Combustíveis automotivos: Etanol Hidratado e Etanol Anidro


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Crédito foto: Barra1

Um pouco de história

A utilização do etanol na história automobilística segue paralela a utilização da gasolina, porém o etanol, foi pouco utilizado como combustível, mas bastante utilizando como agente antidetonante para a gasolina. Do fim do século 19 até o fim da primeira guerra os álcoois(etanol incluso) se tornaram produtos indispensáveis para utilização eficiente da gasolina, visto que naquela época era apenas provenientes de destilação direta do petróleo e possuíam baixa octanagem. Mesmo assim, o primeiro motor de combustão interna do ciclo otto a ser patenteado em 1861, utilizava etanol como combustível devido ao custo do etanol ser inferior ao da gasolina.

Crédito foto: Newsroom

Crédito foto: Newsroom

Com a expansão da industrialização, crescimento na produção de gasolina e a ilusão de que as reservas de petróleo durariam um período indeterminadamente longo, a produção de etanol era voltada para utilização como aditivos antidetonantes e reservas emergenciais de combustível. Estas reservas visavam reduzir as importações de petróleo e foram bastante uteis para alguns países durante a segunda guerra mundial.
Finalmente, após o fim da segunda guerra o preço do petróleo baixou novamente, e a produção de etanol foi abandonada em muitos países por cerca de 28 anos. O retorno do etanol se deu após colapso no preço do barril de petróleo em 1973 que catapultou de US$ 2,91 para US$ 12,45. Foi com esse aumento de preço e de pressão de órgãos não governamentais contra a emissão de poluentes que fez a industria automotiva e petrolífera buscar soluções para reduzir o consumo de combustível e emissão de poluentes. O preço do barril de petróleo ainda pioraria em 1979, subindo para US$ 88,00.

Etanol no Brasil:

A história do automóvel no Brasil também teve participação do etanol antes do que muitos imaginam. Muito antes de se tornar um produtor, no começo do século XX, o Brasil importava gasolina para abastecer a pequena frota nacional, há registros de que veículos oficiais em alguns estados eram abastecidos com etanol, além disso na década de vinte, veículos movidos com uma mistura de 75% de etanol e 25% de éter já eram realidade.

Fiat 147 1978, no ano seguinte este compacto teria opção de motor a etanol. Crédito foto: wikipedia

Fiat 147 1978, no ano seguinte este compacto teria opção de motor a etanol.
Crédito foto: wikipedia

Na década seguinte o Brasil teve sua produção de etanol responsável por 7% do consumo nacional de combustível, e a partir daí registrou certo crescimento até o ano do colapso no preço do barril de petróleo em 1973. O impacto da crise foi mundial, e mesmo com a descoberta de petróleo na Bacia de Campos(RJ) em 1974 ainda levaria tempo para que se começasse realmente a produzir petróleo. O que realmente aliviou a economicamente a crise no Brasil foi a criação do Proálcool em 1975, que em sua primeira fase(1975-1979) destinou-se a produção de álcool etílico anidro para misturar a gasolina. A porcentagem de mistura foi de 20% de álcool etílico anidro em 1980. Além disso também foram implementados incentivos fiscais para produção de veículos movidos somente a etanol hidratado, e em Julho de 1979 a Fiat lançava o Fiat 147 movido a etanol. Mais de vinte anos depois a Volkswagen lançava o Gol 1.6 Total Flex, dando início a tecnologia flex, na o qual o motor funciona ora com gasolina, ora com etanol ou com a mistura dos dois em qualquer proporção.

Composição:

Crédito foto: wikimedia commons

Crédito foto: wikimedia commons

O etanol possui fórmula química C2H5OH, e no Brasil, para combustíveis automotivos, são utilizados dois tipos de etanol. Um é o etanol anidro, que é utilizado para ser misturado com a gasolina em um teor de 22%, seu teor alcoólico permanece entre 91,1° e 93,3° e possui adição de água em 0,4%v(em volume).
O outro é o etanol hidratado que é utilizado como combustível para motores flex ou somente a etanol, possui baixo poder calorífico(5952Kcal/kg) se comparado a gasolina(10500Kcal/kg) e alta temperatura de vaporização, 78,2 C, também possui adição de água, com o teor mínimo de 4,9%v, seu teor alcoólico é de 95°.

Propriedades:

Crédito foto: veja3.abril

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O etanol apresenta propriedades semelhantes as da gasolina, entretanto, possui suas particularidades:

Índice de octano – IO(Octanagem):

Crédito fotos: mechanicalinventions.blogspot

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Quando se fala de etanol não se fala em octanagem, mas mesmo que de forma controversa, o etanol possui também seu índice de octano. Na gasolina o IO é determinado através de um ensaio em um motor CFR capaz de variar sua taxa de compressão. A gasolina a ser avaliada é ensaiada e tem seu resultados comparados ao n-heptano e o iso-octano. Acontece que esse ensaio para o etanol não apresenta resultados confiáveis de RON pois simplesmente os valores de taxa de compressão superam o valor máximo de RON, que é 100. Além disso, o etanol possui elevado calor latente de vaporização e gera a necessidade de elevar o calor fornecido a mistura ar/combustível(etanol), ou seja, aumento de temperatura da mistura acima do normal para o teste RON.
No entanto, embora os valores de IO para o etanol não sejam confiáveis, pode-se obter com mais facilidade e confiabilidade a octanagem gerada é misturas de gasolina com etanol. É a chamada octanagem de mistura, e é realizada comparando os valores de RON e MON obtidos com um mistura de gasolina e etanol com uma gasolina de referência. Misturas de gasolina com etanol na proporção de 5 a 20% podem ter índices RON e MON de 120 a 130 e 98 a 103 respectivamente.

Solubilidade:

Crédito foto: ambienteenergia.com.br

Crédito foto: ambienteenergia.com.br

Tanto o etanol anidro quanto o etanol hidratado utilizam misturas com determinada porcentagem de água. No entanto essa mistura possui um limite com relação ao teor de água, e elas diferem para o tipo de etanol utilizado.
Para o etanol hidratado esse teor de água é maior, pois embora possa haver um teor de água significativo, os motores admitem um certo nível de “contaminação” do etanol com água. A água reforça o poder antidetonante do etanol, mas por outro lado prejudica as emissões de poluentes. Por isso o teor de água no etanol hidratado nacional gira em torno de 7,4%.
No etanol anidro, o teor de água é severamente reduzido, visto que este álcool irá ser misturado a gasolina que já é uma mistura de hidrocarbonetos. Tendo em vista que o teor de etanol anidro na gasolina é de 22%, e que para 10% de etanol anidro misturado a gasolina, devemos ter(na mistura gasolina-álcool) apenas 0,5% de água, esse teor de água na gasolina pode ser prejudicial ao motor se for muito elevado, resultando na separação do combustível e água oxigenada, esta por sua vez se precipita no fundo tanque. A tolerância da gasolina à água depende da temperatura, do teor de compostos aromáticos, parafínicos, teor de água e de etanol no combustível. A partir de determinada temperatura, a mistura fica impura, então a água oxigenada se precipita no fundo do tanque.

Pressão de Vapor:

Crédito foto: Is1tech.com

Crédito foto: Is1tech.com

Visto que a pressão de vapor em álcoois é baixa, e temperatura de ebulição é alta(ambas em relação a gasolina), temos que para um motor funcionar apenas a etanol hidratado devem ser realizadas algumas modificações para evitar problemas.
Quando falamos de misturas de gasolina e etanol anidro, temos a situação inversa, uma elevação da pressão de vapor no sistema de alimentação e notável diferença na curva de destilação do combustível, devido a diferença de volatilidade entre a gasolina e o etanol. Esse aumento de pressão de vapor pode causar problemas de tamponamento(vapour lock) nos dutos de alimentação do veículo em motores carburados. Problema este, que não ocorre em motores com injeção eletrônica, pois o sistema de alimentação já trabalha com um pressão acima da pressão de vapor do combustível.

Efeitos no motor:
A utilização de etanol, seja misturado na gasolina ou puro, nos motores de combustão interna gerou necessidade de mudanças em diversos aspectos dos motores. Da admissão até o escapamento foram realizadas mudanças que visaram adequar motores que originalmente queimavam gasolina.
Primeiramente, os condutos e galerias por onde o combustível passa tiveram de sofrer modificações, pois o etanol atacava a borracha das mangueiras e partes metálicas dos antigos tanques de combustível, que mesmo protegido com eletrodeposição de zinco eram atacados pelo etanol. Atualmente se utiliza mangueiras de PVC para o sistema de alimentação, e tanques feitos em material plástico(poliacetal).

Quando ainda utilizavam carburadores, os motores ao ter como combustível o etanol ou a gasolina com etanol precisaram ter diversos componentes modificados. O carburador por exemplo, teve que sofrer alterações na boia da cuba e nos furos calibrados. Crédito foto: equipsol

Quando ainda utilizavam carburadores, os motores ao ter como combustível o etanol ou a gasolina com etanol precisaram ter diversos componentes modificados. O carburador por exemplo, teve que sofrer alterações na boia da cuba e nos furos calibrados.
Crédito foto: equipsol

Com poder calorífico inferior ao da gasolina, o etanol quando misturado a gasolina resulta em uma gasolina também com poder calorífico reduzido, portanto há uma redução na potência e no torque em cerca de 5% para uma mistura de 25% etanol na gasolina. Mesmo assim para uma mesma potência útil, conseguiu-se obter uma redução no consumo em relação a gasolina pura.

Com a modificação no uso da gasolina, parte do etanol se condensava nas paredes do coletor, foram necessários  desenvolver dispositivos para conter esse problema. Crédito foto: autorecycleonline

Com a modificação no uso da gasolina, parte do etanol se condensava nas paredes do coletor, foram necessários desenvolver dispositivos para conter esse problema.
Crédito foto: autorecycleonline

A adição de etanol também dificultou a partida a frio mesmo estando com gasolina, pois a alta temperatura de vaporização do etanol faz com que o etanol ao passar em alta velocidade pelo coletor se condensar nas paredes do mesmo, pois exigia uma temperatura muito elevada(77°C) para evaporar, enquanto a gasolina evapora em um temperatura levemente maior que a ambiente. Ou seja, o etanol retira calor do coletor de admissão, se condensa e empobrece a mistura. Justificado a partir disto o motivo de coletores aquecidos pelo fluído de arrefecimento ou dispositivos elétricos, e sistema atuais como o tanquinho de gasolina para injeção no coletor de admissão, e pré aquecimento do combustível antes do funcionamento do veículo.Além disso, em dias quentes pode ocorrer a formação de bolhas de vapor(vapour lock) dentro do sistema de alimentação e impedir o funcionamento do motor.

Com o desuso do CTE, as válvulas precisaram de um desenvolvimento especial para lidar com o novo ambiente de contato com o etanol. Crédito foto: caranddriver.com

Com o desuso do CTE, as válvulas precisaram de um desenvolvimento especial para lidar com o novo ambiente de contato com o etanol.
Crédito foto: caranddriver.com

Como o etanol passou a substituir o chumbotetraetila como agente antidetonante, perdeu-se a o poder lubrificante dado por este, com isso a câmara de combustão passou a queimar uma mistura mais “seca” e as válvulas precisaram de um novo composto, no caso steelite, um material de alta dureza que passou a ser utilizado nas válvulas e em suas sedes. Mesmo assim o etanol cumpriu o seu papel antidetonante apresentando resultados como maior taxa de compressão, redução de 7% no consumo de combustível em relação ao mesmo motor com gasolina pura e aumento em 9% na potência, ou seja, o rendimento global do motor aumentou. Outro fator para o aumento da octanagem da gasolina misturada com etanol, é que o aumento de octanagem proporcionado pelo etanol é maior quando a octanagem da gasolina é menor, o que para nós brasileiros é vantajoso, visto que a gasolina nacional tem uma das menores octanagens do mundo.
Por ser, de certa forma, um combustível mais limpo em termos de emissões, a adição de etanol à gasolina reduziu também a poluição de sua queima. Uma gasolina com 20% de etanol anidro emite 61% menos CO.


Acadêmico de Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Ceará (UFC), Técnico em mecânica automotiva pelo Senai-CE e IFCE, certificado Six Sigma Green Belt. Profissional dedicado a área automobilística, com 8 anos de experiência no mercado automotivo, do setor de peças a qualidade em montadoras. Atualmente participa do projeto de extensão Siara Baja da Universidade Federal do Ceará.

  • João Mario Cottas

    Anderson Dias, ótimo e bastante instrutivo esse artigo técnico. Eu sempre fui um absoluto defensor da produção de etanol no Brasil e no mundo, além de tb ser totalmente a favor das misturas de etanol nas gasolinas, devido à suas múltiplas vantagens técnicas. E a meu ver, quem mais saiu ganhando dos benefícios do etanol adicionado nas nossas gasolinas foi a própria Petrobrás que assim, viu a octanagem das suas gasolinas comercializadas ser aumentada com o etanol e com isso ela nem precisou melhorar ainda mais a octanagem da gasolina pura produzida em suas refinarias, barateando assim o custo de sua produção.
    Mas a política adotada no Brasil não é séria e nem confiável pq já que os combustíveis aqui no brasil são controlados e produzidos pelo governo federal, ele deveria proteger o nosso etanol assim como tb vender os nossos combustíveis a preços mais acessíveis e assim, reduzir as exageradas margens de lucro do governo federal sobre os combustíveis comercializados aqui !

    Valeu colega, abraço !

  • Vejo uma pá de gente querendo tirar o alcool da gasolina por isso ou aquilo, mas ninguem procura ver o lado positivo. Os que pensam assim a maioria nao sabem nem que o alcool esta ali na gasolina para subir sua octanagem, tem vários vídeos no Youtube ensinando a remover o alcool da gasolina e os desavisados acham isso uma boa coisa a se fazer e tão fazendo. Hoje nossos veículos vendidos são em sua grande maioria veículos flexíveis que se dão melhor com mais alcool do que com gasolina no ponto de vista de detonação, mas mesmo assim tem gente reclamando do aumento pra 27% de alcool com um carro flex na garagem com taxa de compresão acima 12 e tanto pra 1. É feio um motor desses, exemplo do VHC da GM ou EA 111 VHT ou Fire 1.0, 1.4, rodando somente na gasolina! Não tem sensor de detonação que aguente, pode atrasar o ponto o que for q esses motores batem demais, chega a ser ridículo o o tanto que esses motores detonam. Chegam a 100.000km já com folgas internas…

  • Outra coisa, a matéria fala de separação da água presente no alcool quando esse está misturado na gasolina. Isso dificilmente acontece com qualquer mistura de alcool hidratado. Isso já foi previsto e estudado na época da criação do motor flex e só em condições muito específicas que isso ocorre. Além disso li que nossa gasolina já conta com uma composição tal que dificulta esse acontecimento. Eu mesmo fiz um teste, misturando 50% de alcool hidratado com 50% de gasolina, totalizando aí 77% de alcool (27% ja presente na gasolina) e deixei repousando por dias e dias dentro de uma garrafa transparente e não vi separação alguma! Se assim fosse não poderiamos misturar alcool e gasolina no tanque dos carros flex, teriamos que esvaziar o tanque pra trocar de combustível e fabricante nenhum menciona essa necessidade, mas ainda assim há literaturas e pessoas dizendo que não se deve misturar alcool hidratado com gasolina, mas isso é bobagem na maioria das situações.

  • Plinio Sergio Brandão Mota

    Bom dia !

    Trabalho na Industria Quimica e compro Álcool 92, 8 INPM para revenda , este Álcool pode ser utllizado para abastecer meu carro que é Flex

  • BOA TARDE!
    GOSTARIA DE SABER SE É PREJUDICIAL AO MOTOR ABASTECER O VEÍCULO FLEX COM O ÁLCOOL ANIDRO QUE É PURO?

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