Pilas eléctricas

Electricidad. Electrónica. Energía. Zinc carbón. Niquel hidruro. Generador primario. Batería

  • Enviado por: Luis Ignacio Nunez
  • Idioma: castellano
  • País: Venezuela Venezuela
  • 23 páginas

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“COMPARACIONES ENTRE LAS PILAS DE ZINC-CARBÓN Y LAS DE NIQUEL-HIDRURO DE METAL PARA DETERMINAR CUAL DE ELLAS ES MÁS EFECTIVA”

Ciudad Ojeda, Mayo del 2007

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO I.- Problema

  • Planteamiento del problema

  • Objetivos de la investigación

  • Delimitación del problema

  • CAPÍTULO II.- Marco Teórico

  • Antecedentes de la investigación

  • Definición de términos básicos

  • Hipótesis

  • CAPÍTULO III.- Metodología de la investigación

    3.1 Tipo de investigación

    3.2 Materiales y métodos

    CAPÍTULO IV.- Resultados de la investigación

    4.1 Análisis de los resultados

    4.2 Conclusiones

    BIBLIOGRAFÍA

    Anexos

    INTRODUCCIÓN

    En este trabajo se realizaran comparaciones entre las pilas de zinc-carbón (alcalinas) y las de níquel-hidruro de metal para determinar que pila es más efectiva y dar a conocer sus ventajas y desventajas. Dentro del trabajo se explicará lo necesario referente a las pilas de zinc-carbón (alcalinas) y de níquel-hidruro de metal que se debe conocer para determinar cual es la más efectiva.

    Anteriormente las pilas de desarrollo para la exposición eran en vez de pilas de níquel-hidruro de metal pilas de níquel-cadmio debido a que estas eran las más comunes después de realizar un estudio nos dimos cuenta de que las pilas de níquel-cadmio quedaron obsoletas debido a que son muy contaminantes por que el cadmio es un metal pesado contaminante toxico al mezclarse con el oxido de níquel y las pilas de níquel-hidruro de metal no están sujetas al efecto memoria a lo que solo están sujetas las pilas de níquel-cadmio

    CAPÍTULO I.- Problema

    1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

    Actualmente, en nuestro mundo, la necesidad cotidiana de emplear los aparatos eléctricos o los medios de transporte requiere la utilización creciente de unos sistemas que nos permitan conseguir electricidad de una forma fácil, cómoda y duradera. Muchos de los aparatos que normalmente usamos funcionan con pilas y condensadores que almacenan pequeñas cantidades de esa energía. Estos dispositivos, gracias a sus diferentes componentes, producen corriente eléctrica cuando se conectan a un circuito y se distinguen principalmente en dos tipos (pilas secundarias y primarias), en función de que sean o no recargables.

    Es importante determinar el tipo de pila a seleccionar de acuerdo a la aplicación ya que las mismas difieren en capacidad, tamaño y durabilidad. Para esto es necesario comprender las características básicas por tipo y conocer cuales son las más comunes. En este caso, tratando con las primarias, las de Zinc- carbón (alcalinas) y, tratando con las secundarias las de níquel-hidruro de metal.

    De lo antes expuesto surge la siguiente interrogante: ¿Qué pila tiene la mayor efectividad entre las pilas de Zinc- carbón (alcalinas) y las de níquel-hidruro de metal?

    1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

    1.2.1 OBJETIVO GENERAL:

    Analizar las pilas de zinc carbón (alcalinas) y las de níquel-hidruro de metal para determinar cual tiene mayor efectividad.

    1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

    • Comparar la efectividad entre las pilas de Zinc- carbón (alcalinas) y las de níquel-hidruro de metal para explicar cual es la pila más efectiva.

    • Demostrar la utilidad que tienen las pilas de Zinc- carbón (alcalinas) y las de níquel-hidruro de metal.

    1.3 DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA

    Este trabajo se realizó en las instalaciones del Colegio San Agustín en un lapso transcurrido desde el 8 de Enero hasta el 11 de Mayo del año 2007.Y la importancia de esta investigación radica en que se exponen al público las ventajas y desventajas de las pilas de zinc-carbón (alcalinas) y las de níquel-hidruro de metal para que los consumidores puedan comprar según sus necesidades.

    CAPÍTULO II.- Marco Teórico

    2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

    Este trabajo de investigación se basa meramente en la comparación de 2 tipos de pilas y por ende es muy específico. Hasta la fecha de la realización de este trabajo, no se encontraron otros similares. Es por ello que no se muestran o mencionan antecedentes a esta investigación.

    2.2 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS

    Electricidad: Es el fenómeno físico asociado a cargas eléctricas estáticas o en movimiento. Sus efectos se observan en diversos acontecimientos naturales como sucede con los relámpagos, las chispas, ETC.

    Batería: Aparato que transforma la energía química en energía eléctrica y consiste de dos o más pilas eléctricas conectadas en serie, en paralelo o en mixto

    Pila primaria: Pila basada en una reacción química irreversible, y por lo tanto, no recargable.

    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 vidas múltiples.

    Multímetro: a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento electrónico de medida que combina varias funciones en una sola unidad. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro.

  • HIPÓTESIS

  • En esta hipótesis se plantea que la pila de mayor efectividad entre las de níquel-hidruro de metal y las de zinc-carbón (alcalinas) es la de níquel-hidruro de metal (recargable o secundaria) en cuanto a su capacidad de almacenaje, rentabilidad y duración dados los múltiples ciclos de vida que esa posee

    CAPÍTULO III.- Metodología de la investigación

    3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

    El tipo de investigación de este trabajo es de tipo descriptivo-experimental debido a que en la ejecución del proyecto se describirán las pilas de níquel-hidruro de metal y de zinc-carbón (alcalinas) y se comprobará con un experimento que ponga a prueba estos dos tipos de pilas.

    3.2 MATERIALES Y MÉTODOS

    MATERIALES:

    Los materiales que se van a utilizar para el desarrollo del experimento son:

  • Una pila de níquel-hidruro de metal. Energizer NH15-2000

  • Un cargador de pilas de Ni-MH para carga en 8 Hrs.

  • Una pila de zinc-carbón (alcalina). Energizer E91

  • Una pequeña resistencia (Representada como un bombillo de 3 Ohm)

  • Un multímetro ó Voltímetro

  • Un cronómetro

  • Un cable que conecte la pila al voltímetro y a la resistencia

  • Para la realización de este experimento se seleccionan pilas Energizer por contar estas con hojas de dato e información técnica por parte del fabricante.

    MÉTODOS:

  • Se le colocan cables al portapilas para conectarlo a la resistencia. En este caso no importa la polaridad con que se conecte la pila a la resistencia. Se coloca el cable común del multímetro al terminal negativo del portapilas y el otro cable del multímetro al terminal positivo. Como se ilustra en la Figura #1

  • Se coloca primero la pila de zinc-carbón en el portapilas, se conecta la resistencia y se corre el cronómetro hasta que la pila llegue al 70% del voltaje inicial. Se tomaran los tiempos que se demora en descargar hasta ciertos valores para construir una gráfica y representar la curva de descarga de la pila.

  • Al llegar la pila de zinc-carbón al 70% de su voltaje inicial (ó 1.1voltios) se repite el procedimiento con la pila de níquel-hidruro de metal.

  • Al finalizar el experimento se analizan los resultados y se sacan las conclusiones.

  • CAPÍTULO IV.- Resultados de la investigación

    4.1 Análisis de los resultados:

    De las hojas de datos de cada una de las pilas seleccionadas para este experimento se extrae la siguiente información y se presenta en forma de tabla para facilitar su comparación.

    Característica

    Pila de Zinc-Carbón

    Pila de Ni-Mh

    Fabricante

    Energizer

    Energizer

    Modelo

    E91

    NH15-2000

    Materiales

    Zinc, carbón, magnesio, clorídeo de amonio y clorídeo de zinc

    hidróxido de níquel y una aleación de hidruro de metal

    Voltaje Inicial

    1.580 voltios al iniciar la el experimento

    1.411 voltios al iniciar el experimento

    Clasificación

    alcalinas

    Recargable

    Sistema químico

    zinc-carbón (ZnC)

    Níquel-hidruro de metal (NiHM)

    Designación

    ANSI-15A, IEC-LR6

    ANSI-1.2H2

    Volumen típico

    8.1 centímetros cúbicos (0.5 pulgadas cúbicas)

    8.3 centímetros cúbicos (0.5 pulgadas cúbicas)

    Peso típico

    23.0 gramos (0.8 onzas.)

    30.0 gramos (1.1onzas.)

    Terminales

    Planos

    Planos

    Rango de temperatura

    -18ºC hasta 55ºC

    0ºC hasta 50ºC

    Tabla 1.- Comparación de la pilas según data del fabricante

    voltaje

    HORA A LA QUE LA PILA LLEGO A ESE VOLTAJE

    TIEMPO EN LLEGAR A ESE VOLTAGE DESDE LA HORA DE INICIO

    Voltaje Inicial (V.I), de 1.547

    Hora inicial, a las 3:17 PM del 5/7/07

    No hay un tiempo desde la hora de inicio debido a que este es el voltaje inicial (V.I)

    1.5 voltios

    A las 3:46 pm del 5/7/07

    La pila demoró 29 minutos en llegar a 1.5 v. desde su V.I

    1.4 voltios

    A las 6:04 pm del 5/7/07

    La pila demoró 2:47 en llegar a 1.4 v. desde su V.I

    1.3 voltios

    A las 11:11 pm del 5/7/07

    La pila demoró 7:54 en llegar a 1.3 v. desde su V.I

    1.2 voltios

    A las 12:00 m del 5/8/07

    La pila demoró 20:43 en llegar a 1.2 v. desde su V.I

    1.1 voltios

    A las 5:30 pm del 5/8/07

    La pila demoró 26:13 en llegar a 1.1 v. desde su V.I

    Prueba con la pila de Zinc-Carbón

    voltaje

    HORA A LA QUE LA PILA LLEGO A ESE VOLTAJE

    TIEMPO EN LLEGAR A ESE VOLTAGE DESDE LA HORA DE INICIO

    Voltaje Inicial, (V.I) de 1.411

    Hora inicial, a las 12:30 pm del 5/9/07

    No hay un tiempo desde la hora de inicio debido a que este es el voltaje inicial (V.I)

    1.4 voltios

    A las 12:34 PM del 5/9/07

    La pila demoró 4 minutos en llegar a 1.4 v. desde su V.I

    1.3 voltios

    A las 2:49 PM del 5/9/07

    La pila demoró 2:19 en llegar a 1.3 v. desde su V.I

    1.2 voltios

    A la 1:57 PM del 5/10/07

    La pila demoró 25:27 en llegar a 1.2 v. desde su V.I

    1.1 voltios

    A las 5:16 PM del 5/10/07

    La pila demoró 28:46 en llegar a 1.1 v. desde su V.I

    1 voltio

    A las 6:16 PM del 5/10/07

    La pila demoró 29:46 en llegar a 1.1 v. desde su V.I

    Prueba con la pila de níquel-hidruro de metal

    De las gráficas construídas con la información recopilada durante el experimento, se pueden realizar las siguientes observaciones:

    1.- La pila de Ni-HM mostró un voltaje inicial de 1.4 Voltios aunque su valor nominal es de 1.2 voltios.

    2.-La pila de zinc-carbón mostró un voltaje inicial de 1.541 voltios. Sólo ligeramente superior a su voltaje nominal.

    3.-En la fase de descarga inicial (primeros 139 minutos), la caída en el voltaje suministrado por la pila de Ni-HM mostró un descenso significativamente mayor al presentado por la pila de zinc-carbón para el mismo período de tiempo. Igualmente la caída por debajo de los 1.2 voltios se presenta de manera brusca.

    4.-La pila de Ni-HM demora 2 horas y 30 minutos más que la de zinc-carbón en alcanzar el 70% de su voltaje inicial. Esto representa un 13% más en tiempo de vida por ciclo (hasta alcanzar el 70% de su voltaje inicial).

    5.-La caída de voltaje de la pila de Ni-HM entre 1.3 y 1.2 voltios se presentó con una tendencia lenta y prácticamente lineal.

    Tomando la información recolectada durante la realización de este trabajo y luego de analizar los resultados del experimento se construye la siguiente tabla comparativa.

    Zinc-carbón

    Níquel-hidruro de metal

    Ventajas

    -Voltaje inicial mayor

    -Menor costo Inicial

    -Mayor parte de su ciclo de vida entre 1.4 y 1.2 Voltios

    -Periodo de descarga es más lento

    -Múltiples ciclos de vida (500)

    Desventajas

    -Periodo de descarga más rápido

    -Sólo 1 ciclo de vida

    -Voltaje inicial menor

    -Costo inicial mucho mayor (18 veces mas para 1 ciclo de vida por par de pilas)

    -Mayor parte de su ciclo de vida entre 1.3 y 1.2 Voltios

    -Se requiere tiempo para recargarla

    Costo

    -Su costo por par es de 4.000 Bs.

    -Su costo por par es de 18.000 Bs.

    -Precio del cargador es de aproximadamente 53.000 Bs.

    Tabla 2.- Ventajas y desventajas

    4.2 Conclusiones

    Después de haber realizado el experimento se puede concluir que las pilas de níquel-hidruro de metal (Ni-HM) son en definitiva más eficientes que las de Zinc Carbon (Zn-C) aun cuando su inversión inicial no es la más económica, su tiempo de descarga es más lento. El fabricante afirma que las pilas de Ni-HM se pueden recargar más de 500 veces, así se llega a la conclusión de que es más rentable el uso de las mismas para un número de ciclos de vida superior a los 18.

    Pero si la ocasión requiere una pila para un aparato que necesite mayor voltaje para su funcionamiento o la misma va utilizarse una vez, es más conveniente invertir en una pila de Zinc-Carbón (Zn-C).

    Dado que las recargables tienen múltiples ciclos de vida, significa que la cantidad de pilas desechadas será menor que si se utilizan las de Zinc-Carbón.

    Si utilizamos las pilas recargables se evita contaminar debido a que se usan menos cantidad de pilas no recargables y de esta forma, indirectamente se evita contaminar el ambiente y dañar el ecosistema.

    Bibliografía

    .- Enciclopedia Encarta 2007

    .-Enciclopedia WWW.Wikipedia.com

    .-Página WWW.energizer.com

    .-Página WWW.duracell.com

    .- Marks Manual del Ingeniero Mecánico, Mc Graw Hill, Segunda edición en español.

    Figura #1