Os engenheiros Arthur Zanetti e Marcos Camerini, Engenheiro Mecânico, formado em 1977 pela Escola Politécnica, obtiveram registro de patente internacional para o equipamento, desenvolvido em conjunto, de Pré-Vaporização de Álcool para Motores, MAPV. Segundo os engenheiros o processo consiste na pré-vaporização do álcool, etanol ou metanol, antes de ser feita a mistura combustível para a queima dentro do cilindro. O resultado, conforme observam os projetistas, se reflete em ganhos de rendimento e desempenho, redução de consumo de combustível e também nos índices de emissões. De acordo com Marcos Camerini, engenheiro que trabalhou na General Motors do Brasil nos anos 70 e 80 e que foi um dos responsáveis pelo desenvolvimento da motorização dos primeiros modelos do Chevrolet Monza, o sistema de pré-vaporização baseia-se no princípio de que uma mistura de gases queima de maneira muito mais eficiente do que uma mistura bi-fase, de líquido-gás convencional. “O sistema convencional não aproveita todo potencial energético da mistura e com isso perde em rendimento e eleva o índice de emissões, já que não queima totalmente o combustível. No sistema pré-vaporizado a mistura em nível molecular possibilita a queima completa do combustível.”
Para Camerini a mistura gás-gás possibilita também melhor aproveitamento da energia gerada pela vela de ignição. A vela do motor comum não é a responsável pela vaporização do álcool que é injetado no cilindro como líquido pulverizado. Dado que parte desse álcool naturalmente vaporiza, ou seja, forma uma mistura em fase gasosa com o ar, a vela apenas fornece a fagulha que permite a ignição dessa mistura álcool – ar. O restante que ainda se encontra na fase líquida, vaporiza muito rapidamente na medida em que o meio entra em combustão, fornecendo energia para completar o processo de vaporização e acelerar a taxa de combustão. Obviamente, a fagulha pode vaporizar uma pequeníssima fração do álcool muito próxima dela. Porém esta é uma fração insignificante quando comparada ao restante que é vaporizado durante o processo de combustão. Ao leitor desavisado, pode parecer que a vela é a responsável pela vaporização de todo álcool líquido injetado no motor convencional. A vantagem do sistema mostrado está em reaproveitar parte da energia que seria perdida para o meio devido à troca de calor entre o motor e o sistema de refrigeração do mesmo.
O sistema também altera a relação estequiométrica na mistura do combustível com oxigênio: “Na gasolina esta relação é de quatorze partes de ar para uma de combustível, no álcool ela é de nove para uma, enquanto que no álcool pré-vaporizado ela passa a ser de onze para uma”. Resultado: melhores índices de desempenho e de consumo, além de redução das emissões. “O mesmo motor reduz o nível de CO de 0.30 com a mistura normal para 0.10 na mistura pré-vaporizada.”
No processo MAPV o combustível líquido proveniente do tanque é aquecido pelo calor liberado pelo sistema de arrefecimento do motor e, com isso, vaporizado. Só depois ele é dosado com o ar formando a mistura combustível gás-gás. Camerini lembra que o projeto se baseou na patente do professor Romeu Corsini, da Universidade de São Carlos, mas que durante o desenvolvimento, que já dura três anos, ele e Zanetti resolveram alterar o conceito original. “A patente do professor Corsini é baseada no aproveitamento do calor dos gases de escapamento, mas nós descobrimos que isto se torna muito difícil de controlar devido as elevadas temperaturas, bem como às variações destas. Resolvemos então aproveitar o calor do líquido de refrigeração do motor, antes deste voltar ao radiador.”
Assim, ao sair do motor para o radiador o líquido de refrigeração passa pelo vaporizador de combustível. “Nós nos baseamos no fato de que as temperaturas do líquido de refrigeração são muito mais baixas e constantes e concluímos que era o necessário para o que tínhamos como objetivo.” Ele nota que o etanol se vaporiza a 78 graus centígrados e o metanol a 65 graus. “Por isso chegamos à conclusão de que o conceito funcionaria perfeitamente utilizando esta técnica e isso acabou nos proporcionando uma nova patente internacional.” Atualmente Camerini e Zanetti testam o equipamento em um Monza equipado com motor 2.0 EFi (injeção monoponto). “Nos testes de estrada, em ciclo pré-determinado, o mesmo veículo fez média de 9,4 km/l com etanol líquido e 12,3 km/l com etanol pré-vaporizado, ou seja, ganho de 30,8%.”
Ele informa que o motor do automóvel já está com 50 mil quilômetros rodados e que o objetivo é elevar o índice de consumo para 13 km/l, 38% acima da média original: “Estamos utilizando o motor com taxa de compressão original, 12:1, mas acreditamos que é possível aumentar esta taxa para até 14:1 com a qual devemos alcançar ganhos mais significativos”. Segundo os projetistas o sistema de pré-vaporização, por requerer calor do motor, necessita que este esteja previamente aquecido. Assim, durante um curto período de aquecimento, o motor funciona normalmente com a mistura convencional líquido-gás. Tão logo os sensores detectem que tanto a temperatura do motor, como a pressão do vapor, alcançarem os valores de funcionamento uma central desliga o sistema de injeção líquida. “O condutor do veículo nem nota a passagem de um sistema para o outro.” Camerini detalha que já está em contato com sistemistas e fabricantes de componentes de injeção eletrônica de combustível para divulgar o projeto.
Com 64 anos de sua vida dedicados de corpo e alma ao assunto álcool, Corsini, projetista do famoso avião Paulistinha e descendente direto do Papa Clemente XII (Lourenço Corsini), diz que o MAPV é simplesmente fantástico. “Ele atingiu 16 quilômetros por litro de álcool, nos mesmos ensaios em que o motor a gasolina atingiu 12 quilômetros por litro e o motor a álcool convencional atingiu 10 quilômetros por litro de combustível: O MAPV faz a potência dos carros populares saltar de 56 para 70 cavalos e de um motor a diesel de 180 pular para os 240 cavalos, com o mesmo consumo e se não for necessário utilizar o total da potência, o consumo do motor a álcool pré-vaporizado será ainda mais baixo que o motor movido a óleo diesel. Esta tecnologia poderá ser aplicada também em motores de aviões, eliminando de vez o risco de pane na decolagem, problemas frequentes com os motores movidos a gasolina de aviação”, diz Corsini. O projeto do MAPV vem sendo desenvolvido no Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo em colaboração com o Centro de Pesquisas de São Carlos, com o apoio dos cientistas Emerson Pires Leal, Antônio Moreira dos Santos, Josmar Davilson Pagliuso e Claudio Kirner.
De uma forma simplificada o motor funciona da seguinte forma: o estequiômetro mede a quantidade mínima de combustível que vai precisar para atender as condições que o motorista está exigindo do motor ajustando tal quantidade automática e continuadamente, por meios eletrônicos, de forma a sempre utilizar a mínima quantidade possível de combustível. Usando o calor do cano de escape aquece o álcool e o vaporiza sobre o ar que será usado na mistura, e aí injeta o combustível na câmara de combustão, já em forma de vapor. A queima obtida durante a expansão será quase que integral e a força gerada permanecerá no seu valor máximo por um tempo muito maior que qualquer combustível, resultando em maior potência. Na maior parte dos motores onde é utilizado, o óleo diesel permite um aproveitamento de aproximadamente 20% e, a gasolina de 26%. Vale dizer que de 100 litros de gasolina que você coloca no tanque apenas 26 litros serão transformados em energia utilizada pelo carro, o restante, algo como 74 litros serão desperdiçados pela falta de combustão, pela combustão irregular, por transformação em calor ou evaporados quando da abertura do tanque para os reabastecimentos.
O álcool líquido permite um aproveitamento de 42% e o álcool vaporizado atinge a marca de 52%. Aqui cabe uma observação muito importante: o combustível ideal no motor ideal, apresentando um aproveitamento total, geraria o máximo de 60% de rendimento, porque neste processo 40%, obrigatoriamente pelas leis naturais, seriam transformado em calor. Ou seja, quando se consegue 52% de aproveitamento na transformação do álcool vaporizado em energia está se conseguindo atingir quase a totalidade dos 60% possíveis. Além do ganho real no bolso, despolui a natureza. “Para que possamos entender de uma forma muito simples como e porque o motor a álcool pré-vaporizado funciona com tão alto aproveitamento, basta recordarmos de um princípio de química. Se aquecermos dois líquidos em uma mesma vasinha, digamos um com o ponto de ebulição de 80°C e outro cuja ebulição se dá a 100°C, ocorrerá o seguinte: A temperatura vai subir até atingir 80°C, e permanecerá nesta marca até que toda a massa do primeiro líquido se evapore, aí começa a subir puro. O óleo diesel tem mais de 20 hidrocarbonetos em sua fórmula, com temperaturas de ebulição diferenciada desde 260° até 350°C e, a gasolina, com quase a mesma quantidade de hidrocarbonetos, vai de 20° a 170°C. Ou seja, para vaporizarmos os 20 produtos químicos existentes em ambos os combustíveis teremos que passar por 20 pontos diferentes de ebulição”, explica Corsini.
Testes realizados com um MAPV instalado em um ônibus na Alemanha, mostraram que a maior parte das metas para o veículo limpo e eficiente são atingidas. O ganho foi de 30%. Tendo habilidade de operar com mistura pobre, produziu uma redução drástica nas emissões de NOx, CO e HCs. Não se observou emissões de fuligem em nenhum regime de funcionamento do motor (particulados). De modo geral, o MAPV foi capaz de manter emissões tão baixas que poderiam atender até mesmo às normas do estado da Califórnia (1983), conhecidas por serem as mais rígidas do mundo. Sem o uso de catalizadores.
Fonte: http://www.cpsc.br/mapv.htm
acesso em março de 2002
http://www.udop.com.br/tecnologia/materias/tec_20_11_04.htm
acesso em janeiro 2003
http://www.marcoscamerini.com.br/arquivos/BoletimAA27.2002.doc
http://www.institutodeengenharia.org.br/memoria_biografias.html
acesso em março de 2005
http://www.marcoscamerini.com.br/projetos.php
acesso em outubro de 2005
