Poluição dos carros. Imagem: Evgeny Tchebotarev on Unsplash
Os primeiros motores surgiram no século XVIII. Eles eram movidos a combustão externa, com a utilização de lenha – as famosas máquinas a vapor. No século XIX, apareceram os primeiros motores a combustão interna, nos quais o combustível é queimado dentro do próprio motor. Os motores de combustão interna apresentam vantagem sobre as máquinas a vapor pela sua versatilidade, eficiência e possibilidade de adaptação a diversos tipos de máquinas. Ainda assim, eles são os grandes responsáveis pela produção da poluição dos carros.
Os motores a combustão interna começaram a ser estudados e aperfeiçoados, sendo utilizados hoje em larga escala nos meios de transporte – aviões, carros, caminhos e outros veículos automotivos, navios, etc. Com o crescimento de sua utilização, surgiu a preocupação com problemas inerentes aos motores, como a emissão de gases que geram poluição do ar e causam problemas de saúde na população.
Com o passar dos anos, os motores a combustão interna têm sofrido melhorias, poluindo cada vez menos do que seus antecessores. Essas melhoras se devem, principalmente, a medidas como: a substituição dos carburadores, que faziam uma alimentação mecânica da mistura ar/combustível nos motores, para o sistema de injeção eletrônica, que gasta menos combustível e cria misturas mais ideais; a criação dos conversores catalíticos (ou catalisadores), que convertem parte dos gases gerados na combustão em gases não tóxicos antes de emiti-los pelo escapamento do veículo, entre outras medidas. Porém, o aumento da frota de veículos e a concentração da população em centros urbanos são fatores que mantêm o problema da poluição dos carros no ar – literalmente.
Para entender como se formam gases poluentes em veículos é importante aprender como ocorre o funcionamento do motor. A maior parte dos carros tem os chamados motores a quatro tempos: admissão, compressão, expansão-explosão e descarga. O vídeo traz uma animação bem explicativa sobre o funcionamento dos motores a gasolina e a diesel.
Resumindo, o que o motor do carro faz é combinar ar da atmosfera (com alta concentração de oxigênio) com combustível. Essa mistura gera uma reação química exotérmica (com liberação de calor) que provoca a expansão dos gases na câmara de combustão, pressionando o pistão, que desce gerando um movimento rotativo no motor – transformando assim calor em trabalho – e os gases resultantes da combustão são eliminados através da abertura da válvula de descarga – está aí a poluição dos carros.
Para a combustão ocorrer é necessário que haja três elementos:
A completa ocorre quando existe oxigênio suficiente para consumir todo o combustível. Para compostos feitos de carbono e hidrogênio (hidrocarbonetos), os produtos da combustão completa são: dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e energia. A combustão completa é a ideal, por ter maior aproveitamento do combustível, porém gera como resultado da reação dióxido de carbono, que, apesar de não ser um gás tóxico – apenas se vazado em grandes quantidades em ambientes fechados, o que o torna asfixiante – é um conhecido gás de efeito estufa.
Já a combustão incompleta, quando não há oxigênio suficiente para consumir todo o combustível, gera poluição dos carros. Ela pode ter como produto monóxido de carbono (CO), carbono elementar (C) – a fuligem (fumaça escura, formada de minúsculas partículas sólidas de carvão) – aldeídos e materiais particulados.
Está presente também na composição dos combustíveis, porém em menor quantidade, nitrogênio e enxofre, que quando sofrem o processo de combustão formam compostos tóxicos como dióxido de enxofre (SO2), sulfeto de hidrogênio (H2S) e óxidos de nitrogênio (NOx). A formação dos óxidos de nitrogênio é um processo difícil de controlar, já que, além de presente no combustível, o nitrogênio também está presente no ar – na forma de nitrogênio gasoso (N2) – que nas altas temperaturas da câmara de combustão pode sofrer reação com o oxigênio.
Os gases que formam a poluição dos carros, gerados nos motores a combustão interna, podem causar diversos problemas à saúde humana e ao meio ambiente. Os óxidos SO2 e o NOx afetam o sistema respiratório e causam a chuva ácida, o CO reduz a capacidade de transporte de oxigênio no sangue e os materiais particulados causam alergias respiratórias e são vetores (carregam) de outros poluentes (metais pesados, compostos orgânicos cancerígenos).
Quando há grande emissão de poluição nas cidades ainda existem fenômenos naturais, como a inversão térmica, que piora o cenário da poluição, pois dificulta a dispersão desses gases e mantém a população exposta a eles por um período mais prolongado.
Em 2002, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) divulgou um relatório no qual alertava para os riscos da exposição prolongada aos vapores do óleo diesel. Segundo o relatório, a inalação, em longo prazo, desses materiais particulados, do enxofre e óxidos de nitrogênio, pode causar câncer em seres humanos. Em 2013, a Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (Iarc) concluiu que, efetivamente, emissões de motores a diesel causam câncer de pulmão, e provavelmente também de bexiga. Em Londres já houve até um caso de morte causada pela poluição dos carros no ar.
O funcionamento dos motores a gasolina e a diesel é similar, como explicado anteriormente. A principal diferença entre esses motores é que, no motor a gasolina, o que entra na câmara de combustão é uma mistura de ar e combustível, e a ignição (partida/início da combustão) desse motor ocorre a partir de uma faísca fornecida pela vela de ignição. Já no motor a diesel, inicialmente é inserido apenas ar na câmara de combustão, que em seguida é comprimido pelo pistão e a ignição se dá a partir da injeção do diesel nesse ar em alta pressão.
A gasolina é um combustível altamente explosivo (como mostrado no vídeo), o que garante ao carro uma alta potência com resposta rápida em rotação. O motor a diesel tem uma queima de combustível mais lenta e contínua, “empurrando” o pistão para baixo de maneira mais duradoura e oferecendo maior torque (esforço de rotação), com rotações mais lentas. Isso o deixa mais forte e, portanto, mais adequado para ser utilizado em meios de transporte com grandes cargas. Essa vantagem também dá ao motor a diesel a característica de ser mais duradouro, pois causa um menor impacto nas manivelas (virabrequim) do motor.
No motor a diesel, a injeção do combustível acontece durante o processo de combustão espontânea convencional, onde o diesel é injetado em um ar que está fortemente comprimido. Isso resulta no aumento abrupto da temperatura, atingindo níveis que propiciam a formação de NOx e contribuem no processo de pirólise (reação de análise ou decomposição que ocorre pela ação de altas temperaturas), onde é gerado material particulado. Esse combustível é menos volátil. Por ser injetado diretamente no ar comprimido (onde já se inicia a combustão), sua mistura acaba sendo menos homogênea do que a que ocorre na gasolina. A falta de excesso de ar na mistura que está reagindo provoca uma combustão incompleta, emitindo fuligem, monóxido de carbono (CO), e hidrocarbonetos (HC). Por esses fatores, os motores a diesel, em relação aos a gasolina, costumam emitir sete vezes mais poluentes na atmosfera em termos de emissões de materiais particulados. Já a gasolina emite porcentagens maiores de dióxido de carbono (CO2).
O motor flex é o motor que funciona com mais de um tipo de combustível. No Brasil, o veículo de combustível flexível mais comum é o que utiliza gasolina e etanol.
O motor desses automóveis flex é um só. Para fazer com que ele funcione tanto com gasolina quanto com etanol, ele tem algumas variáveis que interferem em seu funcionamento. Podemos citar entre essas variáveis a razão estequiométrica do motor (mistura ar/combustível), que varia com a característica do combustível, com maior ou menor poder calorífero, o que faz variar também o consumo do combustível pelo motor. O veículo de combustível flexível tem um sensor que detecta a mistura do combustível inserido no tanque e ajusta a injeção de acordo com a mistura.
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