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