Combustíveis

Em física do automóvel, vimos que o motor a explosão que movimenta os carros é uma máquina térmica, ou seja, transforma calor em trabalho e obedece às equações da física que descrevem como os gases aumentam sua pressão e se expandem quando aquecidos.

A mecânica é a ciência do movimento e o ramo da física que explica como pressões e volumes de gases fazem os veículos andarem. Mas, o princípio de todo este processo é entendido através da química, uma vez que toda produção de trabalho requer o fornecimento de uma quantidade de energia no mínimo igual ao trabalhogerado.

Os fenômenos que tornam o automóvel uma máquina viável acontecem no pequeno mundo das moléculas.

Combustíveis

No sentido tradicional, combustíveis são materiais que emitem calor ao reagirem com o oxigênio, num processo de combustão. Esta propriedade permite que uma quantidade de massa de um combustível desempenhe o papel de reservatório de energia, capaz de armazená-la em sua estrutura química até o momento de ser usada.

A quantidade de energia, sob a forma de calor, que um combustível pode fornecer quando queimado completamente chama-se poder calorífico. No caso do automóvel, os combustíveis mais comuns são a gasolina e o álcool, cujos poderes caloríficos típicos são, respectivamente, 9600 e 6100 kcal/kg.

O poder calorífico da gasolina é superior ao do álcool, portanto, carros movidos a etanol apresentam maior consumo de combustível, em comparação aos que utilizam o derivado de petróleo, estando ambos em condições idênticas de desempenho mecânico.

Poder de explosão

Além do poder calorífico, outra propriedade importante dos combustíveis é a maneira como eles explodem, ou suas características de detonação.

Para funcionar satisfatoriamente, não basta o motor a explosão ser alimentado por um combustível capaz de explodir. É indispensável que a explosão ocorra de um modo regular, no tempo e no modo projetado, para provocar o aproveitamento esperado das pressões internas, sem produzir ondas de choque que possam danificar os mecanismos.

Para garantir esta regularidade, a gasolina é aditivada com substâncias antidetonantes, que funcionam como retardadores químicos da explosão e garantem que esta só aconteça no momento certo do ciclo.

Por muito tempo, o antidetonante mais usado foi o chumbo tetraetila, um composto altamente nocivo à saúde e ao meio ambiente. Hoje, no Brasil, determinadas quantidades de álcool são adicionadas à gasolina, exercendo a função antidetonante em substituição aos compostos de chumbo.

Estequiometria

Para que a queima do combustível ocorra dentro dos padrões técnicos do ciclo e a expansão dos gases produza a pressão e o trabalho desejados, é necessário que a massa de combustível injetada no motor seja misturada a uma quantidade de ar. Forma-se assim a mistura combustível-ar, cuja dosagem é feita pela injeção eletrônica ou pelo carburador.

A gasolina é uma mistura de vários hidrocarbonetos, que, na média típica, pode ser representada por C8H18.

Assim, a estequiometria da combustão completa da gasolina é definida na equação:

•

Seguindo o mesmo princípio, a combustão completa do etanol segue a equação abaixo (desconsiderada a fração de água que o caracteriza como hidratado):

•