QUEM PAGA O PATO?
Autor: Carlos Mauricio Farjoun | Publicado: 2014-06-29T12:00:00-03:00






Uma das afirmações sobre o motor flexível em combustível (conhecido como "flex") é que ele é um "pato". Por que a associação do motor com nosso simpático amigo emplumado, que já inspirou toda uma família de personagens do Walt Disney, além do esquentado Patolino da Warner Bros.? É porque a ave em questão consegue transitar pelos três ambientes: terrestre, aquático e aéreo. O pato anda, nada e voa, embora não consiga fazer nenhum dos três com excelência. Ele simplesmente funciona nas três modalidades, sem ser excelente em nenhuma.



Este termo, "pato", é usado para vários objetos que se propõem a ser multi-uso, mas que não conseguem fazer muito bem cada um destes usos separadamente. A culpa disso, em grande parte, é ter que abrir mão da otimização em nome do compromisso: se o pato fosse otimizado para voar (como uma águia), não nadaria. Se fosse otimizado para nadar (como um peixe), não voaria. E por aí vai. Do jeito que é, justamente por não ser otimizado para nada é que ele consegue fazer as três coisas. Foi a melhor solução que a natureza encontrou para fazer um bicho "multi-uso".




Daí vem a associação do flex com um pato: o motor tem que funcionar com álcool, com gasolina ou com qualquer mistura dos dois. Portanto, se for otimizado para gasolina, vai funcionar mal com álcool e vice-versa. Para ilustrar o que digo, coloco um texto meu escrito por volta de 2001, quando ainda não existia o "flex" aqui no Brasil, numa época em que o preço do álcool estava sofrendo uma baixa recorde por excesso de oferta. A produção de carros a álcool no país praticamente parou depois de 1990, com a crise do álcool daquele ano, e os usineiros estavam desesperados, vendendo álcool a qualquer preço uma década depois. Por conta desta baixa de preço, muitas pessoas passaram a se interessar pela conversão de seus carros para álcool, reeditando o que fora moda 20 anos antes.




Conversão "no chip": moda nos tempos de álcool barato


Há algumas incorreções no texto, mas o colocarei aqui no original. De qualquer forma, mesmo com pequenas incorreções, a essência de explicar a diferença entre os combustíveis se mantém:



"Álcool x Gasolina



Como está em alta aqui a conversão de motores a gasolina para usar álcool como combustível, resolvi escrever este artigo para que se possa ter uma noção dos problemas que podem ocorrer nesta transformação. Acho que a melhor forma de fazer isto é explicar as diferenças entre os combustíveis e o que isto pode acarretar no comportamento de um motor ciclo Otto. Assim, quem quiser converter o motor pode te uma idéia dos problemas que podem ocorrer e por que eles ocorrem.



A Gasolina:



A gasolina não é uma substância pura: É uma mistura de centenas de hidrocarbonetos que têm entre 3 a 12 carbonos, proveniente de uma faixa da destilação do petróleo. Há componentes mais leves e mais pesados na gasolina. Conforme o tempo passa, os mais leves se evaporam, deixando apenas os mais pesados. Por isso se diz que a gasolina "ficou velha" ou "estragou". Em aproximadamente 2 meses, a gasolina muda sua composição por causa da evaporação dos componentes leves, sobrando os mais pesados, que costumam ter octanagem menor. Por isto é que a gasolina velha pode causar "batidas de pino" no motor. Normalmente, quanto maior o número de carbonos na cadeia (mais pesada a molécula), menor é a octanagem: Por isto o querosene e outros solventes, se misturados à gasolina, fazem o motor "bater pino". Estes componentes mais pesados também têm uma vaporização mais difícil. Quando expostos ao calor em estado líquido, vão se degradando e formam a conhecida "borra" de gasolina. A gasolina vendida no Brasil tem, por lei, 22% de álcool etílico anidro em volume na sua composição, para reduzir a emissão de poluentes. Outra coisa que não se fala (não sei por quê...) é que a gasolina, por conter hidrocarbonetos aromáticos (como o benzeno) na sua composição, é cancerígena, especialmente se inalada em excesso. Com certeza não há estudos sobre isto (não "interessa" que haja...), mas a incidência de câncer entre os frentistas, que trabalham expostos aos vapores da gasolina, provavelmente é muito mais alta do que no resto da população.



O Álcool:



O álcool, ao contrário da gasolina, é uma substância pura (etanol), embora seja encontrado nos postos como sendo uma mistura de 95% de etanol e 5% de água, em volume. É uma molécula cuja fórmula é C2H5OH. Por ter oxigênio na composição, a molécula ganha uma polaridade que faz com que o álcool seja líquido à temperatura ambiente (o etano, C2H6 é um gás) pela maior coesão entre as moléculas. É um combustível que não deixa borras, sendo bem mais "limpo" que a gasolina, ao contrário do que se pensava nos primeiros anos do Proálcool. Tem a desvantagem de ser mais corrosivo no estado líquido que a gasolina, o que demanda um tratamento anticorrosivo nos metais que têm contato com o álcool em sua fase líquida, normalmente através de um revestimento com um metal que não reaja com ele, como o níquel, usado para revestir o Zamak dos carburadores.



As diferenças entre os combustíveis:



-Poder calorífico (capacidade de gerar energia)



O álcool, por conter oxigênio na molécula, tem um poder calorífico menor que o da gasolina, uma vez que o oxigênio (34,7% do peso molecular do etanol é oxigênio) aumenta o peso molecular, mas não produz energia. Isto explica a menor km/l de um motor a álcool em relação ao mesmo motor a gasolina. O álcool hidratado (95%) produz a energia de 20,05 MJ/litro, enquanto a nossa alcoosolina (22% de álcool) produz 27,57 MJ/l. Por aí já se vê que a 1 litro de gasolina produz 37,5% mais energia do que 1 litro de álcool: Daí, em um motor com o mesmo rendimento térmico, um motor a gasolina que fizesse 10 km/l iria fazer 7,27 km/l de álcool.



Proporção estequiométrica:



O álcool tem proporção estequiométrica de 8,4:1 (8,4 partes de ar para cada parte de álcool) em massa, enquanto a gasolina tem 13,5:1. Para a mesma massa de ar, é utilizado 60% a mais de massa de álcool. Em volume, é necessário mais 43% de álcool do que de gasolina. Por isto, bicos para álcool têm que ter uma vazão em torno de 50% maior do que bicos para gasolina. Uma coisa interessante que decorre disto é a seguinte: apesar de a gasolina fornecer mais 37,5% de energia, o fato de ser necessário 43% a mais de álcool para a mistura faz com que um motor ganhe em torno de 5% de torque e potência só de passar a queimar álcool.



Octanagem



O álcool tem um maior poder antidetonante do que a gasolina. Enquanto a gasolina comum tem 85 octanas, o álcool tem o equivalente a 110 octanas. Isto significa que ele consegue suportar maior compressão sem explodir espontaneamente. Isto faz com que um motor a álcool possa ter uma taxa de compressão maior do que um motor a gasolina. Enquanto as taxas para gasolina variam entre 9 e 10,5:1, as taxas para álcool ficam entre 12 e 13,5:1. Como o rendimento térmico de um motor (rendimento térmico é quantos % da energia do combustível é transformada em movimento pelo motor) aumenta conforme aumenta sua taxa de compressão, os motores a álcool tendem a ter um rendimento térmico maior do que um motor a gasolina, compensando parte do menor poder calorífico. Assim, nosso motor não faria apenas 7,27 km/l, faria algo entre 7,5 e 8 km/l, devido ao melhor aproveitamento da energia do combustível. A velocidade da chama do álcool é menor, demandando maiores avanços de ignição.



Calor de vaporização



O álcool tem um calor de vaporização de 0,744 MJ/l, enquanto a gasolina tem 0,325MJ/l. Isto quer dizer que o álcool necessita de mais do que o dobro de energia para se vaporizar. Esta vaporização acontece dentro do coletor de admissão, nos carros carburados e com injeção monoponto. A energia para vaporizar é conseguida através do calor do motor, que também aquece o coletor. Porém, ao se vaporizar, o combustível diminui a temperatura do coletor, pois está "roubando" energia. Não é difícil concluir que o álcool "rouba" mais que o dobro de energia, diminuindo muito mais a temperatura do coletor. Se a temperatura cair muito, o combustível não se vaporiza mais e caminha em estado líquido pelo coletor, causando uma súbita falta de combustível na mistura, fazendo o motor falhar. Para evitar isto, faz-se passar água do radiador pelo coletor de admissão, para aquecê-lo. Este aquecimento é muito mais necessário em um motor a álcool, pela sua maior demanda de energia para vaporizar-se.



Ponto de fulgor



Uma explosão é uma reação em cadeia. Quando uma molécula de combustível reage com o oxigênio presente no ar, ela gera energia, que faz com que a molécula vizinha também reaja e por aí vai. O ponto de fulgor é a temperatura a partir da qual pode haver uma quantidade suficiente de combustível vaporizado a ponto de gerar uma reação em cadeia. Bem, o ponto de fulgor do álcool é 13 ºC. Isto significa que não é possível haver combustão do álcool abaixo desta temperatura. Isto explica por que é necessário usar gasolina para a partida a frio em motores a álcool em temperaturas baixas. O ponto de fulgor da gasolina pura é de aproximadamente -40 ºC.



Estas duas propriedades acima decorrem do oxigênio presente na molécula do álcool, que a polariza. Isto faz com que a força de coesão entre as moléculas seja maior do que as da gasolina, que se mantém líquida pelo maior peso de suas moléculas, apolares em sua grande maioria. A menor atração molecular da gasolina é que faz com que esta tenha menores calor de vaporização e ponto de fulgor.



Resumo:



Pelas razões explicadas acima, podemos concluir que, para fazer um motor a gasolina funcionar com álcool, precisam ser feitas as seguintes mudanças:



1) Taxa de compressão (para aproveitar a maior octanagem)

2) Proporção de combustível (43% maior, por causa da relação estequiométrica)

3) Curva de avanço de ignição (menor velocidade de chama)

4) Aquecimento do coletor em coletores úmidos (carburador e monoponto) (maior calor de vaporização)

5) Sistema de partida a frio (alto ponto de fulgor)

6) Niquelamento do carburador (em carros carburados)



O item 1 pode ser conseguido através da utilização de pistões mais cabeçudos ou rebaixamento do cabeçote. E os itens 2 e 3 são feitos remapeando o chip de injeção ou troca de giclês/distribuidor."



Quando da elaboração do texto, não me atentei para a diferença estequiométrica no caso do calor de vaporização. E a coisa é ainda pior: como usamos um volume 43% maior de álcool, o calor necessário triplica. Para cada litro de gasolina, usamos 1,43 litro de álcool. Se para vaporizar 1 litro de gasolina é necessário 0,325 MJ, precisaríamos vaporizar 1,43 litro de álcool, totalizando 1,06 MJ. É mais que o triplo da energia necessária, o que ajuda a ilustrar o motivo da criticidade do funcionamento a frio de uma motor a álcool.





Ford Modelo T: o primeiro "flex" da história


Até 2003, os carros no Brasil eram movidos a gasolina ou a álcool. Cada motor era feito de forma a ser otimizado para queimar apenas um dos combustíveis, sem a preocupação de ter que funcionar com o outro. O Carlos Meccia ilustrou o esforço para fazer com que os motores da Ford, onde ele trabalhou, funcionassem bem com álcool neste post.


O primeiro automóvel flex da história, por incrível que pareça, foi o Ford modelo T. Henry Ford acreditava no álcool, chamando-o de "combustível do futuro" (mas não era maluco de peitar a indústria do petróleo, à época na mão do poderoso Rockefeller com sua Standard Oil) e produzia seus carros com a opção de queimar álcool ou gasolina apenas ajustando a mistura no carburador. O avanço de ignição não precisava de modificações, já que seu ajuste era manual mesmo.



O uso do álcool só iria ser estimulado novamente nos anos 1970, quando o embargo árabe mostrou que a dependência do petróleo importado poderia representar um perigo para os países que dele dependessem. No meio de uma ditadura militar, o Brasil criou e implantou o Proálcool, obrigando os postos de gasolina do país inteiro a terem bombas de álcool e as distribuidoras a implantarem uma logística de distribuição do combustível vegetal.




O choque do petróleo de 1973 mostrou ao mundo o perigo da dependência do petróleo árabe.


Porém, tal manobra não seria fácil nos EUA, que não conseguiriam fazer tal imposição a seus postos e distribuidoras. Por isso, no meio da década de 1980, usando a experiência adquirida com o álcool no Brasil, a Ford americana começou a desenvolver uma tecnologia que permitisse a um motor moderno funcionar com ambos os combustíveis. Começaram primeiro a experiência com o metanol, álcool extraído da madeira. Em 1993 a Ford lançou o Taurus FFV (Flexible Fuel Vehicle, Veículo Flexível em Combustível, que é como os veículos flex são chamados nos EUA), com vendas restritas a governos e frotistas, que poderia usar gasolina ou metanol. Em 1995, o Taurus FFV foi disponibilizado para o grande público, podendo também consumir etanol, o álcool que sempre usamos, lá chamado de E85 (85% etanol, 15% gasolina). Poderiam ter trazido estes Taurus para cá, na importação deste modelo ocorrida em 1995, se quisessem.



Trocando em miúdos: Se, em 2003, achávamos que o motor flex brasileiro era uma grande novidade, ele já existia há dez anos nos EUA, consumindo nosso álcool há oito. Porém, há uma grande diferença entre os motores flex americanos e os nossos: lá a disponibilidade de álcool é pequena e o objetivo principal é ter carros que possam queimar um combustível alternativo em caso de necessidade. Por isso, os motores continuam sendo otimizados para funcionar com gasolina, podendo funcionar com E85, ainda que de forma não otimizada para este combustível. Em resumo, os flex americanos são carros a gasolina que conseguem queimar álcool se precisarem.



O sucesso da fabricação de carros flex nos EUA também tem outro motivo: para estimular sua produção, o governo os excluiu do CAFE (Corporate Average Fuel Economy — consumo médio de combustível da frota do fabricante), em que a totalidade dos carros produzidos por uma determinada empresa devem atingir metas de consumo &nbsp;médio. De forma grosseira, para cada Cadillac V-8 vendido, a GM tem que vender um Chevrolet Spark para compensar o consumo na média. Os FFV ficam fora desta conta, por isto não é surpresa que hoje os veículos de maior consumo dos grandes fabricantes sejam FFV. Assim a GM pode vender um Cadillac V-8 FFV sem ter que obrigatoriamente vender um Spark para compensar.




Ford Taurus FFV: primeiro flex moderno, em 1993


Já no Brasil, o álcool era um combustível já amplamente disponível em 2003. Por isso, sabia-se que, ao contrário dos FFV americanos, os flex nacionais iriam usar álcool rotineiramente. Além disso, enquanto o objetivo do FFV americano é questão de segurança nacional, preparando o país para este não pare em uma eventual falta de petróleo, o flex nacional era a salvação para os usineiros, ou seja, os flex daqui teriam que usar álcool para que o plano desse certo.



Em 2002, a indústria sucroalcooleira passava por uma crise sem precedentes. Com o preço do açúcar em baixa no mercado internacional, se voltaram à produção de álcool para o abastecimento interno. Só que o mercado interno já não era mais o mesmo de antes, havia minguado muito por culpa deles mesmos (e do governo, que nunca teve uma política séria de estoques garantidores de combustível). Em 1989, o preço do açúcar no mercado mundial disparou. Por isto, os "espertos" usineiros daqui privilegiaram a produção de açúcar, em detrimento da produção de álcool. Vale lembrar que, desde 1983, mais da metade dos carros vendidos no país era movida exclusivamente a álcool.&nbsp;



O resultado disso foi uma falta generalizada de álcool no país durante algumas semanas, na entressafra do início de 1990, causando enormes filas nos postos. Eu mesmo me lembro de comprar cinco litros de álcool numa farmácia para fazer o carro, um Del Rey 1983 a álcool, andar. O slogan do início da década "Carro a álcool, você ainda vai ter um" virou piada: "Carro a álcool, você ainda vai empurrar um". Depois do país viver uma palpável falta do combustível, a credibilidade do carro a álcool foi a zero. Nos anos seguintes, a produção destes caiu vertiginosamente, até quase zerar sua participação no mercado de 1995 para frente. No início da década, muitos converteram seus carros a álcool para gasolina, para evitar passar pela falta de combustível novamente.




Flex, a salvação da indústria do álcool em 2003


Por conta das conversões, da falta de renovação da frota e do sucateamento natural dos carros a álcool mais velhos, a demanda por álcool foi caindo paulatinamente nos anos 1990. No final da década, o preço do álcool caiu a níveis baixíssimos. Lembro-me de, em 1999, abastecer pagando 25 centavos por litro de álcool: Para completar o tanque inteiro do Del Rey, iam 13 ou 14 reais. Considerada a inflação, seria como se hoje um litro de álcool custasse R$ 0,65. Nos anos seguintes a coisa melhorou um pouco, o preço muito baixo do álcool (custando menos da metade da gasolina) estimulou muitas conversões de gasolina para álcool (que foram o motivo de eu ter escrito o texto, em 2001), porém não em número suficiente para restabelecer a demanda por álcool.&nbsp;



O comprador de carro 0-km continuava desconfiado e os fabricantes não investiam em modelos a álcool, a maioria dos carros só tinha versões a gasolina. A salvação da lavoura (literalmente) veio&nbsp;em 31 de julho de 2002, com o decreto 4.317, que reduzia o IPI dos motores com cilindrada entre um e dois litros, com uma redução adicional para motores a álcool ou flexíveis em combustível. Começava aí o incentivo tributário aos veículos flex. O raciocínio para salvar a indústria sucroalcooleira era o seguinte: se o consumidor não comprava carro a álcool porque não confiava nos usineiros, era só oferecer um carro que usasse álcool sem deixá-lo refém dos usineiros. A resposta óbvia para isso era o flex. Enquanto o álcool fosse economicamente vantajoso em relação à gasolina, os usineiros teriam mercado para o álcool.



E assim começaram a aparecer os carros flex no Brasil. Mas, diferente dos americanos, foram criados para efetivamente rodarem com álcool ou com gasolina. A solução americana não serviria. Dadas as diferentes particularidades de ambos os combustíveis, um motor otimizado para álcool seria ruim com gasolina e vice-versa.&nbsp;




Por isso, os fabricantes começaram a buscar um motor que fosse um meio termo entre álcool e gasolina, de forma a não ficar ruim com nenhum dos dois. Criaram "patos", um motores-compromisso, com uma taxa de compressão intermediária, alta demais para gasolina, que por isso precisavam de atraso de ponto para funcionar com ela (daí muitos motores flex se darem melhor com gasolina Premium ou Podium), mas ao mesmo baixa demais para o álcool, desperdiçando o maior rendimento térmico que uma taxa maior &nbsp;poderia proporcionar.



Flex americano, questão estratégica de redução da dependência do petróleo importado


O motor flex brasileiro não era ótimo para nada. Era pior do que um motor só a gasolina e que um só a álcool. Muitos modelos antes exclusivamente a gasolina viram seu consumo piorar com este combustível com a adoção de motores flex. Eu costumo dizer que a menor eficiência do flex é mais um "custo Gérson" que o brasileiro paga: se tivéssemos tanto um governo quanto usineiros confiáveis (não-Gérsons), nunca precisaríamos de um carro que pudesse rodar com dois combustíveis.



E isso pode ser confirmado na prática: com a questão do compromisso, o motor flex acaba um motor otimizado para usar combustível "meio a meio". Minha esposa tem um Siena 1-litro flex, com taxa de compressão de 11,6:1. Fazendo algumas experiências com o carro, percebemos que o melhor funcionamento do carro ocorre justamente quando se coloca no tanque metade álcool, metade gasolina. O desempenho melhora, as batidas de pino que ocorrem só com gasolina somem e o consumo fica em 90% do que seria com gasolina. O normal seriam 85%, indicando que com o uso desta mistura, o rendimento térmico do motor melhora.



Há algumas exceções, é claro. O motor VHC da GM sempre teve taxa de 12,6:1, muito mais apropriada para álcool do que para gasolina. O motor RoCam tem 12,3:1 na versão 1,6-litro e 12,8:1 na versão 1-litro. Desde o início, GM e Ford fizeram o flex pensando no uso predominante de álcool. Porém, se fossem motores exclusivamente a álcool, poderiam usar 13,5:1, como usou a VW em seus últimos 1,0 AT a álcool que equiparam o Gol. A Renault, em seu motor de 8 válvulas e 1,6-litro, começou privilegiando a gasolina, com 9:1, mas recentemente alterou a taxa para 12:1, privilegiando o álcool. A VW também usava 13,0:1 em seu motor 1-litro. Estes casos aproximam-se do flex americano: um motor otimizado para um tipo de combustível (no nosso caso, álcool) e que pode usar o outro.




E o Brasil aderiu em peso ao motor flexível, mas que não era ótimo para nada


Parece que a tendência agora, depois de 11 anos do primeiro carro flex (Gol 1,6 Total Flex) é fazer uma otimização o motor flex maior para o álcool do que para a gasolina. De olho nisto, o governo editou a Lei 12996, em 18 de junho, estabelecendo que o IPI pode ser reduzido para veículos flex que apresentarem relação entre consumo de álcool e de gasolina maior que 75%. Ora, sabendo-se que o álcool tem poder calorífico (energia contida no combustível) em torno de 70% do poder calorífico da gasolina, e que daí que saiu o "número mágico" de que o álcool só compensa economicamente se custar menos que 70% do preço da gasolina, justamente para contrabalançar a sua menor quantidade de energia em relação ao "suco de dinossauro".


Alcançar um rendimento de 75% ou mais de um combustível que só tem 70% da energia significa ter um rendimento térmico (% da energia do combustível transformada em movimento) maior usando álcool do que usando gasolina. Ou seja, o governo quer que o pato ande melhor, mesmo que para isso tenha que nadar pior do que poderia nadar.

Bem, pode-se pensar que é bom que o motor flex seja ótimo em algum dos combustíveis, em vez de ser não ser ótimo com nenhum deles. Porém, nosso governo, mais uma vez, faz a coisa de forma atabalhoada e sem planejamento. Qualquer setor que vá pressioná-lo, basta mencionar a palavra "desemprego" para se conseguir o que quer. Por isto que a política econômica parece não ter norte (e não tem mesmo), o rumo é mudado a cada ameaça de desemprego, estamos navegando ao sabor do setor &nbsp;econômico que melhor pressionar o governo.



Justo quando o pré-sal começa a produzir, para que estimular o álcool? Para sobrar gasolina?


Agora foram os usineiros que gritaram, daí a medida. Se um dia o flex foi a salvação para os usineiros, hoje para ele o flex é uma maldição: com o governo mantendo o preço da gasolina artificialmente baixo para segurar a inflação, o preço do álcool encontra um "teto" de 70% do preço (defasado) da gasolina. Se subir para mais do que isso, a demanda evapora-se imediatamente, pois passa-se a usar gasolina (hoje o motorista tem a opção). Várias usinas estão fechando, pois fica inviável produzir a este preço.

O problema todo com esta nova lei é que, para salvar aos usineiros, o governo simplesmente ignora que justamente agora é que o pré-sal começa a produzir para valer. Ou seja, no momento em que estamos atingindo (de &nbsp;verdade, desta vez) a autossuficiência em petróleo, estimulamos a produção de motores eficientes com álcool, que naturalmente são menos eficientes com gasolina. É (mais um) enorme contra-senso dos nossos governantes.

Acho louvável a ideia de um motor otimizado para um determinado combustível, como acontecia quando os carros eram movidos a álcool ou a gasolina. Porém, os nossos fornecedores de combustível não se mostram confiáveis, por isso veio o flex, para podermos nos proteger de fornecedores vivaldinos. Só que, atualmente, com o avanço tecnológico, podemos ter um motor que se adapte mais facilmente a outro combustível, coisa que era impossível na época dos carburadores.

A melhor solução, a meu ver, seria termos novamente motores a álcool e a gasolina, mas que podem queimar outro combustível, ainda que sem eficiência. Junto com isso, uma política séria de estoques de combustível, para que a falta de 1990 nunca mais se repita. Compraríamos novamente carros a álcool e a gasolina que poderiam rodar com gasolina e álcool, respectivamente, em caso de necessidade. Quem preferisse uma maior autonomia compraria carro a gasolina, quem preferisse melhor desempenho, compraria carro a álcool. Ambos sem medo de ter que empurrar o carro pela falta de um ou outro combustível. E sem termos que pagar o pato da ineficiência.

CMF