Os carros queimam gasolina. Esse é o acordo básico. Mas a combustão é uma reação química que exige oxigênio. Normalmente, apenas sugamos o ar ao nosso redor. A atmosfera contém aproximadamente 21% de oxigênio. O resto? Principalmente nitrogênio. O nitrogênio não se importa com a queima. É inerte. Ele simplesmente fica pendurado no cilindro, ocupando espaço que poderia ser usado para mais oxigênio.
O oxigênio determina quanto combustível um motor pode consumir. A proporção estequiométrica da gasolina é de cerca de 1:14. Um grama de combustível precisa de 14 gramas de oxigênio para queimar completamente. Se você tiver excesso de combustível, ele simplesmente sai pelo escapamento como hidrocarbonetos não queimados. Poluente. Desperdício.
Aqui está o experimento mental. E se um carro não dependesse do ar ambiente? E se carregasse seu próprio suprimento? Oxigênio puro.
Inalar 100% de oxigênio em vez de 21% muda a matemática. Você está observando cerca de cinco vezes mais ingestão de oxigênio. Mais oxigênio significa que mais combustível pode ser queimado em cada braçada. E mais combustível queimado significa mais potência.
Um motor de 100 cavalos se tornaria efetivamente um motor de 500 cavalos.
Isso soa como a atualização definitiva. Mais poder. Menos desperdício de combustível. Mas há um problema. Um grande problema.
O problema do calor
O fogo adora oxigênio. Mais oxigênio torna o fogo mais quente. E mais rápido.
Os motores de combustão interna já operam em temperaturas que derretem o aço. Eles conseguem isso com sistemas de refrigeração, materiais especializados e timing cuidadoso. Bombeando oxigênio puro nessa mistura? Vai ficar quente. Muito quente.
“A temperatura de combustão dispararia, provavelmente destruindo os componentes do motor quase instantaneamente.”
Você precisaria de materiais que pudessem suportar estresse térmico extremo. Os pistões de alumínio padrão provavelmente derreteriam. As válvulas de aço podem deformar ou rachar. O bloco do motor pode falhar sob a carga térmica.
Armazenamento e segurança
O oxigênio não é apenas um gás que você pode manter em um tanque de combustível padrão. Requer vasos de armazenamento de alta pressão. Pense em tanques compostos para serviços pesados. Isso adiciona peso. Muito disso.
Depois, há o aspecto da segurança. O oxigênio suporta a combustão. Faz com que os incêndios comecem mais facilmente e queimem com mais força. Um vazamento no sistema de oxigênio próximo aos componentes de exaustão quentes? Isso não é apenas um risco de incêndio. É um risco de explosão.
O manuseio de oxigênio puro requer equipamento especializado. As vedações devem estar limpas de oxigênio. Os lubrificantes devem ser incombustíveis. A graxa comum pode pegar fogo em um ambiente rico em oxigênio. A sobrecarga de manutenção de tal sistema seria enorme.
Eficiência vs. praticidade
No papel, os ganhos de eficiência são reais. Você pode queimar mais combustível, extrair mais energia. Mas as barreiras práticas são imensas. A gestão do calor por si só exigiria uma reformulação completa dos sistemas de refrigeração e escape do motor.
A maioria dos carros não transporta oxigênio puro. Eles contam com o fornecimento gratuito de ar. A compensação é a simplicidade. E confiabilidade.
Se você pudesse resolver os problemas de aquecimento e armazenamento, teria um motor hipereficiente. Mas, por enquanto, os desafios de engenharia superam os ganhos de potência. O ar que respiramos é diluído por uma razão. Ele atua como um amortecedor natural.
Assim, embora a ideia de um aumento de cinco potências seja tentadora, a realidade é um pesadelo logístico. Ficamos com o ar. É uma bagunça. É
O problema de volume com oxigênio puro
Você pode se perguntar por que não prendemos simplesmente um tanque de oxigênio puro ao capô de um carro e o deixamos respirar mais facilmente. A resposta curta é física. O oxigênio é incrivelmente volumoso. Mesmo quando você o comprime, o grande volume necessário para queimar combustível torna isso impraticável.
Vejamos os números. Um único galão de gasolina pesa 6,2 libras. Para queimar completamente esse combustível, um motor precisa de 86,8 libras de oxigênio. Essa é uma proporção de 14 para 1 em peso. Mas o peso não é o problema de armazenamento; o espaço é. O oxigênio é um gás, o que significa que é leve e expansivo. Meio quilo de oxigênio ocupa 11,2 pés cúbicos.
Faça as contas para um galão de gasolina e você obterá 972,16 pés cúbicos de oxigênio necessários. Agora, imagine um tanque de gasolina padrão de 20 galões. Você precisaria carregar quase 20.000 pés cúbicos de oxigênio para corresponder a esse combustível. Esse volume preencheria uma casa com 2.500 pés quadrados de área útil apenas para o oxidante.
A compactação não resolve o problema de espaço
Comprimir o gás ajuda, mas não é suficiente. Se você pressionar o oxigênio a 3.000 psi, reduzirá a necessidade de armazenamento para cerca de 100 pés cúbicos. Isso é administrável?
Considere um tanque de mergulho padrão. Ele contém cerca de 80 pés cúbicos de ar. Para armazenar o oxigênio para um tanque cheio de gasolina, você precisaria de 250 tanques de mergulho. Isso não é uma vasilha pequena. Isso é um armazém.
Óxido Nitroso: O Compromisso Prático
É por isso que os pilotos e sintonizadores usam óxido nitroso. O óxido nitroso ($N_2O$) é um gás que se liquefaz sob pressão. Essa mudança de fase permite armazenar uma grande quantidade de oxidante em uma garrafa relativamente pequena. Quando injetado na ingestão, ele se decompõe em nitrogênio e oxigênio. O motor se preocupa com o oxigênio. O nitrogênio é principalmente um enchimento inerte.
A compensação é a duração. Um sistema nitroso típico fornece apenas um a três minutos de reforço antes que a garrafa esteja vazia. Mas nesse curto espaço de tempo, ele pode adicionar cerca de 100 cavalos de potência a um motor de grande bloco.
O perigo de muito ar
Há um problema. Adicionar essa quantidade de oxigênio permite que o motor injete mais combustível. Mais combustível significa mais potência, mas também pressão do cilindro significativamente maior. A menos que o motor seja construído para lidar com o estresse, a pressão extra pode destruí-lo.
Este é o mesmo problema fundamental que você enfrentaria com o oxigênio puro. Os componentes do motor precisariam ser mais robustos, mais fortes e mais pesados para sobreviver à carga. Para um motorista diário, o volume dos tanques de oxigênio e a fragilidade do motor tornam-no um fracasso. O óxido nitroso oferece uma solução potente, embora passageira, sem exigir uma reconstrução completa do motor.
A realidade da engenharia é que o ar já é o oxidante mais barato e mais disponível. Modificá-lo é mais fácil do que carregá-lo.
Para onde ir a partir daqui
Se você quiser se aprofundar na mecânica da combustão interna, comece com o básico de como o gás queima e como a potência é gerada. Compreender os limites da potência do seu motor é tão importante quanto compreender o seu potencial.
- Como funcionam os motores de automóveis
- Como funciona a gasolina
- Como potência
