propuesta para la gestion ambiental de pilas y baterias fuera de uso en el salvador

5/21/2018 Propuesta Para La Gestion Ambiental de Pilas y Baterias Fuera de Uso en El Salvador

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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERA QUMICA

PROPUESTA PARA LA GESTIN AMBIENTAL DE PILAS YBATERAS (DISPOSITIVOS ELECTROQUMICOS

GENERADORES DE ENERGA) FUERA DE USO EN ELSALVADOR

PRESENTADO POR:

ANA ELENA ORTEZ SANDOVAL

KAREN ROCO PARADA ARVALO

PARA OPTAR AL TTULO DE:

INGENIERA QUMICO

CIUDAD UNIVERSITARIA, JULIO DE 2008.


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RECTOR:

M.Sc. RUFINO ANTONIO QUEZADA SNCHEZ

SECRETARIO GENERAL:

LIC. DOUGLAS VLADIMIR ALFARO CHVEZ


DECANO:

ING. MARIO ROBERTO NIETO LOVO

SECRETARIO:

ING. OSCAR EDUARDO MARROQUN HERNNDEZ


DIRECTOR:

ING. FERNANDO TEODORO RAMREZ


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Trabajo de Graduacin previo a la opcin al Grado de:

INGENIERA QUMICO

Ttulo

PROPUESTA PARA LA GESTIN AMBIENTAL DE PILAS YBATERAS (DISPOSITIVOS ELECTROQUMICOS

GENERADORES DE ENERGA) FUERA DE USO EN ELSALVADOR

Presentado por:

ANA ELENA ORTEZ SANDOVAL

KAREN ROCO PARADA ARVALO

Trabajo de Graduacin Aprobado por:

Docentes Directoras:INGA. EUGENIA GAMERO DE AYALA

M.Sc. DELMY DEL CARMEN RICO PEA

San Salvador, Julio de 2008.


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Trabajo de Graduacin Aprobado por:

Docentes Directoras:

INGA. EUGENIA GAMERO DE AYALA

M.Sc. DELMY DEL CARMEN RICO PEA


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DEDICATORIA

A Dios Todopoderoso por permitirme culminar mi carrera, por darme la

fuerza y ayudarme en todo momento.

A mis Padres, Denis Ortez y Dinora Sandoval de Ortez. Les estoy muyagradecida por su amor, ejemplo, sacrificio, apoyo incondicional,consejos y palabras de nimo, ustedes han sido una partefundamental en el logro de esta meta.

A mis hermanas, Joselyn y Denisse, por su amor, apoyo, paciencia,

comprensin y palabras de nimo.

A mis amigos que de alguna u otra forma contribuyeron a larealizacin de este trabajo de graduacin, mi agradecimiento.

A toda mi familia y personas que me apoyaron en el logro de estameta.

A mis profesores por compartir sus conocimientos y a mis asesoras Inga. Delmy Rico e Inga. Eugenia de Ayala, que han contribuidodirectamente en la realizacin de este Trabajo de Graduacin.

Ana Elena Ortez

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DEDICATORIA

A Dios Todopoderoso y la Virgencita de Guadalupe por iluminar micamino y permitirme concluir con xito una etapa ms en mi vida.

A mis Padres, Ramn Ernesto Parada y Carmen Arvalo de Parada,por toda la confianza, apoyo incondicional, amor, sacrificio,comprensin, pero sobre todo por su ejemplo de superacin que medemuestran a diario, el cual siempre me ha ayudado a salir adelantepara cumplir las metas que me propongo.

A mis hermanos, Rodrigo y Guillermo, por su apoyo, palabras dealiento y oraciones cuando ms las necesitaba.

A mis amigos, Roberto, Silvia y Kli por estar conmigo siempre que loshe necesitado y ayudarme a superar todas las adversidades que sepresentaron durante mis estudios universitarios.

A mis asesoras M.Sc. Delmy Rico e Inga. Eugenia de Ayala, quecontribuyeron directamente en la realizacin de este Trabajo deGraduacin que hemos concluido con xito.

Karen Roco Parada

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RESUMEN

Se presenta un informe acerca de la situacin actual de pilas y bateras,exceptuando las de automotores, fuera de uso en El Salvador, en lo que conciernea su peligrosidad y a una propuesta para la gestin ambiental de estos dispositivosuna vez que han completado su vida til.

Se observa que hay falta de informacin objetiva acerca de este tema en mediosde informacin y en organismos competentes as como tambin la preocupacinpor la inadecuada disposicin final de las pilas y bateras. Estos residuos songenerados en su mayora por uso domstico, industria y oficinas, la cual por ladisposicin final inadecuada puede ocasionar al medio ambiente y a la salud de lapoblacin graves problemas.

La investigacin bibliogrfica se hace consultando publicaciones sobre el tema deotros pases ya que en El Salvador se carece de literatura relacionada. Con estabsqueda de informacin bibliogrfica se pretende cubrir aspectos como: losdiferentes tipos de pilas y bateras existentes, clasificacin de pilas y bateras,sistemas qumicos, cmo funcionan, efectos a la salud y al medio ambiente que

provoca el acopio y disposicin final no adecuada de pilas y bateras y las medidasaplicadas al respecto.

Para conocer sobre el proceso de importacin de pilas y bateras y los cdigos

arancelarios bajo el cual stas se importan se realiz una investigacin de campoen las aduanas del pas, con lo cual se pudo observar que el ingreso de estosdispositivos no est regulado segn la composicin; para comprobar la nopeligrosidad de estos productos, se propone exigir fichas tcnicas durante laimportacin para tener un mayor control y as poder restringir el ingreso deaquellas pilas y bateras que contengan un contenido de metales por encima dellmite que se estime conveniente.

En El Salvador no existe normativa especfica de carcter ambiental concerniente

a las pilas, a diferencia de pases Europeos o de Amrica del Sur y del Norte, niestudios que comprueben que las pilas y bateras son peligrosas; nicamente secuenta con La ley de Medio Ambiente y el Reglamento Especial en Materia deSustancias, Residuos y Desechos Peligrosos enmarcados en el Convenio deBasilea ratificado por El Salvador, en los cuales los residuos y desechospeligrosos son abordados de forma muy general.

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En pases como Chile y Argentina se cuenta con empresas que se encargan derecolectar las pilas y bateras las cuales son estabilizadas para luego llevarlas a unrelleno de seguridad. Dichas empresas reciben pilas y bateras procedentes delextranjero, por lo cual el envo de las que se descartan en El Salvador sera muyviable para su disposicin final adecuada.

Se analizaron los resultados y en base a una investigacin bibliogrfica sobreexperiencias de disposicin final a nivel mundial para conocer los diferentestratamientos que existen y conociendo la situacin del pas detectada, sepresentan propuestas alternativas factibles sobre manejo y disposicin final depilas y bateras fuera de uso; as mismo, se presenta una propuesta de NormativaTcnica para el Manejo de pilas y bateras, la cual tenga por objeto de una maneraespecfica establecer las condiciones a que deber someterse la importacin, yuna vez concluida su vida til, la recoleccin, almacenamiento, transporte y

disposicin final adecuada.

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NDICE

INTRODUCCIN ......................................................................................................1

1. FUNDAMENTOS SOBRE PILAS Y BATERIAS ELECTROQUMICAS............3

1.1 HISTORIA DE LAS PILAS Y BATERAS ............................................31.2 CONCEPTOS BSICOS ....................................................................8

1.2.1 PILA Y BATERA............................................................................... 81.2.2 CTODO, NODO Y ELECTROLITO..............................................91.2.3 OPERACIN DE LA PILA...............................................................10

1.3 CLASIFICACIN DE PILAS Y BATERAS .......................................141.3.1 PILAS PRIMARIAS: CARACTERSTICAS GENERALES Y

APLICACIN.................................................................................. 141.3.2 PILAS SECUNDARIAS: CARACTERSTICAS GENERALES Y

APLICACIN.................................................................................. 181.3.3 CLASIFICACIN POR ELECTROLITO ..........................................201.3.4 CLASIFICACIN POR FORMA EXTERNA ....................................211.3.5 CLASIFICACIN POR FORMA INTERNA...................................... 221.3.6 CLASIFICACIN POR TAMAO.................................................... 22

1.4 ESTNDARES INTERNACIONALES PARA IDENTIFICACINDE PILAS Y BATERAS....................................................................23

1.4.1 SISTEMAS DE NOMENCLATURA IEC Y ANSI..............................241.5 TOXICIDAD DE COMPONENTES DE PILAS Y BATERAS.............26

1.5.1 COMPONENTES PRINCIPALES....................................................26

2. TIPOS DE PILAS. SISTEMAS QUMICOS.....................................................34

2.1 PILAS Y BATERAS ALCALINAS (LINDEN, REDDY, 2002) ............342.1.1 CARACTERSTICAS GENERALES................................................342.1.2 REACCIONES QUMICAS..............................................................362.1.3 COMPONENTES Y MATERIALES DE LA CELDA ......................... 382.1.3.1 Componentes del ctodo.................................................................382.1.3.2 Componentes del nodo .................................................................392.1.3.3 Separadores .................................................................................... 412.1.3.4 Envases, sellos, y finales ................................................................422.1.4 TIPOS Y TAMAOS (LINDEN, REDDY, 2002)...............................43

2.2 PILAS Y BATERAS DE XIDO DE PLATA (LINDEN, REDDY,

2002).................................................................................................452.2.1 CARACTERSTICAS GENERALES................................................452.2.2 REACCIONES QUMICAS Y COMPONENTES..............................462.2.2.1nodo de Cinc................................................................................. 462.2.2.2 Ctodo de xido de Plata ...............................................................472.2.2.3 Electrolito.........................................................................................512.2.2.4 Barreras y Separadores ..................................................................512.2.3 TAMAOS Y TIPOS DE CELDAS .................................................. 52


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2.3 PILAS Y BATERAS DE LITIO (LINDEN, REDDY, 2002) .................532.3.1 CARACTERSTICAS GENERALES................................................532.3.1.1 Ventajas de las celdas del litio ........................................................ 542.3.2 PILAS Y BATERAS DE IN LITIO................................................. 562.3.2.1 Caractersticas Generales

(http://www.clubalarc.com/pages/ionlitio.htm) .................................562.3.2.2 Reacciones qumicas (Linden, Reddy, 2002) ..................................572.4 PILAS Y BATERIAS DE AIRE-CINC (LINDEN, REDDY, 2002)........60

2.4.1 CARACTERSTICAS GENERALES................................................602.4.2 REACCIONES QUMICAS..............................................................62

2.5 PILAS Y BATERAS DE NQUEL CADMIO ...................................632.5.1 CARACTERSTICAS GENERALES................................................632.5.2 REACCIONES QUMICAS (ABREO, N., 2000)...............................642.5.3 CONSTRUCCIN (ABREO, N., 2000)............................................652.5.3.1 Celdas cilndricas ............................................................................652.5.3.2 Celdas prismticas ..........................................................................66

2.6 PILAS Y BATERAS DE XIDO DE MERCURIO (LINDEN,REDDY, 2002) .................................................................................. 662.6.1 CARACTERSTICAS GENERALES................................................662.6.2 REACCIONES QUMICAS..............................................................68

2.7 PILAS Y BATERAS DE NQUEL-HIDRURO DE METAL.................692.7.1 CARACTERSTICAS GENERALES................................................702.7.2 REACCIONES QUMICAS (ABREO, N., 2000)...............................71

3. DISPOSICIN FINAL DE PILAS Y BATERAS ELECTROQUMICAS...........74

3.1 IMPORTANCIA DE LOS METALES PESADOS EN LADISPOSICIN DE PILAS Y BATERAS ...........................................74

3.1.1 MERCURIO (KIEHNE, 2003) ..........................................................743.1.2 CADMIO (KIEHNE, 2003) ...............................................................753.1.3 PLOMO (KIEHNE, 2003).................................................................76

3.2 TCNICAS EXISTENTES PARA LA DISPOSICIN ADECUADADE PILAS Y BATERAS FUERA DE USO........................................76

3.2.1 DISPOSICIN FINAL EN RELLENOS DE SEGURIDAD(MARTNEZ, 2005).........................................................................76

3.2.2 TECNOLOGAS PARA INMOVILIZACIN DECONSTITUYENTES DE PILAS Y BATERAS................................82

3.2.2.1 Vitrificacin ...................................................................................... 823.2.2.2 Cementacin ................................................................................... 853.2.2.3 Incineracin ..................................................................................... 863.2.3 EXPORTACIN Y TRATAMIENTO EN EL EXTRANJERO............913.2.4 RECICLADO DE COMPONENTES DE PILAS Y BATERAS

(RENTZ, 2001) ............................................................................... 933.2.4.1 MERCURIO EN BATERAS LCALI/MANGANESO,

CINC/CARBN Y CINC/AIRE........................................................943.2.5 PROCESOS Y COMPAAS PARA EL RECICLAJE DE

BATERAS QUE CONTIENEN ZN (RENTZ, 2001) ........................ 95


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3.2.5.1 PROCESO IMPERIAL DE FUNDICIN (IMPERIAL-SMELTINGPROCESS ISP) .............................................................................. 97

3.2.5.2 PROCESO WLZ............................................................................983.2.5.3 PROCESO BATREC -SUMITOMO ................................................. 993.2.5.4 PROCESO CON HORNO DE ARCO ELCTRICO

EJECUTADO POR VALDI............................................................ 1003.2.5.5 PROCESO DK .............................................................................. 1013.2.5.6 PROCESO CON HORNO DE ARCO ELCTRICO (ELECTRIC

ARC FURNACE EAF)...................................................................1023.2.5.7 OTROS PROCESOS ....................................................................1043.2.6 PROCESOS Y COMPAAS PARA LA REUTILIZACIN DE

MEZCLAS DE BATERAS (RENTZ, 2001)................................... 1063.2.6.1 PROCESO OXIDACIN-REDUCCIN.........................................1073.2.6.2 OTROS PROCESOS ....................................................................1083.2.7 PROCESOS Y COMPAAS PARA LA REUTILIZACIN DE

ACUMULADORES DE NI-CD (RENTZ, 2001) ............................. 109

3.2.7.1 PROCESO RVD............................................................................ 1093.2.7.2 DESTILACIN DE CADMIO. ........................................................ 1113.2.7.3 DESTILACIN DE CD. .................................................................1123.2.7.4 PROCESO DE SOLERA GIRATORIA CON REDUCCIN

DIRECTA......................................................................................1133.2.8 PROCESOS Y COMPAAS PARA EL RECICLAJE DE

ACUMULADORES DE NI-MH. (RENTZ, 2001)............................1153.2.8.1 PROCESO NIREC .......................................................................1153.2.8.2 PROCESO RVD............................................................................ 1163.2.8.3 OTROS PROCESOS ....................................................................1163.2.9 PROCESOS Y COMPAAS PARA RECICLAJE DE

BATERAS DE HG (RENTZ, 2001) ..............................................1173.2.9.1 PROCESO VTR ............................................................................ 1173.2.10 PROCESOS Y EMPRESAS PARA EL RECICLAJE DE

BATERAS QUE CONTIENEN LI (RENTZ, 2001)........................ 1183.2.10.1 PROCESO TOXCO.......................................................................1183.2.10.2 OTROS PROCESOS ....................................................................1193.2.11 ELIMINACIN NO PERJUDICIAL DE BATERAS USADAS NO

RECICLADAS (RENTZ, 2001) ..................................................... 120

4. MARCO LEGAL ACTUAL PARA PILAS Y BATERAS.................................121

4.1 NORMATIVA TCNICA AMBIENTAL (HERNNDEZ, 2002) .........1324.1.1 NORMA DE AGUA POTABLE (HERNNDEZ, 2002) ...................1334.1.2 NORMA DE AGUAS RESIDUALES, DESCARGADAS A UN

CUERPO RECEPTOR .................................................................1334.2 POLTICAS DE INCENTIVOS AMBIENTALES HACIA EL

SECTOR INDUSTRIAL (HERNNDEZ, 2002) ............................... 1344.3 LIMITACIONES PARA LA APLICACIN DE LA MEJORA

AMBIENTAL (HERNNDEZ, 2002) ................................................ 1354.4 LA ISO 9000 Y 14000 (HERNNDEZ, 2002)..................................135

4.4.1. LA CREACIN DE LAS NORMAS ISO 9000 Y 14000 .................136


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4.5 MARCO LEGAL, REGULACIN Y MANEJO DE LAS PILAS YBATERAS USADAS EN DIFERENTES PASES. .......................... 138

4.5.1 ARGENTINA ................................................................................. 1384.5.2 MXICO ........................................................................................ 1414.5.3 BRASIL (SOLRZANO, 2003)...................................................... 151

4.5.4 ESTADOS UNIDOS (RIHM, A., 2006)........................................... 1564.5.5 EUROPA ....................................................................................... 156

5. DIAGNSTICO DE LA SITUACIN ACTUAL DEL MANEJO DE PILAS Y

BATERAS ELECTROQUMICAS EN EL SALVADOR.................................160

5.1 ANTECEDENTES. ESTUDIO DE CASOS PILAS Y BATERASFUERA DE USO EN LATINOAMRICA.........................................160

5.1.1 MANEJO Y DISPOSICIN FINAL ACTUAL DE PILAS YBATERAS FUERA DE USO EN EL SALVADOR ........................ 162

5.1.2 EFECTOS A LA SALUD Y MEDIO AMBIENTE OCASIONADOPOR PILAS Y BATERAS FUERA DE USO SIN DISPOSICIN

FINAL ADECUADA. .....................................................................1655.2 CUANTIFICACIN DE PILAS Y BATERAS FUERA DE USO EN

EL SALVADOR ............................................................................... 1665.2.1 CLASIFICACIN ARANCELARIA PARA PILAS Y BATERAS

EN EL SALVADOR....................................................................... 1665.2.1.1 Cantidades importadas..................................................................1675.2.1.2 Bateras de Telefona Celular en El Salvador................................ 170

6. PROPUESTA PARA EL MANEJO DE PILAS Y BATERA FUERA DE

USO EN EL SALVADOR ..............................................................................172

6.1 ASPECTOS LEGALES, MODIFICACIONES Y AGREGADOS ALA LEY EXISTENTE.......................................................................173

6.2 SISTEMAS DE RECOLECCIN Y ACOPIO DE PILAS YBATERAS FUERA DE USO........................................................... 176

6.2.1 SISTEMA DEPSITO-REEMBOLSO ...........................................1766.2.2 SISTEMA DE ACOPIO PRIMARIO ............................................... 177

6.3 PROPUESTA DE ALMACENAJE PARA SU POSTERIORDISPOSICIN FINAL .....................................................................182

6.3.1 CONDICIONES DE HIGIENE Y SEGURIDAD DE LOSLOCALES DE ALMACENAMIENTO ............................................184

6.3.2 EQUIPOS DE PROTECCIN COLECTIVA E INDIVIDUAL.......... 1856.3.3 SEALIZACIN ............................................................................ 185

6.4 DISPOSICIN FINAL ADECUADA. TRATAMIENTO EN ELEXTRANJERO................................................................................ 186

OBSERVACIONES ...............................................................................................192

CONCLUSIONES..................................................................................................194

RECOMENDACIONES .........................................................................................195


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS......................................................................196

REFERENCIAS ELECTRNICAS........................................................................198


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NDICE DE CUADROS

Cuadro 1.1. Resumen de la Historia del Desarrollo de la Baterageneradora de energa segn Buchmann (2002) .................................7

Cuadro 1.2.Componentes de las pilas primarias (desechables) (Daz y Arias2004) ..................................................................................................17

Cuadro 1.3.Componentes de las pilas secundarias (recargables) (Daz yArias, 2004) ........................................................................................20

Cuadro 1.4.Tipos de pila estandarizados. (Linden y Reddy, 2002) ....................22Cuadro 1.5.Ejemplo de nomenclatura IEC para pilas primarias (Linden y

Reddy, 2002) ......................................................................................24Cuadro 1.6.Letra para designar la forma de la pila en nomenclatura IEC

(Linden y Reddy, 2002) ......................................................................25Cuadro 1.7.Letras que denotan el sistema electroqumico para pilas

primarias (Linden y Reddy, 2002).......................................................25

Cuadro 2.1. Ventajas y desventajas importantes de las bateras cilndricasAlcalinas-Dixido de Manganeso (comparadas a las bateras deCarbn-Cinc). (Linden, Reddy, 2002) .................................................35

Cuadro 2.2.Comparacin de la batera miniatura Alcalina-Dixido deManganeso con otros sistemas miniatura. (Linden, Reddy, 2002) .....35

Cuadro 2.3.Composicin del ctodo tpico. (Linden, Reddy, 2002) .....................39Cuadro 2.4.Composicin del nodo alcalino tpico. (Linden, Reddy, 2002) ........40Cuadro 2.5.Contenido de impureza del polvo tpico de cinc grado Batera.

(Linden, Reddy, 2002) ........................................................................40Cuadro 2.6.Caractersticas de las bateras estndares del dixido de

Manganeso-Alcalinas de 1.5-V* (Linden, Reddy, 2002) .....................44

Cuadro 2.7.Caractersticas de las bateras estndares de dixido deManganeso-Alcalina de la Celda Mltiple. (Linden, Reddy, 2002) .....44Cuadro 2.8.Ventajas y desventajas importantes de las bateras primarias

de cinc/xido de plata. (Linden, Reddy, 2002) ....................................46Cuadro 2.9.Caractersticas de las bateras de Cinc/xido de plata

comercialmente disponibles. (Linden, Reddy, 2002) ..........................52Cuadro 2.10.Clasificacin de las bateras primarias de Litio. (Linden, Reddy,

2002) ..................................................................................................55Cuadro 2.11.Ventajas y desventajas de las bateras de In Litio. (Linden,

Reddy, 2002) ......................................................................................57Cuadro 2.12.Importantes ventajas y desventajas de las bateras (botn) de

Aire/Cinc. (Linden, Reddy, 2002)........................................................61Cuadro 2.13.Ventajas y Desventajas importantes de las Bateras Industrialesy Aeroespaciales de Nquel-Cadmio. (Linden, Reddy, 2002) .............64

Cuadro 2.14.Caractersticas de las bateras de Cinc/xido de Mercurio yCadmio/xido de Mercurio. (Linden, Reddy, 2002) ............................68

Cuadro 2.15.Metas principales de la USABC a mitad del curso defuncionamiento de la atera de EV y el funcionamiento real de las


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bateras comerciales y avanzadas de NiMH. (Linden, Reddy,2002) ..................................................................................................70

Cuadro 3.1.Ventajas y Desventajas de los Procesos pirometalrgicose hidrometalrgicos (Rentz, 2001)......................................................94

Cuadro 3.2.Resumen de los procesos para el reciclaje de bateras (Rentz,

2001) ..................................................................................................96Cuadro 4.1.Regulaciones por recursos de la Ley de Medio Ambiente. Marzo,1998 (Ley de Medio Ambiente, El Salvador, 1998)...........................129

Cuadro 4.2.Responsabilidades Administrativas, Civiles y Penales(Hernndez, 2002)............................................................................130

Cuadro 4.3.Legislacin ambiental salvadorea, marco de mejora ambiental.(Hernndez, 2002)............................................................................131

Cuadro 4.4. Visin Estratgica de Normas de Sistemas Administrativos deCalidad Integrada (Hernndez, 2002)...............................................137

Cuadro 4.5.Comparacin de ISO 9000 e ISO 14000 (Hernndez, R., 2002) ....137Cuadro 4.6.Identificacin de los componentes peligrosos de las bateras en

Argentina (Solrzano, 2003) .............................................................139Cuadro 4.7.Identificacin y Control de los Residuos Peligrosos de acuerdocon la NOM- 052-ECOL-1993. (Solrzano, 2003) ............................145

Cuadro 5.1.Descripcin segn partida arancelaria de las pilas primariasy secundarias. ..................................................................................166

Cuadro 5.2.Resumen de Volmenes de importacin de las pilas primarias de2001 a 2006......................................................................................168

Cuadro 5.3.Resumen de Volmenes de importacin de las pilas secundariasde 2001 a 2006.................................................................................169

Cuadro 6.1.Especificaciones del contenedor de sobremesa (Eco-Pil, 2008) ....178Cuadro 6.2.Especificaciones del contenedor de sobremesa de 4L (Eco-Pil,

2008) ................................................................................................179Cuadro 6.3.Especificaciones del contenedor de 20L (Eco-Pil, 2008) ................179Cuadro 6.4.Especificaciones del contenedor de 35L (Eco-Pil, 2008) ................180Cuadro 6.5.Especificaciones del contenedor de pilas de 250L (Eco-Pil, 2008).180Cuadro 6.6.Especificaciones del contenedor Recicla Pilas (Eco-Pil, 2008) ......181


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NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Artefacto que se supone es una batera que data alrededor delao 200 A.C. y se encuentra en el Museo de Baghdad(British Broadcasting Company, 2003). ................................................3

Figura 1.2.Pila Voltaica. (Ramrez, 2003) ..............................................................4Figura 1.3.Operacin electroqumica de una celda primaria. (Wikipedia,

La Pila Elctrica, 2007) ....................................................................11Figura 1.4.Operacin electroqumica de una celda (Carga). Linden y Reddy

(2002). ................................................................................................13Figura 2.1.Mtodo de doble tratamiento para xido de Plata bivalente.

(Linden, Reddy, 2002) ........................................................................49Figura 2.2.Diagrama esquemtico del proceso electroqumico en una celda

de in Li. (Linden, Reddy, 2002). ........................................................59Figura 2.3.Batera tpica de botn de cinc/aire (los componentes no

estn a escala). (Linden, Reddy, 2002). .............................................62Figura 2.4.Seccin de corte transversal de las bateras de xido de

metal y de cinc/aire. (Linden, Reddy, 2002). ......................................62Figura 2.5.Batera de GM Ovonic de NiMH embalada para el carro de

recoleccin de General Motors EV1 (30 KVH) y deChevrolet S-10 (30 KVH). (Crompton, T.R., 2000). .........................71

Figura 3.1. Interdependencia del contenido-reciclaje del mercurio. (Kiehne,2003) ..................................................................................................75

Figura 3.2.Esquema de un relleno de seguridad. (Martnez, 2005). ....................77Figura 3.3.Esquema de un relleno de seguridad con sus

elementos correspondientes. (Martnez, 2005). .................................79

Figura 3.4.Esquema de impermeabilizacin de la base y la cobertura deuna celda en un relleno de seguridad. (Martnez, 2005).....................79

Figura 3.5.Esquema de impermeabilizacin de la cobertura. (Martnez, 2005)...80Figura 3.6.Esquema proceso de vitrificacin. (EPA, 2003) .................................83Figura 3.7.Esquema representativo a las variables operativas

referido frecuentemente como las 3T. (Martnez, 2005). ....................87Figura 3.8.Esquema representativo de incineradores. (Martnez, 2005). ............88Figura 6.1. Diseo bolsas de polietileno de alta densidad. (iepe.org, 2003) .....182Figura 6.2.Diseo bloques de hormign. (iepe.org, 2003).................................183Figura 6.3.Ilustracin de las primeras dos barreras. (iepe.org, 2003) ...............183Figura 6.4.Producto final resultante de la microencapsulacin de las

pilas. (Hidronor, 2008) ......................................................................187Figura 6.5. Esquema de aislamiento del Depsito de Seguridad. (Hidronor,

2008) ................................................................................................188Figura 6.6.Diagrama general de operaciones (IDM, 2008)................................189Figura 6.7.Galpn de almacenamiento de pilas y bateras (IDM, 2008) ............190Figura 6.8.Horno de vitrificacin para la recuperacin de metales (IDM, 2008) 191


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INTRODUCCIN

Las pilas y bateras se han utilizado desde el ao 1800, han sido una herramientabsica que el hombre utiliza. Hoy en da es un producto energtico, que en los

equipos electrnicos, es indispensable para su buen funcionamiento, facilitando eldesarrollo de las actividades cotidianas de quien la emplea.

El uso de pilas, junto a la comodidad que involucra, acarrea costos econmicos ymedioambientales; ello pese a la tendencia de la industria a minimizar el contenidode metales pesados, producto de que pases desarrollados han impuesto severasrestricciones al respecto.

En relacin al costo medioambiental, debe tenerse presente que en mayor omenor medida todas las pilas desechadas representan uno de los mayoresproblemas en los residuos generados en casas habitacin conocidos comodomsticos o urbanos ya que sus componentes contienen elementospotencialmente contaminantes como el plomo (Pb), cadmio (Cd), mercurio (Hg)por mencionar algunos. Estos residuos se depositan en el recolector de basura yposteriormente se vierten en tiraderos, vertederos o rellenos sanitarios en tanto nosean segregadas de la basura domstica.

La preocupacin por el tema obedece al hecho irrefutable de que las pilas no soninofensivas. Algunos de los componentes de stas no slo son contaminantespara el medio ambiente (ecotxicos), sino que son nocivos para el ser humano.Esta circunstancia, unida al hecho de que con el desarrollo de la electrnica escreciente el nmero de pilas que ingresa al mercado, otorga suficiente mrito paraque se adopten normas estrictas en cuanto al manejo y posterior eliminacin.

En El Salvador, al igual que en la mayora de los pases de Latinoamrica, ladisposicin final de los residuos se realiza de manera no selectiva en rellenossanitarios. En ellos se mezcla todo tipo de residuos, dado que hasta la fecha noexisten requerimientos para la segregacin de aquella parte que, por presentaralguna caracterstica de peligrosidad, sera aconsejable tratar o disponer en formaseparada del resto. Es el caso de las pilas y bateras en desuso, la problemticaes entonces compleja, ya que el consumo de pilas tiene tanto ribetes econmicoscomo medioambientales, e involucra responder al principio de corresponsabilidadde los proveedores de pilas y bateras en el mercado nacional sobre la gestin delos residuos derivados de estos productos una vez llegados al final de su vida til,en colaboracin con los dems agentes implicados, entre ellos el consumidor y lasentidades encargadas de gestionar los residuos urbanos.

En El Salvador, no existe normativa especfica de carcter ambiental concernientea las pilas, ni el ingreso al pas est normado segn su composicin, lainformacin existente acerca de las pilas en El Salvador es poco clara respecto asu peligrosidad una vez que se vuelven residuos y tampoco se han realizadocampaas de concientizacin y recoleccin.

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En este marco, el presente estudio entrega una visin simplificada de lascircunstancias que hacen de las pilas un residuo domiciliario peligroso, y la formaen que el consumidor puede asumir un rol activo en la mejora de esta situacinsiendo involucrado en campaas de concientizacin que le permita reconocer latoxicidad potencial que encierran estos productos y el riesgo que entraan como

residuos.

Pese a que los fabricantes de pilas se han visto presionados en los ltimos aos arealizar esfuerzos para reducir los componentes peligrosos de sus productos,existen en el mercado pilas que entraan un alto riesgo; sin embargo se hanhecho esfuerzos por introducir pilas de riesgo mucho menor que modelosanteriores y sin perder eficiencia. En muchos pases se usan y con buenosresultados, diferentes tecnologas para recuperar los componentes qumicos delas pilas en desuso y evitar la contaminacin en los sitios de disposicin de losresiduos urbanos. En este trabajo se detallan varias de estas experiencias.

Sin embargo, en los pases donde se importa esta tecnologa, como es el caso deEl Salvador, el responsable de la disposicin de estos productos una vez que sevuelven residuos domiciliarios es el consumidor, quien no cuenta con unainformacin detallada y precisa respecto a la peligrosidad de pilas de usodomstico. Por ello es urgente que importadores, fabricantes y comerciantes deproductos que llevan pilas con elementos txicos, sean parte de la solucin delproblema demostrando voluntad e iniciativa para hacerse cargo de la basurapeligrosa que generan, facilitando esquemas de retorno y asumiendo parte de loscostos.

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1. FUNDAMENTOS SOBRE PILAS Y BATERIAS ELECTROQUMICAS

1.1 HISTORIA DE LAS PILAS Y BATERAS

A inicios de los aos 1900, muchos arquelogos europeos excavaban sitiosantiguos de Mesopotamia en busca de evidencia de relatos bblicos. Por el aode 1938 en Khujut Rabu, a las afueras de Baghdad, el arquelogo alemnWilhelm Konig descubri un pequeo frasco de arcilla de aproximadamente 6pulgadas de alto, que se supone data de hace aproximadamente dos milenios yperteneci al Imperio Parto (250 a.C-226 d.C). El jarrn contena un cilindro decobre de 5 pulgadas por 1.5 pulgadas, la orilla del cilindro estaba soldada con unaaleacin de plomo y estao comparable a la soldadura actual, en el fondo seencontraba tapado con un disco de cobre y sellado con betn o asfalto. Otra capade asfalto sellaba la parte de arriba del cilindro y una barra de hierro estabasuspendida en el centro de ste. La barra mostraba evidencia de haber sidocorroda con un agente cido que pudo haber sido un cido orgnico como cidoactico del vinagre, o zumo de frutas ctricas (British Broadcasting CompanyNews, 2003).

Segn British Broadcasting Company (BBC) las pruebas realizadas en rplicas delartefacto encontrado, mostraron que cuando se llenaba con un cido lquido talcomo vinagre, se poda producir desde 0.8 hasta 2 voltios. Aunque la mayora delos arquelogos concuerdan que el artefacto era una batera, todava hay muchoque suponer en cuanto a cmo pudiera haber sido descubierta, y para lo que fueusada; algunos dicen que la batera se excav, otros que Konig la encontr en elstano del Museo de Baghdad cuando l asumi el poder como director, tambinse sospecha que esta batera primitiva, se puede haber usado para galvanizar oroen artefactos de plata. A la fecha no existe una figura definida de cuntas hansido encontradas, y su edad todava se disputa.

Asfalto

Cilindro de Cobre

Jarrn

Figura 1.1.Artefacto que se supone es una batera que data alrededor del ao200 A.C. y se encuentra en el Museo de Baghdad (British Broadcasting Company,

2003).

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En 1791 Luis Galvani, profesor de anatoma de la Universidad de Bolonia, Italia, alrealizar un experimento, observ que las ancas de una rana recin muerta secrispaban y pataleaban al tocrselas con dos barras de metales diferentes, lpens que la reaccin era debido a una propiedad de los tejidos y llam alfenmeno electricidad animal un nombre equivocado que fue refutadoposteriormente por la teora (Buchmann, 2002).

A principios del siglo XIX se da un gran paso inventivo como consecuencia delhallazgo que se haba realizado sobre la electricidad en el laboratorio de Galvani.Un profesor de fsica de la Universidad de Pavia, Italia, Alessandro Volta, en lasreproducciones que realiz del experimento de Galvani encontr que los nerviosde las ranas no son, precisamente, los causantes de producir los fenmenoselctricos que se haban detectado y que la causa de tales movimientos crispantesde las ancas de la rana se hallaban en el paso de una corriente elctrica producidapor los dos metales diferentes. Ese descubrimiento primario de Volta lo llev aremplazar con trapos mojados el contacto de los msculos de la rana y en 1800,despus de una amplia experimentacin, lleg a la invencin de un dispositivo que

se conoce como pila voltaica. Como se muestra en la Fig. 1.2a, coloc una seriede discos de Cinc y plata apilados, de ah el nombre de "pila", de forma alternada,separados entre s por una tela humedecida con agua salada. Descubri entoncesque un flujo continuo de fuerza elctrica era posible cuando se usaban ciertosfluidos como conductores para promover una reaccin qumica entre metales yque la tensin aumentaba cuando se acumulaban varias celdas voltaicas. Elconjunto produjo una corriente elctrica y fue este el origen de la primera bateraelctrica (Ramrez, 2003).

Figura 1.2.Pila Voltaica. (Ramrez, 2003)

a) Volta apil discos de igual tamaode cobre y de cinc, intercalandoentre cada uno de ellos un paohumedecido.

b)Otra variacin de la pila voltaica

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Como se muestra en la Fig. 1.2b, otra disposicin tambin utilizada y descrita porVolta para su pila estaba formada por una serie de vasos con lquido (unos junto aotros, en batera), en los que se sumergan las tiras de los metales, conectandoexternamente un metal con otro (Buchmann, 2002).

Pronto Volta la perfeccion reemplazndola por una pila de dos elementos; cobre

y cinc, sumergidos en una solucin de cido sulfrico contenida en un recipiente.En esta sencilla forma de pila primaria, las placas de cinc y de cobre estabanseparadas por el electrolito. Si se conectaban con un alambre, la corrienteelctrica flua a travs del conductor, pero tan pronto como el circuito seinterrumpa porque el alambre se desconectaba, dejaba de fluir. Esta pila noduraba indefinidamente, ya que el cido sulfrico atacaba al cinc, y cuando ste seconsuma, la pila se agotaba. Para reactivarla, era necesario reponer la placa decinc y el cido del electrolito. Debido a las reacciones qumicas que tenan lugardentro de la pila, se desprenda pequeas burbujas de hidrgeno que se adheranal electrodo de cobre y formaban una capa aislante; cuando esto suceda, lacorriente no pasaba y se deca que la pila estaba polarizada. Para eliminar este

inconveniente, se agregaban ciertas sustancias qumicas que se combinaban conel hidrgeno y evitaba los efectos polarizantes (Ramrez, 2003).

Se hicieron nuevos descubrimientos cuando Sir Humphry Davy instal la baterams grande y poderosa en las cpulas del Royal Institution de Londres, Inglaterra.Se conect la batera a electrodos de carbn y se produjo la primera luz elctrica.Segn lo reportado por testigos, el arco voltaico produjo "el arco de luz msbrillante que se haya visto jams" (Buchmann, 2002).

En el ao de 1802, el Dr. William Cruickshank dise la primera batera elctricacapaz de ser producida masivamente. Cruickshank coloc placas cuadradas de

cobre soldadas en sus extremos, intermezcladas con placas de Cinc de igualtamao. Estas placas se colocaban en cajas rectangulares de madera selladascon cemento. Unas canaletas en la caja sostenan las placas metlicas en sulugar. La caja se llenaba con agua salada o cido diluido con agua, comoelectrolito (Buchmann, 2002).

Despus de Volta, muchos experimentadores trabajaron en sus laboratorios paracrear una pila mejor. Varios de los experimentos que se llevaron a cabo con esefin se hicieron usando peligrosos cidos como electrlitos, lo que implicaba que laspilas prcticamente deban estar empotradas por lo peligroso que resultabamoverlas. Por otra parte, su utilidad prctica era bastante discutible, ya que se

descargaban con mucha rapidez. A causa de esos problemas, las pilas slo tenanalguna utilidad en experimentaciones de laboratorio en gabinetes de fsica.

En 1836 se dio a conocer la pila de Daniell, de la que luego se han usadoampliamente determinadas variantes constructivas, estaba formada por unelectrodo de Cincsumergido en una disolucin de sulfato de Cinc y otro electrodode cobre sumergido en una disolucin concentrada de sulfato de cobre. Amboselectrolitos estaban separados por una pared porosa para evitar su reaccin

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http://es.wikipedia.org/wiki/John_Frederic_Daniellhttp://es.wikipedia.org/wiki/Zinchttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Zinchttp://es.wikipedia.org/wiki/John_Frederic_Daniell


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directa o contenidos en distintos recipientes pero con un puente salinoconectando ambos depsitos. Como una alternativa al sulfato del Cinc se utilizsulfato de magnesio algunas veces. Esta pila presentaba una diferencia depotencial de entre 1,07 y 1,14 V entre sus electrodos. Su gran ventaja respecto aotras de su tiempo fue la constancia del voltaje generado, debido a la elaboradadisposicin, que facilitaba la despolarizacin, y a la reserva de electrolito, que

permita mantener su concentracin durante ms tiempo. La pila de Daniell fueuna de las primeras en incorporar mercurio, amalgamndolo con el nodo de Cincpara reducir la corrosin cuando las bateras no estaban en uso. Las aplicacionesfueron todas inmviles, porque el movimiento mezclara los dos lquidos deelectrolito (Wikipedia, 2007).

Hasta ese momento, todas las bateras eran fundamentalmente celdas primarias,lo que significa que no podan ser recargadas. En 1859, el fsico francs GastonPlant invent la primera batera recargable. Esta batera secundaria se basabaen la qumica plomo - cido, sistema usado hasta el da de hoy en los vehculosmotorizados. Luego Camille Alfons Faure y Henry Owen Tudor realizaron

investigaciones en el campo de la batera cida de plomo (Buchmann, 2002).

En 1868 Georges Leclanch, con las modificaciones que introdujo en lafabricacin de pilas, abri el camino para que hoy podamos tener a nuestradisposicin todos aquellos objetos que los hacemos funcionar con energaalmacenada. Fue el primero en pensar en hacer electricidad porttil. En la pila deLeclanch el electrolito era una solucin de cloruro amnico (Cl NH4), siendo elelectrodo negativo de Cinc y el positivo una placa de carbn rodeado de unamezcla de dixido de manganeso y carbn pulverizado introducido en un vaso deparedes porosas. El dixido de manganeso actuaba como despolarizante. lmejor luego la batera sustituyendo el electrolito por una pasta hmeda de cloruro

amnico y la sell para que se pudiera usar en varias posiciones y en artefactosen movimiento. La batera resultante se conoci como una pila seca ( Ramrez,2003).

En 1899, Waldmar Jungner de Suecia invent la batera de nquel-cadmio, queus nquel para el electrodo positivo y cadmio para el negativo. Dos aosdespus, Edison produjo un diseo alternativo reemplazando el cadmio con hierro.Debido a los altos costos de los materiales comparados con los de la pila seca yde las bateras cidas de plomo, las aplicaciones prcticas de las bateras denquel-cadmio y de las de hierro-nquel se limitaron. En 1947, Neumann logrcompletar el sellado de las bateras de nquel cadmio (Buchmann, 2002).

La investigacin de los sistemas Nquel-Hidruro de metal (Ni-MH) comenz en losaos 70 pero las aleaciones de hidruro de metal eran inestables en el ambiente decelda. Las nuevas aleaciones de hidruros se desarrollaron en los aos 80 ymejoraron la estabilidad. Las bateras Ni-MH se vendieron comercialmente a partirde 1990 (Buchmann, 2002).

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http://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electroqu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electroqu%C3%ADmica


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Las primeras bateras primarias de litio aparecieron a principios de 1970. Losintentos de desarrollar bateras recargables de litio se continuaron en los aos1980 pero fallaron debido a problemas de seguridad. Debido a la estabilidadinherente de litio metlico, especialmente durante la carga, la investigacin seenfoc hacia las bateras de litio no metlico usando iones de litio. A pesar detener menor densidad de energa que las de litio metlico, las de Ion litio son

seguras, siempre y cuando se cumplan ciertas precauciones al cargarlas ydescargarlas. En 1991, Sony Corporation comercializ la primer batera Li-ion(Buchmann, 2002).

A pesar de lo raras y no confiables que puedan haber sido las primeras bateras,nuestros descendientes pueden llegar un da a mirar la tecnologa de hoy de unamanera similar a como vemos los experimentos rsticos de nuestros predecesoresde hace 200 aos (Buchmann, 2002). En el Cuadro 1.1 se presenta un resumende la historia del desarrollo de la batera.

Cuadro 1.1Resumen de la Historia del Desarrollo de la Batera generadora de

energa segn Buchmann (2002)poca Investigador/Lugar Suceso1600 Gilbert (Inglaterra) Establecimiento de estudios electroqumicos1971 Galvani (Italia) Descubrimiento de 'electricidad animal'1800 Volta (Italia) Invencin de la celda voltaica1802 Cruickshank (Inglaterra) Primera batera elctrica capaz de ser producida

masivamente1820 Ampre (Francia) Electricidad a travs del magnetismo1833 Faraday (Inglaterra) Anuncio de la Ley de Faraday1836 Daniell (Inglaterra) Invencin de la celda Daniell1859 Plant (Francia) Invencin de la batera de plomo cido

1868 Leclanch (Francia) Invencin de la celda Leclanch1888 Gassner (EE.UU.) Se completa la celda seca1899 Jungner (Suecia) Invencin de la batera de nquel cadmio1901 Edison (EE.UU.) Invencin de la batera nquel hierro1932 Shlecht &

Ackermann(Alemania)Invencin de la placa sinterizada

1947 Neumann (Francia) Se sella exitosamente la batera de nquelcadmio

Med.1960

Union Carbide (EE.UU.) Desarrollo de la batera alcalina primaria

Med.1970

Desarrollo de la batera de plomo y cidoregulada a vlvula

1990 Comercializacin de la batera nquel-metalhdrico

1992 Kordesch (Canad) Comercializacin de la batera alcalina re-usable1999 Comercializacin de litio - ion y litio polmero2002 Produccin limitada de celdas de membrana por

intercambio de protones (PEM)

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1.2 CONCEPTOS BSICOS

1.2.1 PILA Y BATERA

Las pilas son dispositivos que convierten la energa qumica contenida en susmateriales activos directamente en energa elctrica por medio de una reaccinoxidacin-reduccin (redox). Este tipo de reaccin implica la transferencia deelectrones de una material a otro por un circuito elctrico. Cuando los dispositivoselectroqumicos convierten la energa qumica en energa elctrica, no estnsujetos, como en la combustin, a las limitaciones del ciclo de Carnot dictado porla segunda ley de termodinmica y por lo tanto, son capaces de tener eficienciasms altas en la conversin de energa (Linden y Reddy, 2002)

Mientras el trmino batera a menudo es usado, la unidad electroqumica bsicaes la pila o celda. La celda se compone de un ensamble de electrodos,separador, electrolito, contenedor y terminales. Una batera se compone de una oms celdas electroqumicas, elctricamente conectadas en un arreglo apropiadoserie/paralelo para proporcionar los niveles de operacin requeridos de voltaje yde corriente. El uso popular considera a la batera y no a la celda como el productoque se vende y es proporcionado al usuario por lo que el trmino celda se usacundo se desea describir la celda componente de la batera y su qumica.Mientras que el trmino batera se usa comnmente cuando se presentancaractersticas de desempeo, etc. del producto (Linden y Reddy, 2002).

Errneamente se cree que la diferencia entre pila elctrica y batera elctrica esque la pila no ha sido diseada para ser recargada y, por el contrario, la batera ses un dispositivo recargable, sin embargo realmente tanto pila como batera son

trminos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que sejuntaban varios elementos o celdas, en el primer caso uno encima de otro,"apilados", y en el segundo adosados lateralmente, "en batera, como se siguehaciendo actualmente, para as aumentar la magnitud de los fenmenos elctricosy poder estudiarlos sistemticamente (Wikipedia, 2007).

Como se ha mencionado, el elemento bsico de cada batera es la celda, y eltrmino batera a menudo se refiere a varias celdas conectadas en serie o enparalelo; pero segn Kiehne (2003) las celdas solas a veces tambin se llamanbateras. La Comisin Electrotcnica Internacional (IEC) ha decidido al respectoque oficialmente el trmino batera incluye tambin celdas solas si tienen arreglos

finales tanto que puedan ser colocados en un compartimiento de batera yproporcionar el contacto adecuado; adems la celda sola debe contener lasespecificaciones requeridas por el estndar del IEC para ser llamada batera.Segn el IEC el trmino celda aplica todava al referirse a las celdascomponentes en el interior de una batera multicelda. Las bateras de una solacelda se llaman tambin monocelda, mientras que bateras formadas por variasceldas dentro de un contenedor comn se conocen como monoblocs,especialmente en el campo de bateras cidas de plomo. Las bateras multicelda

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http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad


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de nquel/cadmio y nquel/hidruro de metal se conocen como battery packs(batera paquete) llamada tambin power packs (paquete de poder), stacombina varias celdas dentro de una envoltura comn. Las celdas en tal paquete amenudo se escogen por tener la capacidad uniforme para prevenir el fracasoprematuro por la descarga profunda de las celdas solas. Las battery packs, en elcampo de bateras de ion litio, y las celdas solas a menudo se equipan con

artefactos de seguridad, como sensores de temperatura, como fusibles trmicos, oartefactos que aumentan la resistencia interna cuando una temperaturaespecificada se excede. Las conocidas smart batteries (batera inteligente) tieneincorporado un sistema de control, basado en un procesador, que proporcionainformacin con respecto a la capacidad y envejecimiento de la batera, y,adems, controla la carga apropiada y previene la descarga excesiva (Kiehne,2003).

1.2.2 CTODO, NODO Y ELECTROLITO

Segn Linden y Reddy (2002)la celda o pila est formada por tres componentesprincipales:1. El nodo o electrodo negativo: proporciona electrones al circuito externo y se

oxidada durante la reaccin electroqumica.2. El ctodo o el electrodo positivo: acepta electrones del circuito externo y se

reduce durante la reaccin de electroqumica.3. El electrolito: es el conductor inico que proporciona el medio para la

transferencia de la carga, dentro de la celda entre el nodo y el ctodo. Elelectrolito es tpicamente un lquido, tal como agua u otros solventes, con salesdisueltas, cidos, o lcalis. Algunas bateras usan electrolitos slidos, que son

conductores inicos a la temperatura de operacin de la celda.

Las combinaciones ms ventajosas de materiales para nodo y ctodo sonaquellos que sean ms ligeros y den a la celda un voltaje y capacidad altos. Sinembargo, tales combinaciones no siempre pueden ser prcticas debido a lareactividad con otros componentes de la celda, la polarizacin, la dificultad en elmanejo, el costo alto, y otras deficiencias. En un sistema prctico, el nodo seescoge teniendo en consideracin las propiedades siguientes: la eficiencia comoun agente reductor, alta capacidad coulmbica, buena conductividad, estabilidad,fcil fabricacin, y bajo costo. Prcticamente, los metales se usan principalmentecomo materiales para el nodo. El Cinc ha sido un nodo predominante porque

tiene estas propiedades favorables. El litio, el metal de peso ms ligero, con unvalor alto de capacidad coulmbica (amperios-hora), ha llegado a ser un nodomuy atractivo y se han desarrollado diseos de celdas con electrolitos compatiblespara controlar su actividad (Linden y Reddy, 2002).

El ctodo debe ser un eficiente agente oxidante, estable cuando est en contactocon el electrolito, y tener un voltaje de trabajo til. El oxgeno se puede usardirectamente del aire del ambiente para ser introducido en la celda, como en la

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batera Cinc/aire. Sin embargo, la mayor parte de los materiales comunes paractodo son xidos metlicos. Otros materiales como halgenos, oxihaluros, azufrey sus xidos, se usan para ctodos en sistemas especiales de batera (Linden yReddy, 2002).

El electrolito debe tener una conductividad inica buena, pero no ser

electrnicamente conductivo, ya que esto causara corto circuito interno. Otrascaractersticas importantes que debe poseer son: no reactividad con los materialesde los electrodos, cambio pequeo en las propiedades con el cambio en latemperatura, la seguridad en el manejo, y en el costo bajo. La mayora de loselectrolitos son soluciones acuosas, pero hay excepciones importantes como, porejemplo, las bateras de nodo de litio, donde sal fundida y otros electrolitos noacuosos se usan para evitar la reaccin del nodo con el electrolito. Fsicamenteel nodo y el ctodo se aslan electrnicamente en la celda para prevenir cortocircuito interno, pero estn rodeados por el electrolito. En diseos prcticos deceldas un material separador se usa para separar el nodo y el ctodo. Elseparador, sin embargo, es permeable al electrolito para mantener la

conductividad inica deseada. En algunos casos el electrolito se inmoviliza paraun diseo sin derrame (Linden y Reddy, 2002).

Las celdas se puede construir en muchas formas y configuracionescilndrica,botn, plana, y prismticay los componentes de la celda se disean paraacomodarlos a la forma particular de sta. Las celdas se sellan de una granvariedad de maneras para prevenir derrames, algunas celdas estn provistas conartefactos u otros medios para permitir que gases acumulados puedan escapar(Linden y Reddy, 2002).

1.2.3 OPERACIN DE LA PILA

El funcionamiento de una pila, consiste bsicamente en introducir electrones enuno de los extremos de un alambre y extraerlos por el otro. La circulacin de loselectrones a lo largo del alambre constituye la corriente elctrica. Para que seproduzca, hay que conectar cada extremo del alambre a una placa o varillametlica sumergida en un electrolito que suele ser una solucin qumica de algncompuesto inico.

En las pilas, los elementos estn dispuestos de tal modo que la reaccin qumicade xido-reduccin que se produce entre sus constituyentes cuando se cierra el

circuito genere una diferencia de potencial en los electrodos, de modo que sepueda suministrar corriente elctrica a una carga externa. El funcionamiento deuna pila se basa en el potencial de contacto entre un metal y un electrolito, estoes, el potencial que se produce al poner en contacto un metal con un lquido(Wikipedia, 2007).

Para producir una corriente elctrica a partir de una reaccin qumica, esnecesario tener un oxidante, es decir, una sustancia que gane electrones

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http://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencial


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fcilmente, y un reductor, es decir, una sustancia que pierda electrones fcilmente.Dicha reaccin qumica es la resultante de 2 reacciones parciales(semirreacciones) en las cuales un elemento qumico es elevado a un estado deoxidacin superior (semirreaccin de oxidacin), a la vez que otro elemento esreducido a un estado de oxidacin inferior (semirreaccin de reduccin). El diseoconstructivo en una pila determina que cada una de estas 2 semirreacciones

ocurra en compartimentos independientes llamados semiceldas. El medio queposibilita el transporte interno de carga elctrica entre ambos compartimentos esuna sustancia conductora llamada electrolito. A su vez, cada semicelda estconstituida por un electrodo metlico y una solucin de una de las sales del metal(Fisicanet, 2007).

Las reacciones de este tipo pueden entenderse con un ejemplo, el funcionamientode un tipo sencillo de pila electroqumica como la que se muestra en la Fig. 1.3:

Figura 1.3. Operacin electroqumica de una celda primaria. (Wikipedia, La PilaElctrica, 2007)

Segn Linden y Reddy (2002), la reaccin entre cinc metlico y iones de cobre(II) en solucin ilustra un cambio espontneo en el cual se transfieren loselectrones:

Zn(S)+ Cu +

(AC) Zn +

(AC) + Cu (S)

Sin embargo, podemos representar la reaccin anterior como una combinacin dedos medias reacciones:

Electrodo negativo: reaccin andica (oxidacin, prdida de electrones)

Zn(S) Zn +

(AC)+ 2 e-

Electrodo positivo: reaccin catdica (reduccin, ganancia de electrones)

2 e-+ Cu +(AC) Cu (S)

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Estas medias reacciones se realizan en electrodos diferentes de forma tal que latransferencia de electrones tiene lugar a travs de un circuito elctrico externoms bien que entre el cinc metlico y los iones de cobre (II).

La pila de la Fig. 1.3, est diseada para usar esta reaccin para producir unacorriente elctrica. La media pila de la izquierda contiene un electrodo de cinc

metlico y solucin de ZnSO4. La media pila de la derecha consiste en unelectrodo de cobre metlico en solucin de CuSO4. Las medias pilas estnseparadas por separador poroso que evita la mezcla mecnica de las solucionespero permite el paso de iones bajo la influencia del flujo elctrico.

Cuando los electrodos estn unidos por un alambre metlico, los electrones fluyendel electrodo de cinc y cobre. En el electrodo de cinc, el cinc metlico se oxida aiones cinc. Este electrodo es el nodo, y los electrones que son el producto de laoxidacin abandonan la pila desde este polo. Los electrones se desplazan por elcircuito externo hasta el electrodo de cobre, donde se utilizan en la reduccin delos iones cobre (II) a cobre metlico. El cobre as producido se deposita sobre el

electrodo. El electrodo de cobre es el ctodo. Aqu, los electrones entran a la celday se realiza la reduccin (Fisicanet, 2007).

Puesto que los electrones se producen en el electrodo de cinc, este nodo sedesigna como polo negativo. Los electrones se desplazan del polo negativo al polopositivo en el circuito externo de la pila cuando est en operacin. El ctodo,donde los electrones se utilizan en el electrodo de reaccin, es, por consiguiente,el polo positivo. Dentro de la pila, el movimiento de los iones completa el circuitoelctrico. A primera vista, es sorprendente que los aniones, se desplazan hacia elnodo que es el electrodo negativo. En la misma forma, los cationes, quetransportan una carga positiva, se desplazan hacia el ctodo que el polo positivo

(Fisicanet, 2007).

Una cuidadosa consideracin de las reacciones del electrodo provee la respuestaa esta situacin. En el nodo se producen los iones cinc y los electronespermanecen en el metal. La neutralidad de la solucin se debe mantener en todomomento y en la solucin que rodea el electrodo debe existir tanta carga negativade los aniones como positiva de los cationes. Por esta razn, los iones SO4

= sedesplazan hacia el nodo para neutralizar el efecto de los iones Zn+ que seproducen. Al mismo tiempo, los iones cinc se alejan del nodo hacia el ctodo. Enel ctodo, los electrones se utilizan para reducir los iones Cu+ a cobre metlico.Mientras que los iones Cu+ se descargan, ms iones Cu + se mueven hacia la

regin que rodea el ctodo para ocupar el lugar de los iones removidos. Si noocurriera esto, se acumulara un exceso de iones SO4= alrededor del ctodo

(Fisicanet, 2007).

El separador poroso se agrega para evitar la mezcla mecnica de las solucionesde las dos medias pilas. Si los iones Cu+se pusieran en contacto con el electrododel cinc metlico, Los electrones seran transferidos directamente en vez de pasarpor el circuito. En la operacin normal de la pila no ocurre este "cortocircuito"

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debido a que los iones Cu+se mueven en direccin distinta del electrodo de cinc.Realmente, esta pila trabajara si una solucin de un electrolito diferente delZnSO4 fuese utilizado en el compartimiento del nodo y si un metal diferente delcobre fuese utilizado para ctodo. Sin embargo, los constituyentes debenescogerse de tal forma que el electrolito en el compartimiento del nodo noreaccione con el electrodo de cinc y el ctodo no reaccione con los iones Cu +

(Fisicanet, 2007).

En la batera recargable, o acumulador (conocida comnmente como pilasecundaria), se proporciona energa elctrica desde una fuente exterior, que sealmacena en forma de energa qumica. La reaccin qumica de una pilasecundaria es reversible, es decir, se produce en un sentido cuando se carga lapila, y en sentido opuesto cuando se descarga.

Durante la carga de una celda recargable o de almacenamiento, la oxidacin tomalugar en el electrodo positivo y la reduccin en el electrodo negativo. Como elnodo es por definicin el electrodo donde ocurre la oxidacin y el ctodo donde

ocurre la reduccin, el electrodo positivo es ahora el nodo y el ctodo es elnegativo (Linden y Reddy, 2002).

Utilizando como ejemplo una celda Zn/Cl2como la que se muestra en la Fig. 1.4,la reaccin de carga es:

Electrodo negativo: reaccin catdica (reduccin, ganancia de electrones)Zn + + 2 e- Zn

Electrodo positivo: reaccin andica (oxidacin, prdida de electrones)2Cl Cl 2 + 2 e

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Reaccin completa (Carga): Zn + + 2Cl Zn + Cl2

Figura 1.4.Operacin electroqumica de una celda (Carga). Linden y Reddy(2002).

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1.3 CLASIFICACIN DE PILAS Y BATERAS

1.3.1 PILAS PRIMARIAS: CARACTERSTICAS GENERALES Y APLICACIN

Por su duracin y de acuerdo con el tipo de manejo requerido, las pilas puedenagruparse en: Primarias y Secundarias. Una pila primaria produce energaelctrica consumiendo los componentes qumicos que contiene, stos ya nopueden recuperarse por lo que las pilas primarias son desechables. Cuando estese agota, la pila ya no produce ms energa y debe ser reemplazada (Ramrez,2003).

La pila primaria ms comn es la pila Leclanch o pila seca. La pila seca que seutiliza hoy es muy similar al invento original: El electrolito es una pasta consistenteen una mezcla de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo negativo es decinc, igual que la parte exterior de la pila, y el electrodo positivo es una varilla decarbono rodeada por una mezcla de carbono y dixido de manganeso. Esta pilaproduce una fuerza electromotriz de unos 1,5 V (Fisicanet, 2007).

Segn Daz y Arias (2004) dentro de la categora de pilas primarias se encuentranlas pilas comunes y corrientes, generalmente de bajo precio denominadasCarbono-Cinc (C-Zn), que tienen poca duracin y constituyen una gran parte delvolumen generado, procedentes en su gran mayora del mercado asitico.Tambin, esta categora de pilas primarias, incluye las alcalinas, cuya duracin estres o ms veces mayor que las anteriores.

Segn Ramrez (2003) entre los sistemas que se consideran como pilas primariasestn:

a) Sistema dixido de Cinc-Manganeso:Este es el tipo ms usado de pilas en el mundo. Sus usos tpicos son, linternas,juguetes, walkmans, etc. Hay tres variantes para este tipo de pila: la pilaLeclanch, la pila de cloruro de Cinc, y la pila alcalina . Todas entregan un voltajeinicial de 1.58 a 1.7 V, el cual declina con el uso hasta 0.8 V aproximadamente. Lapila Leclanch es la ms econmica de stas, fue inventada en 1866 por uningeniero francs (la pila lleva su nombre Charles Leclanch). Se convirti en unxito instantneo debido a sus constituyentes de bajo presupuesto. El nodo deeste tipo de pila es una hoja de aleacin de Cinc, esta aleacin contiene pequeascantidades de plomo, cadmio y mercurio. El electrolito consiste en una solucinacuosa y saturada de cloruro de amonio conteniendo 20% de cloruro de Cinc. El

ctodo est compuesto de dixido de manganeso impuro, mezclado con carbngranulado.

Aunque fue patentada en 1899 la pila de cloruro de Cinc es realmente unaadaptacin moderna a la pila de Leclanch. La gran diferencia est en que graciasa sellados de plstico esta pila ha podido terminar con el uso de cloruro deamonio. Este tipo de pila tiene ms larga duracin que la pila de Leclanch.

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Tambin esta pila puede tener confiabilidad satisfactoria sin usar mercurio en laaleacin de Cinc.

La ms alta densidad energtica de las pilas de Cinc-manganeso se puedeencontrar en pilas con un electrolito alcalino el cual permite una construccincompletamente distinta al resto de su tipo. stas estuvieron disponibles

comercialmente durante la dcada de los 50. El ctodo de un dixido-grafito demanganeso muy puro y un nodo de una aleacin de Cinc enriquecida sonasociados con un electrolito de hidrxido de potasio y puesto en una lata de acero.Aunque el mercurio contenido en la aleacin de Cinc sola ser de hasta un 6% a8%, actualmente se ha logrado reducir este ndice. Est de ms decir que este tipode pila es altamente superior a ambas de las descritas anteriormente.

b) Pilas de dixido de Manganeso-Magnesio:Este sistema funciona bien para aplicaciones especializadas. Se parece mucho ala pila de cloruro de Cinc pero tiene 0.3 volts mas por pila. Las pilas de dixido de

manganeso-magnesio tienen una larga vida, alta densidad energtica, son livianaslas cuales las hacen ideales para el uso en radiotransmisores de las radiosmilitares. Una desventaja de este tipo de pila es su funcionamiento en bajastemperaturas.

c) Pilas de xido de Mercurio-Cinc:Otro tipo de pila primaria es la de Cinc-xido de mercurio, inventada a mediadosdel siglo XX. La pila consiste en un electrodo negativo de Cinc amalgamado yasea en polvo o en lminas corrugadas. El electrodo positivo es una mezcla dexido de mercurio y grafito, moldeado a presin, contenidos en un envase de

acero. El electrolito es una solucin de hidrxido de potasio y xido de Cinc. Seutiliza material celulsico como separador y para empastar el electrolito.

El voltaje de esta pila cuando no se la utiliza es de 1.34 V, pero con un drenajenormal de corriente, esta tensin cae entre 1.31 y 1.24 V. Comparadas con lamayora de los otros tipos de pilas primarias, las de Cinc-xido de mercurioposeen ventajas. El voltaje durante su vida til (ciclo de descarga) esprcticamente constante. Permite una corriente relativamente alta, que puedemantener durante un tiempo considerablemente largo. Estas condiciones secumplen an a temperaturas altas. Sin embargo las pilas Cinc-mercurio sonrelativamente caras y su aplicacin se encuentra principalmente donde su

reducido tamao (12 a 25 mm de dimetro y cuanto ms 25 mm de altura)constituye una ventaja. Algunas de sus aplicaciones son: aparatos para sordos,radios porttiles, equipos de comunicaciones, instrumentos elctricos, instrumentalcientfico, y en algunos casos como voltaje de referencia.

Una ventaja interesante de sta pila, es su capacidad para mantener un voltajeconstante durante toda su vida til. En muchas aplicaciones, el voltaje de esta pilase usa como patrn con el cual se ajustan instrumentos de medida.

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d) Pilas de xido de Plata -Cinc:Otra pila de tipo alcalina. Esta pila exhibe un ctodo de xido de plata y un nodode polvo de Cinc. Debido a que puede relativamente soportar altas cargas y tieneuna produccin casi constante de 1.5 V, es usada frecuentemente en relojes etc.Tambin se puede encontrar en algunos torpedos de uso militar, debido a su gran

fiabilidad y capacidad.

e) Pilas de Litio:El rea de investigacin que ha atrado ms la investigacin en los ltimos aosha sido el rea de las pilas con un nodo de litio. Debido a su alta actividadqumica se deben usar electrolitos no acuosos como por ejemplo sales cristalinas.Se han hecho pilas que no tienen separacin alguna entre el nodo y el ctodo,algo imposible con pilas de sistema acuoso. Una capa protectora se formaautomticamente en el litio, pero esta se rompe en la descarga permitiendovoltajes cercanos a los 3.6 V. Esto permite una gran densidad energtica. Sus

usos varan desde la aeronutica, marcapasos a cmaras, celulares, etc.

f) Pilas de Cinc-Aire:El diseo y principio de estas pilas es relativamente simple, pero su construccinno lo es, ya que el electrodo de aire debe ser extremadamente delgado. Se hanhecho muchos estudios y grandes avances en el rea del sellado y la optimizacinde este tipo de pilas.

Una manera muy practica de obtener alta densidad energtica es usar el oxigenodel aire como lquido del material del ctodo. Si se junta con un nodo tal como

el Cinc, larga vida a bajo costo, pueden ser obtenidos. La pila, eso s, debe serconstruida de manera tal que el oxigeno no entre en contacto con el nodo, el cualatacara.

En la Cuadro 1.2 se muestran los componentes de algunos sistemas de pilasprimarias con sus correspondientes aplicaciones.

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Cuadro 1.2. Componentes de las pilas primarias (desechables) (Daz y Arias2004)

Tipos de Pilas Componentes UsosCarbono-Cinc(C-Zn)

Cinc 17 % (nodo)Dixido de Manganeso 29% (Ctodo)Carbono 7%

Mercurio 0.01 % (electrolito, ctodo ynodo)Cadmio 0.08 %Cloruro de Amonio (electrolito)Cloruro de Cinc (para las de altorendimiento electrolito)Plstico y lmina 26 %

Linternas, radios,juguetes, toca casetes

Alcalinas Cinc 14 % (nodo)Dixido de Manganeso 22 % (Ctodo)Carbono 2 %Mercurio 0.5 1% (nodo)Hidrxido de Potasio (electrolito)

Plstico y lmina 42%

Juguetes, tocacintas,cmaras fotogrficas,grabadoras

xido de Mercurio Mercurio 33 %Cinc 11 % (nodo)Hidrxido de Potasio o Hidrxido deSodio (electrolito)Plstico y lmina 29 %

Aparatos para sordera,calculadoras, relojes einstrumentos deprecisin

Cinc-Aire Cinc 30 % (nodo)Oxgeno (del aire Ctodo)Mercurio 1 %Plata 1 %Plstico y lmina 67 %Cloruro de Sodio o Hidrxido de Sodio

(electrolito)

Aparatos para sordera,marcapasos y equiposfotogrficos

xido de Plata(Ag2O)

Cinc 10 % (nodo)xido de Plata 27 % (Ctodo)Mercurio 1 %Cloruro de Sodio o Hidrxido de Sodio(electrolito)Plstico y lmina 29 %

Aparatos para sordera,calculadoras y relojes

Litio (Li) Litio 10-30 %Dixido de Manganeso (Ctodo)Plstico y lmina 29 %

Equipos decomunicacin, radiosporttiles,transmisores,instrumentos mdicos,

computadoras,celulares, calculadoras,cmaras fotogrficas,agendas electrnicas

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1.3.2 PILAS SECUNDARIAS: CARACTERSTICAS GENERALES YAPLICACIN

Las pilas secundarias, o pilas de almacenamiento, obtienen su energatransformando alguno de sus qumicos en otro tipo de qumicos. Cuando el cambioes total, la pila ya no produce ms energa. Sin embargo, esta puede ser

recargada mandando una corriente elctrica de otra fuente a travs de ella paraas poder volver a los qumicos a su estado original (Ramrez, 2003)

Las pilas y bateras secundarias de uso domstico se desechanproporcionalmente en menor volumen que las primarias por ser recargables, haydatos que indican que una pila de este tipo puede sustituir hasta 300 desechablespero, generalmente, contienen metales txicos como el plomo, cadmio y nquel.Las nuevas tecnologas tienden a utilizar elementos menos txicos, con tamao ypeso menor, sin embargo, los volmenes de produccin, han aumentadoconsiderablemente, situacin que hay que evaluar desde la perspectiva ambiental(Daz y Arias, 2004).

Segn Ramrez (2003) entre los sistemas que se consideran como secundariosestn:a) Nquel-Cadmio:Son de las bateras secundarias ms antiguas que hay y han encontradoconsiderable uso en equipos electrnicos porttiles. Es una pila que puedesoportar sobrecargas ya sea en su rgimen de descarga o de carga, o permanecerdescargada durante mucho tiempo. Siendo una pila secundaria puede serrecargada. El electrodo positivo de la pila nquel-cadmio, es hidrxido de nquel,mientras el negativo es cadmio metlico. El electrolito es hidrxido de potasio. Elvoltaje medio de trabajo, bajo condiciones normales es de 1,2 V.

Los acumuladores de nquel-cadmio se fabrican en una amplia variedad detamaos y formas, siendo los ms populares de ellas los tipos rectangulares decierre hermtico y los cilndricos. En el tipo de placa sintetizada, las placas estndispuestas en grupos y conectadas por cintas soldadas y separadas pordistanciadores. Los grupos de placas positivas y negativas estn entremezcladasy colocadas en un recipiente de plstico. Durante la carga y la descarga de unacumulador de nquel-cadmio, no hay prcticamente cambios en la densidad delelectrolito. ste acta solamente como un conductor para transferir los ioneshidrxido de un electrodo al otro, dependiendo esto de la condicin de carga de lapila.

b) Acumuladores cidos de Plomo:La ms popular y ampliamente usada de las pilas secundarias, es el acumuladorplomo-cido, para automviles. Cuando est totalmente cargado, este acumuladortiene un voltaje de salida aproximado de 2.2 V. Las bateras para automvilesgeneralmente contienen tres o seis de estos elementos. La pila plomo-cido escapaz de dar corriente extremadamente alta, de varios cientos de amperios.

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Los dos metales distintos de la pila plomo-cido son plomo (Pb) en forma de unaplaca formada por metal finamente dividido, y perxido de plomo (PbO2). El plomoes el electrodo negativo y el perxido el positivo. Estos materiales sonrelativamente blandos y se pasan por las aberturas de una rejilla que forma unaplaca corrugada. El electrolito es cido sulfrico (H2SO4) mezclado con agua

destilada (H2O). Una pila est formada por varias placas negativas y positivas,unidas y contenidas dentro de un recipiente, junto con el electrolito. Lascondiciones en que se halla la pila puede ser medida con un densmetro, quedetermina la gravedad especfica del electrolito. Cuando est totalmente cargada,su densidad puede ser de 1.25; cuando est descargada de 1.1.

c) Nquel-Hidruro de Metal:Las bateras recargables de Ni-MH son relativamente una nueva tecnologa concaractersticas similares a las bateras Ni-Cd recargables. La principal diferenciaes que el Ni-MH utiliza hidrgeno absorbido en aleaciones de metales,

reemplazando el material del electrodo negativo de cadmio en las bateras de Ni-Cd.

El electrodo de Hidruro de metal tiene una mayor densidad de energa que elcadmio como electrodo, por lo tanto la cantidad de material para el electrodonegativo es menor que en el caso de las bateras de Ni-Cd para la misma medidaen el electrodo positivo.

Por otra parte como estas bateras estn libres de cadmio, son consideradas msamigas del medio ambiente que las bateras de Ni-Cd y puede reducir losproblemas de la disposicin que presentan otros tipos de bateras recargables.

Las caractersticas de operacin de estas bateras son similares a las bateras deNi-Cd, y comienzan a ser una fuerte competencia para las bateras de Ni-Cd en eluso. Se utilizan en computadoras, telfonos celulares y otros equipos electrnicosporttiles donde las altas densidades de energa son necesarias.

El material activo del electrodo positivo en estas bateras en el estado de carga eshidrxido de nquel, el mismo que en las bateras Ni-Cd. El electrodo negativo, enel estado de carga, es hidrgeno en la forma de un hidruro de metal. Este metales una aleacin capaz de soportar la adsorcin y desercin del hidrgeno en labatera en los estados de carga y descarga.

Una solucin acuosa de hidrxido de potasio, es el principal componente delelectrolito. Una mnima cantidad de electrolito es empleado en este diseo debateras, y la mayora del lquido es absorbido por el separador y los electrodos.

Un componente clave de las celdas de Ni-MH, es el hidrgeno captado por laaleacin metlica. La composicin de la aleacin es formulada para obtener unmaterial estable durante un gran nmero de ciclos de carga y descarga.Generalmente se emplean dos tipos de aleaciones metlicas. Una se conoce

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como la aleacin AB5 y se compone de Lantano-Nquel, y la segunda es la AB2con titanio y circonio. En ambos casos algunos de los metales bases sonreemplazados con otros metales para lograr las caractersticas dealmacenamiento deseadas.

Las celdas de las bateras de Ni-MH son construidas en formas cilndricas,

prismticas y botones, de manera similar a las usadas para las bateras de Ni-Cd;las bateras para telfonos celulares utilizan celdas en forma cilndrica yprismtica.

En el cuadro 1.3 se muestran los componentes de algunos sistemas secundarioscon sus correspondientes aplicaciones.

Cuadro 1.3. Componentes de las pilas secundarias (recargables) (Daz y Arias,2004)

Tipos de Pilas Componentes principales UsosNquel-Cadmio

(Ni-Cd)

Cd 18 %

Ni 20 %Hidrxido de Potasio o de Sodio

Juguetes, lmparas,

artculos electrnicos,equipo electrnico porttil

Nquel-Hidruro demetal

(Ni MH)

Ni 25 %Hidrxido de Potasio

Productos electrnicosporttiles

In Litio(In Li)

xido de Litio-Cobalto (ctodo)Carbono altamente cristalizado(nodo)Solvente orgnico (electrolito)

Telefonia celular,computadoras, cmarasfotogrficas y de video

Plomo Plomocido sulfrico

Uso automotriz, industrialy domstico

1.3.3 CLASIFICACIN POR ELECTROLITO

Segn Ullmann (2004), por su electrolito, las pilas se pueden clasificar en secas yhmedas, o expresado de otra forma en pilas que poseen electrolito acuoso y pilasque poseen electrolito no acuoso.

Las bateras que emplean electrolito acuoso pueden ser divididas en los siguientessubgrupos.1. cido fuerte como electrolito (por ejemplo bateras cidas de plomo)

2. cido dbil como electrolito (por ejemplo, bateras de Leclanch)3. Electrolito neutro (por ejemplo sistemas activados con agua)4. Electrolito alcalino (por ejemplo nquel - cadmio, dixido de manganeso - Cinc).

El electrolito predominante es hidrxido de potasio (KOH).

Las Batera que emplean un electrolito no acuoso puede ser dividido en:1. Electrolito orgnico (por ejemplo, dixido del manganeso - litio, in litio)2. Electrolitos con ctodo soluble (por ejemplo, cloruro de thionyl)

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3. Electrolito polmero (por ejemplo, penta-xido de vanadio - litio)4. Electrolito slido (por ejemplo, yodo - litio, azufre - sodio)

1.3.4 CLASIFICACIN POR FORMA EXTERNA

Segn sea la apariencia exterior que presenten, las pilas se clasifican en(Ullmann, 2004):a) Prismticas: son caracterizados por dimensiones de longitud, anchura, y

altura. Este diseo se usa principalmente para celdas secundarias ms grandecon electrodos en forma de platos. Pero tambin existen celdas prismticaspequeas tambin pequeas e incluso miniaturas como las usadas en lastarjetas de crdito modernas. Las construcciones muy planas de la celda (porejemplo, debajo de 1 mm en el espesor) puede ser an posibles. Una ventajadel diseo prismtico es la posibilidad de usar eficientemente el volumenrectangular.

b) Cilndricas: son caracterizadas por dimensiones de dimetro D y altura H paraH>D. Son en su mayora celdas primarias como nquel-cadmio, nquel-hidrurode metal, y bateras de in litio.

c) Botn: son llamadas as, las pilas de tamao reducido, de forma chata yredonda. Tiene usos amplios como en pilas primarias, nquel-cadmio, nquel-hidruro de metal, y bateras de litio. El mercado de artculos electrnicosrequiere cada vez ms de ellas. Son imprescindibles para audfonos,marcapasos, relojes, calculadoras y aparatos mdicos de precisin. Aunquehay de varios tipos las ms frecuentes son las pilas botn de mercurio, que sonlas que contienen ms mercurio por unidad. Las pilas botn de litio, en cambio,

no contienen ni mercurio ni cadmio, o sea que son una alternativa interesantepara evitar el consumo de los botones de mercurio.

d) Battery Packs (batera empacada) y Smart batteries (batera inteligente): se utiliza para muchas aplicaciones como herramientas, telfonos mviles einalmbricos, Las bateras empacadas estn formadas por baterasrecargables, tambin se conocen como paquetes de poder por su nombre eningls power packs ya que combinan varias celdas dentro de una envolturacomn. Las celdas en tal paquete o envoltura a menudo se escogen paraasegurar una capacidad uniforme. Las bateras listas o las bateras"inteligentes" tienen un sistema incorporado que controla, basado en un

procesador que proporciona al artefacto anfitrin informacin como lacapacidad y envejecimiento de la batera.

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1.3.5 CLASIFICACIN POR FORMA INTERNA

Segn Ullman (2004), las caractersticas estructurales internas de las pilas sonmuchas, por lo menos cuando ellas son consideradas con todo detalle. Laconstruccin interna est determinada principalmente por el diseo de loselectrodos. Hay bsicamente tres diseos diferentes de electrodo:

a) Electrodos con contacto directo a la pared del contenedor: por ejemplo,los electrodos de disco en pilas botn y los electrodos de anillos de bixido demanganeso de la celda alcalina de bixido de manganeso- Cinc.

b) El electrodo en forma de plato: es conectado generalmente en paralelo paraampliar el rea de superficie y formar un grupo de platos. El espesor de losplatos alcanza ms de 1 cm a fracciones de un milmetro.

c) Electrodo en espiral: a menudo se usan en celdas cilndricas. Generalmenteun electrodo positivo y un electrodo negativo con el separador en medio sonlos que forman el "grupo electrodo".

1.3.6 CLASIFICACIN POR TAMAO

Segn Daz y Arias (2004), tanto las pilas desechables como las recargables seconsiguen en distintas formas y a su vez tambin es posible la diferenciacin entamaos, los cuales estn estandarizados. Sus denominaciones son micro (AAA,LR03, R03, AM4, E92), mignon (AA, LR6, R06, AM3), baby (C, LR14, R14, AM2,E93), mono (D, LR20, R20, AM1), 9V (1604 D, 6LR61, 6AM6, 522), 4,5V (3LR12,1203), Spezial (LR61, AAAA, E96) y Lady (LR1, N, E90).

En el Cuadro 1.4 se muestran los diferentes tamaos de pilas con sucorrespondiente medida

Cuadro 1.4.Tipos de pila estandarizados. (Linden y Reddy, 2002)Tipo Cdigo IEC Cdigo ANSI Dimetro x altura

(mm)Mono R20 D 34.2 x 61.5Baby R14 C 26.2 x 50Mignon R6 AA 14.5 x 50.5Lady R1 N 12 x 30Micro R03 AAA 10.5 x 44.5

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1.4 ESTNDARES INTERNACIONALES PARA IDENTIFICACIN DE PILAS YBATERAS

Un estndar es una serie de parmetros considerados por el consentimientogeneral como una base de comparacin y est de acuerdo con requisitosdirectrices y pautas pertinentes. Un estndar tcnico puede relacionar, por

ejemplo, la forma y las dimensiones. En el caso de una batera, el estndar serefiere tambin al sistema electroqumico empleado, sus caractersticas elctricasde desempeo, sus arreglos terminales, y a su identificacin sin ambigedades,derivada de un sistema extraordinario de nomenclatura. Un estndar tcnico sirvepara fomentar el comercio internacional, proteger al consumidor, mejorar laseguridad y la salud, y/o proteger el ambiente (Ullman, 2004).

Antes que los Estndares Internacionales estuvieran disponibles, las EstndaresNacionales para sistemas de batera fueron establecidas por Comits Nacionales,trabajando independientemente unos de los otros. Entre los EstndaresNacionales se pueden mencionar: ANSI (en ingls American National Standards

Institute), BSI (en ingls British Standards Institute), DIN (en ingls GermanIndustrial Standard), JIS (en ingls Japanese Industrial Standard) (Ullman, 2004)

Con el crecimiento del comercio internacional hubo una necesidad de coordinarlas actividades de estos Comits Nacionales. Dentro de la Comunidad europeaesta coordinacin fue hec

propuesta para la gestion ambiental de pilas y baterias fuera de uso en el salvador

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