Carro Flex no Brasil - algumas "teorias" tiveram de passar de verdades a lendas

O carro flex surgiu no Brasil como uma espécie de cartada para salvar o Pro álcool,  programa governamental criado em 1975 que instituía a oferta de álcool combustível em substituição a gasolina.

Desde o início, o Pro álcool envolveu vários setores produtivos. À indústria automobilística nacional coube a adequação dos motores ao novo combustível. O resultado inicial foi o carro movido exclusivamente a álcool. Assim, a utilização do novo combustível passava  pela escolha compulsória do modelo na hora da compra do carro novo ou pela alternativa de submeter o carro usado a uma cara e nem sempre compensadora conversão.

 Após explosivo sucesso o programa entrou em declínio por falta de credibilidade junto ao consumidor. Os principais motivos da descrença eram variações constantes do preço e características do álcool até a falta desse combustível nas bombas. Filas em postos e o risco de ficar com o carro parado faziam do carro a álcool um verdadeiro pesadelo para seus donos. Também não foram poucos os casos de danos nos motores devido a combustíveis fora de especificação. O complemento da oferta pelas importações de álcool de uva transformava os carros a álcool em verdadeiros gambás mecânicos com seu odor insuportável. Já a mistura com metanol resultou em vários casos de intoxicação com registro de mortes e cegueira devido a ingestão das chamadas "peruas" preparadas, inadvertidamente, com o álcool batizado comprado nas bombas de postos de abastecimento automotivo.

Nesse contexto, a aposta no carro flex foi bem sucedida, este logo ganhou a preferência do consumidor que viu como grande vantagem a liberdade plena na escolha entre os dois tipos de combustível, incluindo mistura, na hora de abastecer. Tornou-se quase unanimidade, mas tecnicamente deixa muitas dúvidas e levanta polêmicas quanto a sua eficiência. Muitos reclamam do consumo mais alto em relação aos automóveis projetados para o uso de apenas um dos dois combustíveis.  Isso sem entrar no julgamento da instituição do Pro álcool que é tido por muitos como um programa de concepção torpe e prejudicial à nação. Isolamento tecnológico e a concorrência com a produção  de alimentos são as principais reclamações.

Mas, o que traz o carro flex ao foco deste blog é o fato de seu lançamento ter mostrado que lendas  e mitos não nascem só no meio leigo. Pois bem, logo de cara, o carro flex obrigou aos engenheiros e especialistas ligados ao meio automobilístico reverterem totalmente a unânime afirmação que preconizavam, de que não se podia misturar álcool hidratado e gasolina no tanque do carro. Uma "verdade" estabelecida que teve que ser oficializada como lenda.

Também a  expectativa criada para o novo carro de que graças a maior taxa de compressão do motor, seria mais econômico que o carro a gasolina, quando abastecido com o mesmo combustível,. não se confirmou. Até hoje a afirmação dos usuários é de que o resultado é justamente o contrário. Vejamos um pouco desse embrolho mais de perto.

A LENDA DA MISTURA DE ÁLCOOL HIDRATADO E GASOLINA

Antes do advento do carro flex, as autoridades na área de engenharia automobilística desaconselhavam fortemente a utilização de mistura gasolina e álcool hidratado argumentando inclusive o risco de "calço hidráulico" que poderia ocorrer a partir da dissociação, no tanque do carro, da água contida no álcool, devido a mistura ser instável, motivo pelo qual o álcool adicionado à gasolina distribuída às redes de postos de abastecimento automotivo sempre foi o anidro que praticamente não contém água em sua composição.  A autoria dessa argumentação a elevava a uma categoria de verdade absoluta e conseguia inibir os automobilistas mais esclarecidos tecnicamente de se valerem da famosa "rabo de galo" para economizar uns trocados ou deixar o carro mais esperto.

Mas, principalmente entre os menos informados, o vislumbre das vantagens citadas dava força para se arriscarem na desobediência. Em tempo de álcool barato, a mistura acontecia nos tanques de carro a gasolina e buscava reduzir os gastos com combustível. Já nos tanques dos carros a gasolina a intenção era melhor desempenho e ou economia. Nas praças de táxis era comum se ouvir discussões sobre qual o melhor percentual da mistura e suas vantagens.

Verdade é que com o anúncio do carro flex os usuários que acreditavam na argumentação ficaram, no mínimo, indignados. Muitos se sentiram enganados, traídos. Principalmente aqueles que repassavam estas recomendações como proibição. A resposta oficial foi de que as pesquisas demonstraram que tal dissociação realmente ocorre, mas apenas quando houver longo período de repouso e em temperaturas na ordem de 10º C ou menos. Probabilidade relativamente remota em se tratando de um carro no Brasil. Conclusão bastante convincente e bem recebida. Doloroso foi saber que fomos enganados tanto tempo pela proibição do "rabo de galo". O consolo é que haviam outras razões para se evitar a mistura e de afinal de contas verdades científicas são mutáveis.

 A POLÊMICA DO CONSUMO

O consumo dos motores flex em relação aos mono combustíveis não parece ter uma resposta conclusiva.  Até onde sabemos, não houve nenhuma revista especializada que tenha feito amplos testes comparativos entre versões flex e a gasolina do mesmo modelo (saudades das nossas antigas revistas automotivas que investiam pesadamente em instrumentos de medição e testavam realmente a fundo os modelos avaliados).

A revista Quatro Rodas comparou os dois modelos de Civic entre si. Longe de ser conclusivo - pela superficialidade que a revista adotou há aproximadamente duas décadas, deixando o rigor técnico dos testes e avaliações de lado e se tornando uma publicação especializada em amenidades automobilísticas e de títulos em trocadilhos - o comparativo mostrou consumo quase idênticos na média geral, tendo o flex obtido ligeira vantagem no consumo urbano e perdendo também por pequena diferença no consumo de estrada.

Do lado dos usuários, o que se ouve são reclamações de consumo mais elevado do carro flex em relação ao a gasolina, mas, são queixas fundadas na própria percepção comparativa de utilização em tempos diferentes, sem considerar fatores como mudança do fluxo no trânsito, perda do poder calorífico da gasolina devido o aumento da percentagem oficial de álcool anidro na mistura e  outros tantos. Mas, não se pode negar que existia uma expectativa não confirmada de consumo comparativamente melhor que os carros a gasolina quando no uso deste combustível e menor com o uso de álcool comparado aos engenhos alcoólatras. A segunda se mostrou verdadeira. A primeira parece ter sido desfeita, a maioria das opiniões é de que os motores flex consomem bem mais gasolina que os feitos especificamente para este combustível. A premissa nasceu a partir dos números apresentados para a taxa de compressão dos novos motores. Em geral os carros flex têm taxa de compressão mais elevada que os motores feitos exclusivamente para consumo de gasolina e menor que os motores movidos a álcool.

TAXA DE COMPRESSÃO E RENDIMENTO TÉRMICO

A expectativa de um melhor consumo comparativo do carro flex em relação ao a gasolina não partiu dos  responsáveis pela concepção do mesmo, mas, ao que parece pela imprensa especializada.  A motivação surgiu com o anúncio das taxas de compressão utilizadas, maiores que as encontradas comumente nos motores a gasolina similares. A conclusão na época foi de que o rendimento obviamente seria melhor. Pois quando se fala de rendimento térmico dos motores de combustão interna, a taxa de compressão é um dos fatores de destaque no seu incremento. A priori, quanto maior a taxa de compressão maior deve ser o rendimento.

O que podemos afirmar é que a premissa de que o aumento da taxa de compressão em um motor trará maior rendimento térmico é frágil e se baseia numa visão simplista e imediata do conhecimento estabelecido. A maior taxa de compressão é fator, sim, para a obtenção de um melhor rendimento térmico, mas nem sempre o aumento de tal relação é sinônimo de melhoria deste. O que garante incremento no rendimento térmico é o aumento da pressão no momento da ignição. Quanto maior o valor de pressão no momento de ignição maior o rendimento térmico do motor,  o que significa melhor consumo e desempenho. Mas, na prática  há imposição de um limite para a elevação desse valor, que depende intrinsecamente das  características do combustível, que é o fenômeno da detonação. A detonação pode danificar um motor em pouco tempo de funcionamento.

Apesar de os motores do ciclo Otto também serem conhecidos como motores a explosão, a rigor esse termo não é muito apropriado. Pois, no seu funcionamento normal, ainda que a combustão ocorra em um tempo bastante curto, ela é algo progressivo onde há uma propagação da chama a partir do ponto de ignição que é a vela. Isso garante relativa suavidade no funcionamento e durabilidade de todo o mecanismo.

Já na detonação a queima ocorre quase que simultaneamente em toda a mistura comprimida logo após o início da inflamação da centelha como resposta ao incremento da pressão na câmara de combustão sem que haja  tempo para propagação da chama. Algo mais próximo da visão empírica que temos de explosão. Esse fenômeno provoca uma súbita elevação de pressão, gerando uma onda de choque tão forte que sua ocorrência pode ser percebida facilmente pelo ruído estridente que provoca, é a popular batida de pino. A batida de pino pode provocar inúmeros danos ao motor sendo o mais comum os furos nos pistões, quebras de anéis e empenos ou rachaduras no cabeçote. Além disso a detonação traz perda de rendimento do motor. Por esses motivos a detonação é um fenômeno indesejado e que deve ser evitado vigilantemente.

Como colocado anteriormente, um valor maior da taxa de compressão abre a possibilidade de melhor rendimento, mas não o garante por si só. A questão majoritária desse desvio de relação é que o ponto de ignição, momento da deflagração da centelha, é que determina o início da combustão. Assim, a  pressão de combustão também será determinada pela posição do pistão no momento da ignição.

Sem considerar outras variáveis, a distância, em deslocamento, do ponto de ignição em relação ao "Ponto Morto Superior" do pistão, também é um fator determinante da pressão efetiva do momento de combustão. Aliás, uma forma de evitar detonação num motor é atrasar seu ponto de ignição de modo que a combustão ocorra após o PMS do pistão, tornando possível que a combustão se dê em condições de pressão equivalentes a que aconteceria no PMS de um motor com menor taxa de compressão.

O SUCESSO E MATURIDADE DO CARRO FLEX LEVOU QUASE UM SÉCULO PARA SE CONCRETIZAR - A GRANDE VIRADA VEIO COM A ELETRÔNICA EMBARCADA

Ford Modelo T e seu criador - primeiro carro flex da história

Um motor de ciclo Otto pode consumir uma grande variedade de combustíveis passando por gás natural, biogás, gás pobre, etanol, metanol, gasolina e outros tantos. Mas, cada tipo de combustível exigirá uma sintonia de pelo menos três parâmetros importantes para funcionar a contento e ou com eficiência aceitável, são eles: Relação da mistura ar-combustível; Curva do ponto de ignição; Taxa de compressão.

A  idéia de construir um carro que possa consumir álcool ou gasolina não é recente. O primeira oferta de carro flex produzido em série ao que consta foi o Ford T no início do século passado. A idéia de Henry Ford era permitir aos fazendeiros produzirem seu próprio combustível e ao mesmo tempo poderem continuar utilizando gasolina quando necessário.  Para isso a Ford desenvolveu uma versão com carburador ajustável manualmente.
Mesmo requerendo intervenção a cada mudança de combustível ou variação da proporção da mistura entre álcool ou gasolina, o mecanismo variador trazia flexibilidade do parâmetro mais crítico da sintonia entre o motor Otto e o tipo de combustível consumido, que é a relação ar-combustível.

Quanto ao ponto de ignição, a versão flex do modelo T dispensava qualquer alteração na linha de produção para o modelo de dieta flexivel,  pois o versão  original do carro já trazia de série mecanismos de ajustes de avanço. Aliás, desde os primórdios do automóvel, os motores de combustão são dotados de sistemas de correção do ponto de ignição, algo muito importante para otimização do consumo e desempenho do motor.

Mesmo num motor mono combustível, a variação do ponto de ignição se faz necessária em função das variações de velocidade e do regime de carga a que um motor de automóvel está submetido em uso normal. Os primeiros mecanismos eram manuais e exigiam muita sensibilidade do motorista. Como curiosidade, no Ford modelo T a alavanca de ajustes de ignição disposta no volante do lado oposto a outra alavanca que funcionava como acelerador rendeu ao modelo o codinome de "Ford de Bigodes".
A possibilidade do motorista ajustar o ponto de ignição com o carro em marcha a qualquer momento, certamente era um facilitador na tarefa de fazer o Ford T conseguir desenvoltura na dieta flexível. Por outro lado, tal operação exigia muita sensibilidade e perícia do condutor, um empecilho na popularização da versão precursora do carro flex.

Com a evolução da indústria automobilística, assim como da de motocicletas, os mecanismos centrífugos e a vácuo substituíram os sistemas manuais com alavancas, automatizando a tarefa de ajuste de ponto de ignição e tornando os automóveis mais fáceis de serem conduzidos. O mecanismo centrífugo passou a ser o responsável pelo avanço do ponto de ignição em função do aumento de velocidade do motor. Maior velocidade requer maior avanço. A razão disso é que a combustão requer um tempo regular para se completar, assim com o motor em giro, a centelha deve ocorrer antes do pistão atingir seu PMS para que nesta posição do pistão, ou pouco depois, os gases já estejam totalmente inflamados. Quanto mais rápido o motor gira mais antecipada deve ser a centelha. Esse tipo de mecanismo tornou-se item indispensável nos motores Otto automotivos por conta da extensa gama de velocidades e carga com que opera.

O outro tipo de dispositivo de otimização do ponto de ignição funciona a partir depressão criada por conta do estrangulamento da borboleta em aberturas parciais. Esse sistema de controle de potência, presente nos motores Otto, atua limitando o enchimento dos cilindros pela obstrução controlada. Com  menor quantidade da mistura ar-combustível na câmara de combustão a velocidade de propagação da chama também é menor, o que requer maior avanço para um se alcançar melhores rendimentos. Em geral, a atuação do mecanismo de avanço a vácuo só se faz em cargas parciais e seu efeito se soma ao do mecanismo centrifugo, é tido como um refinamento e nem sempre sua presença era  considerada no projeto dos motores.

Com a popularização da eletrônica embarcada nos automóveis, os mecanismos de otimização do ponto de ignição passaram a ser implementados por sensores, microcomputadores e softwares, alcançando patamares de eficiência e flexibilidade bem mais elevados e, melhor, dispensando ajustes e manutenção. A eletrônica embarcada também trouxe quase infinitas possibilidades de auto-ajuste dinâmico do ponto de ignição com custos relativamente baixos. Essa mesma facilidade também foi estendida ao sistema de alimentação,onde a injeção eletrônica substituiu o carburador. Os sistemas de ignição e injeção poderiam ir bem além do auto-ajuste em função da carga e velocidade do motor, podiam agora se ajustar ao tipo ou características do combustível, em marcha. Estava aberto o caminho para a concepção do carro flex.

ACERTO NAS CONTAS - NEM TANTO Á GASOLINA NEM TANTO AO ÁLCOOL

A aplicação da eletrônica nos sistemas de ignição e alimentação dos motores Otto abriu a possibilidade de que este viesse a ter uma dieta bastante variada e com funcionamento bastante otimizado, a ponto de não se justificar mais versões especificas para álcool e para gasolina quando houvesse oferta dividida para os dois combustíveis.

A capacidade de se auto ajustar a um ou a outro combustível  só não contemplou uma característica que diferencia os motores feitos especificamente para um dos dois combustíveis: a taxa de compressão. Nos motores a álcool a taxa de compressão pode ser bem mais elevada que o a gasolina graças as suas características antidetonantes. Com isso os motores a álcool conseguem ter rendimento térmico bem melhor que os motores a gasolina, compensando em parte o menor poder calorífico desse combustível em relação a gasolina. Apesar de almejados há bastante tempo, motores com compressão variável nunca foram concebidos com sucesso devido a complicações construtivas. Desde o Ford modelo T flexível até nossos carros flex atuais a taxa de compressão é um parâmetro fixo com a valor atado as características construtivas do motor.

Sem contar com mecanismos de ajustes dinâmicos da taxa de compressão, cabia aos engenheiros projetistas  definir qual a taxa de compressão a ser utilizada nos motores do carro flex. Optar por utilizar a taxa de compressão com valores idênticos ao dos motores a gasolina seria nivelar por baixo o rendimento. O resultado seria um motor com rendimento otimizado para uso de gasolina, mas de rendimento bem inferior comparado ao motor a álcool quando utilizasse o combustível vegetal. Utilizar valores de compressão a níveis do motor a álcool seria possível utilizando o artifício de atrasar consideravelmente o ponto de ignição para evitar a detonação quando o combustível fosse a gasolina. Mas, isso agravaria diretamente a perda do ciclo Otto, caracterizada pelo não aproveitamento total do trabalho de expansão dos gases. Isso se dá pelo fato do deslocamento da fase de admissão ser o mesmo da fase de expansão, assim os gases são expulsos quando ainda poderiam produzir força útil. Essa perda é tão significativa que surgiu uma variação do ciclo Otto que contempla o deslocamento do ciclo de expansão com curso maior que o de admissão, o ciclo Atkinson. Esse ciclo só não de popularizou o suficiente para desbancar o ciclo Otto porque impõe redução da potência específica como contrapartida, mas os resultados  na economia de combustível são incontestáveis. Tanto que o  Ford Fusion Hibrido, que obviamente prioriza a economia de combustível,  utiliza o ciclo Atkinson em seu motor de combustão.

O artifício de atrasar o ponto de ignição atua de forma inversa ao do ciclo Atkinson, pois efetivamente diminui o deslocamento útil da fase de expansão. O efeito obviamente é a redução do rendimento com reflexos inevitáveis no consumo e desempenho. Uma das soluções para minimizar essas perdas foi  a inclusão do sensor de detonação, que apesar de não ser exclusivo de motores de carros flex, passou a ter presença obrigatória. Esse sensor garante a possibilidade dos sistemas trabalharem no limite da otimização do ponto de ignição, com faixas de segurança bastante estreitas, sem o risco de que alguma falha de previsão do sistema venha a permitir o fenômeno da detonação aconteça por períodos consideráveis, o que certamente comprometeria a vida útil do motor. Com esse refinamento, a solução adotada para o carro flex pela maioria dos fabricantes foi a intermediária:  taxa de compressão mais alta que os motores a gasolina e mais baixa que os motores a álcool, garantindo rendimento para ambos combustíveis apenas ligeiramente menores que o dos carros com motores específicos.

MELHORIAS AGUARDADAS COM  A CHEGADA DO TERCEIRO SISTEMA DE VARIAÇÃO

Se  regularidade de funcionamento e a durabilidade do motor foram garantidas com o uso dos sistemas embarcados, ainda se ficou devendo alguma coisa quando o assunto é o consumo, alvo de críticas de muitos usuários dos carros flex, principalmente quando da utilização do etanol. Tecnicamente, a diferença pode ser creditada a falta de um motor com da taxa de compressão variável. Se a falta de atendimento desse terceiro fator for realmente "o calcanhar de Aquiles" do carro flex, qualquer desvantagem em consumo ele que  tenha em relação aos carros mono combustíveis  podem estar com os dias contados. Segundo promete a  MCE-5 Development, em poucos anos teremos motores de compressão variável viáveis, suficientemente competitivos e que elevarão o rendimento térmico dos motores Otto a patamares superiores aos dos motores diesel atuais. A capacidade de ajustar a taxa de compressão  em marcha rapidamente e a qualquer momento sob comando eletrônico, também  garantirá rendimentos otimizados seja qual for o combustível, de forma transparente. Tudo que o motor do carro flex precisa para se tornar a opção mais racional em termos de motores Otto automotivos e silenciar a maioria dos críticos da solução carro flex nacional.

A busca de um motor com compressão variável funcional sempre foi muito exercitada. As vantagens vislumbradas são inúmeras, com destaque para elevação considerável do rendimento térmico global e adaptabilidade às características do combustível. A sueca Saab investiu pesadamente no desenvolvimento de um motor com essa característica. O empreendimento foi bastante divulgado e criou muita expectativa no meio automobilístico. Mas, para tristeza de todos que ansiavam pela sua produção, o motor da Saab ficou pelo caminho bem antes do fabricante entrar em crise.

A MCE-5 partiu de um novo e surpreendente invento de um jovem técnico francês autodidata, Vianney Rabhi, e deixa a impressão de ser bastante robusto e confiável em comparação as propostas anteriores. Outro diferencial do motor francês é que deixou o confinamento dos laboratórios e já ganhou as ruas. Vários automóveis de linha, de diversas marcas europeias, receberam unidades desse motor e rodaram milhares de quilômetros em testes severos, segundo informações em vídeos, textos e fotos acessíveis na internet. Ao se conferir essas informações no site da empresa, resultante de um consórcio de investidores, é difícil não ficar entusiasmado. Confirmando-se a viabilidade e confiabilidade técnica do invento, a grande interrogação será quanto ao custo construtivo que esse motor terá, ou seja o preço que teremos que pagar para tê-los em nossos carros. Vale a pena pegar uma carona nos vídeo abaixo, disponível no YouTube.

Vídeo institucional sobre o motor com sistema de compressão variável da MCE-5 

CRÉDITOS

Fontes das imagens:

Foto de abertura: no site da R7 Notícias em http://noticias.r7.com/economia/noticias/saiba-quando-e-hora-de-escolher-alcool-ou-gasolina-20110731.html

Foto de Henry Ford ao lado do seu Modelo T: no site Ford Inside News  em http://www.fordinsidenews.com/forums/album.php?albumid=71&attachmentid=2313

Vídeo coorporativo do motor MCE-5, no site da MCE-5 em http://www.mce-5.com/

Texto: Romulo Rostand - romulorostand@gmail.com