ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

INSTITUTO DE CIENCIAS QUIMICAS Y AMBIENTALES

QUIMICA GENERAL I

CONCURSO SEMESTRAL DE EMPRENDIMIENTO, CIENCIA, Y TECNOLOGIA, CSECT

Tema:

Solidificación de Pilas y Baterías de uso doméstico mediante la técnica de Encapsulamiento

Integrantes:

Jaime Alexis Rivera Vélez

Kerly Mariuxi Ochoa Erazo

Profesor:

Ing. Diego Muñoz

Jaime Alexis Rivera Vélez – Líder del Grupo

Edad:

19 años

Carrera:

Ingeniería Civil

Facultad:

FICT

Nacionalidad:

Ecuatoriana

Ciudad:

Manta

Correo:

alexis_sc93@hotmail.es

Kerly Ochoa Erazo – Integrante del Grupo

Edad:

18 años

Carrera:

Ingeniería electrónica y telecomunicaciones

Facultad:

FIEC

Nacionalidad:

Ecuatoriana

Ciudad:

Guayaquil

Correo:

Kerlimariu07@gmail.com

Sr Víctor Malla Maza - Asesor del Grupo

Edad:

45 años

Dedicación:

Maestro de Construcción (15 años)

Nacionalidad:

Ecuatoriana

Ciudad:

Loja

Contratos: 069800566

Ing. Diego Muñoz – Profesor de Práctica

Trayectoria académica y profesional del profesor:

Ingeniero químico graduado de la universidad estatal de Guayaquil, con menciones en alimentos- medio ambiente y petróleos.

Título de cuarto nivel obtenido en la universidad de Guayaquil como magister en gerencia educativa.

Especialidad en gestión de procesos educativos Universidad de Guayaquil. Diploma Superior e Diseño Curricular por competencias otorgado por el

vicerrectorado académico de la Universidad de Guayaquil Dominio del idioma Ingles, títulos otorgados por la Universidad de Cambridge Estudiante de idioma Francés e Italiano niveles intermedios. Profesor en la Escuela Superior politécnica del Litoral por siete años a cargo de

las asignaturas de laboratorio de química general , también el dictado de la materia de química general I para la FEN (Facultad de emprendimiento ay negocios

Profesor por siete años de idioma Extranjero en la Universidad de Guayaquil, Facultades de Medicina Odontología, Facultad de ciencias administrativas y FACSO (Facultad de comunicación Social)

Profesor por cinco años de la escuela de ingeniería en gestión empresarial de la Facultad de ciencias administrativas de la Universidad de Guayaquil, Dictando las materias de Basic English I, Basic English II, technical Enlish I and II, business I and II.

Experiencia laboral en ingenios azucareros por dos años colaborando en laboratorio de control y calidad de procesos.

Experiencia laboral en Instituciones como el CENAIM-ESPOL,EXPOQUIMICA, CENIA EISSPACO colaborando como consultor ambiental realizando proyectos de estudio de aguas, de auditoría e impacto ambiental para el sector público y privado.

Mención honrosa otorgado por la Universidad de Guayaquil, por haber salido favorecido entre los alumnos de la Facultad de Ingeniería Química con el mejor proyecto de tesis : Determinación del grado de contaminación del Estero Salado por Hidrocarburos de petróleo y otros contaminantes de los tramos puente 5 de junio hasta el terminal petrolero tres bocas.

ÍNDICE

CAPÍTULO 1

1. Presentación

2. Introducción

3. Antecedentes

4. Justificación

5. Objetivo General

6. Objetivos Específicos

7. Hipótesis

CAPÍTULO 2

7.1. La Pila

7.2. Historia de la Batería

7.3. Cemento

7.4. Bloque de Concreto

CAPÍTULO 3

8. Proceso

8.1. Materiales

8.2. Tabla de Composición Estructural

8.3. Esquema

8.4. Elaboración

CAPÍTULO 4

9. Costos

9.1. Valor de 100 gr del Producto

CAPÍTULO 5

10. Marketing

CAPÍTULO 6

11. Conclusiones

12. Bibliografía

13. Anexos

14. Vocabulario

15. Formato A4 de la Gigantografía

16. Fotos de la elaboración del Producto

17. Blog

CAPÍTULO 1

PRESENTACIÓN

El ICQA implementa el Concurso Semestral de Emprendimiento, Ciencias

y Tecnología (CSECT); con este proyecto impulsa a que nuestros jóvenes

sean cada día más innovadores, emprendedores; marcando la diferencia

en la calidad de elaborar productos y servicios para servir a la sociedad, la

salud y medio ambiente y otros aspectos.

INTRODUCCIÓN

Las Pilas y Baterías de uso doméstico actualmente por el ritmo de vida y

requerimiento en el funcionamiento de ciertos dispositivos se han

constituido en un producto necesario y muy utilizado por la sociedad en

general. Sin embargo, el consumidor en su mayoría desconoce que se

trata de un residuo doméstico peligroso y por falta de opciones y

desconocimiento se lo desecha como si se tratara de un residuo común.

La solidificación es un proceso que se ha utilizado desde finales de los

80´s para atrapar contaminantes, limitando la movilidad y también

disminuyendo su potencial de afectación al medio ambiente y que estos

residuos puedan ser dispuestos en áreas comunales.

ANTECEDENTES

Las pilas o baterías de uso doméstico son utilizados como unidades generadores de energía portátiles que convierten la energía química en eléctrica, manteniendo una diferencia de potencial constante y generando un pequeño voltaje para poder dar funcionamiento a dispositivos y

aparatos como por ejemplo cámaras fotográficas, calculadoras, relojes, controles remotos, linternas, radios, instrumentos electrónicos, etc. Estas unidades generadoras están compuestas de electrodos, electrolitos y otros materiales que son adicionados para controlar o contener reacciones químicas dentro de las pilas.

Los electrolitos pueden ser ácidos de acuerdo al tipo de pilas. Los electrodos pueden estar constituidos de una variedad de metales pesados, potencialmente peligrosos. La conversión de energía se lleva a cabo mediante una reacción química conocida como Redox en la cual intervienen metales pesados.

Una vez que las pilas y baterías terminan su vida útil, se constituyen en un residuo, el cual es comúnmente arrojado por los consumidores en la basura domiciliaria constituyendo un problema de impacto ambiental debido a las siguientes razones:

Contienen metales pesados como Mercurio (Hg), Cadmio (Cd), Níquel (Ni), Plomo (Pb), Manganeso (Mn), Plata (Ag), Litio (Li), Cromo (Cr), Cobalto (Co); los cuales se convierten en contaminantes tóxicos en el lixiviado (líquido que se genera en el relleno sanitario como resultado de degradación de la materia orgánica) de los vertederos o en las emisiones de las incineradoras.

Durante la generación de lixiviado se promueve la corrosión de las pilas durante la descomposición de los residuos domésticos en un vertedero sobre todo por las condiciones de humedad, Ph y temperatura. Los lixiviados son de carácter acido por la formación de ácido acético, propiónico, pirúvico, alcoholes y ácidos orgánicos simples como subproductos de la biodegradación de la materia orgánica compleja.

Por migración de los metales pesados presentes en los lixiviados hacia cursos de agua y suelo, puesto que en el medio acido del lixiviado se encuentran como iones.

Los metales pesados como Ag, Cd, Hg, Mn, Ni, Pb, Zn tienden a ser fuertemente absorbidos por los constituyentes del suelo, especialmente la materia orgánica la cual influye en el transporte de contaminantes. Los metales son móviles o biodisponibles bajo condiciones acidas. Estos metales tienden a bio-acumularse en varias especies de plantas y animales, convirtiéndose en foco de contaminación para todos los seres vivos que entren en contacto con estos residuos.

JUSTIFICACIÓN

Al no existir una tecnología de reciclaje de pilas disponible en nuestro país, es necesario buscar una alternativa, como la Solidificación o Encapsulamiento, previo la clasificación y recolección diferenciada del residuo.

Por tal motivo un estudio en el cual se ensaye este tipo de alternativa se hace indispensable para evaluar la vialidad tanto técnica, económica y ambiental para poderlo llevar a cabo.

Este Proyecto nace a raíz de ejecutar un programa de gestión de recolección y almacenamiento de pilas, para tener clara una manera apropiada del cómo realizar el destino final de esto desecho y dejar de constituirse en un acto irresponsable que provoca gran daño ambiental.

OBJETIVO GENERAL

Encapsular pilas y baterías de uso doméstico recicladas, con el fin de ejecutar el

proceso de solidificación-estabilización para la elaboración de Bloques de

concretos Aislantes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Concientizar a la población sobre el impacto Ambiental que producen

el incorrecto desecho de las pilas y baterías.

Promover el uso de Bloques Aislantes en la construcción de Áreas

Comunales.

Despertar el interés de las Autoridades Locales para que impulsen

programas de Reciclaje de Pilas.

HIPÓTESIS

Cuando un residuo es estabilizado surge la siguiente interrogante: ¿Cómo puede

medirse la eficacia del proceso de estabilización y solidificación?

CAPÍTULO 2

Investigación

La Pila:

Las baterías o pilas como comúnmente se les conoce, tienen más de 200 años de existencia, desde su primer modelo primitivo hasta los modernos productos que existen en la actualidad, como pilas alcalinas, pilas recargables, etc.

Las baterías no han perdido vigencia tecnológica por el contrario, cada día se perfecciona, ya en la actualidad se habla de sistemas híbridos, de motores de combustión con sistemas de baterías, que pronto serán una realidad en nuestras calles.

Una batería es una simple reacción química que produce energía. Pero a su vez dar luces que si la crisis energética se agudiza, pronto deberemos buscar fuentes de energía alternas para no depender del combustible fósil (petróleo)

Una batería es un dispositivo electroquímico el cual almacena energía en forma química. Cuando se conecta a un circuito eléctrico, la energía química se transforma en energía eléctrica. Todas las baterías son similares en su construcción y están compuestas por un número de celdas electroquímicas.

Cada una de estas celdas está compuesta de un electrodo positivo y otro negativo además de un separador. Cuando la batería se está descargando un cambio electroquímico se está produciendo entre los diferentes materiales en los dos electrodos.  Los electrones son transportados entre el electrodo positivo y negativo vía un circuito externo (bombillas, motores de arranque etc.)

Lamentablemente como todo lo que es producido por el hombre, tiene residuos contaminantes, los ácidos y materiales pesados contaminan el ambiente.

Contaminación de las pilas y baterías:

Las pilas son dispositivos que convierten la energía química generada por la reacción de sus componentes en energía eléctrica. Presenta un electrodo positivo y uno negativo. La batería contiene más de una pila o celdas conectadas entre sí mediante un dispositivo permanente. Los principales componentes de las pilas son mercurio, cadmio, níquel y manganeso. Otro componente es un conductor iónico denominado electrolito.

Las pilas son arrojadas con el resto de la basura siendo vertidas en basureros, es allí donde sufren la corrosión de sus carcazas, produciéndose el derrame de los electrolitos internos, arrastrando los metales pesados. Se da la liberación de sus componentes tóxicos a los suelos, aguas superficiales y subterráneas. Los incendios de los basureros, representan un aporte significativo de sus contaminantes al aire.

Las pilas comunes están compuestas de carbón y zinc, además de un alto contenido de mercurio. En las pilas alcalinas el contenido de mercurio también es alto y están fabricadas a partir de dióxido de manganeso y zinc.

Existen estudios que muestran que el 35 por ciento de la contaminación por mercurio es ocasionada por las baterías que se incineran con la basura doméstica.

Estudios médicos han demostrado que un alto nivel de mercurio en la sangre provoca cambios de personalidad, pérdida de visión, sordera, problemas en los riñones y pulmones. Es altamente peligroso para las mujeres embarazadas.

La mayoría de las pilas y baterías ‘recargables’, actualmente carecen de mercurio. Sin embargo contienen níquel y cadmio, dos metales pesados tóxicos.

El cadmio es calificado como cancerígeno, causante de trastornos en el aparato digestivo, produce lesiones en los pulmones. Al ingerirse se acumula en los riñones. El cadmio emitido al ambiente se disuelve parcialmente en el agua pero no se degrada, por lo que las plantas y animales asimilan este metal, permaneciendo en el organismo durante largo tiempo.

El efecto adverso más común de exposición al níquel es una reacción alérgica, algunas personas podrían sufrir ataques de asma luego de períodos de exposición. Ciertos compuestos del níquel son posiblemente carcinógenos para los seres humanos.

Dado que el mayor volumen consumido de pilas son alcalinas y de carbón-zinc (aproximadamente el 76% del consumo total), el óxido de manganeso contenido en ellas es el contaminante que en mayor volumen se ha liberado al medio ambiente. La exposición a niveles de manganeso muy altos durante largo tiempo ocasiona

perturbaciones mentales y emocionales, y provoca movimientos lentos y faltos de coordinación.

Lo más recomendable es disminuir el consumo de pilas o baterías. Una mayor exigencia al gobierno para la construcción de depósitos adecuados y un eficiente sistema de recolección y reciclaje de pilas. Los fabricantes de pilas son quienes deben principalmente tomar cartas en el asunto, exigiéndoles que utilicen sustancias no tóxicas en sus productos.

Grado de contaminación:

Zinc/Carbono: son las pilas llamadas comunes o especiales para linterna, contienen muy poco Mercurio, menos del 0,01%. Está compuesta por Carbono, Zinc, Dióxido de Manganeso y Cloruro de Amoníaco. Puede contaminar 3.000 litros de agua por unidad.

Alcalinas (Manganeso): son más recientes que las anteriores. Su principio activo es un compuesto alcalino (Hidróxido Potasio). Su duración es 6 veces mayor que las Zinc/Carbono. Está compuesta por Dióxido de Manganeso, Hidróxido de Potasio, pasta de Zinc amalgamada con Mercurio (total 1%), Carbón o Grafito. Una sola pila alcalina puede contaminar 175.000 litros de agua (más de lo que puede consumir un hombre en toda su vida).

Mercurio: Fue la primer pila que se construyó del tipo micropila o botón. Exteriormente se construyen de acero y consta de un electrodo de Oxido de Mercurio con polvo de Grafito, el electrólito está compuesto de Hidróxido de Potasio embebido en un material esponjoso absorbente y pasta de Zinc disuelto en Mercurio. Contiene entre un 25 y un 30% de Mercurio. Esta micropila puede contaminar 600.000 litros de agua.

Níquel/Cadmio: Esta pila tiene la forma de la pila clásica o alcalina, pero tiene la ventaja que se puede recargar muchas veces. Está constituida por Níquel laminado y Cadmio separado por nylon o polipropileno, todo arrollado en espiral. No contiene Mercurio. Sus residuos son peligrosos para el medio ambiente, principalmente por la presencia del Cadmio.

Hisotiria de la Bateria:

En el año 2000 se celebra el bicentenario de la primera pila eléctrica: la pila de 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.

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. 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.

TIPOS DE PILA:

 Clasificación:

 Las pilas se pueden dividir en dos tipos principales de estas, primarias o secundarias.

Una pila primaria produce energía consumiendo algún químico que esta contiene. Cuando este se agota, la pila ya no produce más energía y debe ser reemplazada. Por ejemplo en este grupo encontramos a las pilas de zinc-carbono.

Las pilas secundarias, o pilas de almacenamiento, obtienen su energía transformando alguno de sus químicos en otro tipo de químicos. Cuando el cambio es total, la pila ya no produce más energía. Sin embargo, esta puede ser recargada mandando una corriente eléctrica de otra fuente a través de ella para así poder volver a los químicos a su estado original. Un ejemplo de este grupo es la batería de auto o pila de ácido-plomo.

Nombrando los tipos de pilas debemos mencionar las pilas experimentales, estas aunque aún se pueden clasificar en alguno de estos dos grupos, deben mencionarse aparte ya que son hechas a pedido y responden a necesidades específicas. Por ejemplo, una pila que deba alimentar a radiotransmisor en una región montañosa en una central autónoma, este tipo de pilas debería poder soportar grandes periodos de tiempo, ser muy confiable y probablemente soportar temperaturas extremas. O el claro ejemplo de las pilas usadas en los transbordadores espaciales ya que estas no puede ser reemplazado luego del lanzamiento.

Pilas Primarias:

Pilas de Dióxido de Zinc-Manganeso: Este es el tipo más usado de pilas en el mundo.sus usos típicos son, linternas, juguetes, walkmans, etc... Hay tres variantes para este tipo de pila: la pila Leclanché, la pila de cloruro de zinc, y la pila alcalina. Todas entregan un voltaje inicial de 1.58 a 1.7 volts, el cual declina con el uso hasta un punto de 0.8 volts aprox. La pila Leclanché es la más económica de estas, fue inventada en 1866 por un ingeniero francés (la pila lleva su nombre Charles Leclanché). Se convirtió en un éxito instantáneo debido a sus constituyentes de bajo presupuesto. El ánodo de este tipo de pila es una hoja de aleación de zinc, esta aleación contiene pequeñas cantidades de; plomo, cadmio y mercurio. El electrolito consiste en una solución acuosa y saturada de cloruro de amonio conteniendo 20% de cloruro de zinc. El cátodo está compuesto de dióxido de manganeso impuro, mezclado con carbón granulado, para creas un cátodo húmedo con un electrodo de carbón.

 Aunque fue patentada en 1899 la pila de cloruro de zinc es realmente una adaptación moderna a la pila de Leclanché. La gran diferencia está en que gracias a sellados de plástico esta pila ha podido terminar con el uso de cloruro de amonio. También el dióxido de manganesos de alta pureza. Este tipo de pila tiene una más larga duración que la pila de Leclanché. También esta pila puede traer confiabilidad satisfactoria sin usar mercurio en la aleación de zinc.

La más alta densidad energética (wats por cm cubico) de las pilas de zinc-manganeso se puede encontrar en pilas con un electrolito alcalino el cual permite una construcción

completamente distinta al resto de su tipo. Esta estuvieron disponibles comercialmente durante la década de los 50. El cátodo de un dióxido-grafito de manganeso muy puro y un ánodo de una aleación de zinc enriquecida son asociados con un electrolito de hidróxido de potasio y puesto en una lata de acero. Aunque el mercurio contenido en la aleación de zinc solía ser de hasta un 6 a 8 porciento, actualmente se ha logrado reducir este índice a un impresionante 0.15%, para así poder reducir el impacto ambiental que estas producen. Está de más decir que este tipo de pila es altamente superior a ambas de las descritas anteriormente.

Pilas de Dióxido de Manganeso-Magnesio: Este sistema funciona bien para aplicaciones especializadas. Se parece mucho a la pila de cloruro de zinc pero tiene 0.3 volts más por pila. Las pilas de dióxido de manganeso-magnesio tienen una larga vida, alta densidad energética, son livianas las cuales las hacen ideales para el uso de pilas para el poder de los radiotransmisores de las radios militares. Una desventaja de este tipo de pila es su funcionamiento en bajas temperaturas.

Pilas de Mercurio con Óxido-Zinc: Este sistema ocupa un electrolito alcalino. Ha sido largamente usada para el uso en pilas “botón” o las comúnmente usadas para relojes etc... Tienen una densidad energética de aproximadamente 4 veces más que las pilas de zinc-manganeso. Es muy confiable y da casi siempre 1.35 volts, y gracias a esto se usa como una pila de referencia. 

Pilas de Plata con Óxido-Zinc: Otra pila de tipo alcalina. Esta pila exhibe un cátodo de óxido de plata y un ánodo de polvo de zinc. Debido a que puede relativamente soportar altas cargas y tiene una casi constante, 1.5 volts de producción, este tipo de pila también es usado frecuentemente en relojes etc. También podemos encontrarla en algunos torpedos de uso militar, debido a su gran fiabilidad y capacidad.

 

Pilas de Litio: El área de investigación de las pilas que ha atraído más la investigación en los últimos años ha sido el área de las pilas con un ánodo de litio. Debido a su alta actividad química se deben usar electrolitos no acuosos como por ejemplo sales cristalinas. Se han hecho pilas que no tienen separación alguna entre el ánodo y el cátodo líquido, algo imposible con pilas de sistema acuoso. Una capa protectora se forma automáticamente en el litio, pero esta se rompe en la descarga permitiendo voltajes cercanos a los 3.6 volts. Esto permite una gran densidad energética. Sus usos varían desde la aeronáutica, marcapasos a cámaras automáticas.

Pilas de Sulfuro Litio-Hierro: Estas pilas en porte miniatura ofrecen grandes capacidades y bajo costo. En operaciones que requieren de 1.5 a 1.8 volts, estas pueden ser un substituto a algunos tipos de pilas alcalinas.

Pilas de Dióxido de Litio-Manganeso: Estas poco a poco van ganando aceptación. Tienen un voltaje de 2.8 volts, una alta densidad energética y un costo bajo dentro de las pilas de litio.

Pilas de Monofluoruro de Litio-Carbono: Estas han sido una de las pilas de litios más comercialmente exitosas, de larga vida, alta densidad energética, buena adaptación a temperaturas y con un voltaje de 3.2 volts. Sin embargo, el costo de monofluoruro de carbono es alto.

Pilas de Litio-Thionyl (lithium-thionyl): Este tipo de pila provee la más alta densidad energética disponible comercialmente. El cloruro de thionyl no sirve solo como un solvente del electrolito sino que también como material del cátodo. Su funcionamiento es impresionante, ya sea a temperatura ambiente o hasta -54 grados celcius, por muy debajo del punto donde sistemas líquidos dejan de funcionar. Su uso va de equipos militares, vehículos aeroespaciales hasta los famosos beepers.

Pilas de Dióxido de Litio-Sulfuro: Este tipo de pila ha sido extensivamenteusado en los sistemas de energía de emergencia de muchos aviones entre otros usos. El cátodo consiste en un gas bajo presión con otro químico como electrodo salino; muy parecido al funcionamiento del sistema anterior. Este sistema funciona increíblemente bien, pero se ha encontrado que a veces luego de su uso en frío libera gases tóxicos tales como dióxido de sulfuro.

Pilas de Aire-Depolarizado: Una manera muy práctica de obtener alta densidad energética es usar el oxígenoen el aire como “líquido” del material del cátodo. Si es juntado con un ánodo tal como el zinc, larga vida a bajo costo, pueden ser obtenidos. La pila, eso sí, debe ser construida de manera tal de que el oxígeno no entre en contacto con el ánodo, el cual atacaría.

Pilas de Zinc-Aire: El diseño y principio de estas pilas es relativamente simple, pero su construcción no lo es, ya que el electrodo de aire debe ser extremadamente delgado. Se han hecho muchos estudios y grandes avances se han hecho en el aire del sellado del aire y la optimización de este tipo de pilas.

Pilas de Aluminio-Aire: Estas no han tenido una gran aceptación comercial, pero su pequeñísimo peso y su gran densidad energética potencial han hecho que grandes estudios se hayan llevado a cabo en esta área, tales como prolongar la vida de esta pila

entre otros. Si estos problemas son resueltos podríamos ver grandes aplicaciones para este tipo de pilas en el futuro, incluidos su uso en autos eléctricos o incluso camiones.

 

Existen muchos otros tipos de pilas primarias usadas a más pequeña escala por ejemplo pilas de las cuales se sabe su rendimiento exacto como la pila de zinc-mercurio o sulfato-mercurio (1.434 volts) o las pilas de cadmio-mercurio o sulfato-mercurio (1.019 volts). O pilas tal como las de cloruro de magneseo-plata o cloruro de magneseo-plomo las cuales se ocupan en las operaciones submarinas donde el electrolito es el agua salina en el cual se encuentran sumergidas las pilas.

Pilas Secundarias:

 También llamadas pilas de almacenamiento.

 

Pilas de Ácido-Plomo: Este tipo de pila ha sido la pila recargable más ampliamente usada en el mundo. La mayoría de este tipo de pilas son construidas de planchas de plomo o celdas, donde una de estas, el electrodo positivo, está cubierto con dióxido de plomo en una forma cristalina entre otros aditivos. El electrolito está compuesto de ácido sulfúrico, y este participa en las reacciones con los electrodos donde sulfato de plomo es formado y lleva corriente en forma de iones. Estudios demuestran que la pila de plomo-ácido tiene una densidad energética de aproximadamente 20 veces mayor que la de las pilas de níquel-cadmio o níquel-hierro.

La razón por la cual este tipo de pila ha sido tan exitosa es que tiene un gran rango de entregar gran o poca corriente; una buena vida de ciclo con una gran fiabilidad para cientos de ciclos, facilidad de recargar, su bajo costo en comparación al resto de las recargables, alto voltaje (2.04 volts por celda), facilidad de fabricación y la facilidad de salvataje de sus componentes.           

Pilas Alcalinas de Almacenamiento: En las pilas de almacenamiento de este tipo la energía es derivada de la reacción química en una solución alcalina. Este tipo de pilas usan diversos materiales como electrodos tal como los que nombraremos a continuación.

Pilas de Hidróxido de Níquel-Cadmio: Estas son las pilas portátiles más comunes que existen. Tienen la característica de poder dar corrientes excepcionalmente altas, pueden ser rápidamente cargadas cientos de veces, son tolerantes al abuso de sobrecarga. Sin embargo, comparadas con otros tipos de pila primarias e incluso con otras de su tipo,

estas pilas son pesadas y tienen una limitada densidad energética. Estas pilas funcionan mejor si es que son dejadas a descargarse completamente antes de cargarse nuevamente, sino puede producirse un fenómeno conocido como el efecto de la memoria donde las celdas se comportan como si estas tuvieran menos capacidad para la cual fueron hechas. Su uso es muy variado podemos encontrarlas desde los sistemas de partida para los motores de un avión hasta en el walkman que uno está usando. Este tipo de pila se comporta bien bajo temperaturas frías.

Pilas de Hidróxido de Níquel-Zinc: Están bajo investigación y si su vida puede ser alargada podrían ser un viable substituto para las pilas de níquel-cadmio. Pilas de hidróxido de níquel-hierro: este tipo de pilas puede proveer miles de ciclos, pero no al recargar necesitan mucha energía y al funcionar se calientan más de lo deseado.

Pilas de Hidróxido de Níquel-Hidrógeno: Estas pilas fueron desarrolladas principalmente para el programa espacial de los EE.UU. Los estudios demuestran que aleaciones de níquel pueden reversiblemente disolver o soltar hidrógeno en proporcionalmente a cambios en la presión y temperatura. Este hidrogeno serviría como un material de ánodo. Hay especulación de que este tipo de pila podría reemplazar a la de níquel-cadmio en algunas aplicaciones.

Pilas Alcalinas recargables de Dióxido de Zinc Manganeso: Este tipo de pilas fueron diseñadas para actuar como substitutos en sistemas donde se requieran cantidades moderadas de energía.  Su gran densidad energética y su bajo costo incitan a más estudios.

           

Pilas de Óxido de Plata-Zinc: Aunque son caras, estas pilas son usadas cuando la densidad energética, el tamaño, y el peso son fundamentales. Después de años de que su uso fue restringido a minas y torpedos su uso se ha ido diversificando hasta llegar a la exploración submarina y sistemas de comunicaciones.

 

Pilas Secundarias (o de almacenamiento) de Litio: Este tipo de pila muestra una gran promesa a futuro ya que su energía teóricamente va de 600 a 2,000 wats por hora por kg. Algunos elementos con los cuales se investiga son: disulfito de litio-titanio, dióxido de litio-manganeso y disulfito de litio-molibdeno.

 

Pilas Secundarias (o de almacenamiento) de Sodio-Sulfuro: Mucha experimentación se ha llevado a cabo con este tipo de pila que funciona alrededor de los 350 grados C'. Aun se deben resolver bastantes problemas relativos a su estabilidad. Especialmente cuando se toma en cuenta que necesita ser enfriada y calentada entre usos. Pero su

economía y la entrega de 2.3 volts hacen que este sistema sea extremadamente atractivo, especialmente en el área de los automóviles eléctricos.

Cemento:

El Cemento es a menudo empleado como el principal agente en la estabilización de residuos peligrosos. El cemento más común es el cemento Portland.

El cemento Portland se obtiene por la cocción en horno a alta temperatura de una mezcla de caliza y arcilla. El horno produce una escoria que se muele a un polvo que es una mezcla de óxidos de calcio, silicato, aluminio, y hierro. Los constituyentes principales son silicatos tri y di cálcicos.

La Solidificación con cemento Portland presenta ventajas importantes para el tratamiento de residuos peligrosos de metales, como son: requerimientos de

personal bajos, bajo costo de producción, estabilidad estructural del hormigón a largo plazo, la no toxicidad de los materiales usados.

La estabilización con cemento se adapta mejor a residuos inorgánicos, especialmente aquellos que contienen metales pesados. Como resultado del elevado pH del cemento, los metales son retenidos como hidróxidos insolubles o carbonatos de estructura endurecida.

Los estudios muestran que el plomo, cobre, zinc, estaño y cadmio probablemente se unen a la matriz por fijación química, formando compuestos insolubles, mientras que el mercurio es retenido de manera predominante por micro encapsulación física.

Es difícil determinar con precisión donde va a reaccionar un contaminante específico dentro de la matriz estabilizada con cemento. En otro estudio sobre las uniones químicas los residuos peligrosos en cemento se analizaron la localización de los metales pesados plomo y cromo. Los resultados mostraron que el plomo precipitaba en la superficie exterior de las partículas del cemento hidratado, mientras que el cromo se dispersaba de manera más amplia y uniforme a través de las partículas de cemento hidratado.

La estabilización con cemento muestra un futuro prometedor y una importante utilización en la fijación de residuos inorgánicos. El amplio uso de la estabilización de compuestos inorgánicos se debe a:

La ausencia de mejores alternativas (por ejemplo, los metales no se biodegradan ni varían su estructura atómica al ser incinerados)

Conocimiento y disponibilidad de mecanismos físico-químicos, como la precipitación y adsorción.

Bloque de Concreto:

Los bloques de concreto son elementos modulares premoldeados diseñados para la albañilería confinada y armada. En su fabricación a pie de obra sólo se requiere materiales básicos usuales, como son la piedra partida, la arena, el cemento y el agua; pudiéndose evitar el problema de transporte de unidades fabricadas, lo cual favorece su elaboración y facilita su utilización en la autoconstrucción, la que deberá contar con el respaldo técnico necesario.

Actualmente en la fabrican de bloques se viene utilizando grandes máquinas vibradoras, sin embargo la disponibilidad de este tipo de equipos en muchas zonas rurales es prácticamente nulas, obligando a recurrir a la vibración manual; por tal motivo, la propuesta de utilizar mesas vibradoras pequeñas resulta una alternativa constructiva que hace viable la albañilería con bloques de concreto.Para la producción de los bloques de concreto se implementa un taller de mediana escala que permita la fabricación de las unidades, con una producción de 300 bloques días con personal mínimo (1 operario y dos ayudantes); el equipamiento está conformado por una mesa vibradora de 1.2m x 0.6 m de 3HP, moldes metálicos y un área de producción de 50 m2; ésta comprende una zona de materiales y agregado, una zona de mezclado y fabricación, una zona de desmolde y una zona de curado.

La calidad de los bloques depende de cada etapa del proceso de fabricación, fundamentalmente de la cuidadosa selección de los agregados, la correcta determinación de la dosificación, una perfecta elaboración en lo referente al mezclado, moldeo y compactación, y de un adecuado curado

CAPÍTULO 3

Proceso

Materiales:

Cemento Portland

Arena

Grava

Agua

Malla Metálica

Pilas y baterías recicladas

Alambre fino

Tabla de Composición Estructural:

COMPONENTE PORCENTAJE DE COMPOSICIÓN

CEMENTO 18,1%

ARENA 30,6%

GRAVA 43,2%

AGUA 8,1%

TOTAL 100%

Diagrama:

CUERPO

METALICO

PREPARACIÓN

DEL

MATERIAL

DOSIFICACIÓN

Elaboración:

Dosificación:

En esta parte inicial del proceso se establecen las proporciones relativas en peso y volumen de los materiales a utilizarse; la Dosificación de los

CUERPO

METALICO

PREPARACIÓN

DEL

MATERIAL

materiales necesarios para elaborar el hormigón se determina de acuerdo a la resistencia a la compresión deseada la cual es 240Kg/cm2 . La proporción seleccionada es 1,5: 5 :2,5 correspondiente a cemento, arena y grava.

Cuerpo Metálico:

Con la plancha de malla metálica vamos formando pequeñas cajitas contenedoras ajustando sus paredes con alambre, de tal modo que ocupen la mitad de la capacidad de los orificios del bloque; donde le añadiremos las pilas.

Preparación del Material:

Se mezcla en seco de los materiales: cemento, arena y grava dentro del equipo(caja recipiente) de acuerdo a las dosificaciones anteriormente establecidas, de acuerdo a nuestra propuesta de encapsulamiento; se va agregando agua poco a poco.

Conformación de Bloques:

En el molde o encofrado se añade una suave capa de mezcla para establecer la base del bloque, para luego colocar los 3 cuerpos de espuma Flex que son los que determinaran los espacios huecos del bloque. Después se procede a seguir añadiendo la mezcla mientras al mismo tiempo se ejecuta leves sacudidas o vibraciones al molde para que el material se acomode y se valla asentando uniforme y gradualmente para reducir el aire atrapado.

Finaliza esta etapa hasta que el molde se llene y se observe una película superficial de agua.

Fraguado:

El Fraguado del cemento comienza desde el momento que éste se pone en contacto con el agua. El comienzo se ha definido como el tiempo hasta el cual la pasta de cemento admite ser remoldeada, sin alteración de sus propiedades; y el fin del fraguado al tiempo necesario para que la pasta adquiera la resistencia suficiente para soportar su propio peso.

Desencofrado:

A las 24 horas del encofrado, se procede a desmoldar el bloque con precaución y se lo traslada a una bandeja para el proceso de curado.

Con mucho cuidado se retiran las espumas Flex del bloque. Se añaden las cajitas metálicas con las pilas contenidas de tal manera que quedan al fondo de la cavidad. Se echa una suave capa de concreto para adherir las cajitas al bloque.

Curado:

Se permanece regando con agua el bloque durante 7 días para mantenerlos húmedos, para permitir que continúe la reacción química del cemento; con el fin de obtener una buena calidad y resistencia especificada del producto.

Diagrama de flujo Elaboración:

Elaboración:

Diagrama de Flujo:

CAPÍTULO 4

Costos

Valor del producto ($0.25) (15Kg)

Valor de 100g del producto ($0.00192 )

Cemento Portland: 1 kg 0.20ctv.

Arena: ½ kg ($0.10)

Grava: ½ kg ($0.12 )

Malla Metálica: 1m2 ( $3.00)

Pilas y baterías recicladas

Alambre fino: 20m ( $1 .00)

Capítulo 5

Marketing

Nombre del Producto:

PoliBlock

P i las ! E l med io ambiente

Te neces i taIngredientes:Cemento PortlandArenaGravaAguaMalla MetálicaPilas y baterías Alambre finoPeso :

Modo de empleo:se empleara para la construcción de casas

Guayaquil- Ecuador

Capítulo 6

Conclusiones

PoliBlock

Resulta muy difícil predecir las tensiones ambientales a largo plazo a las que se verán sometidos los materiales estabilizados (humectación y desecación, percolación de la precipitación y presiones debido a las cargas superpuestas).

Por tanto si no se puede predecir con exactitud las presiones ambientales, no pueden simularse en laboratorio, incluso si esta variedad de tensiones pudieran predecirse, resulta imposible simularlas en un laboratorio. Debido a estos problemas, se utilizan una gran cantidad de ensayos de laboratorio para evaluar la eficacia de estabilización. No existe un ensayo modelo para todos los residuos y aplicaciones, cada uno de ellos proporciona una visión parcial de la eficacia de una técnica de estabilización. Por lo tanto, a falta de la disponibilidad de laboratorios capacitados para este tipo de ensayo, no podemos determinar una conclusión respecto la eficacia del proceso solidificación –estabilización de los bloque, solo en teoría certera aseguramos la contribución ambiental que aportan.

Gracias a la investigación ejecutada de este Proyecto, aportamos en difundir sobre el gran daño ambiental que causan el mal desecho de las pilas y baterías domésticas.

Debido a que el aislamiento de las pilas y baterías en los bloques no afecta sus propiedades técnicas, pueden utilizarse para todo tipo de construcción en general; pero sería más conveniente emplearlos en áreas verdes como ejemplo de protección del medio ambiente.

Se ha enviado una carta de invitación del Concurso Semestral de Emprendimiento, Ciencia y Tecnología; al Ilustre Municipio de Guayaquil para que sean Observadores de las Novedosos Proyectos de los estudiantes de la Escuela Superior Politécnica del Litoral, con el motivo de causar interés sobre este tema elaborado.

Bibliografía

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http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1743/1/CD-2348.pdf

http://www.pecocorp.com.ar/cap%C3%ADtulo_3.htm

http://www.scielo.cl/pdf/infotec/v20n1/art05.pdf

http://html.rincondelvago.com/baterias-y-pilas.html

http://ingeniatic.euitt.upm.es/index.php/tecnologias/item/550-pila-o-bateria

http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_(electricidad)

http://naturalle.blogspot.com/2007/03/contaminacin-de-pilas-y-bateras.html

http://ecoabc2.galeon.com/

http://www.gleasonserrano.com/formaleteria-de-entrepiso.html

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entrepiso.html&usg=__nIX8Uw0OVG9Umjh2rJYFyZgiAzA=&h=376&w=442&sz=37&hl=es&start=5&sig2=TZR9sDbxJq1caIiliaeCFQ&zoom=1&tbnid=H5Ynqihl4zXybM:&tbnh=108&tbnw=127&ei=XrYbULKqJamU2QWEl4DYCQ&um=1&itbs=1

http://construccion-sena-2009.blogspot.com/

Anexos

Glosario:

o Pila: se denomina pila o elemento galvánico a un sistema en el que la energía química de una reacción química es transformada en energía eléctrica.

o Pila galvánica: es un sistema que permite obtener energía a partir de una

reacción llamada de óxido reducción. Ésta es la resultante de dos reacciones parciales (hemirreacciones), en las cuales, un elemento químico es elevado a un estado de valencia superior (hemirreacción de oxidación), a la vez que otro elemento químico es reducido a un estado de valencia inferior (hemirreacción de reducción). Estos cambios de valencia implican transferencia de electrones del elemento que se oxida al elemento que se reduce.

o Batería: unidad productora de energía eléctrica constituida por varias pilas.

o Pila primaria: pila basada en una reacción química irreversible, y por lo

tanto, no recargable (posee un sólo ciclo de vida).

o Pila secundaria: pila basada en una reacción química reversible y, por lo

tanto, recargable. Se pueden regenerar sus elementos activos pasando una corriente eléctrica en sentido contrario al de descarga. Posee ciclos de vida múltiples.

o Acumulador: cualquier elemento productor de energía eléctrica basado en

una/s pila/s secundaria/s (acumulador equivale a recargable).

o Ánodo: es el electrodo en donde se produce la oxidación cuando la pila

funciona como fuente de energía.

o Cátodo: es el electrodo en donde se produce la reducción cuando la pila

funciona como fuente de energía.

o Electrodo: Es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una

parte no metálica de un circuito.

o Electrolito: Es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se

comportan como un medio conductor eléctrico

o Lixiviado: Liquido que se genera en el relleno sanitario como resultado de

degradación de la materia orgánica.

Proceso (Fotos):

Blog: