VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (FINAL)

ALGUMAS PESSOAS PERGUNTAM: POR QUÊ? OUTRAS PERGUNTAM: POR QUE NÃO?

Você certamente já ouviu que o álcool desgasta mais as peças do motor do que a gasolina, que os carros Flex se “acostumam” quando são abastecidos sempre com o mesmo combustível, que alternar entre os combustíveis prejudica o motor, que é preciso zerar o tanque para mudar de combustível, e assim por diante. Se não ouviu, ainda vai ouvir; afinal, se todo mundo só falasse daquilo que realmente entende, o silêncio seria insuportável.

As montadoras afirmam que não há diferenças perceptíveis ou problemas gerados pelo abastecimento com qualquer proporção álcool-gasolina. Para quem usa o veículo em condições normais, o importante é abastecer em postos confiáveis — o difícil é separar o joio do trigo, pois preço elevado não garante boa qualidade, mas isso é outra história —, seguir a regrinha dos 70% e atentar para as especificações referentes à taxa de compressão do motor e às quantidades de torque e potência geradas pelo seu veículo com cada combustível (essas informações constam das especificações técnicas, no manual do proprietário, mas também podem ser obtidas no site do fabricante).

Observação: O tipo do combustível é determinante na definição da taxa de compressão, que é a base para a escolha de outros parâmetros do projeto — como calibração do sistema de injeção, gerenciamento da transmissão e controles eletrônicos e de diagnóstico de falhas, entre outros. 

Motores a gasolina costumam usar taxas de compressão entre 8:1 e 12:1, enquanto os movidos a etanol funcionam melhor com algo entre 12:1 e 14:1 (já os propulsores a Diesel trabalham com taxas ainda mais altas, entre 15:1 e 18:1, mas isso é conversa para uma outra vez). Nas versões Flex, é preciso encontrar um meio termo, mas os fabricantes sempre acabam privilegiando um combustível em detrimento do outro. 

Veículos destinados à exportação costumam apresentar taxas de compressão mais baixas, já que priorizam o uso da gasolina. Nos projetos focados no álcool, a taxa média fica em torno de 13:1. Assim, se a potência gerada for quase a mesma nos dois combustíveis — por exemplo, 144 cv com etanol e 141 com gasolina — e o consumo, bem mais elevado no álcool — 5,5 km/l (E) e 9 km/l (G), também por exemplo —, use gasolina (a menos que a diferença de preço for maior que 30%, o que raramente se verifica na prática). Já se diferença de potência for expressiva — 111 cv com álcool e 104 cv com gasolina, por exemplo — e a do consumo, irrelevante — 7,8 km/l (E) e 8,5 (G), também por exemplo —, abasteça com etanol, ainda que a diferença de preço seja menor que 30%.

Este breve resumo encerra — ou interrompe temporariamente — nossa abordagem sobre álcool, gasolina e sutilezas da mecânica automotiva. Espero que vocês tenham gostado e que minhas dicas lhes tenham sido úteis de alguma maneira. Dúvidas, curiosidades, ponderações, experiências pessoais? Deixem seus comentários.

VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (Parte 15)

DIREITOS HUMANOS SÃO PARA HUMANOS DIREITOS.

Disse alguém que “a corrupção no Brasil é como lenço de papel; a gente puxa um da caixa e vêm uns quatro ou cinco”. Essa frase me veio à memória quando me dei conta de que este é o décimo-quinto capítulo de uma sequência que pensei concluir em três ou quatro, e vejo agora poderia estender por mais outros quinze, já que uma coisa puxa a outra, e aí... Mas o mote deste Blog é “informática, política e outros temas correlacionados”, e há semanas eu não escrevo sobre informática. Tudo bem que os automóveis estão recheados de tecnologia embarcada, o que de certa forma os relaciona com informática... Mas deixemos isso de lado e passemos ao que interessa.

Os veículos Flex vieram para ficar. Ainda que os carros elétricos venham a se tornar comercialmente viáveis no Brasil, certamente não será no mês que vem, nem no ano que vem ou no próximo que isso irá acontecer. Portanto, é provável que o motor à explosão continue firme e forte por mais algumas décadas, e nada indica que os carros movidos exclusivamente à gasolina voltem a dominar o mercado. O que pode ocorrer (e já vem ocorrendo, embora de forma incipiente) é a popularização dos híbridos, mas isso é conversa para uma próxima oportunidade.

Não fosse pelo apetite pantagruélico dos nossos governantes, os benefícios do etanol começariam pelo licenciamento, já que o IPVA dos veículos a álcool é de 3% (contra 4% das versões à gasolina). Até não muito tempo atrás, os Flex eram tributados pela alíquota menor, mas isso mudou quando eles se tornaram maioria. Todavia, como o IPVA é um tributo estadual, a alíquota aplicada em São Paulo pode não ser a mesma que é aplicada no seu Estado).

Do ponto de vista do preço do combustível, abastecer com etanol é mais compensador quando o litro custa 30% menos que o da gasolina. Isso porque um carro Flex que rode 10 km/l com gasolina rodará 7 km/l com álcool, de modo que o preço menor acaba compensando o consumo maior. Demais disso, os veículos Flex tendem a ter melhor desempenho (torque e potência) quando abastecidos com álcool. Em média, a diferença é de 2%, mas pode chegar a 10% em alguns casos específicos (como já foi explicado, os projetistas precisam definir uma razão de compressão “intermediaria” para atender ambos os combustíveis, o que sempre acaba favorecendo um deles). Por outro lado, quem mora em regiões onde o inverno é mais rigoroso deve optar pela gasolina sempre que a temperatura ficar abaixo dos 10º C.

O álcool é um combustível “limpo”.  Primeiro, porque sua queima, se comparada à da gasolina, produz bem menos poluentes — que causam o efeito estufa e acarretam diversos malefícios ao nosso sistema respiratório (o efeito estufa provoca a elevação da temperatura do planeta, propiciando o degelo das calotas polares e, consequentemente, o aumento do nível dos oceanos, além de fenômenos como tufões, furacões e maremotos). Segundo, porque ele tem propriedades solventes, que ajudam a manter os bicos injetores limpos, dispensando os aditivos utilizados na gasolina para essa finalidade. O problema é quando o carro é abastecido com combustível adulterado — no caso do etanol, o mais comum é a adição de água para aumentar o volume, o que, além da perda de rendimento, traz para o tanque compostos como sódio e cloro, que podem gerar resíduos e corrosão no sistema.

O álcool é um combustível renovável e autossustentável. No Brasil — que é o segundo maior produtor de etanol do mundo, atrás somente dos EUA, onde o produto é obtido a partir do milho —, ele é produzido a partir da cana-de-açúcar. Assim, basta replantar a matéria prima para dispor desse biocombustível indefinidamente. Isso sem mencionar que, por ser um vegetal, a cana-de-açúcar faz fotossíntese — processo biológico que, como certamente sabe quem não cabulou as aulas de Ciências no colégio, é realizado através da clorofila presente nas plantas verdes, que, através da energia da luz solar, absorvem água e dióxido de carbono da atmosfera e liberam oxigênio, purificando o ar. Note que as terras cultiváveis no Brasil destinadas ao plantio da cana representam apenas 1% de toda área agricultável; com o dobro dessa área, o país poderia abastecer toda a sua frota de veículos leves com etanol.

Já a gasolina é um subproduto do petróleo, que levou milhares de anos para se formar a partir do acúmulo de material orgânico sob condições específicas de pressão e isolamento em camadas do subsolo de bacias sedimentares. Assim, quando as reservas de petróleo se esgotarem, não haverá mais como produzir gasolina. Claro que isso dificilmente ocorrerá neste século ou no próximo, até porque o consumo mundial de petróleo e derivados vem diminuindo conforme novas alternativas se tornam economicamente viáveis — o carro elétrico é uma delas.

As descobertas gigantes no pré-sal até poderiam trazer a tão sonhada autossuficiência, mas a extração é cara e, para ser compensadora, o preço do barril do petróleo precisaria disparar no mercado internacional. Em tese, os 2,6 milhões de barris extraídos por dia supririam a demanda nacional, mas, na prática, não nos livraremos tão já da importação de petróleo e derivados. Como o óleo brasileiro é “pesado”, as refinarias precisam misturá-lo com óleo leve importado, e ainda que Petrobras exporte o excedente do óleo pesado, os ganhos não cobrem os gastos com a importação.   

Observação: Lula, o PT e seus magos da economia — que quase levaram o país à bancarrota — afirmam que tornaram o Brasil autossuficiente na produção de petróleo, e uma porção de bocós acreditou. Mas isso é uma mentira tão deslavada quanto a de que, durante sua gestão, o criminoso de Garanhuns quitou nossa dívida externa. 

A produção de etanol gera outras fontes de energia. O poder calorífico dos substratos da cana, como o bagaço e a palha, permite produzir vapor que é transformado em energia térmica, mecânica e elétrica — a chamada bioeletricidade, que é utilizada para abastecer as próprias usinas (algumas chegam a quase 100% de auto sustentabilidade) e cujo excedente pode ser vendido ao sistema elétrico brasileiro.

Continua no próximo capítulo.

VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (Parte 14) — SOBREALIMENTAÇÃO (COMPRESSOR E TURBOCOMPRESSOR — CONTINUAÇÃO)

MEDIOCRIDADE ATIVA É UMA MERDA.

Em poucas palavras, a sobrealimentação, principal responsável pelo downsizing dos motores, consiste em forçar a entrada de mais oxigênio na câmara de combustão. Esse efeito pode ser obtido através do aproveitamento dos gases expulsos da câmara no ciclo de descarga (ou seja, usando uma energia que seria desperdiçada) ou “pegando carona” na rotação do virabrequim (através de um sistema de polias e correia que rouba potência do motor para fazer o motor gerar mais potência). Tanto num caso como no outro, propulsores de capacidades cúbicas reduzidas geram mais torque e potência (conforme o ajuste da pressão do compressor, o ganho de potência pode variar de 50% à 300%), consomem menos combustível e poluem menos a atmosfera.

Observação: Ao nível do mar, 23,14% da massa do ar atmosférico é composta de oxigênio. Para conseguirmos mais massa para o mesmo volume de ar, de duas uma: ou reduzimos a temperatura, ou aumentamos a pressão. Reduzir a temperatura de admissão de forma que os ganhos sejam significativos requer um equipamento de grande porte e alto custo. Além disso, temperaturas muito baixas comprometem a vaporização e consequente a homogeneidade da mistura — é isso que acontece com nossos carros nas manhãs frias de inverno, quando o motor demora a “pegar” e engasga até a temperatura normal de funcionamento ser alcançada. Portanto, a solução mais viável é aumentar a pressão, e é aí que entram os compressores. Em linhas gerais, eles comprimem o ar que está sendo admitido e o enviam para os cilindros com maior densidade, permitindo que mais combustível seja injetado e mais potência seja gerada. 

A ideia da sobrealimentação surgiu no século XIX, mas foi somente em 1905 que o suíço Alfred Büchi descreveu o turbo, em sua patente, como “uma máquina reciprocante na qual a energia cinética dos gases de escape moveria um eixo ligado a uma turbina, que serviria como pré-compressor para o ar admitido pelos cilindros” — aliás, uma definição exata de como funcionam os turbocompressores atuais.

Inicialmente, o sistema era usado apenas em motores de grande deslocamento volumétrico, como os de navios, trens e aviões — nestes últimos, além de aumentar a potência, o turbo minimizava os efeitos da rarefação do ar em grandes altitudes. Na indústria automobilística, depois de estrear em motores a diesel de caminhões, essa inovação chegou às pistas quando a Cummins inscreveu nas 500 Milhas de Indianápolis um carro com motor turbodiesel (ele não venceu a prova, mas percorreu todas as 500 milhas sem parar nos pitstops). Nos veículos de passeio, o primeiro modelo “turbinado” foi o Chevrolet Corvair Monza Spyder, cujo flat-6 de 2.4 litros, auxiliado pelo turbocompressor, produzia 151 cv.

Se fôssemos detalhar o funcionamento do compressor mecânico e do turbo, jamais terminaremos esta sequência de postagens. Então, resumindo a história em poucas palavras, o compressor mecânico fornece torque de forma mais linear do que o turbo, além de não estar sujeito ao turbo lag — “atraso” decorrente do tempo que a turbina demora para “encher” e gerar pressão positiva no coletor de admissão, e que pode culminar com um indesejável tranco.

Observação: A última vez que eu ouvi falar em compressor mecânico em veículos nacionais foi quando a Ford lançou o Fiesta 1.0 Supercharger, em 2002, com um compressor mecânico que aumentava sua potência de 65 cv para 95 cv a 6.000 rpm, e o torque, de 8,9 kgfm a 3.650 rpm para 12,6 kgfm a 4.250 rpm. Se na versão aspirada o carrinho demorava 18,2 segundos para ir de 0 a 100 km/h e atingia 150 km/h de velocidade máxima, na Supercharger ele alcançava 100 km/h em 13 segundos e atingia respeitáveis 176 km/h de velocidade máxima. Todavia, devido ao tamanho avantajado do compressor mecânico e o estresse a que o motor era submetido pelo uso de correia e polias levaram a Ford a abandonar o Supercharger. Hoje em dia, esses compressores são usados apenas em motores grandes, como os V8 5.0 e V6 3.0 da Jaguar Land Rover, o V8 6.2 LT4 do Chevrolet Camaro e o V8 5.0 do Mustang Shelby, cujo público alvo prioriza o desempenho sem se preocupar com custo e consumo mais elevados.

Voltando ao downsizing, a combinação da injeção direta com a sobrealimentação permitiu o desenvolvimento de motores mais econômicos e capazes de entregar torque constante a partir de baixíssimas rotações. Nos modelos com turbo nativo (ou seja, instalado “de fábrica”), nem se ouve mais o tradicional “espirro” produzido pela válvula de alívio da pressão quando se tira o pé do acelerador, pois o excesso de ar é redirecionado para o coletor de admissão ou para o filtro de ar. Por outro lado, o indesejável turbo lag, continua presente, razão pela qual algumas montadoras vêm optando pelo turbo elétrico, como é o caso da Audi com o SQ7 e-turbo (foto).

No turbo convencional, o movimento da turbina (caixa quente), que é acionada pelos gases provenientes do coletor de escape do motor, é transferido por um eixo a um compressor (caixa fria), o que aumenta a pressão do ar (ar limpo) que entra no coletor de admissão. O problema é que em baixas rotações o gases são insuficientes para alimentar satisfatoriamente o compressor, e assim se dá o turbo-lag.

No turbo elétrico, em vez da caixa quente acionada pelos gases, um motor elétrico faz funcionar o compressor (independentemente da rotação do motor) que trabalha em conjunto com outros dois turbocompressores convencionais, um de baixa pressão e outro de alta pressão. O primeiro fôlego é dado pelo e-turbo, que atua em regimes de giro baixos e médios. Quando os gases resultantes da explosão da mistura ar-combustível passam a acionar plenamente os turbos convencionais, o e-turbo aproveita fluxo de ar que passa por ele para gerar energia elétrica, aumentando a eficiência do motor de 15% a 20%.

Observação: O e-turbo é um voraz consumidor de energia. Em momentos de pico, ele necessita de até 7 kW (equivalente a 5 secadores de cabelo ligados ao mesmo tempo), potência que, num sistema convencional de 12 V, precisaria de 583 A para ser gerada. Assim, a Audi optou por vincular a turbina a um sistema de 48 V, que gera a mesma potência com apenas 145 A. A energia recuperada pelo e-turbo vai para uma bateria dedicada, mas pode ser aproveitada pelo sistema de 12 V que alimenta o restante do veículo com o auxílio de um conversor.

O deslocamento volumétrico do motor é apenas um dos responsáveis pelo torque e potência que ele produz, e a sobrealimentação é apenas uma das maneiras de se obter esse resultado. Outra opção que merece algumas linhas é a sobrealimentação química, como é o caso do “Nitro”, que é usado para gerar mais em provas de arrancada e de velocidade.

O processo consiste em injetar óxido nitroso (N₂O) na corrente de admissão — quando aquecido a aproximadamente 300°C, o “gás do riso” sofre a dissociação de suas moléculas e libera oxigênio (que representa 36% da sua massa). Somado ao combustível extra injetado, esse aumento de oxigênio faz com que a combustão da mistura comprimida pelo pistão gere mais energia. E como está liquefeito sob pressão dentro de uma garrafa, esse gás muda de estado e sofre uma queda sensível de temperatura ao passar pelo difusor e encontrar uma pressão ambiente muito mais baixa. Com isso, todo o fluxo admitido também sofre resfriamento, e o resultado é um considerável aumento de densidade. E como a densidade está diretamente ligada ao ganho de potência...

Para desespero dos puristas, os enormes V8 de antigamente deram lugar aos V6, e estes vem sendo progressivamente substituídos por propulsores de 4 ou 3 cilindros, com cilindradas de 1000 CC a 1.600 CC, mas com torque e potência de sobra, maior economia de combustível e menor emissão de poluentes.

Dúvidas? Escreva. A sessão de comentários está aí para isso mesmo.

VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (Parte 13) — SOBREALIMENTAÇÃO (COMPRESSOR E TURBOCOMPRESSOR)

SE: UMA ÚNICA PALAVRA DE MIL LETRAS.

Vimos que os “motorzões” de muitos cilindros e capacidades cúbicas entre 5 e 7 litros vêm perdendo espaço para versões menores, que consomem menos combustível e poluem menos nossa já irrespirável atmosfera. O responsável por esse prodígio é o “downsizing” (mais detalhes no post anterior), que resulta em propulsores com menos cilindros e menor capacidade cúbica, mas desempenho semelhante ao de seus “irmãos maiores”.

Torno a lembrar que motores de combustão interna transformam a energia calorífica produzida pela queima da mistura ar/combustível na energia cinética que faz o carro se movimentar. Para isso, o combustível líquido é vaporizado e combinado com certa quantidade de ar. Trocando em miúdos: quanto mais oxigênio entra nos cilindros, mais combustível pode ser queimado, e quanto maior a quantidade dessa mistura dentro da câmara de combustão, mais torque e potência o motor irá gerar. É uma maneira bem primária de resumir essa questão, evidentemente, mas suficiente para o leitor a compreender o princípio que levou à adoção dos turbocompressores e dos compressores mecânicos nos automóveis.

A capacidade cúbica (ou cilindrada, ou deslocamento volumétrico) do motor está diretamente relacionada ao número de cilindros e ao diâmetro e curso dos pistões. Em poucas linhas, ela indica a quantidade de mistura que “enche” a câmara de combustão durante o ciclo de admissão (quando o pistão se desloca de seu ponto morto superior para o inferior). Quanto maior a quantidade de ar sugado pela depressão produzida pelo movimento descendente do êmbolo, mais combustível poderá compor a mistura e, consequentemente, maior será a força resultante de sua queima.

Observação: Quanto maior a pressão que empurra o pistão para baixo, mais torque e potência serão

repassados pelo eixo de manivelas (ou virabrequim), através do volante do motor (*), ao sistema de transmissão, que irá desmultiplicar as rotações e transferi-las para as rodas motrizes. Simples assim. 

À luz dessa breve introdução, fica fácil concluir que a alimentação dos cilindros determina o regime do motor, ou, em outras palavras, quanto maior a quantidade de mistura introduzida nas câmaras, maior a força produzida. O problema é que o volume aspirado é sempre inferior à cilindrada, já que os gases sofrem uma perda de carga e não enchem completamente as câmaras. E é aí que entra a sobrealimentação, que pode ser conseguida com um turbocompressor ou um compressor mecânico. Ambos têm a mesma finalidade, ou seja, pressurizar o ar para o interior dos cilindros. A diferença é a maneira como cada qual faz isso: no turbo, são os gases de escape (provenientes da queima da mistura e liberados no ciclo de descarga) que acionam a turbina, fazendo funcionar o compressor. No sistema mecânico, o compressor, a exemplo do alternador e da bomba d’água, é acionado por uma correia ligada a uma polia (ou seja, aproveita o movimento giratório do virabrequim).

Tanto um sistema quanto o outro têm vantagens e desvantagens, mas isso já é assunto para a próxima postagem.

(*) O volante do motor é um disco metálico pesado (30 kg em média), fixado na extremidade posterior do virabrequim, que funciona como um “reservatório de energia cinética”. Basicamente, ele é responsável por dar início às quatro fases de combustão de um motor do ciclo Otto — quando o motorista dá a partida, a energia da bateria aciona o motor de arranque, que gira o volante; acumular energia cinética para “dar um empurrãozinho a mais” ao giro do motor nas chamadas fases passivas (admissão, compressão e descarga); transmitir torque ao câmbio — ao soltar o pedal da embreagem, o motorista faz com que o disco de fricção seja pressionado pelo platô contra o volante, “pegando carona” no giro do motor e transferindo o movimento rotacional do virabrequim para o câmbio, que o desmultiplica e transmite para as rodas motrizes. Sem a massa do volante, o funcionamento do motor seria irregular, gerando vibrações que seriam transmitidas para o habitáculo, causando desconforto aos ocupantes do veículo (as vibrações não absorvidas pelo volante são amenizadas pelos coxins — peça feita de metal e borracha, sobre a qual o motor é apoiado e preso ao chassis (ou ao monobloco, conforme o caso).