1. Educación

1.1. Problema
1.1.1 ¿Cómo se transforma la energía
de elementos conductores y
como se recarga con el sol?
2.1 Objetivos
2.1.1 Objetivos Generales
Encontrar un posible sustituto para las
pilas alcalinas que usamos hoy en día,
para que no hagan daño al planeta al
ser más orgánicas, reutilizables y
recargables.
2.1.2 Objetivos Específicos
Empezar a probar la pila en lugares
residenciales y de ahí pasar a mayores.
Mejorar la calidad del envase, teniendo
en cuenta hacerlo económico y
sustentable creando un impacto
benéfico para el medio ambiente.
3.1 Hipótesis
La electricidad se puede obtener de
muchas maneras, pero lo que se busca
hacer es cambiar la forma de
almacenar esa energía con métodos y
elementos sustentables, accesibles, y
conductores.
De este proyecto se espera obtener un
resulto favorable en el voltaje y que
existan cambios al ser expuesto a la
energía solar. Poder renovar la forma
de usar pilas y evitar la cantidad de
contaminación posible que sale de los
desechos de otras pilas.
4.1. Variables
4.1.1 Variable independiente:
Sal de la Rochelle
4.1.2 Variable dependiente:
Aleación Zinc- Estaño
5.1 Metodología
5.1.1 Establecer variables
Se buscan elementos que son favorables
para la elaboración de la pila fotovoltaica
que
sean
buenos
conductores
y
anticorrosivos.
5.1.2 Teoría
El sol es la estrella más cercana a la Tierra
y la que nos da vida, a pesar de que es
muy importante también tiene sus lados
negativos sobre los seres vivos al emitir
radiaciones electromagnéticas conocidas
como radiación solar. La cantidad de
energía que recibimos del sol es en forma
de diferentes ondas electromagnéticas: luz
visible, ultravioleta e infrarroja. La luz
visible es la que es detectada por el ojo
humano y es la que no es peligrosa. La
infrarroja es la que produce las
quemaduras en la piel al exponerse al sol
sin protección. La ultravioleta es la más
peligrosa.
De la ultravioleta salen 3 tipos: UVA
(menor), UVB (mediana) y UVC (mayor). Y
llegan a la Tierra en
diferentes
proporciones dependiendo del lugar donde
te
encuentres.
(Ver figura 1)
Para la creación de este proyecto nos
basamos teóricamente en el Efecto
fotoeléctrico de Einstein. El efecto
fotoeléctrico es bien conocido y utilizado en
otros dispositivos más modernos: cámaras
digitales,
pantallas
de
televisión,
detectores,
entre
otras
cosas.
El concepto del efecto fotoeléctrico es
cuando la luz golpea la superficie, los
electrones son emitidos dejando la
superficie con una carga positiva. (Ver
figura 2)
Los materiales utilizados en el proyecto
son:
Ácido clorhídrico (HCl) - Es una disolución
acuosa del gas cloruro de hidrogeno es un
liquido amarillo transparente y una
sustancia muy corrosiva. No inflamable. Se
obtiene añadiendo de la sal acido sulfúrico.
Es un ácido fuerte y volátil. En la industria
alimentaria se usa en la producción de
gelatina disolviendo los huesos. La legía, el
hipoclorito de sodio y el permanganato de
potasio al tener contacto con este ácido
produce el tóxico gas cloro. (Ver figura 3)
Estaño (Sn) - Es un metal plateado,
maleable, que no se oxida fácilmente y es
resistente a la corrosión. Se usa también
para disminuir la fragilidad del vidrio. Se
usa como material de aporte en soldadura
blanda con cautín, bien puro o aleado. Está
prohibido el uso de plomo en la soldadura.
Fue descubierto en 1854 por Julius
Pelegrin.
(Ver
Figura
4)
Fibra de vidrio- Es un material fibroso
obtenido al hacer fluir vidrio fundido atreves
de una pieza de agujeros muy finos y al
endurecerse tiene mucha flexibilidad. Tiene
un buen aislamiento térmico, inerte a los
ácidos soporta grandes temperaturas y
accesible en el precio. Es recomendado en
la fabricación de artículos expuestos a
químicos y degradación por corrosión. La
fibra de vidrio se utiliza hace más de siete
mil
años.
(Ver
Figura
5)
Resina- Se utilizo la resina A y B. La resina
A aporta transparencia y brillo, la resina B
endurece la pieza. (Ver Figura 6)
Sal de la Rochelle (KNaC4H4O6•4H2O) Su nombre viene de Pierre Signette que la
descubrió en la Rochelle. Su composición
consta de un tartrato de sodio y potasio. Es
soluble en agua y no tan soluble en el
alcohol. Tiene la propiedad de ser
piezoeléctrica (se activa como conductora
al ser agregado un ácido). Su color es
blanco y su textura muy fina. (Ver Figura 7)
Tubo de acrílico- Es una variante de
plástico puede permanecer largo tiempo en
la intemperie sin sufrir daño alguno. Es muy
flexible y es utilizado en la construcción y
en ciertos medios de transporte, también
en la protección de equipos eléctricos, etc.
Soporta varias horas la exposición de
rayos ultravioletas sin dañarse. Es más
resistente que el vidrio y en caso de
romperse no se astilla y puede ser
reciclada en un 100%. Soporta muy bien la
adhesión de colores y no se borran tan
fácilmente.
(Ver
Figura
8)
Zinc (ZnO) - Es un metal de color blanco
azulado que es un buen conductor de
electricidad y calor. El aire seco no le ataca
pero en presencia de humedad se forma
una capa superficial de óxido que aísla al
metal y lo protege de la corrosión. El zinc
es un elemento químico esencial para las
los seres humanos y ciertos animales. El
cuerpo humano contiene alrededor de 40
mg de zinc por kg. Se ah empleado su uso
desde años atrás a.C. (Ver Figura 9)
5.1.3 Creación
recargable
de
pila
fotovoltaica
Se eligió la Sal de la Rochelle porque al
momento de agregarle el cloruro de estaño
se activa y trabaja como un suelo
conductor.
Otro elemento que se utilizó es el Zinc por
sus excelentes propiedades conductoras,
es muy barato, abunda en la corteza
terrestre, no es tóxico y evita la oxidación.
El estaño se eligió por ser un gran
anticorrosivo, por su accesibilidad, su
maleabilidad
y
sus
propiedades
conductoras.
Con el ácido clorhídrico se convirtió al
estaño en Cloruro de estaño y con esa
reacción se activó la Sal de la Rochelle.
Como base, se creó un contenedor hecho
con fibra de vidrio y resina puesta sobre un
tubo de acrílico para usarlo como tierra.
5.1.4 Procedimiento
Creación de Pila recargable Fotovoltaica
base
Zinc-Estaño:
La idea de realizar este proyecto nació al
ser partícipe de otro proyecto más grande
sobre una pintura fotovoltaica1. Ahí se
pensó que era posible transformar energía
de muchas maneras con diferentes
procesos y materiales. Así que, se realizó
una pila que guardara energía y
aprovechando el sol2, se recargara con
éste.
Primero, se creó una base que hiciera
tierra para que el voltaje no saltara. Se
1
Pintura fotovoltaica patentada por Sandra Salomé Casillas
Bolaños en Octubre de 2011.
2
En Torreón Coahuila hay mucha exposición solar que se
necesita aprovechar, pero no se cuentan con muchos recursos
para ello.
cortaron pedazos de fibra de vidrio y se
remojaron en resina para después untarlos
en un tubo de 2.5 cm de largo de acrílico.
(Ver
figura
10)
Después se creó el cloruro de estaño
(SnCl2) al colocar 10 gramos de soldadura
de estaño (libre de plomo) en 150ml de
Ácido Clorhídrico y se dejó reposar por un
día.
(Ver
figura
11)
Cuando el cloruro de estaño estuvo listo,
se pesaron 3 gramos de Sal de la Rochelle
y 3 gramos de Zinc. Esta mezcla se colocó
en la base de acrílico preparada para
después agregarle 10 gotas del SnCl2.
(Ver
figura
12)
Se probó la pila primero a la sombra,
donde dio aproximadamente 600mV3 (Ver
figura 13), luego se probó a la intemperie
dejando que le dieran los rayos solares
unas horas y en ese proceso se observó
que el voltaje bajaba muy rápido (Ver
figura 14). Al llegar a 20mV empezó a subir
hasta llegar a aprox. 800mV (Ver figura
15). Al colocar la pila de nuevo al interior,
se observó que el voltaje de la pila bajó a
aprox.
600mV
pero
después
se
acostumbró al ambiente donde estaba y se
volvió a estabilizar a aprox. 800mV.
6.1 Resultados
Hora
Interior
Exterior
mV
inicio
11:30
am
11:46
am
12:17
pm
15
mins
-
-
0 mV
30 mins
1 hra
-
400
mV
500
mV
3
Abreviación de Mini Volts
Max
de
mV
600
mV
670
mV
787
mV
mV
estables
595 mV
670 mV
710 mV
6.1.1 Fotografías y diagramas
Figura 3. Ácido Clorhídrico
Diagrama de Procedimiento
Figura 4. Estaño
Ultravioleta
Visibles
Infrarrojo
Figura 1. Gráfica de radiación Solar
Figura 5. Fibra de Vidrio
Figura 2. Dibujo de Efecto Fotoeléctrico
Figura 9. Zinc
Figura 6. Resina
Figura 10. Base Completada
Figura 7. Sal de la Rochelle
Figura 8. Tubo de Acrílico
Figura 11. Creación de Cloruro de Estaño
Figura 12. Mezcla de Sal de la Rochelle y Zinc con
SnCl2, colocada en la base.
Figura 14. Pila probada en el sol, baja su voltaje al
ser fotovoltaica.
Figura 13. Pila probada en el interior con los
4
caimanes (no expuesta a los rayos solares)
Figura 15. El voltaje de la pila comienza a subir
después de haberse recargado.
7.1 Conclusiones
4
El voltaje da negativo porque los polos están invertidos.
El resultado mostrado es el mismo en positivo (pero sin
el signo de “-“)
Después
de
varias
pruebas
con
diferentes compuestos, de investigaciones
sobre qué elementos elegir y cuáles son
conductores y no tóxicos, llegamos a la
conclusión de que esta pila de aleación
zinc-estaño fue la mejor opción de todas
las pruebas anteriores. Con sólo menos del
15% del total de todos los materiales
usados, se alcanzo el resultado esperado.
8.1 Agradecimientos
9.1.2 LIBROS:
Estamos muy agradecidas con nuestra
asesora Miss Sandra Casillas porque
gracias a ella y sus enseñanzas hemos
podido llegar hasta dónde estamos y
realizar por nuestra cuenta este gran
proyecto. Gracias a COECYT e IBERO
Torreón por haber patrocinado el viaje a
México. Gracias a todas las personas que
nos apoyan y nos mandan sus buenas
vibras
desde
donde
están.
Por último, y aunque suene muy trillado, le
damos gracias a Dios por cada día de vida
que nos proporciona y las herramientas
que nos da con las que hemos podido
desarrollarnos
académica
y
personalmente.
“Física: Concepto y aplicaciones” (2001)
Editorial McGraw Hill, Sexta edición.
Autor: Paul E. Tippens
9.1 Referencias
9.1.1 WEB:
http://html.rincondelvago.com/estano.html
http://www.lenntech.es/periodica/elementos
/sn.htm
http://www.sabelotodo.org/sustancias/acido
clorhidrico.html
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_cl
orh%C3%ADdrico
http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_vidrio
http://lamagiadelarte.com/
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FI
SICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_
M2/Piezoelectricidad/SalRochelle.htm
http://www.tartaric.com/tartaricos2.php
http://www.misrespuestas.com/que-es-elacrilico.html
“Química
Ciencias”
(2008)
Editorial Ediciones Castillo, Primera
Edición.
Autores: Mauricio Castro, Jiro Suzuri,
Nahieli Greaves.
“Química
2”
(2003)
Editorial
Patria,
Cuarta
Edición.
Autores: Víctor Manuel Ramírez y Martha
Salazar.
“Química
Orgánica”
(1983)
Grupo Editorial Iberoamérica, Segunda
Edición
Autores: Ralph y Joan Fessenden
“Chemistry: Concepts and Aplications”
(2000).
Glencoe
Mc
Graw
Hill.
Authors: Phillips Wistrom.