Álcool X Gasolina X GNV
Autor: Natalino Pereira | Publicado: 2009-10-13T20:37:00-05:00

GasolinaA gasolina é um combustível constituído basicamente por hidrocarbonetos e, em menor quantidade, por produtos oxigenados. Esses hidrocarbonetos são, em geral, mais "leves" do que aqueles que compõem o óleo diesel, pois são formados por moléculas de menor cadeia carbônica (normalmente de 4 a 12 átomos de carbono). Além dos hidrocarbonetos e dos oxigenados, a gasolina contém compostos de enxofre, compostos de nitrogênio e compostos metálicos, todos eles em baixas concentrações. A faixa de destilação da gasolina automotiva varia de 30 a 220 °C.ComposiçãoA gasolina básica (sem oxigenados) possui uma composição complexa. A sua formulação pode demandar a utilização de diversas correntes nobres oriundas do processamento do petróleo como nafta leve (produto obtido a partir da destilação direta do petróleo), nafta craqueada que é obtida a partir da quebra de moléculas de hidrocarbonetos mais pesados (gasóleos), nafta reformada (obtida de um processo que aumenta a quantidade de substâncias aromáticas),o fósforo é utilizado para que haja a queima de hidrocarbonatos mais leves que o próprio valor quantitativo químico dos elementos da gasolina expresso na formula gasoli + queima² = CH4+ QUEIMA PADRONIZADA, nafta alquilada (de um processo que produz iso-parafinas de alta octanagem a partir de iso-butanos e olefinas), etc. Quanto maior a octanagem (número de moléculas com octanos) da gasolina maior será a sua resistência à detonação espontânea.ProduçãoA Petrobras, empresa petrolífera brasileira, produz diversos tipos de gasolina utilizando tecnologia própria, fabricando as diversas frações de petróleo constituintes da gasolina e misturando-as entre si e com os aditivos, através de formulações convenientemente definidas para atender aos requisitos de qualidade do produto.A Galp, empresa petrolífera portuguesa detentora de toda a capacidade refinadora do país, produz gasolinas com índice de octanas 95 e 98, e a BP comercializa uma gasolina que atinge as 100 octanas.[1]Estas gasolinas possuem aditivos que visam melhorar a performance do combustível, nomeadamente:detergente: visa reduzir os depósitos no sistema de injecção e no motor de forma a melhorar a combustão;inibidor de corrosão: agente que visa proteger as zonas de circulação de combustível de forma a reduzir a corrosão provocada;desemulsificante: promove a separação da água no sistema de distribuição e armazenagem do combustível, de forma a diminuir a corrosão daí resultante;agente veículo (solvente sintético): por ser estável a altas temperaturas, provoca resíduos diminutos durante a combustão que se realiza na câmara de combustão do motor.O grande crescimento da produção de gasolina, motivado pelo desenvolvimento da indústria automobilística, foi possível não só através do refino, mas também de processos de transformação de frações pesadas, que fazem aumentar o rendimento total do produto em relação ao petróleo.Gasolina aditivadaA gasolina aditivada, disponível em alguns postos, é uma gasolina comum acrescentada de aditivos detergentes-dispersantes. Esses aditivos têm como finalidade a limpeza do sistema de alimentação de combustível, incluindo linha de combustível, bomba, galeria de combustível, injetores e válvulas de admissão. Seu uso permite que o motor opere nas condições especificadas pelo fabricante por mais tempo, o que reduz consumo e emissões e aumenta o intervalo entre manutenções. Ao contrário do que se pensa, a gasolina aditivada não aumenta a octanagem do combustível. As gasolinas de alta octanagem são chamadas, genericamente, de “gasolinas premium”.Gasolina adulteradaÉ  caracterizada pela adição irregular de qualquer substância, sem recolhimento de impostos, com vistas à obtenção de lucro. Ela recebe elementos que diferenciam ela da gasolina comum como dióxido de enxofre.OctanagemOs compostos principais da fração gasolina são alcanos normais e alcanos ramificados, que possuem de 5 a 10 átomos de carbono.Nos cilindros de motores de combustão interna, pode acontecer a detonação ─ combustão prematura da gasolina, durante a compressão exercida pelo pistão.Foi estabelecida uma escala para medir a tendência à detonação de uma gasolina. Nessa escala, atribui-se ao isooctano (2,2,4-trimetil-pentano), que detona apenas a compressões elevadas, o índice 100; ao n-heptano, que detona a compreensão muito baixa, foi atribuído o índice zero.O índice de octano de uma gasolina é a porcentagem de isooctano e n-heptano, que tem as mesmas características de detonação que a gasolina.Assim, uma gasolina com índice de octano 80 possui as mesmas características de detonação que uma mistura de 80% de isooctano e 20% de n-heptano.Quanto maior é o índice de octanagem, maior é a compressão que a mistura gasolina-ar suporta no motor, sem detonação prematura; portanto, melhor é a qualidade da gasolina. Dos aditivos que aumentam a octanagem da gasolina, o mais importante é o chumbo tetra-etila ou tetra-etil-chumbo [Pb(C2H5)4], mas ele causa sério impacto ambiental e, por isso, não é mais utilizado.Com relação à octanagem, sabe-se que:- alcanos ramificados têm índices de octano maior que alcanos normais;- ciclanos têm índice de octano maior que alcanos normais;- alcenos têm índice de octano maior que alcanos correspondentes;- hidrocarbonetos aromáticos têm índice de octano muito alto.Melhoria de Qualidade da GasolinaPara aumentar o índice de octano na fração gasolina, submetem-se os alcanos dessa fração a processos de isomerização e aromatização.No processo de isomerização, alcanos normais são transformados em alcanos isômeros ramificados, o que aumenta o índice de octano.No processo de aromatização, alcanos normais são transformados em hidrocarbonetos aromáticos de elevado índice de octano.A alquilação, nesse caso, consiste na adição de um alcano a um alceno.A dimerização consiste, nesse caso, na adição de duas moléculas de alceno.Teor de álcool na gasolinaO etanol é misturado à gasolina, na proporção de 22% de etanol anidro, a 99,6 Gay-Lussac (GL) e 0,4% de água, formando um "gasohol" com o objetivo de aumento da octanagem da gasolina. Em outros países, as misturas de "gasohol" contêm, tipicamente, apenas 10% (ou menos) de etanol.ÁlcoolA cultura da cana-de-açúcar (Saccharrum Officinarum) tem como origem a Oceania, na ilha Nova Guiné ; foi introduzida no Brasil pelos portugueses no início do século XVI em duas regiões diferentes: no Nordeste, no estado de Pernambuco, e no Sudeste, no estado de São Paulo. Devido ao início da produção de açúcar em outras colônias da América Central, administradas pelos holandeses, houve a redução da produção da cana-de-açúcar no Brasil nos séculos seguintes.No início do século XX o cultivo de cana-de-açúcar fortaleceu-se na região Sudeste, principalmente no estado de São Paulo, onde os imigrantes que chegavam da Europa passaram a desempenhar um papel importante no desenvolvimento.Em 1933, durante o governo Vargas, foi criado o Instituto de Açúcar e Álcool (IAA), que teve uma participação importante nas atividades econômicas relacionadas ao açúcar e ao álcool no Brasil.O Brasil é hoje o maior produtor mundial de cana-de-açúcar; o setor gera cerca de US$ 8,7 bilhões de receita (Carvalho, 2004), ajudando o país a aumentar o volume de suas exportações e, indiretamente, a reduzir sua dependência da importação do petróleo.Álcool como combustívelO uso do álcool combustível obtido a partir da cana teve início no Brasil por volta de 1900. Na década de 1930, em pleno governo Vargas, datam-se os primeiros experimentos com o uso do álcool etílico (etanol) como combustível, nos veículos oficiais.Não houve muitas mudanças até o começo da década de 1970; mais precisamente em 1975, em plena crise do petróleo, houve a criação do Programa Brasileiro do Álcool (Proálcool), ocasião em que o Brasil iniciou a produção de álcool anidro (desidratado) a partir da cana, cuja mistura com a gasolina foi utilizada, como combustível, nos motores ciclo Otto de automóveis, na proporção de 24%.Na segunda fase do programa, que teve início em 1979, também se passou a produzir álcool hidratado, para ser usado em motores do ciclo Otto modificados para funcionar com 100% de etanol.O Proálcool foi formalmente extinto no início dos anos 90, mas o fomento governamental, em termos de política energética, à produção de álcool, tanto anidro como o hidratado, continua até hoje.Atualmente, a produção de álcool combustível é mantida pela obrigatoriedade da adição de etanol anidro à gasolina e pela experiência de uma frota estimada em 2,5 milhões de veículos antigos movidos 100% por álcool hidratado (Datagro, 2002).O governo, nos últimos anos, tem implementado políticas alternativas para impulsionar o álcool combustível no país. Nesse sentido, temos a adição de etanol no óleo diesel, para ônibus e caminhões, a fabricação de carros movidos com tecnologia bicombustível (álcool etílico e gasolina) e a implantação deste combustível em motores aeronáuticos, que será o enfoque deste trabalho.Produção do ÁlcoolA cana-de-açúcar é cultivada por meio do sistema de rebrotamento, no qual o primeiro corte é feito 18 meses após o plantio e os demais anualmente, por um período de quatro a cinco anos, com redução gradual do rendimento.Depois de cortada, a cana inteira é levada para a usina, onde é lavada e esmagada, para extrair o caldo, sendo este processado para a obtenção do álcool. O processo será descrito sucintamente:tratamento: é a neutralização e a esterilização do caldo para que possa receber o fermento (leveduras, ou seja, organismos microbiológicos que se alimentam da glicose do caldo e expelem o álcool);fermentação: é a fase em que os açúcares do caldo são transformados em álcool, sendo que o teor alcoólico gira em torno de 7% a 10%; nessa fase tem-se o vinho.destilação: o vinho é aquecido e o álcool é recolhido pela utilização dos diferentes pontos de ebulição das substâncias presentes nas chamadas colunas de destilação.Em 2002 a produção de álcool no Brasil atingiu 12,6 milhões de metros cúbicos, porém estão sendo desenvolvidas novas tecnologias para aumentar a produção.Motores a álcoolO motor  a pistão funciona baseado no ciclo Otto, no qual o combustível reage com o oxigênio do ar no interior do cilindro produzindo grande quantidade de gases, cuja pressão é capaz de mover um êmbolo. Antes de entrar no cilindro o combustível é misturado com o ar num dispositivo que pode ser um carburador ou um servo-injetor. Atualmente, muitos motores são equipados com um sistema de injeção direta, no qual o ar e o combustível são injetados separadamente, ocorrendo a mistura no interior do cilindro.  Funcionamento do motor FONTE: TABUENCA, 1996O etanol (C2H6O) é obtido na destilação e contém aproximadamente 96% de álcool e 4% de água; tem baixa pressão de vapor, fator que reduz a possibilidade de formação de bolhas no sistema de combustível; seu poder calórico é de 6500 Kcal/kg (FIG. 5) e polui menos que a gasolina conforme se pode ver na reação de entalpia:Álcool – C2H6O + 3O2 2CO2 + 3H2OGasolina – C8H18 + 25/2 O2 8CO2 + 9H2OObserva-se que a quantidade de CO2 liberada pela queima da gasolina é quatro vezes maior que a resultante da queima do etanol.T ABELA 1Poder calorífico dos combustíveisCombustívelPoder calorífico(kcal/kg)kj/kgGasolina11.40047.800Óleo diesel10.70044.700Álcool combustível6.50027.200Gás liquefeito de petróleo11.60048.500Gás natural11.70049.000FONTE: FELTRE, 2005Cuidados a serem tomados em um motor a álcoolUm aspecto a ser considerado é a corrosão: neste caso o etanol apresenta as seguintes propriedades:semelhantemente à água, pode funcionar como um ácido ou base fraquíssimos;reage com metais como K, Na, Mg, Al e Zn, resultando nos respectivos alcoolatos ou etóxidos.Portanto, devido às particularidades do etanol, para viabilizar o funcionamento do motor, foram necessárias algumas modificações, as quais serão abordadas a seguir:revestimento dos cilindros com cromo;revestimento dos componentes metálicos do sistema de combustível com níquel;a bomba de combustível foi dimensionada para um fluxo maior de combustível e uma pressão mais adequada ao funcionamento do servo-injetor;troca dos bicos injetores por bicos de maior diâmetro;incorporação de um sistema de partida a frio devido à volatilidade do álcool ser menor que a da AVGAS;Instalação de juntas de vedação e diafragma produzidos com materiais compostos resistentes ao etanol;uso de velas de ignição com três eletrodos de platina com prolongamento para melhorar a queima na câmara de combustão;aumento da taxa de compressão de 8,7:1 para 9,6:1;modificação nos tempos de abertura e fechamento das válvulas.Além das modificações no motor, foram feitas algumas modificações também na aeronave; entre elas temos a aplicação de revestimento interno anticorrosivo no tanque de combustível.Análise do desempenho do motor movido a etanolO álcool permite operar com taxa de compressão maior que a da gasolina, a qual tem restrições a taxas maiores que 8,5:1 devido à detonação (queima anormal da mistura que causa perda de potência) a taxa de compressão maior do etanol permite um maior rendimento do motor.Aumento de potência de 5 a  10% . Rendimento do motor   FONTE: VAN WYLEN e SONNTAG, 1976Devido ao seu poder calorífico menor que o da gasolina, o etanol queima em temperaturas menores que a gasolina, com isso a temperatura na cabeça do cilindro é menor, reduzindo o desgaste dos componentes do motor.GNVGNV é uma mistura de gases hidrocarbonetos, com preponderância do metano.O metano, e portanto o GNV, não se liquefaz sob pressão à temperatura ambiente. É preciso resfriá-lo a temperaturas criogênicas para liquefazê-lo (isso é feito em navios metaneiros).Para armazenar 23m3 de metano, é preciso um cilindro de 100 litros que pesa 125kg vazio. Um botijão GLP com 13kg de carga armazena a mesma energia e pesa muito menos. Não vale a pena distribuir GNV em botijões.Por outro lado, o metano é muito mais seguro que GLP e gasolina. É mais leve que o ar, dissipa-se rapidamente em caso de vazamento. Só "pega fogo" se confinado e misturado com o ar em % relativamente alta. A temperatura de auto-ignição é 700 graus, muito mais alta que a gasolina e o álcool (300 e 200 graus respectivamente).A segurança do metano permite sua distribuição por gasodutos, de forma econômica e não poluente (nada de caminhões-tanque rodando por aí).A grande vantagem do GNV é a menor poluição, pois:é praticamente isento de enxofre e outras impurezas comuns no petróleo;possui 4 ligações C-H por átomo de carbono, ou seja, possui a menor quantidade possível de átomos de carbono (para um hidrocarboneto), e assim produz a menor quantidade possível de CO2;Sua queima estequiométrica produz menos CO, NOx, H2 e outros gases poluentes/tóxicos.Um problema sério da gasolina brasileira , é a adulteração com solventes ou mesmo com água. Já o GNV não pode ser adulterado de forma simples.O preço do metro cúbico de GNV é consideravelmente menor que o da gasolina. Um m3 de GNV equivale, em termos energéticos, a 1.2 de gasolina, embora pese menos. As ligações atômicas C-H têm mais energia armazenada que as ligações C-C.A adaptaçãoExistem basicamente 3 tipos de kits de adaptação:Kits com mesclador simplesMesclador é um tubo de Venturi, posicionado no tubo de admissão de ar, que cria um vácuo parcial e "suga" o gás do regulador. É como um carburador extremamente simplificado (pois o combustível já é gasoso, um carburador convencional tem de atomizar o combustível líquido).Nos kits simples, há duas regulagens: em marcha-lenta e em carga. Assim como num carburador, essas regulagens são estáticas, e são ótimas apenas para um regime de carga e rotação. Nos demais regimes, a mistura estará um pouco pobre ou um pouco rica.É imprescindível fazer o teste no INMETRO para saber se a regulagem está boa. Um carro GNV mal regulado polui muito mais que à gasolina. Um cheiro muito forte de gás denuncia mistura muito rica. A mistura pobre (melhor do ponto de vista ecológico) se traduzirá pelo desempenho aquém do ideal.O valor lido da sonda lambda não é aproveitado pelo kit. Para "enganar" a injeção eletrônica, são usados dois emuladores: de bicos injetores e de sonda lâmbda. No funcionamento com GNV, a injeção trabalha "no reino da fantasia", e sua única atividade prática será estabilizar a marcha-lenta.Se o kit for bom e for corretamente instalado, a sonda lâmbda recobra sua função ao funcionar com gasolina/álcool. Kits vagabundos geram um sinal falso continuamente, o que fará o carro poluir mais.Apesar da simplicidade, esse kit funciona bem e tem o menor preço.Kit realimentadoNeste, a leitura da sonda lâmbda é levado em conta também para o GNV. O kit precisa de uma válvula de abertura variável para controlar o fluxo de gás.Essa válvula pode ser comandada por um módulo eletrônico adicional do kit (mais comum), ou pela própria injeção eletrônica. Nesse caso, a EPROM da injeção tem de ser trocada para suportar essa função adicional.Esse tipo de kit é mais caro, e certas peças são muito específicas para cada modelo de automóvel. Porém polui menos e extrai o rendimento máximo do motor.Provavelmente os kits vindos diretamente da fábrica serão desse gênero, pois permite economizar peças se a própria injeção gerencia os 2 combustíveis.Injeção de gásAo invés de um mesclador, que estrangula um pouco a passagem de ar, tem-se um injetor, como no caso do combustível líquido. A precisão é absoluta.Infelizmente, tais kits ainda são proibitivamente caros.Regulador ou redutor de pressãoÉ o "coração" de qualquer sistema que lide com gás. Toma a pressão de até 200 bar do cilindro e fornece gás à pressão atmosférica, na medida da demanda. Embora seja uma peça importante, não há muito que discutir sobre ela.Variador de avançoA velocidade de propagação da chama em GNV é menor que nos combustíveis líquidos. Devido a isso, o avanço de ignição tem de ser aumentado para GNV, sob pena de mau aproveitamento do combustível, e conseqüente perda de potência. Um automóvel GNV sem variador de avanço tem potência 25% a 30% menor que à gasolina.Devido à combustão lenta, se o ponto não for adiantado, o gás acabará de queimar depois de aberta a válvula de escape, o que ocasionará estouros no escapamento, podendo estragar sonda lâmbda, catalisador e o próprio escapamento. Mas esse não é pior problema:Backfire ou contra-explosãoComo as válvulas de admissão e escape "cruzam" (ficam abertas ao mesmo tempo por um tempinho), o gás ainda em combustão pode fazer inflamar o gás no tubo de admissão, causando um estouro nessa região.É o temido "backfire", que geralmente causa apenas incômodo, mas pode fazer soltar alguma mangueira ou danificar o coletor de admissão, deixando você na rua. Alguns motores são mais susceptíveis que outros ao backfire. Motores de grande potência (6 cilindros em diante) e o Zetec da Ford são as vítimas mais freqüentes.Para evitar o backfire, deve-se exigir o uso de variador de avanço (algumas convertedoras não colocam para tornar a adaptação 100 reais mais barata). As velas e cabos de vela devem estar em excelente situação, pois do contrário a queima do gás será retardada.Fique particularmente de olho nisso se o seu carro tem motores no "grupo de risco".Cilindro, garrafa, ampola ou tanque de gásSua pressão de serviço é 200 bar, porém sua ruptura é cotada em 900 bar, o que torna-o resistente a colisões e até mesmo a tiros.É a peça mais cara do kit gás, possivelmente devido ao rigorismo do processo de fabricação. Todas as peças têm de ser testadas até 300 bar, e uma de cada lote deve ser destruída (rompida) para aferir se a pressão de ruptura é acima de 900 bar.Um cilindro de 100l de GNV armazena o equivalente energético de 24l de gasolina. Portanto, a autonomia com GNV é relativamente pequena, dado um cilindro de dimensões razoáveis. Tal cilindro pesa, vazio, 125kg, algo não negligenciável.Novos estudos prometem resolver esse problema no futuro. Algumas substâncias, como o pó de carvão, têm propriedades adsorventes sobre o gás, em tese quintuplicando a capacidade de armazenamento dada a mesma pressão. Isso daria ao cilindro uma densidade energética por litro comparável à gasolina.Perda de potênciaA perda de potência com GNV é pequena (em torno de 10%), mas não há como escapar dela: o combustível gasoso ocupa mais espaço e diminui a quantidade de oxigênio admitida pelo cilindro.As perdas reportadas de 25% a 30% devem-se a kits sem variador de avanço.Alguns fatos interessantes sobre motores a gasolina/álcool:* o motor atinge potência máxima com mistura rica, e não estequiométrica; * o motor atinge eficiência máxima com mistura rica, e não estequiométrica; * o combustível (volátil) é um agente de refrigeração, e uma mistura rica melhora a refrigeração do motorJá no gás, não existe qualquer ganho ao usar-se mistura mais rica. O motor atinge rendimento e potência máximos na mistura estequiométrica. (Não existe vantagem em deixá-lo poluidor.) Isso também faz com que o motor GNV tenha potência menor que a gasolina.Devido à menor velocidade de propagação da chama, o motor GNV atinge o ponto máximo de torque antes do que a gasolina. Isso pode dar a impressão ao motorista de que o motor está "mais esperto" ou mais potente no uso urbano.A octanagem do GNV é equivalente a 120 octanas (melhor que gasolina de Fórmula-1). Isso elimina qualquer possibilidade de "batida de pino" com uso de GNV.ReferênciasFeltre, Ricardo. Fundamentos da química. 4.ed. São Paulo: Moderna, 2005. 700p.Gentil, Vicente. Corrosão. 4.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2003. 341p.Rosillo-Calle, Frank; Bajay, Sérgio V.; Rothman, Harry. Uso da biomassa para produção de energia na indústria brasileira. Campinas. Unicamp, 2005. 447p.Saunders, George H., A dinâmica de vôo do helicóptero. Rio de Janeiro: LTC, 1985. Cap. 2: Sistemas moto-propulsores, p.71-78.Tabuenca, T. B. Ciência e tecnologia. Rio de Janeiro: Klick, 1996.193p.Van Wylen, Gordon J.; Sonntag, Richard E. Fundamentos da termodinâmica clássica. 2.ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1976. 565p.http://www.iae.cta.br/motor_aer_etanol.htmhttp://www.aeroneiva.com.br/site/content/produtos/produtos_ipanema_apresentacao.asphttp://www.aeroalcool.com.br/index.htm1 CFOE AV. Servia em 2005 no 6° ETA, como Mecânico de Vôo. Engenharia Mecânica.2 CFOE AV. Servia em 2005 na AFA, como Encarregado da Seção de Motores. Linc. em Ciências Biológicas.3 CFOE AV. Servia em 2005 na AFA, como Encarregado da Seção de Motores. Linc. em Ciências Biológicas.4 Colaborador, serve no PAMAGL, como Chefe da Divisão de Engenharia.5 Leitor Técnico, serve na AFA, como Chefe da Inspetoria da Divisão de Suprimento e Manutenção, Setor Leste.6 Leitor Técnico, serve no CIAAR, como Chefe da Subseção de Instrução da Divisão de Ensino.http://www.infoescola.com/quimica/gasolina/memoria.d00dz.org/index.cgi/GNV