#029 - A pilha de Zamboni

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O objetivo desta postagem é apresentar um tipo muito especial de pilha que foi inventada pelo italiano Giuseppe Zamboni em 1812.

 
Escrito e desenvolvido por Léo Corradini

A pilha original de Zamboni era composta pelo empilhamento de discos de prata, papel, zinco e outras combinações de metais.

 

A foto mostra uma bateria formada por pilhas de Zamboni que gera ~ 100 volts.

A pilha de Zamboni difere das pilhas comuns porque não usa um eletrólito da forma como conhecemos entre o ânodo (pólo negativo) e o cátodo (pólo positivo), ela usa apenas papel.

No primeiro protótipo, usei uma lâmina de alumínio como ânodo, uma folha de papel sulfite comum como eletrólito e uma lâmina de cobre como cátodo. 

Este sanduíche produziu uma tensão de 0,6V, mas aqui vai uma ressalva, não é fácil medir a tensão gerada por esse tipo de pilha.

Não é possível fazer essa medida usando voltímetros ou multímetros comuns. 
Qualquer medida, usando aparelhos comuns, resultará um valor zero de tensão.

Mas, porque isso acontece? 

A condutividade elétrica do papel é muito baixa, isso produz uma resistência elétrica interna da pilha de Zamboni muito alta, medi valores em torno de 2 gigaohms (ou 2x10^9 ohms) para essa grandeza.  

Tipicamente os voltímetros/multímetros comuns têm uma resistência interna de 10 megohms (ou 10x10^6 ohms), esse valor é muito baixo para esse tipo de medida. 
Em outras palavras, o voltímetro comum produz uma carga muito grande na pilha de Zamboni tornando impossível determinar o valor da tensão.

Resumo da ópera, o voltímetro comum comporta-se como um curto-circuito para a pilha de Zamboni. 

Assim, foi necessário criar um circuito para aumentar, e muito, a resistência interna do voltímetro. 

Desenvolvi, usando um amplificador operacional com MOSFET na entrada , uma interface que aumenta para 1,5 teraohms (ou 1,5x10^12 ohms) essa resistência, que permitiu fazer as medidas de tensão da pilha.

A pilha de Zamboni pode ser chamada de "bateria eletrostática" justamente porque não podemos drenar corrente elétrica dela.

Então para que serve uma pilha desse tipo?

Em princípio, é mais uma curiosidade de laboratório, no entanto, ela já foi usada em aplicações onde era necessária apenas uma polarização de alta tensão sem qualquer corrente elétrica associada.

Espera aí, alta tensão?

Sim, temos que fazer uma "pilha" de milhares de pilhas de Zamboni para obter 1000, 2000 Volts ou mais.
Certamente, aí reside a maior dificuldade em produzir esse dispositivo.

Nessas condições, podemos usar um eletroscópio para medir a tensão aproximada do conjunto.

Lembrando que o eletroscópio se aproxima do voltímetro ideal, ou seja, aquele que não drena corrente elétrica da fonte que está sendo testada (na verdade, ele necessita de uma pequena corrente inicial, mas muito pequena e se extingue rapidamente).

Como praticamente não existe o consumo dos elementos da pilha, ela pode ter uma vida muito longa.

Para o protótipo da foto, desenvolvi uma tinta condutora para pintar uma das faces do papel sulfite. 

Essa tinta funciona como o cátodo, o ânodo continua sendo a lâmina de alumínio.

Fórmula da tinta cátodo:

- 10g - Cola branca comum
- 10ml - Água destilada
- 5g - Grafite em pó
- 0,5g - MnO2

A tensão subiu para 0,93V volt por célula.

Um prendedor de roupas transformou-se numa pinça com contatos que permite testes rápidos nas pilhas de Zamboni.

Mas, como eu medi a tensão da bateria de 100 volts, já que a interface Zamboni permite medir apenas alguns volts na entrada?

Coloquei um capacitor de 1 µF em paralelo com ela e esperei algumas horas, para que ele atingisse aproximadamente a tensão da bateria.
Daí medi a tensão sobre esse conjunto com um voltímetro com resistência interna de 1,6 Gohm e +/-1000 Vcc de range que desenvolvi para medir a tensão de polarização das válvulas Geiger-Müller.

Usei um vazador para recortar os discos, a maior dificuldade foi eliminar os curtos-circuitos que ocorreram entre ânodo e cátodo de cada pilha.

 

Então, raspei cuidadosamente a borda de cada pilha até que os curtos fossem desfeitos.

Espero que este texto tenha ajudado a esclarecer um pouco mais sobre essa pilha incomum.

O dispositivo conhecido como "Oxford Electric Bell" pode ser um tipo de pilha de Zamboni.
https://www.youtube.com/watch?v=UtQGYz4f3YQ