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 tem 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 13ºC. 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 -40ºC.
Estas 2 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 (carb.
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.
