producción de corriente eléctrica por electroquímica
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Producción de Corriente Eléctrica por Electroquímica
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I. RECURSOS NATURALES INORGÁNICOS POTENCIALES DE EXPLOTACIÓN
La generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía química,
mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial se
recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las
transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.
La generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador; si bien estos no difieren
entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento, varían en función a la forma en que se accionan.
Explicado de otro modo, difiere en qué fuente de energía primaria utiliza para convertir la energía
contenida en ella, en energía eléctrica.
El fenómeno de la electricidad ha sido estudiado desde la antigüedad, pero su estudio científico
sistemático no comenzó hasta los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIX los ingenieros lograron
aprovecharla para uso residencial e industrial. La rápida expansión de la tecnología eléctrica en esta
época transformó la industria y la sociedad. La electricidad es una forma de energía tan versátil que
tiene un sinnúmero de aplicaciones.
La electroquímica estudia las reacciones químicas producidas por acción de la corriente eléctrica
(electrólisis) así como la producción de una corriente eléctrica mediante reacciones químicas (pilas,
acumuladores), en pocas palabras, es el estudio de las reacciones químicas que producen efectos
eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes.
II. DEFINICION OPERACIONAL DEL PROCESO INDUSTRIAL INORGANICO EN ESTUDIO
La corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional
de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo y sin
embargo posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de
carga son negativos, estos son los electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional.
La mayoría de las aplicaciones explotan su reactividad con ácidos y su corrosividad natural.
A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la densidad de
corriente. El valor de la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es determinante para
calcular la sección de los elementos conductores del mismo
La estructura interna de los materiales determina el comportamiento frente al las cargas eléctricas.
Según esto, los materiales se clasifican en dos grupos:
Los materiales aislantes o dieléctricos no permiten la circulación de cargas eléctricas a
través de ellos.
Los materiales conductores permiten que las cargas se desplacen con facilidad.
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III. PROPIEDADES FISICAS, QUIMICAS, TERMODINAMICAS Y AMBIENTALES DEL PROCESO
Propiedades generales
Carga eléctrica: Una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción
electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influenciada por los campos
electromagnéticos.
Corriente eléctrica: Un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente; se mide
en amperios.
Campo eléctrico: Un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica incluso
cuando no se esta moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor
cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además las cargas en movimiento
producen campos magnéticos.
Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo; se mide
en voltios.
Magnetismo: La corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos
variables en el tiempo generan corriente eléctrica.
Los materiales tienen una diferencia de potencial característico (E°), a mayor diferencia de
potencial entre dos metales en contacto mayor posibilidad de corrosión, la corrosión afectará al
material que sea más negativo.
La posibilidad de transmitir corriente eléctrica en los materiales depende de la estructura e
interacción de los átomos que los componen. Los átomos están constituidos por partículas
cargadas positivamente (los protones), negativamente (los electrones) y neutras (los neutrones).
La conducción eléctrica en los conductores, semiconductores, yaislantes, se debe a los electrones
de la órbita exterior o portadores de carga, ya que tanto los electrones interiores como los
protones de los núcleos atómicos no pueden desplazarse con facilidad.
IV. DESCRIPCION DE LOS DIFERENTES METODOS Y TECNOLOGIAS DE INDUSTRIALIZACION DEL
PROCESO.
Pilas de combustibles:
Una celda, célula o pila de combustible es un dispositivo electroquímico de generación de
electricidad similar a una batería, que se diferencia de esta en estar diseñada para permitir el
reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos. Esto permite producir electricidad a partir
de una fuente externa de combustible y de oxígeno, en contraposición a la capacidad limitada de
almacenamiento de energía de una batería. Además, la composición química de los electrodos de
una batería cambia según el estado de carga, mientras que en una celda de combustible los
electrodos funcionan por la acción de catalizadores, por lo que son mucho más estables.
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Una central termoeléctrica
Es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor
puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) como de la fisión
nuclear del uranio u otro combustible nuclear o del sol como las [[central térmica solar|solares
termoeléctricas],así como también de incineración de residuos sólidos urbanos(RSU) . Las centrales
que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales termoeléctricas. En su forma más clásica,
las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para
generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor
obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo
movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en
un Condensador donde circula por tubos agua fría de un caudal abierto de un río o por torre de
refrigeración.
Una central térmica solar o central termosolar:
Es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación
solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover
un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica. En ellas es
necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de
300 °C hasta 1000 °C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se
podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se
hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se
calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la
superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato. Su principal problema
medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser útiles para
otros usos (agrícolas, forestales, etc.).
La batería de plomo: Es desde hace más de un siglo el sistema establecido para almacenar y
suministrar la energía eléctrica que consumen los automóviles. Por otro lado, el espectacular
crecimiento que el parque automovilístico mundial está protagonizando en los últimos años, está
propiciando que la generación de vehículos fuera de uso y de todos los residuos vinculados a éstos,
aumente también considerablemente. La batería de plomo es uno de los residuos catalogados como
especiales que acompañan irremediablemente a un vehículo fuera de uso. Además, la batería de un
automóvil se reemplaza por otra nueva cada tres o cuatro años. Estos factores conducen a que la
generación de baterías de plomo fuera de uso alcance valores muy elevados y en continuo
crecimiento en todo el mundo (por ejemplo en Estados Unidos se generan unos 75 millones al año)
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V. ELECCION DEL METODO PRINCIPAL DE ESTUDIO
BATERIAS DE PLOMO
a. Proceso de carga
El voltaje proporcionado por una batería de acumulación es de CC. Para cargarla se necesita un
generador de CC, el que deberá ser conectado con la polaridad correcta: positivo del generador al
positivo de batería y negativo del generador al negativo de batería. Para poder forzar una corriente
de carga el voltaje deberá ser algo superior al de la batería.
La corriente de carga provoca reacciones químicas en los electrodos, las que continúan mientras el
generador sea capaz de mantener esa corriente, o el electrolito sea incapaz de mantener esas
reacciones. El proceso es reversible. Si desconectamos el generador y conectamos una carga eléctrica
a la batería, circulará una corriente a través de ésta, en dirección opuesta a la de carga, provocando
reacciones químicas en los electrodos que vuelven el sistema a su condición inicial.
b. Proceso de carga-descarga
En principio el “ciclo” de carga-descarga puede ser repetido indefinidamente. En la práctica existen
limitaciones para el máximo número de ellos, ya que los electrodos pierden parte del material con
cada descarga. La diferencia funcional entre diferentes tipos de baterías obedece al uso de diferentes
electrolitos y electrodos metálicos. Dentro de un mismo tipo de batería, la diferencia funcional es el
resultado del método de fabricación.
c. Perdidas de conversión
Cuando un tipo de energía es convertido en otro la eficiencia del proceso nunca alcanza el 100%, ya
que siempre existen pérdidas (calor). La doble conversión energética que toma lugar dentro de una
batería obedece esta ley física. Habrá, por lo tanto, pérdidas de energía durante el proceso de carga y
el de descarga.
d. Batería Pb-Acido
El tipo de acumulador más usado en el presente, dado su bajo costo, es la batería de plomo y ácido
sulfúrico con electrolito líquido. En ella, los dos electrodos están hechos de plomo y el electrolito es
una solución de agua destilada y ácido sulfúrico. En este informe abreviaremos algo su nombre,
llamándola batería Pb-ácido, usando el símbolo químico para el plomo (Pb). Cuando la batería está
cargada, el electrodo positivo tiene un depósito de dióxido de plomo y el negativo es plomo. Al
descargarse, la reacción química que toma lugar hace que, tanto la placa positiva como la negativa,
tengan un depósito de sulfato de plomo.
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Como el proceso químico libera gases (hidrógeno y oxígeno) se necesita que el conjunto tenga
ventilación al exterior. El diseño de las tapas de ventilación permite la evacuación de estos gases,
restringiendo al máximo la posibilidad de un derrame del electrolito.
VI. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO SELECCIONADO
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VII. REACCIONES QUÍMICAS QUE IDENTIFICAN AL PROCESO ELEGIDO
En el ánodo, el plomo (Pb0) se oxida y se combina con SO42- para producir PbSO4
más un par de
electrones; es decir:
En el cátodo, el dióxido de plomo (PbO2), los iones hidronio (H+), y los iones sulfato (SO42-
-
) más los
electrones provenientes de la placa de plomo producen PbSO4 y agua sobre la placa de dióxido de
plomo.
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VIII. REACCIONES QUÍMICAS DERIVADAS
Tenemos también la denominada batería zinc /carbón.Si se coloca una barra de zinc dentro de un
envase que contiene ácido sulfúrico se verá que la barra de zinc comienza a disolverse mientras se
forman burbujas de hidrógeno sobre el zinc.
a) Las moléculas de ácido en solución se disocian en tres iones: dos protones (H+) y un
anión (SO42-):
b) Los átomos de zinc en la superficie de la barra pierden dos electrones (2e-) para
convertirse en iones Zn2+:
c) Los iones de Zn2+se combinan con los aniones SO42- para producir ZnSO4, el cual se
disuelve de nuevo en el ácido:
d) Los electrones de los átomos de zinc se combinan con los protones para producir
moléculas de hidrógeno.
IX. CONDICIONES DE PROCESO
Para comprender el efecto que tiene la temperatura en el comportamiento de la batería es útil
recordar que cualquier reacción química es acelerada cuando la temperatura se incrementa y es
retardada cuando ésta disminuye.
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El ácido del electrolito actúa como anticongelante, de manera que es extremadamente importante
mantener la carga de las baterías cuando la temperatura de trabajo disminuye. Una batería solar del
tipo Pb-ácido, totalmente descargada, se congela alrededor de los -10°C. Si está totalmente cargada,
el punto de congelación se alcanza alrededor de los -58°C.
Así como las bajas temperaturas causan tantos problemas, las temperaturas elevadas causan una
reducción en la vida útil de una batería de Pb-ácido.
Al tener una batería de plomo-ácido a una temperatura de 95º F (35º C) en vez de los 77º F (25º C)
recomendados, una batería de 20 años solo durará diez, una batería de 10 años solo durará cinco,
etc
Como el proceso químico libera gases (hidrógeno y oxígeno) se necesita que el conjunto tenga
ventilación al exterior. El diseño de las tapas de ventilación permite la evacuación de estos gases,
restringiendo al máximo la posibilidad de un derrame del electrolito.
X. ESQUEMATIZAR LOS MECANISMOS DE REACCIÓN DEL PROCESO PRINCIPAL:
Las reacciones químicas que reflejan la descarga son:
Ambas semirreacciones producen iones Pb2+ (aq) debido a la oxidación del plomo
esponjoso Pb (s)) en el ánodo, y a la reducción del ión Pb4+ (aq) del dióxido de plomo
(PbO2 (s)) en el cátodo. Estos iones se unen a los aniones sulfato (SO42- (aq)), precipitando la sal
PbSO4 (s), que es muy poco soluble
Las reacciones químicas de la carga son exactamente las inversas a las de la descarga siendo:
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Para cargar el acumulador se hace pasar una corriente eléctrica en sentido contrario al de la
descarga, con lo que vuelven a formarse el plomo esponjoso y el dióxido de plomo en las placas
XI. TECNOLOGIA DE PURIFICACION DEL PRODUCTO PRINCIPAL A OBTENER:
Para optimizar este rendimiento, se están llevando a cabo en la actualidad investigaciones que tratan
de hallar la relación entre dicho rendimiento y variables como el espesor de la masa activa, la forma
de la rejilla o el uso de aditivos (SnSO4 en concreto) que mejorarían la calidad de las transferencias
electrónicas. La potencia específica de la batería de plomo, así como la duración, aun siendo más
bajas que en el resto de baterías, tienen un valor aceptable.
XII. CINETICA Y TERMODINAMICA DE LA REACCION PRINCIPAL:
Las reacciones de óxido---reducción en este caso son reversible
La reacción directa produce energía eléctrica, al contrario de la reacción inversa, que consume
energía
La concentración del ácido sulfúrico en el electrolito es variable, con arreglo al estado de carga de la
batería. Al descargarse se rebaja y al cargarse se recupera.
El potencial de la reacción global es ligeramente superior a 2 V, lo que explica que entre los seis
acumuladores de una batería de plomo se obtenga una tensión de trabajo de 12 V.
XIII. IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATARIALES USADOS, ELABORADOS Y LA PROPUESTA DE MITIGACIÓN
Las pilas tienen sustancias como mercurio, cadmio, litio, plomo, que son sumamente tóxicas para la
salud y el ambiente. En nuestro país, cuando ya no sirven, las pilas y baterías generalmente son
tiradas en la basura doméstica o a cielo abierto. Esto significa que pronto pararán en un basurero, en
el campo o lo que es peor, serán incineradas. Así, las pilas y baterías se convertirán en un residuo
tóxico y sus componentes químicos-tóxicos se modificarán en el ambiente, volviéndose en algunos
casos incluso más tóxicos. Por ejemplo, el mercurio y el cadmio, y otros metales, no se destruyen con
la incineración: son emitidos a la atmósfera.
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Metales como el mercurio se pueden vaporizar. Otros metales, como el cadmio y el plomo, pueden
concentrarse en las cenizas producto de la incineración. Cualquiera que sea el camino, causa
enormes problemas ambientales. La fuente más grande de mercurio en la basura doméstica, es la de
las baterías de la casa, especialmente alcalinas y baterías de botón, vía por la que se aumenta el
riesgo de contaminación del agua, que después beberemos. Una manera de reducir el número de
baterías que desechamos es usar pilas recargables. Las pilas de los teléfonos inalámbricos,
computadoras y teléfonos celulares contaminan bastante por su contenido de metales pesados como
el cadmio.
Elementos de las pilas:
Mercurio:
Al respirar aire contaminado, al ingerir agua y alimentos contaminados.
Posible cancerígeno. Una Alta exposición puede dañar el cerebro, los riñones y al feto, provocando
retraso mental, en el andar o el habla, falta de coordinación, ceguera y convulsiones.
Atraviesa la barrera placentaria y daña el cerebro de los neonatos. Se trasmite a través de leche
materna. En los niños provoca retraso mental y ceguera. En los adultos, cambios de personalidad,
pérdida de la memoria, daños en riñones y pulmones.
El mercurio puede contaminar el agua o a la tierra a causa de depósitos naturales de este metal o por
el que se emite en los basureros.
El metilmercurio es bioacumulable, es decir se acumula en los tejidos de peces.
Cadmio:
Lugares donde se manufacturan productos de cadmio, al consumir alimentos o agua contaminados
con cadmio.
Respirar altos niveles de cadmio produce lesiona los pulmones e ingerirlo produce daños a los
riñones. En dosis altas, puede producir la muerte. Ingerir alimentos o tomar agua con cadmio irrita el
estómago e induce vómitos y diarrea. El cadmio y sus compuestos son carcinogénicos.
El cadmio entra al aire de fuentes como la minería, industria, y al quemar carbón y desechos
domésticos. Las partículas pueden viajar largas distancias antes de depositarse en el suelo o en el
agua. El cadmio entra al agua y al suelo de vertederos y de derrames o escapes en sitios de desechos
peligrosos.
Níquel:
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Ingerir alimentos contaminados con níquel es fuente de exposición. Reacción alérgica y contacto de
la piel con suelo, agua o metales que contienen níquel.
Efectos más comunes del níquel son sobre la piel. Respirar altas cantidades produce bronquitis
crónica y cáncer del pulmón y de los senos nasales.
El níquel es liberado a la atmósfera por industrias que manufacturan o usan níquel, por plantas que
queman petróleo o carbón y por incineradores de basura. En el aire, se adhiere a partículas de polvo
que se depositan en el suelo. El níquel liberado en desagües industriales termina en el suelo o en el
sedimento.
Litio:
El hidróxido de litio tiene aplicación en la industria de cerámica y en la medicina como antidepresivo
y en sistemas de aire acondicionado.
Neurotóxico y nefrotóxico.
Intoxicación por litio produce fallas respiratorias, depresión del miocardio, edema pulmonar y
estupor profundo.
Daño al sistema nervioso, llegando a estado de coma e incluso la muerte.
El litio puede lixiviarse fácilmente a los mantos acuíferos, se ha encontrado en pequeñas cantidades
en diferentes especies de peces. El litio no es volátil por lo que pueden regresar a la superficie a
través de deposición húmeda o seca.
Manganeso:
Problemas respiratorios y alteraciones de la función sexual.
Plomo:
Puede ocurrir al respirar aire o polvo, al comer o tomar agua contaminada y al ingerir trozos de
pintura seca con plomo o jugar en tierra contaminada.
El plomo puede causar daño al sistema nervioso, los riñones y el sistema reproductivo.
El plomo no se degrada. Compuestos de plomo son transformados por la luz solar, el aire y el agua.
Cuando se libera al aire puede ser transportado largas distancias antes de sedimentar. Se adhiere al
suelo. Su paso a aguas subterráneas depende del tipo de compuesto y de las características del suelo.
Zinc:
Produce intoxicación por inhalación.
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Dato:
Un Mp3 player usado 5 horas a la semana durante un año gasta: 116 pilas de carbón, 38 alcalinas y
menos de 1 recargable.
Tipos de pilas y baterías
Las pilas desechadas son uno de los objetos más contaminantes, por la lenta degradación y toxicidad
de sus componentes.
Se conocen como pilas primarias aquellas que son desechables ya que sus componentes químicos al
convertirse en energía eléctrica ya no pueden recuperarse y secundarias a las recargables ya que
pueden recargarse invirtiendo su reacción química.
Toxicidad:
Secas o de carbón zinc
Contienen muy poco mercurio (0,01%)
Linternas, radios, juguetes, caseteras
(Muchas de manufactura asiática)
Alcalinas Tienen un contenido en mercurio del 0.5%.
Juguetes, tocacintas, cámaras fotográficas, grabadoras.
(Duran el triple o más que las secas)
Botón
Oxido de mercurio (HgO)
Algunas contienen hasta un 30% de mercurio y litio
Aparatos de sordera, calculadoras, relojes e instrumentos de precisión.
Consejos:
Cambia tus hábitos, consume de manera ambientalmente responsable:
• Exige depósitos adecuados para que pongas tus pilas y baterías cuando ya no las uses.
• Exige al Ministerio de Salud no permitir la importación ilegal de pilas y baterías.
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• No permitas la incineración de pilas y baterías. Las campañas de recolección de pilas en comercios
u otros sitios no siempre solucionan el problema, averigua cuál será el destino de las pilas
recolectadas.
• Prefiere las pilas recargables, pues pueden sustituir 300 desechables.
• Evita el uso de pilas siempre que sea posible.
• Usa y promueve productos que funcionen con cuerda, energía solar y energía eléctrica.
• Prefiere los productos que se pueden conectar a la red eléctrica, además de no contaminar,
es más eficiente desde el punto de vista energético.
• La mitad de las pilas utilizadas son para esparcimiento, disminuye dicho consumo.
• No compres pilas piratas: es ilegal, duran menos y son más tóxicas.
• No tires las pilas en la basura, en el campo, en la calle. Evita que lleguen a cuerpos de agua y jamás
las queme, pues los metales tóxicos desprendidos irán a la atmósfera.
• No entierres las pilas, ya que contaminan la tierra, el subsuelo y el agua una vez que se oxide su
cubierta de metal.
XIV. APLICACIÓN Y FINES DEL PRODUCTO ELABORADO Y TRATAMIENTO DE DESPERDICIOS
Actualmente se utilizan baterías recargables para aplicaciones tales como motores de arranque de
automóviles, dispositivos portátiles de consumo, vehículos ligeros (como sillas de ruedas
motorizadas, carros de golf, bicicletas eléctricas y carretillas elevadoras eléctricas), herramientas y
sistemas de alimentación ininterrumpida. También en nuevas aplicaciones como para vehículos
eléctricos híbridos y vehículos eléctricos están impulsando la tecnología para reducir costos, reducir
el peso y aumentar de la vida útil.1
A diferencia de las pilas no recargables (celdas primarias), las baterías recargables tienen que ser
cargadas antes de su primer uso. La necesidad de cargar las pilas recargables antes de su uso disuade
a los posibles compradores que quieran usar las pilas inmediatamente. Sin embargo, las nuevas
baterías de baja auto descarga permiten a los usuarios comprar una batería recargable que ya tienen
cerca del 70% de su capacidad nominal, permitiendo a los consumidores utilizar las baterías
inmediatamente y regenerarlas (recargarlas) más tarde hasta el 100% de su capacidad.
Hay aplicaciones de almacenamiento de energía en red que emplean baterías recargables
industriales para nivelación de carga, almacenando la energía eléctrica durante períodos de carga
máxima para su posterior uso, y para aprovechamiento de energías renovables, tales como el
almacenamiento de energía generada a partir de paneles fotovoltaicos durante el día para ser
utilizada durante la noche. Al cargar las baterías durante los períodos de baja demanda y devolver la
energía a la red durante los períodos de alta demanda eléctrica, la nivelación de carga ayuda a
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eliminar la necesidad de costosas plantas de energía en horas punta y ayuda a amortizar el costo de
los generadores durante las horas de más funcionamiento.
La Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos de Estados Unidos ha estimado que la demanda de
pilas recargables en EE.UU. está creciendo dos veces más deprisa que la demanda de las no-
recargables (desechables).
Alternativas
Para usos como radios portátiles y linternas, las baterías recargables pueden ser sustituidas por
mecanismos de relojería o dínamos que se mueven con una manivela por el usuario para
proporcionar la energía. Para el transporte, sistemas de suministro ininterrumpido de energía y
laboratorios, los sistemas de almacenamiento de energía mediante volante almacenan energía en un
rotor que gira para reconversión en energía eléctrica cuando sea necesario; esos sistemas se pueden
utilizar para proporcionar grandes pulsos de energía que de otro modo sería objetable en una red
eléctrica común.
Un desarrollo futuro podría ser el empleo de ultra condensadores para el sector del transporte,
utilizando un gran condensador para almacenar la energía en lugar de los bancos de baterías
recargables usados en vehículos híbridos. Un inconveniente de los condensadores en comparación
con las baterías es que la tensión en bornes disminuye rápidamente, un condensador que al que le
queda el 25% de su energía inicial, tendrá la mitad de la tensión inicial. Los sistemas de baterías
tienden a tener una tensión en los terminales que no disminuye rápidamente hasta casi estar
agotados. Esta característica dificulta el diseño de electrónica de potencia para el uso con ultra
capacitadores. Sin embargo, hay beneficios potenciales en la eficiencia del ciclo, la duración, y el
peso en comparación con los sistemas recargables.
XV. IDENTIFICAR CASOS PROBLEMÁTICOS DE INTERÉS INDUSTRIAL
Un acumulador eléctrico o batería es un dispositivo que permite, mediante un proceso electroquímico, almacenar la energía eléctrica en forma de energía química y liberarla cuando se conecta con un circuito de consumo externo. Las reacciones químicas que tienen lugar son reversibles y pueden ser recargadas cuando se conectan los terminales a una fuente de energía externa, pero con polaridad invertida. Cuando una batería ha llegado al final de su vida útil debe ser reemplazada
La batería gastada, debido a su contenido de plomo y ácido sulfúrico, se ha convertido en un residuo peligroso y no puede descartarse como cualquier residuo domiciliario. Por otra parte, una batería de plomo-ácido es un producto cuyos materiales pueden ser reciclados en su totalidad. La batería de plomo fuera de uso está catalogada como residuo especial y como tal, debe ser gestionada según los procedimientos especificados en las leyes relativas a residuos.
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La gestión de residuos comprende las siguientes actividades: recogida, transporte, almacenaje, valorización, disposición de los desechos, comercialización de los residuos y vigilancia de todas estas operaciones. Entre las actividades englobadas en el concepto de valorización está el reciclaje y la recuperación de materiales. En el caso de la batería de plomo fuera de uso, dichos materiales a recuperar son el plomo, el polipropileno y el ácido.
Cabe recordar que una sola batería de plomo fuera de uso contiene unos 10 Kg. de contenido en plomo, cerca de dos kilos de disolución de ácido sulfúrico y una cantidad considerable de plásticos contaminantes, por lo que el daño ecológico que una pequeña cantidad de baterías mal gestionada puede provocar es enorme.
El negro historial medioambiental de muchas fundiciones recuperadoras de plomo, el derramamiento del ácido en el alcantarillado o en suelos, el abandono de vehículos con sus baterías fuera de los espacios adecuados para su disposición, las operaciones clandestinas de desguace o las exportaciones masivas e incontroladas de millones de baterías de plomo fuera de uso a países en vías de desarrollo sin producción primaria, son costumbres extendidas que convierten a la batería de plomo fuera de uso en un residuo especial cuya gestión debe ser optimizada en el ámbito mundial.
El reciclaje de baterías usadas se lleva a cabo en la inmensa mayoría de casos mediante procesos pirometalúrgicos tradicionales. Estos métodos resultan poco rentables, además de muy contaminantes. El reciclado industrial de las baterías debe ser un progreso ecológico y económico considerable Por muchos años, el destino que los usuarios daban a las baterías agotadas fue, y en muchos casos continúa siendo, el vertido incontrolado.
Composición aproximada por batería con peso promedio de 17kg:
Pasta de plomo:.......... 35.0% 5.95 Kg Electrolito:.................. 29.0% 4.86 Kg Plomo metálico: ........ 29.0% 4.91 Kg Polipropileno: ............. 5.0% 0.85 Kg Separadores.................. 2.0% 0.43 Kg
El electrolito es una solución de ácido sulfúrico diluida. El ácido es reutilizable después del filtrado y tratamiento posterior. Las piezas grandes de plomo son refundidas. El plástico en general está demasiado alterado para ser reutilizado, y se utiliza como agente reductor en el proceso de reducción de óxidos, materia prima para la obtención de madera plástica o se valoriza energéticamente de acuerdo a las normas medio ambientales.
El proceso convencional de reciclaje de acumuladores empezaba con la descarga de las baterías usadas en un contenedor, donde una sierra les cortaba la tapa; posteriormente se les extraían los componentes: polipropileno, separadores, electrolito, óxido de plomo y plomo metálico. Los óxidos de plomo y el plomo metálico se separan y se introducen en un horno rotativo de donde se obtiene el plomo recuperado.
Este proceso presenta una problemática ambiental caracterizada por:
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Generación de grandes cantidades de escorias consideradas como residuos peligrosos por sus características tóxicas.
Contaminación atmosférica por la concentración de partículas emitidas al aire. Insuficiencia en almacenes temporales para depositar o almacenar residuos peligrosos. Riesgo potencial de incumplimiento de las normas ambientales en las descargas de aguas residuales
por la acumulación de electrolito. Excesivos niveles de ruido.
La generación de escorias de fundición representa el mayor problema potencial debido a que éstas son consideradas como un residuo peligroso.
En todas las plantas que reciclan baterías existe una primera unidad de separación de componentes. En esta unidad inicialmente se extrae el ácido sulfúrico del electrolito y, a continuación, se trituran las baterías usadas para proceder a la clasificación de materiales.
De entre estos materiales, se separa el polipropileno, que se recicla en la misma planta, o se vende a otras industrias que se encargan de su reciclaje. Por otro lado se separan la pasta de plomo, el plomo metálico y sus aleaciones y, finalmente, se depositan los denominados residuos del triturado, entre los que se encuentran fracciones de vidrio, acero, PVC, y ebonita principalmente. El funcionamiento de la unidad de triturado y clasificación se basa en el resultado de sucesivas separaciones hidrodinámicas, mediante las cuales se procede con eficiencia al aislamiento de los distintos materiales.