Índice de octano (octanagem)

De Museu da Electricidade

Combustíveis fósseis

Interface de uma bomba de gasolina com cinco diferentes índices de octano apresentados
Interface de uma bomba de gasolina com cinco diferentes índices de octano apresentados

O índice de octano (em inglês octane rating), vulgarmente conhecido como octanagem, é a medida da resistência da gasolina ou de outros combustíveis à auto-ignição em motores de combustão interna com ignição por faísca de ciclo Otto.

Por Ricardo Pinto


Explicação

O número de octanas de um determinado combustível é definido por referência à mistura de 2,2,4-trimetilpentano (habitualmente designado por iso-octano) e de heptano com uma capacidade de auto-ignição igual à sua: A percentagem, por volume, do iso-octano nessa mistura é o número de octanas do combustível em questão. Assim, a título de exemplo, a gasolina com as mesmas características de à auto-ignição de uma mistura de 90% de iso-octano e de 10% de heptano tem uma octanagem de 90. Isto não significa que esta gasolina contenha somente iso-octano e heptano nas proporções referidas, mas sim que possui a mesma resistência à detonação de uma mistura igual a esta. O facto de determinados combustíveis serem mais resistentes à auto-ignição que o iso-octano deu origem a que a definição fosse reformulada de maneira a permitir um número de octanas superior a 100.

O índice de octano não está relacionada com o conteúdo energético do combustível. É apenas a medida da sua tendência para queimar controladamente em vez de explodir de uma forma aleatória. Quando se aumenta as octanas de um combustível como a gasolina por meio da adição de etanol, o seu conteúdo energético por volume diminui na mesma proporção.

É possível um combustível possuir um Research Octane Number, ou RON, acima de 100 pelo facto do iso-octano não ser a substância mais resistente à auto-ignição disponível no mercado. Os combustíveis de competição, a gasolina de aviação, o GPL (gás de petróleo liquefeito), e combustíveis alcoólicos como o metanol ou o etanol podem ter números de octanas de 110 ou consideravelmente mais altos. O RON do etanol é 129. Entre os típicos aditivos de gasolina que aumentam a sua octanagem estão o MTBE, o ETBE, o iso-octano, e tolueno. O chumbo tetraetilo já foi um aditivo comum na gasolina mas tem vindo a ser progressivamente descontinuado na maior parte das aplicações do mundo industrializado, estando actualmente limitado à gasolina para aviação.


Métodos de medição

O método de medição mais comum do índice de octano a nível mundial é o já referido RON, o qual é determinado pela ignição de um combustível num motor de teste com uma taxa de compressão variável em condições controladas. Os resultados são depois comparados aos das misturas de iso-octano e n-heptano.

Outro tipo de medição, o Motor Octane Number (MON), reflecte melhor a forma como o combustível se comporta em carga pelo facto deste ser testado a 900 rpm (ou rotações por minuto) em vez das típicas 600 rpm do RON. O teste do MON usa um motor semelhante ao do usado para apurar o RON, embora com uma mistura pré-aquecida de combustível e um timing de ignição variável de forma a colocar sob mais pressão a resistência do motor à auto-ignição. Dependendo da composição do combustível em questão, o MON de uma gasolina moderna é entre 8 a 10 pontos mais baixo que o RON. As especificações para os combustíveis exigem normalmente tanto o RON como o MON.

Em países como o Canadá, os EUA, ou o Brasil, o valor de referência para específicações de combustíveis é o Anti-Knock Index (AKI), que é basicamente a média aritmética do RON e do MON. Também pode ser designado como (R+M)/2 em bombas de gasolina. O RON e o MON do n-heptano e do iso-octano são respectivamente, e por definição, 0 e 100. O diesel tem por seu lado um RON que varia entre 15 e 25. Já a gasolina normal que é vendida nos EUA e no Canadá tem um RON de 91-92 e um MON de 82-83, enquanto que os valores para a gasolina premium nos EUA são respectivamente de 97-98 e de 88-89. O metano tem um RON de 135 e um MON de 122. O hidrogénio não se enquadra nas definições típicas do nível de octano pelo facto de ter um RON muito elevado (acima de 130) e um MON extremamente baixo, o que resulta numa baixa resistência ao à pré-ignição no motor devido à sua baixa energia de ignição e velocidade de chama muito alta. Estas características são muito desejáveis em motores de foguetes mas indesejáveis em motores de ciclo Otto.


Efeitos

As octanagens mais elevadas estão directamente associadas a energias de activação mais altas. A energia de activação é a quantidade de energia necessária ao desencadeamento da reacção química. O facto dos combustíveis com mais octanas possuirem maiores energias de activação faz com que tenham menos tendência para entrar em auto-ignição com uma determinada compressão.

Pode parecer estranho o facto dos combustíveis de maior índice de octano serem utilizados em motores mais potentes, já que têm mais dificuldade de entrar em ignição. As ignições não controladas não são contudo desejáveis em motores de ignição por faísca. Um combustível com um índice de octano mais alto pode ser usado com taxas de compressão mais altas sem detonação. A compressão está directamente associada à potência, pelo que os motores que precisam de combustíveis de maior octanagem geram normalmente mais força motriz. A potência de um motor é simultaneamente uma função do seu design e do combustível usado, e depende do índice de octano deste último. Está limitada pela quantidade máxima da mistura de combustível e de ar atmosférico que consegue ser forçada a entrar na câmara de combustão do motor. Quando a válvula reguladora está parcialmente aberta é produzida somente uma pequena fracção da potência total disponível em resultado do colector do motor operar a pressões inferiores à pressão atmosférica. Nesta situação o nível requerido de octanas é inferior àquela em que a válvula está completamente aberta, e a pressão do colector aumenta para a pressão atmosférica (ou mesmo para uma pressão superior no caso dos motores com turbo ou supercompressores).

Alguns motores de alto desempenho estão desenhados para funcionarem com um nível de compressão máximo, requerendo desta forma gasolinas premium de alevada octanagem. A ideia de que o uso de combustíveis com octanagens superiores às que são requeridas no motor onde vão ser queimadas incrementa a sua potência é errada. O output de um motor depende em parte da densidade energética do combustível mas combustíveis semelhantes com diferentes níveis de octanas têm também uma densidade similar (pois não adicionam hidrocarbonetos ou oxigénio).


Fonte

Wikipedia (Inglês)