Uso de Anti-Congelante no Radiador do Automóvel

Olá, como foram nas Festas de Natal e Ano Novo? Antes de comentar a questão do mês (ano?) passado, gostaria de desejar a todos um Próspero Ano Novo, com votos de muitas felicidades, paz, saúde, dinheiro e atenção especial pois este é um ano de eleições muito importantes para o povo brasileiro.

Assim, é hora de começarmos a nos ocupar (ou seja, a nos pre-ocupar) com a escolha dos candidatos que já estão aparecendo.

Devemos votar naqueles que considerarmos os melhores, independentes de sexo, e não naqueles que nos são simpáticos por serem bonitos, importantes ou famosos, não é mesmo? Bem, vamos ao nosso assunto. Mês passado levantei a questão do uso do fluido anti-congelante nos nossos carros. Será que há alguma necessidade neste uso?

Como vocês sabem, os frentistas dos postos de gasolina têm o maior interesse em fazer com que consumamos outros produtos que não a gasolina (ou álcool).

Infelizmente, o treinamento que eles recebem é muito deficiente no quesito técnico e muito eficiente nas técnicas de convencimento (bem, isto talvez seja um dom natural, mas que pode ser sempre melhorado).

Assim, basta abrir o capô do carro que o “especialista” olha rapidamente para o reservatório do fluido do radiador, ansiando para sugerir uma “troca rápida pois o nível está baixo”, “a cor do líquido está ruim”, ou qualquer outro argumento.

Como se nossos olhos (ou o deles!) pudessem ser capazes de tal sensibilidade.

Experiência deles? Claro, experiência aprendida com a arte de procurar vender. Fato é que só conheço um posto no Rio de Janeiro que tem um indicador do índice de refração daquela mistura.

Dependendo da concentração do fluido, a densidade da mistura muda e com ela, o índice de refração.

Mediante uma calibração, pode-se saber, com alguma margem de erro, claro, qual é a proporção entre o fluido, chamado de etileno glicol, e a água. Em tese, se a proporção for muito inferior a 50%, convem a troca ou pelo menos, completar o nível do reservatório com mais fluido.

Mas a pergunta que faço é simples: qual a relação entre a densidade ou o índice de refração com a capacidade de refrigeração da mistura? Ou seja, a questão que quero examinar aqui é outra, diz respeito ao próprio uso do fluido. Vamos lá?

No que eu aprendi após ter conversado com diversos frentistas, o fluido refrigerante deve ser usado pelas razões:
1. Efeito anti-congelante;
2. Elevação da temperatura de ebulição;
3. Efeito anti-ferrugem;
4. Pela cor forte utilizada, pode-se identificar facilmente vazamentos no circuito de arrefecimento.

Nesta coluna, vou discutir os dois primeiros ítens, por dizer respeito às questões que eu estudo.

Entretanto, vou começar declarando: “Não há nenhum argumento razoável que justifique o uso de uma mistura etileno glicol-água nos radiadores dos automóveis, como fluido refrigerante, nas regiões quentes do Brasil”

Como tenho procurado mostrar, a ciência é uma forma poderosa de busca de informação sobre os processos naturais ou artificiais que envolvem o cotidiano da vida.

Não é a resposta para tudo mas certamente oferece muitas explicações interessantes e comprováveis.

Assim, vamos estudar o problema da adição de um componente (etileno glicol) em outro (água), a partir do entendimento do que acontece com um deles. Por todos os motivos, vou começar a estudar o comportamento da água no tocante ao nosso problema.

A experiência indica que água pura, na pressão atmosférica normal, isto é, ao nível do mar, solidifica (isto é, congela) a 0 C e vaporiza (isto é, entra em ebulição virando vapor) a 100 C. Nesta sentença, temos vários termos importantes que definem o problema:
· Água pura;
· Pressão Atmosférica Normal;
· Solidificação;
· Vaporização;

Assim, se alterarmos alguns destes componentes, o resultado final será alterado: isto é, a solidificação e a vaporização poderão acontecer em outras temperaturas. Na dúvida? Experimente trocar a água pura por álcool etílico (etanol) ou amônia.

À pressão atmosférica normal, o etanol entra em ebulição a 78,5 C e a amônia vaporiza a 33,5 C.

Isto é, a natureza das substâncias definitivamente afeta as suas propriedades. O efeito da pressão é também bastante conhecido, bastando lembrar o que acontece com as panelas de pressão.

Nelas, o tempo de cozimento dos alimentos diminui, visto que a temperatura de ebulição da água aumenta ligeiramente (para uns 110 C).

Por outro lado, em lugares altos, a pressão atmosférica diminui (pois diminui a espessura da camada de ar da atmosfera sobre a superfície da Terra) e com isto, água ferve em menor temperatura. Alguns exemplos são mostrados na tabela abaixo:

Voltando à água, preciso inicialmente argumentar que água pura é uma substância diferente da água com sal, da água com açúcar, da água com laranja (isto é, a laranjada) e da água com etileno glicol, pela presença de alguma substância substituindo algumas (ou muitas) moléculas de água. Razoável isto?

Vamos supor que a mistura possa ser uniformemente misturada, para facilitar a análise. A razão desta substituição é simples: as moléculas dos líquidos têm grande mobilidade, ao contrário das moléculas dos sólidos.

Com a redução da temperatura, isto é, com a retirada de energia do sistema propiciada pela perda de calor para o meio ambiente, por exemplo, esta mobilidade vai diminuindo e as moléculas tendem a assumir posições mais rígidas, como em um engessamento gradual, até que o congelamento aconteça.

No caso do sistema de arrefecimento, este congelamento é ruim por duas razões:
· Cessa o escoamento do líquido de refrigeração do motor;
· Na solidificação, a água se expande (discutimos isto nesta mesma coluna, na sua sexta edição), o que produz um aumento nas tensões internas nas paredes dos tubos de alimentação da água. Isto pode resultar em rupturas nestes tubos, com os correspondentes vazamentos.

Ao colocarmos um corpo estranho na água, ou seja, moléculas de uma outra substância, trocamos a natureza da água e com isto, alteramos as condições do congelamento.

Acontece que o resultado disto é que passa a haver necessidade de se liberar mais energia para o início do processo, o que resulta no abaixamento da temperatura de solidificação. Isto acontece com qualquer substância, embora com diferentes resultados finais (ou seja, diferentes temperaturas de solidificação).

O uso do etileno glicol é especialmente interessante pois sua mistura em partes iguais com água resulta numa nova substância que congela a 37 graus negativos (-37C !), o que é ótimo para os países de clima frio.

A questão deste mês tem sua pertinência pois o etileno glicol puro congela a 12 graus negativos.

Ou seja, a mistura com água também funciona para abaixar a temperatura de solidificação do etileno! Como mencionado por R. L. Wolke, autor desta explicação, a água evita o congelamento do anti-congelante! Fascinante isto, não?

Claro que estas questões mais geladas não nos interessam, já que vivemos em um país tropical que tem na maior parte do seu território, apenas duas estações: quente e muito quente. Entretanto, como a natureza é esperta, a influência de uma substância também é verificada na ebulição.

A presença das moléculas de outras substâncias dissolvidas na água fazem com que a temperatura de vaporização (ou de ebulição) seja superior aos conhecidos 100 C, o que é uma boa notícia em princípio, já que é muito ruim que a água ferva nos carros. Infelizmente, o aumento obtido é muito pequeno.

As cozinheiras costumam colocar sal à água que irá cozinhar o macarrão. A química nos ensina que a adição de 30 gramas de sal a um litro de água resulta em um aumento de 0,5 C!, desprezível.

No caso da mistura de 50% água-50% etileno glicol, a nova mistura irá entrar em ebulição a 108 C, apenas 8 C superior! Na minha avaliação, este aumento é totalmente irrelevante, por ser mínimo. No caso do macarrão, o efeito único do sal diz respeito ao sabor, praticamente nada afetando o tempo de cozimento.

Quanto ao nosso problema, há um dado adicional. Você deve lembrar que nos carros modernos, o sistema de arrefecimento é pressurizado (como pode ser visto ao abrirmos a tampa do reservatório de expansão.

O barulho típico da perda de pressão é facilmente observado, semelhante ao que ocorre quando abrimos uma lata de refrigerante gasoso). Como vimos no início deste texto, o aumento de pressão já resulta em um certo aumento de temperatura de ebulição.

Em suma, a menos que você pretenda ir aos Andes de carro ou resida em uma região onde haja congelamento, o uso de etileno glicol para melhorar a condição do sistema de arrefecimento é muito pouco eficiente no Brasil! Talvez ele sirva, de fato, para combater a ferrugem.

Isto, infelizmente, eu ainda não tenho a resposta. Mas será que um anti-ferrugem do mercado não sai mais barato?

Para o próximo mês, minha questão é:
“Por que os mergulhadores precisam subir lentamente até a superfície, sob risco de vida?
Lembrem-se: a melhor resposta ganha um curso online! Abraços e até o próximo mês.

Washington Braga Filho, PhD – wbraga@maua.mec.puc-rio.br
Professor Associado do Departamento de Engenharia Mecânica – PUC – Rio – Coordenador Administrativo da Rede Rio de Computadores / FAPERJ – Website: http://venus.rdc.puc-rio.br/wbraga/hpn.htm