Ensaio de Pilhas Alcalinas AA

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O objetivo desta postagem é mostrar um teste comparativo da capacidade (mAh) de algumas marcas de pilhas alcalinas AA.

Escrito e desenvolvido por Léo Corradini



Esquema eletrônico do conjunto de teste

Descrição do circuito de teste

O circuito é composto pelo circuito integrado regulador de tensão µA7805 montado com um trimpot entre a saída e o comum de forma a manter a corrente de teste pré ajustada e constante.
O resistor de 1 ohm foi usado para medir a corrente de ensaio.
O LED permite saber se o circuito está ligado.




Usei a configuração clássica de um regulador de corrente a partir de um regulador de tensão.
Substituí R1 por um trimpot para ajustar a corrente de forma prática.

Não é o melhor regulador de corrente do mundo porque quando a tensão das pilhas começa a cair altera um pouco o valor de polarização interna (Bias Current) do 7805, mas atende a necessidade. 



Os diodos mantém o circuito funcionando mesmo que alguma das pilhas abra durante o ensaio.

Como o ensaio foi feito

Fiz leituras da tensão das pilhas de tempos em tempos.

Determinei quanto tempo em minutos foi necessário para cada pilha atingir 1 volt.
Então, calculei o valor em mAh de cada marca usando a fórmula: 


Capacidade = (T x I) / 60 

Onde:

Capacidade -> mAh

Quanto maior for esse resultado melhor será a pilha!


T -> tempo em minutos necessário para a tensão atingir 1 volt.

I -> corrente usada no ensaio em mA.

Resultados

Para uma carga constante de 10,5 mA.

A capacidade das pilhas alcalinas melhorou bastante, lembro que no começo da década de 1990, uma boa pilha atingia 1200 mAh !


Agora, podemos calcular o consumo teórico de zinco das pilhas.

Conceitos importantes para os cálculos:

- Um mol de Zn pode liberar dois mols de e-
- Um mol de e- = 96500 coulombs
- Um mol de Zn = 65,37g

e-  -> elétrons

Portanto: 65,37g de Zn podem liberar dois mols de  e- com 193000 coulombs de carga elétrica.

         Temos que Q = i . t 

Q = carga elétrica em coulombs
i = corrente em ampères
t = tempo em segundos

Cálculo do consumo de zinco, no ensaio, pela pilha RayoVac:

No ensaio, temos 2633 mAh ou 2,633 Ah

Carga elétrica produzida:

Q = i . t

Q = 2,633 A . 3600 s

Q = 9478,8 coulombs

Fazendo a proporção:

193000  coulombs -> 65,37g
9478,8 coulombs ->  x

x = 3,21 gramas de zinco


Que corresponde ao zinco na palma da mão, 15% do peso da pilha.
Mas então, qual é a melhor pilha?

Depende do custo benefício!


Como o preço das pilhas varia amplamente vou estabelecer uma fórmula para determinar essa nova variável.

Fator custo-benefício = Capacidade / preço

Exemplo:

Suponha que você encontre três marcas (A,B e C) de pilhas alcalinas AA num determinado supermercado.

Marca A - preço R$ 2,25 e capacidade 2200 mAh
Marca B - preço R$ 3,80 e capacidade 2900 mAh
Marca C - preço R$ 3,00 e capacidade 1800 mAh

Fazendo as contas temos:

Marca A - Custo benefício -> 978
Marca B - Custo benefício -> 763
Marca C - Custo benefício -> 600

Portanto, a escolha deve ser a pilha marca A.

Observe que que o fato da pilha ter uma alta capacidade não implica necessariamente na melhor escolha de compra.

Por outro lado, se você necessita que seu dispositivo funcione o maior tempo possível sem a troca das pilhas, a melhor escolha é a marca B.
Esse é o meu caso, quando faço ensaios da radioatividade com o contador Geiger por longos períodos de tempo sem interrupção.

Ensaio de vazamento do eletrólito da pilha.

Para esse ensaio mergulhei a pilha numa solução composta por 20mL de água destilada com 4 gotas de indicador de pH azul de bromotimol a 0,05%.

O eletrólito da pilha alcalina é composto por uma solução de hidróxido de potássio, qualquer vazamento aumentara o pH da solução que mudara a cor para o azul.

Mas, porque a pilha vaza?

Certamente é um problema de construção associado a baixa qualidade dos reagentes usados.
O polo negativo ou ânodo da pilha é constituído por uma pasta de zinco em pó com a solução de  hidróxido de potássio.
Em condições normais, não deveria existir a produção de gás, mas impurezas tanto no zinco como no hidróxido vão favorecer a sua produção.

No lado do cátodo existe a tendência da produção de hidrogênio que deve ser retirado pelo dióxido de manganês presente nesse polo, se essa reação não ocorrer como esperado, por baixa qualidade do reagente, haverá acumulo desse gás.  
O aumento da pressão interna vai forçar o eletrólito a fluir para fora pelo ponto mais frágil da pilha que é o isolante/vedação entre os polos positivo e negativo.

A solução de hidróxido de potássio é higroscópica e quando vaza, a tendência é aumentar de volume e não secar.

Esse fato e a presença de potenciais elétricos nas trilhas de circuito impresso dos aparelhos torna a corrosão dos metais presentes ainda mais severa.

Conclusões

A capacidade das pilhas bem como seus preços variam amplamente.
Decidir qual pilha comprar vai depender da sua aplicação.
Nem sempre a pilha que tem a maior capacidade é a melhor escolha. 

Espero que este ensaio seja útil para você.
Futuramente colocarei o ensaio de vazamento de eletrólito de todas as marcas.

Passadas algumas semanas, cinco pilhas apresentaram vazamento!



Comentários

  1. Leo, uma coisa que seria interessante anotar é onde foi fabricada a pilha. Um exemplo pra isso é que a Duracell feita na China é uma porcaria, vaza fácil, tanto que ganhou a alcunha de Leakcell.

    Uma pequena coleção que fiz de fotos de pilhas ruins e suas origens:

    http://www.crashcomputer.com.br/?p=3537

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