un reloj despertador que funcione con pilas normales.

Como construir la pila:

Toda pila consta de dos electrodos (generalmente dos metales) y un electrolito (una sustancia que conduce la corriente eléctrica). En este caso vamos a utilizar como electrodos los metales cobre y magnesio. En concreto, vamos a utilizar una tubería de cobre y un sacapuntas, cuyo cuerpo metálico contiene magnesio. Como electrolito vamos a utilizar vinagre.

Construir la pila es muy sencillo sólo tienes que introducir los electrodos en el interior del vinagre contenido en un vaso y unir un cable a cada uno de ellos.

""Se debe tener cuidado de que la tubería de cobre se encuentre muy limpia. Para limpiarla se puede frotar con un papel de lija""

Lo que se tiene que hacer para que esto funcione…

Para hacerla funcionar sólo tienes que unir los dos cables que salen de los electrodos a un aparato que funcione con pilas. El problema es que esta pila proporciona una intensidad de corriente muy baja, debido a que tiene una alta resistencia interna, por ello no siempre vas a conseguir que funcione. Tienes que elegir el dispositivo adecuado: un aparato que requiera una potencia muy pequeña. Por ejemplo:

-Un dispositivo de los que tocan una canción en los juguetes para bebés o de los que llevan incorporado algunas tarjetas de felicitación (musicales)

-Un reloj a pilas.

Sólo tienes que unir los cables de la pila a los dos polos del porta pilas del aparato. Pero no olvides que hay que buscar cuál es la polaridad correcta, sino puede que el aparato no funcione.

Hay que resaltar que mientras no se utilice la pila, hay que mantener el sacapuntas fuera del vinagre para evitar que estos reaccionen. Observaras que cuando entran en contacto el magnesio del sacapuntas reacciona con el ácido del vinagre y se desprenden numerosas burbujas, se trata del gas hidrógeno.

Datos curiosos…

La pila Volta.

El 20 de Marzo del año 1800 Alessandro Volta comunica por carta al presidente de la Royal Society de Londres la primera noticia de su invento: la "pila a colonna" (conocida hoy en día como "pila de Volta"). Posteriormente, en el año 1801, Volta a requerimiento de Napoleón presenta en París su invento y lee su Disertación sobre la identidad del fluido eléctrico con el galvánico. Napoleón, en reconocimiento a sus aportaciones científicas, le otorgó el título de Conde nombrándole además Senador del Reino.

Quien era Alessandro Volta…

Volta fue un físico italiano, nacido en Como, que se interesó e investigó uno de los fenómenos más famosos en su época: la electricidad. En 1774 fue elegido profesor de Física en el Colegio Superior de Como y, tan sólo, un año más tarde inventó el electróforo. Este invento provocó que su fama se extendiera muy rápidamente y que en 1779 se le asignara la cátedra de la Universidad de Pavía donde prosiguió sus trabajos sobre la electricidad. Inventó otros aparatos como el electroscopio condensador o el eudiómetro y todo ello llevó a que más adelante fuera elegido miembro de la Royal Society de Londres.

Pero el trabajo que más fama le ha dado está relacionado con la corriente eléctrica. Galvani había comprobado previamente que un anca de rana podía experimentar contracciones cuando se colgaba de un hilo de latón con un contrapeso de acero. A partir de los experimentos de Galvani, Volta comprobó que el efecto era debido a la presencia de los dos metales y que poniendo en contacto esos dos metales, u otros, se podía obtener una corriente eléctrica. Sus investigaciones le llevaron a concluir que algunas combinaciones de metales producían mayor efecto que otras y, con sus mediciones, hizo una lista del orden de eficacia. Es el origen de la serie electroquímica que se utiliza hoy en día en química.

Volta inventó una serie de aparatos capaces de producir un flujo eléctrico. Para ello utilizó recipientes con una solución salina conectados a través de arcos metálicos. Conectando varios de esos recipientes consiguió la primera batería eléctrica de la historia. Para reducir complicaciones debido a la necesidad de utilizar soluciones, empezó a utilizar pequeños discos redondos de cobre y cinc y otros de paño o cartón en agua acidulada. De manera que los unía formando una serie: cobre, cinc, paño, cobre cinc, paño, etc.; todos ellos apilados formando una columna. Cuando unía los extremos de la "pila" mediante un hilo conductor, al cerrase el circuito se obtenía una corriente eléctrica.

La pila de Volta despertó un gran entusiasmo entre los científicos de su época y sirvió de impulso para los experimentadores de toda Europa (casi inmediatamente se descubrió que la corriente eléctrica podía descomponer el agua) y sirvió de base para los trabajos químicos de Davy y para el estudio de los fenómenos electromagnéticos que hizo Faraday. En los 200 años que han transcurrido desde entonces se han construido muchos modelos de pilas, pero todas ellas se basan en el mismo principio que la pila de Volta.

Ahora veremos como hacer una pila de Volta:

Materiales:

-16 discos de Cu de 2 o 3 cm de diámetro, 15 discos de Zn de 2 o 3 cm de diámetro, 30 discos de fieltro, o un tejido que empape, de 2 o 3 cm de diámetro, 50 cm de alambre grueso de Cu, en dos trozos, tubo de plástico rígido y transparente de un diámetro algo superior al de los discos, 2 tapones de goma adecuados para cerrar el tubo de plástico.

Procedimiento:

-Se hacen 2 perforaciones en los 2 tapones de goma.

– Se introduce el hilo de cobre (Cu) y se suelda el de abajo a un disco de cobre.

-Se cierra por un lado el tubo de plástico y se van colocando alternativamente: disco de cobre (Cu), -fieltro humedecido en disolución salina, disco de cinc (Zn), Cu y Zn, así hasta terminar con el de cinc (Zn) soldado al alambre que atraviesa el otro tapón y que cierra el tubo por el otro lado.

La pila empezara a funcionar en cuanto cerremos el circuito, lo que se observa conectando un polímetro a las 2 terminales.

Pila de Monedas

Se necesita: -dos monedas de 10 centavos -agua (dos a tres gotas) -papel aluminio -cinta de papel -tijeras -birome -Un pedazo de servilleta -Un tester 

Procedimiento: -Primero se forra completamente una moneda con papel aluminio (no mucho solo lo suficiente para que quede cubierta en su totalidad).

-Luego se moja la servilleta recortada y se ensambla todo, y lo se sella poniendo cinta de papel en el canto de las 2 monedas.

-Finalmente se prueba con el tester , en el modo dc 20v.

Datos interesantes…

Tal vez esto no tenga que ver con las pilas caseras, pero aun así habla de las pilas en la antigüedad y como las descubrieron.

La Batería de Bagdad de la antigüedad

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". Se cree que un ácido común de los alimentos, como el jugo de limón o vinagre, sirvió como un electrolito. Las réplicas modernas han producido con éxito corrientes eléctricas, dando crédito a esta hipótesis. Si la muestra fue de hecho una batería, pudo haber sido usada para galvanoplastia, para producir leves descargas eléctricas como fuente de experiencia religiosa, o simplemente utilizada para almacenar rollos antiguos.

La pila Daniell

Un químico británico llamado John Frederic Daniell buscó una manera de eliminar el problema de las burbujas de hidrógeno que aparecen en la pila voltaica, y su solución fue utilizar un segundo electrolito para consumir el hidrógeno producido por el primero. En 1836, inventó la pila Daniell, que consistía en una vasija de cobre llena de una disolución de sulfato de cobre, en el que se sumerge un recipiente de barro sin esmaltar lleno de ácido sulfúrico y un electrodo de zinc. La barrera de barro era porosa, lo que permitía a los iones pasar a través suya, pero impedía la mezcla de las dos disoluciones. Sin esta barrera, cuando no había corriente se comprobó que los iones de cobre (II) se derivaban hacia el ánodo de zinc y sufrían la reducción sin producir una corriente, destruyendo la vida de la batería.

Con el tiempo, la acumulación de cobre podría bloquear los poros de la barrera de barro y acortar la vida de la batería. Sin embargo, la celda de Daniell proporciona una corriente mayor y más fiable que la pila voltaica, debido al depósito de cobre electrolítico en el cátodo (un conductor) en lugar de hidrógeno (un aislante). También era más segura y menos corrosiva. Tenía una tensión de funcionamiento de alrededor de 1,1 voltios. Fue ampliamente utilizada en las redes de telégrafo, hasta que fue suplantada por la pila Leclanché a finales de la década de 1860.

A continuación daremos una explicación breve de lo que es la pila eléctrica.- La pila eléctrica y su significado:

Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo negativo o ánodo y el otro es el polo positivo o cátodo.

La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos, metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o electrolito.

Procedencia del nombre de la pila eléctrica

En el castellano ha habido por costumbre llamarla así, mientras que al dispositivo recargable o acumulador, se le ha venido llamando batería. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos del estudio de la electricidad, cuando se juntaban varios elementos o celdas —en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo adosados lateralmente, "en batería"— como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera de los dos nombres serviría para cualquier tipo, pero la costumbre ha fijado la distinción.

Pila de Grove

La pila Grove (1839) utiliza como despolarizador el ácido nítrico HNO3. Su fuerza electromotriz es de 1,9 a 2,0 V. Originariamente utilizaba platino para el ánodo, pero Cooper y Bunsen lo sustituyeron luego por carbón. El cátodo era de cinc tratado con mercurio. Fue muy apreciada por su estabilidad y su mayor energía, a pesar del gran inconveniente que representa la emisión de humos corrosivos. El propio Grove elaboró, ese mismo año, una pila que producía energía eléctrica por medio de la recombinación de hidrógeno y de oxígeno, lo que constituye el precedente de los generadores contemporáneos conocidos como pilas de combustible.

Pila Leclanché

La pila Leclanché, diseñada por Georges Leclanché en 1868, utiliza una solución de cloruro amónico en la que se sumergen electrodos de cinc y de carbón, rodeado éste último por una pasta de dióxido de manganeso y polvo de carbón como despolarizante. Suministra una tensión de 1,5 V y su principal ventaja es que se almacena muy bien, pues el cinc no es atacado más que cuando se extrae corriente del elemento.

Este tipo de pila sirvió de base para el importante avance que constituyó la pila denominada seca, al que pertenecen prácticamente todas las utilizadas hoy. Los tipos hasta ahora descritos eran denominados húmedos, pues contenían líquidos, que no sólo hacían inconveniente su transporte, sino que solían emitir gases peligrosos y olores desagradables. Las pilas secas, en cambio, estaban formadas por un recipiente cilíndrico de cinc, que era el polo negativo, relleno de una pasta electrolítica, y por una barra de carbón en el centro (electrodo positivo), todo ello sellado para evitar fugas.

Tipos de pilas que son más habituales

La distinción entre pilas que utilizan un electrolito y las que utilizan dos, o entre pilas húmedas y secas, son exclusivamente de interés histórico y didáctico, pues todas las pilas que se utilizan actualmente son prefabricadas, estancas y responden a tipos bastante fijos, lo que facilita su comercialización y su uso.

Las pilas eléctricas y algunos acumuladores se presentan en unas cuantas formas normalizadas. Las más frecuentes comprenden la serie A (A, AA, AAA, AAAA),A B, C, D, F, G, J y N, 3R12, 4R25 y sus variantes, PP3, PP9 y las baterías de linterna 996 y PC926. Las características principales de todas ellas y de otros tipos menos habituales se incluyen en la tabla siguiente (que también puede verse separadamente).

Cabe la posibilidad de utilizar adaptadores, en especial para que las pilas recargables AA se puedan utilizar en aparatos que pareciesen pilas C y D.

Existen una diferentes internacionales para la estandarización de los tamaños y voltajes de las pilas para permitir la utilización de aparatos eléctricos a nivel mundial.

Pueden encontrarse datos interesantes sobre los códigos de los distintos fabricantes y sus equivalencias en 1 y en 2.

Cómo interactúan 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 micropila 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.

Evolución de la pila

La pila ha ido evolucionando de muchas formas y van teniendo diferentes funciones y varios científicos o personas que descubrieron esto fueron dando a conocer sus creaciones a la sociedad, las cuales ha ayudado mucho a lo largo de la historia primero esta la batería antigua de Bagdad, en 1808 fue la pila voltaica, en 1836 la pila Daniell, en 1844 la pila Grove, 1859 la pila de plomo-ácido, la primera batería recargable, 1860 la celda de gravedad, 1866 la pila Leclanché, 1887 La pila de cinc-carbono, la primera celda seca, 1899 La batería de níquel-cadmio, 1903 la batería de níquel hierro, 1955 la batería alcalina común, después pila de mercurio, pila de óxido de plata, años 1970 la pila de níquel e hidrógeno, fines de 1980 el acumulador de níquel metal hidruro, años 1970 pila de litio, años 1990 acumulador de ion litio y pila de cinc-aire.

Autor:

Brayan Juárez