sábado, 13 de outubro de 2007

Como funciona a gasolina


Como funciona a gasolinapor Marshall Brain - traduzido por HowStuffWorks Brasil
Introdução
No mundo industrializado, a gasolina é um fluido vital. Ela é tão vital para a economia como o sangue é para uma pessoa. Os Estados Unidos sozinhos consomem quase 500 bilhões de litros de gasolina por ano!
O que a gasolina tem que a torna tão importante? Neste artigo, você vai aprender exatamente o que é a gasolina e de onde ela vem.
O que é a gasolina?
A gasolina é conhecida como um hidrocarboneto alifático. Em outras palavras, ela é feita de moléculas compostas por nada mais que hidrogênio e carbonos dispostos em cadeias. As moléculas de gasolina têm de 7 a 11 carbonos em cada cadeia. Aqui estão algumas configurações comuns:
H H H H H H H

H-C-C-C-C-C-C-C-H Heptano

H H H H H H H



H H H H H H H H

H-C-C-C-C-C-C-C-C-H Octano

H H H H H H H H



H H H H H H H H H

H-C-C-C-C-C-C-C-C-C-H Nonano

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H-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-H Decano

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Moléculas encontradas na gasolina
Quando se queima gasolina sob condições ideais, com abundância de oxigênio, obtém-se dióxido de carbono (dos átomos de carbono da gasolina), água (dos átomos de hidrogênio) e muito calor. Um galão de gasolina (aproximadamente 4 litros) contém cerca de 132x106 joules de energia, o que equivale a 125 mil BTU ou 36,650 watt-hora:
· se você pegasse um aquecedor de ambiente de 1500 watts e o deixasse ligado a pleno vapor por 24 horas, esta seria mais ou menos a quantidade de calor existente em 4 litros de gasolina;
· se fosse possível para os seres humanos digerir gasolina, 4 litros conteriam cerca de 31 mil calorias. A energia de 4 litros de gasolina é equivalente à energia de cerca de 110 hambúrgueres do McDonalds!
De onde vem a gasolina?
A gasolina é feita de óleo bruto. O óleo bruto bombeado do solo é um líquido negro chamado de petróleo. Este líquido contém hidrocarbonetos e seus átomos de carbono ligam-se em cadeias de diferentes comprimentos.
Acontece que as moléculas de hidrocarbonetos de diferentes comprimentos têm propriedades e comportamentos diferentes. Por exemplo, uma cadeia com apenas um átomo (CH4) é a mais leve, conhecida como metano. O metano é um gás tão leve que flutua como o hélio. À medida em que as cadeias ficam maiores, elas ficam mais pesadas.
As primeiras quatro cadeias, CH4 (metano), C2H6 (etano), C3H8 (propano) e C4H10 (butano), são todas gases e fervem a -107, -67, -43 e -18°C, respectivamente. As cadeias com até C18H32 são todas líquidas em temperatura ambiente e as cadeias acima de C19, todas sólidas.
Os diferentes comprimentos das cadeias têm pontos de ebulição progressivamente mais altos e podem ser separadas por destilação. Isto é o que acontece em uma refinaria de petróleo: o óleo cru é aquecido e as diferentes cadeias são extraídas por meio de suas temperaturas de vaporização. Veja Como funciona o refino de petróleo para mais detalhes.
As cadeias do intervalo C5, C6 e C7 são todas líquidas, muito leves e evaporam facilmente: são as naftas. Ela são usadas como solventes: fluidos para limpeza a seco podem ser produzidos a partir destes líquidos, como também os solventes para tintas e outros produtos de secagem rápida.
As cadeias de C7H16 até C11H24 são misturadas e usadas para fazer gasolina. Todas elas evaporam a temperaturas abaixo do ponto de ebulição da água. É por isso que a gasolina evapora tão rápido quando é derramada no chão.
O próximo é o querosene, no intervalo C12 até a série C15, seguido pelo óleo diesel e óleos combustíveis mais pesados.
Depois vêm os óleos lubrificantes. Estes óleos não evaporam em temperaturas normais. Por exemplo, o óleo para motor consegue circular o dia todo a 120°C sem evaporar. Os óleos vão desde o mais leve (como o óleo 3 em 1) e passam por várias espessuras de óleo de motor até chegar aos muito grossos e às graxas semi-sólidas. A vaselina encaixa-se aí também.
As cadeias acima do intervalo C20 formam sólidos, começando com a cera de parafina, breu e finalmente betume asfáltico, usado para asfaltar estradas.
Todas estas substâncias diferentes vêm do petróleo bruto. A única diferença é o comprimento das cadeias de carbono.
O que é octana?
Se você já leu Como funcionam os motores de carros, sabe que quase todos eles são equipados com motores à gasolina de quatro tempos. Um destes tempos é o tempo de compressão, no qual o motor comprime um cilindro cheio de ar e gasolina em um volume muito menor, antes de dar a ignição através da vela de ignição. A quantidade de compressão é chamada de taxa de compressão do motor. Um motor típico deve ter uma taxa de compressão de 8 para 1. Consulte Como funcionam os motores de carros para mais detalhes.
O índice de octanas da gasolina mostra quanto o combustível pode ser comprimido antes de entrar espontaneamente em ignição. Quando a gasolina entra em ignição por compressão e não pela faísca da vela de ignição, ocorre a detonação no motor. A detonação pode danificar um motor e isto você não quer que aconteça. A gasolina com menor proporção de octanas (como a gasolina "comum" de 87 octanas) suporta uma quantidade menor de compressão antes de entrar em ignição.
A taxa de compressão do motor determina a proporção de octanas da gasolina que você deve usar em seu carro. Uma maneira de aumentar a potência de um motor de uma determinada cilindrada é aumentar sua taxa de compressão. Portanto, um "motor de alto desempenho" possui uma maior taxa de compressão e requer um combustível com maior proporção de octanas. A vantagem de uma alta taxa de compressão é que seu motor ganha uma maior proporção de potência em hp para um determinado peso do motor e é isto que faz dele um motor de "alto desempenho". A desvantagem é que a gasolina para o seu motor é mais cara.
O nome "octana" tem origem no seguinte: quando você leva petróleo bruto para uma refinaria para ser "craqueado", você acaba obtendo cadeias de hidrocarboneto de diferentes comprimentos. Estes diferentes comprimentos de cadeias podem ser separados uns dos outros e misturados para formar diferentes tipos de combustível. Por exemplo, metano, propano e butano são todos hidrocarbonetos. O metano possui somente um átomo de carbono. O propano possui três átomos de carbono interligados. O butano possui quatro átomos de carbono interligados. O pentano possui cinco, o hexano possui seis, o heptano possui sete e o octano possui oito átomos de carbono interligados.
Acontece que o heptano aceita pouca compressão. Basta um pouquinho de compressão para ele entrar em ignição espontaneamente. O octano aceita muito bem a compressão e você pode comprimi-lo bastante sem que nada aconteça. A gasolina com 87 octanas contém 87% de octano e 13% de heptano (ou alguma outra combinação de combustíveis que apresente o mesmo rendimento que a combinação 87/13 de octano/heptano). A ignição ocorre espontaneamente nesta gasolina em um determinado nível de compressão e ela só pode ser usada em motores que não ultrapassem essa taxa.
Os aditivos da gasolina
Durante a Primeira Guerra Mundial, descobriu-se que é possível adicionar uma substância química chamada chumbo tetraetila (TEC) à gasolina e aumentar de maneira significativa o índice de octanas, acima da combinação octano/heptano. Categorias mais baratas de gasolina poderiam ser usadas adicionando o chumbo tetraetila. Isso levou à difusão do uso da gasolina com "etila" ou "com chumbo". Infelizmente, as conseqüências da adição de chumbo à gasolina são:
· o chumbo entope e inutiliza o catalisador em minutos;
· a Terra se reveste por uma fina camada de chumbo, que é tóxica para muitos seres vivos (inclusive humanos).
Quando o chumbo foi proibido, a gasolina ficou mais cara porque as refinarias não podiam aumentar os índices de octanas das categorias mais baratas. Aviões usam gasolina com chumbo e índices de octanas de 115 são comumente usados em motores a pistão de altíssimo desempenho de aviões (a propósito, aviões a jato queimam querosene).
Um outro aditivo comum é o MTBE. MTBE é o acrônimo para éter metil-butil terciário, uma molécula razoavelmente simples que é criada a partir do metanol. Clique aqui para ver a estrutura química do MTBE.
O MTBE passou a ser adicionado à gasolina por dois motivos:
1. ele potencializa a octanagem;
2. ele é um aditivo oxigenado, ou seja, acrescenta oxigênio à reação durante a queima. Por definição, um aditivo oxigenado reduz a quantidade de hidrocarbonetos e monóxido de carbono não queimados no escapamento.
O MTBE começou a ser adicionado à gasolina amplamente depois que a Lei do Ar Limpo, de 1990, entrou em vigor. A gasolina contém de 10 a 15% de MTBE.
O principal problema com o MTBE é que ele é considerado cancerígeno e mistura-se com a água facilmente. Se ocorrer um vazamento de gasolina com MTBE de um tanque subterrâneo em um posto, ela pode entrar em contato com a água de lençóis freáticos e contaminar os poços. É claro que o MTBE não é a única substância a entrar em contato com a água freática no caso de vazamento. O mesmo ocorre com a gasolina e com uma série de outros aditivos da gasolina mas, nos últimos anos, o MTBE ganhou destaque.
De acordo com esta página na EPA (site em inglês):
"Embora não haja uma regulamentação estabelecida sobre a água potável, a USEPA (Agência de Proteção Ambiental dos EUA) publicou uma recomendação quanto à água potável de 20 a 40 microgramas por litro (µg/L) com base nos limites de sabor e odor. A concentração dessa recomendação tem como objetivo fornecer uma ampla margem de segurança quanto aos efeitos não-cancerígenos, além de respeitar os limites normalmente aceitos para efeitos cancerígenos potenciais".
A substância que tem mais chances de substituir o MTBE na gasolina é o etanol (álcool normal). Ele é um pouco mais caro que o MTBE, mas não é uma ameaça de câncer.
Os problemas com a gasolina
A gasolina apresenta dois problemas quando queimada nos motores dos carros. O primeiro problema tem a ver com a névoa seca e o ozônio nas grandes cidades. O segundo problema tem a ver com o carbono e os gases do efeito estufa.
Ao queimar gasolina, os carros deveriam fazer isto de forma perfeita e não criar nada além de dióxido de carbono e água no cano de escapamento. Infelizmente, o motor de combustão interna não é perfeito. No processo da queima de gasolina, ele também produz:
· monóxido de carbono, um gás venenoso
· óxido de nitrogênio, a fonte principal da névoa seca
· hidrocarbonetos não queimados, a fonte principal de ozônio urbano
Catalisadores eliminam boa parte desta poluição, mas também não são perfeitos. A poluição do ar vinda dos carros e das usinas de energia é um problema real nas grandes cidades.
O carbono também é um problema. Quando queimado, ele se transforma em uma grande quantidade de gás dióxido de carbono. A gasolina é principalmente carbono em peso, então um litro de gasolina deve liberar 0,7 kg de carbono na atmosfera. OS EUA lançam aproximadamente 1 bilhão de quilos de carbono na atmosfera todos os dias.
Se fosse carbono sólido, seria extremamente perceptível, pois seria como lançar um saco de 2,27 quilos de açúcar para fora da janela do carro para cada 3,785 litros de gasolina queimada. Mas como os 2,27 quilos de carbono saem como um gás invisível (dióxido de carbono), a maioria de nós não tem consciência disso. O dióxido de carbono que sai do escapamento de cada carro é um gás causador do efeito estufa. Os efeitos finais são desconhecidos, mas há a forte possibilidade de haver mudanças de clima extremas que afetarão a todos no planeta (por exemplo, os níveis dos mares podem aumentar, inundando ou destruindo cidades costeiras). Por essa razão, há esforços crescentes para substituir a gasolina pelo hidrogênio.
Leia Como funciona a economia de hidrogênio para mais detalhes.
Mais informações
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Mais links interessantes (em inglês)
· EPA (Agência de Proteção Ambiental Norte-Americana): gasolina reformulada
· Perguntas mais freqüentes sobre a gasolina
· Vigilância do preço da gasolina
· Página da Comissão de Energia de Gasolina da Califórnia

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