Por que os combustíveis ficaram mais eficientes ao longo do tempo?
Este artigo faz parte do projeto "Combustível Consciente", e foi patrocinado pela Ipiranga Carros elétricos, modelos híbridos, aplicativos de transporte... há uma série de conceitos hoje importantes para a mobilidade urbana que “viraram moda” neste século. Porém, existem certas revoluções tecnológicas que também mudaram para sempre o nosso ir e vir, mas que não são tão aparentes. Estamos falando da eficiência energética, ou seja, do modo como os veículos hoje conseguem andar mais (e melhor) sem precisar de um volume maior de gasolina ou diesel. De acordo com dados da Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA), a eficiência de combustíveis (calculada em "milhas por galão") aumentou 35,4% entre 2002 e 2022, em uma comparação dos veículos lançados nesses anos. Ainda segundo a EPA, se olharmos ainda mais para trás, de 1980 até 2022, o aumento da eficiência foi de 33%. No Brasil, a experiência do motorista hoje é muito diferente de, digamos, 30 anos atrás. “Na década de 90, era frequente enfrentar falhas na partida a frio — especialmente em veículos movidos a álcool — além de engasgos durante o período de aquecimento do motor. Atualmente, tecnologias que eliminam o reservatório de gasolina para partida, aliadas à injeção eletrônica moderna, garantem uma partida imediata e uma marcha lenta estável sob qualquer condição climática”, afirma o Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás (IBP). “No que diz respeito ao desempenho, o cenário também mudou drasticamente. Nos anos 1990, o uso de combustíveis com baixa octanagem ou sistemas mecânicos, como os carburadores, resultava em perda de potência e maior consumo de combustível. Hoje, os motores são muito mais eficientes, entregando mais potência com um volume menor de combustível, graças à maior massa específica e à octanagem superior das gasolinas modernas”, resume o comunicado. Como tudo isso aconteceu? A resposta é simples: uma boa dose de tecnologia embutida. Veja a seguir os principais fatores que levaram a essa mudança. 1) Carros mais leves, mais aerodinâmicos e com pneus mais rolantes A física explica: um carro mais pesado possui maior inércia, portanto requer mais energia para ser movido. De acordo com um estudo da Universidade de Boston, um carro pesava em média 1,84 tonelada em 1975, ao passo que, em 2021, pesava 1,63 tonelada. Os carros SUV (conhecidos como crossovers) também tiveram leve queda no período: de 1,81 tonelada em 1975 para 1,73 tonelada em 2021. Vale dizer, porém, que a frota total ficou mais pesada no geral porque, mesmo com os carros de passeio ficando mais leves, as picapes, as vans e as caminhonetes SUV registraram aumento de peso e cresceram em número no mesmo período. Atualmente, entre o consumidor urbano, existe uma tendência de transição dos carros leves para esses veículos, algo que não pode ser ignorado ao pensar em estratégias de diminuição de emissões, por exemplo. O principal motivo para essa diminuição de peso é o uso de materiais mais leves, como alumínio, aços de alta resistência, magnésio, titânio e compósitos (fibra de vidro e fibra de carbono, por exemplo). Outra razão para os veículos ficarem mais eficientes é a aerodinâmica: de acordo com pesquisas, o arrasto aerodinâmico é responsável por até 50% da perda total de energia em veículos que viajam a velocidades acima de 80 km/h. Existe uma medida numérica da eficiência aerodinâmica de um veículo, chamada coeficiente de arrasto (Cd), que permite quantificar essa resistência. Na década de 1920, o Cd médio era de 0,8 e, na década de 1960, era de 0,5 (quanto menor o número, melhor o desempenho aerodinâmico). Hoje, os carros de passeio modernos geralmente têm um Cd entre 0,25 e 0,35. Pesquisas mostram que uma redução de 10% no coeficiente de arrasto pode levar a uma melhoria de 5 a 7% na eficiência de combustível, principalmente durante a condução em alta velocidade. Por fim, é preciso falar dos pneus: neste século, as montadoras passaram a adotar mais os chamados pneus verdes, que empregam novos materiais e trazem modificações na estrutura interna e no desenho da banda de rodagem. Esses pneus, apesar de mais caros, têm menor resistência ao rolamento e exigem menos força do motor, podendo contribuir em uma redução de até 4% no consumo de combustível. 2) Injeção eletrônica Durante quase todo o século 20, os motores a gasolina usavam carburador e, no final, injeção no coletor (“port fuel injection”, PFI). Nos dois casos, o combustível era misturado ao ar antes de entrar no cilindro. Isso gerava uma série de problemas, como uma maior suscetibilidade a falhas. Isso mudou com a chegada da injeção eletrônica e da injeção direta de combustível, dois sistemas complementares. A injeção eletrônica é o cérebro: um computador (ECU) que decide quanto, quando e por quanto tempo o combustível é injetado, substituindo os antigos acionadores mecânicos. “No Brasil, a injeção eletrônica foi o pilar fundamental para a modernização e veio acompanhada de um conjunto de evoluções impulsionadas pelo Proconve (Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores)”, afirma um porta-voz do IBP. O Proconve surgiu em 1986 com o objetivo de fomentar o desenvolvimento tecnológico e diminuir as emissões de poluentes pelos veículos automotores. “O desenvolvimento da injeção eletrônica no Brasil na década de 1980 foi um marco para o setor automotivo, assim como o sistema Flex Fuel, no início dos anos 2000, que permitiu ao motor reconhecer e adaptar-se automaticamente a qualquer mistura de gasolina e etanol. Os veículos ficaram mais robustos devido ao uso de tecnologia eletrônica mais sofisticada, catalisadores mais eficientes e sensores de oxigênio que reduzem poluentes como CO, HC e NOx”, explica o pronunciamento. 3) Injeção direta Se a injeção eletrônica é o cérebro, a injeção direta (GDI) é o músculo. Ou, mais especificamente, a arquitetura de motor onde o combustível é pulverizado direto dentro do cilindro, como já acontecia nos motores a diesel (que não têm vela). Nesse sistema, o ar entra sozinho e a gasolina só entra na hora, na quantidade e no lugar exatos, sem perdas. O maior truque que essa tecnologia permite é a mistura estratificada. Basicamente, o sistema cria uma nuvem rica em combustível só perto da vela, enquanto o resto do cilindro fica quase só com ar. Dessa forma, é necessário muito menos combustível para realizar o mesmo trabalho. De quebra, essa precisão permite que os motores sejam menores. 4) Turbocompressores Os turbocompressores são peças que ventilam ar para os cilindros do motor — ao contrário de um motor comum, onde o ar entra “empurrado” pela pressão atmosférica. Isso proporciona dois benefícios imediatos. Primeiro, mais ar no cilindro permite queimar mais combustível, gerando maior potência. Segundo, os pistões têm menos trabalho a fazer para puxar a mistura ar-combustível para dentro da câmara de combustão. Dessa forma, há mais eficiência no consumo de combustível. Mas a grande vantagem é que, com o auxílio do turbocompressor, é possível ter motores menores (na indústria, isso é chamado de “downsizing”), o que ajuda na eficiência. 5) Eficiência térmica nos motores Existe uma medida chamada eficiência térmica de frenagem (ETF) que mede a fração da energia química do combustível que é convertida em potência mecânica útil no eixo do motor. Quanto maior a ETF, mais eficiente o veículo. Nos carros a gasolina, a ETF média é de cerca de 30–36%. Ela tem melhorado ao longo dos anos: motores de veículos de passeio que, nos anos 1970, ficavam tipicamente na faixa de 20–25%, hoje costumam chegar a mais de 30%. E essa métrica pode ficar ainda melhor no futuro: estudos mostram que a ETF máxima pode alcançar 45% por meio da otimização de técnicas já estabelecidas, e até 50% por meio da integração de diversas tecnologias. Entram nessa lista as trocas gasosas avançadas (por exemplo, os ciclos Atkinson), modos de combustão avançados (como a técnica de combustão em baixa temperatura), gerenciamento térmico e energético avançado (recuperação de calor dos gases de escape), baixo atrito e outros. 6) Controle variável de válvulas Controle variável de válvulas é um sistema que permite ajustar o tempo de abertura/fechamento das válvulas conforme a necessidade de operação. O objetivo aqui é eficiência: para obter o máximo aproveitamento do motor, as válvulas devem abrir e fechar dependendo das rotações por minuto em que ele está girando, e isso só é possível com uma distribuição variável. 7) Tecnologia de start-stop Em muitas situações, o carro fica parado com o motor ligado: semáforos, engarrafamentos, filas de drive-thru, etc. Isso, obviamente, acaba favorecendo o desperdício de combustível. É por isso que o start-stop é comum em praticamente todos os carros novos atualmente. Essa tecnologia desliga o motor quando o veículo está parado, religando-o imediatamente quando o motorista aciona a embreagem para voltar a dirigir. Pesquisas indicam que isso melhora a economia de combustível entre 5% e 7%. 8) Aumento do uso de biocombustíveis, como o etanol Em busca de melhorar as emissões de gases poluentes e de efeito estufa geradas pelo transporte, vários países estabeleceram normas que exigem a mistura de etanol com a gasolina e biodiesel com o diesel. No Brasil, por exemplo, a gasolina precisa conter de 22% a 27% de etanol anidro obrigatório — número que pode crescer para 30% em breve. Uma das vantagens do etanol é que ele aumenta a octanagem da mistura. “As propriedades físicas do etanol proporcionam benefícios importantes quando adicionado à gasolina. O etanol possui tanto uma octanagem mais alta quanto um calor de vaporização mais elevado do que a gasolina comum”, afirma este artigo científico. E no diesel? “A crescente mistura de biodiesel ao diesel fóssil, atualmente, em 15%, demandou mudanças composicionais nesse biocombustível, entre as quais se destacam a redução dos monoglicerídeos (um dos principais contaminantes) para o percentual máximo de 0,50, a redução do teor de água para o máximo de 200 mg/kg e o aumento da estabilidade à oxidação a 110 °C para 13 horas”, conta o IBP. 9) Refinamento químico cada vez mais preciso dos combustíveis Ao longo das últimas décadas, gasolina e diesel passaram por uma limpeza química profunda e uma reformulação estrutural, o que contribuiu muito para o aumento na eficiência. Foram reduzidos compostos como enxofre, olefinas reativas, metais e certos aromáticos (como benzeno) — todos eles interferem na chama e promovem reações que “roubam” energia da combustão principal. Para completar, sua diminuição também faz com que o carro emita menos gases poluentes. Ao mesmo tempo, aumentou nos combustíveis a parcela de hidrocarbonetos “bons”, como as isoparafinas e os alcanos ramificados. Esses compostos evaporam de forma mais uniforme e liberam mais energia útil por ciclo de combustão. Segundo o Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás (IBP), as mudanças tanto nos veículos a diesel como nos veículos gasolina foi bastante profunda. “No Ciclo Diesel, a introdução do Diesel S10, com máximo de 10 mg/kg de enxofre, em substituição ao S500, foi crucial para proteger os sistemas de pós-tratamento de gases, como filtros de partículas e catalisadores, permitindo que motores modernos operem com menores emissões de material particulado e óxidos de nitrogênio NOx”, explica a instituição, em comunicado. “No Ciclo Otto, a gasolina teve aumento da octanagem, elevando o RON para o mínimo de 94 e a massa específica da gasolina A para 688,9 kg/m³ a 20 °C, além da redução do teor de enxofre para até 50 mg/kg, considerado ultrabaixo”. Segundo o IBP, há inúmeros benefícios para a sociedade. “Esses avanços vêm ao encontro das novas tecnologias de motores, permitem que operem com maior taxa de compressão, melhor desempenho sem danos mecânicos e maior preservação da eficiência dos catalisadores, diminuindo significativamente a emissão de poluentes”, resume.