A influência da composição do gás no desempenho dos fogareiros em baixas temperaturas

Escolher o equipamento certo para atividades ao ar livre é essencial para garantir uma experiência segura e positiva e transformadora. Isso é particularmente importante quando se trata de equipamentos de cozinha outdoor. Fatores como o bioma, a época do ano, as condições climáticas, o tamanho do grupo, a disponibilidade de combustível e até regulamentações locais devem ser considerados na escolha do sistema de cozinha adequado, que inclui fogareiros, combustíveis, panelas e utensílios.

Quando faço trekking e preciso cozinhar ao ar livre, geralmente opto por fogareiros a gás devido à sua praticidade e facilidade de manuseio. Apesar de existirem opções como espiriteiras (álcool) e fogareiros a benzina, gasolina ou derivados de petróleo, o fogareiro a gás é a escolha mais comum da maior parte das pessoas. No entanto, a eficiência do fogareiro a gás pode ser significativamente afetada pela composição do gás, especialmente em condições de temperaturas baixas.

Neste artigo, vou explorar como diferentes tipos de gás, como butano, propano e isobutano, se comportam em várias temperaturas. Além disso, discutirei as melhores opções de mistura de gases para garantir a eficiência do seu fogareiro em diferentes cenários, proporcionando uma experiência de cozinha ao ar livre segura e eficaz, independentemente das condições climáticas.

Composição do gás e temperatura de ebulição

A temperatura de ebulição do gás é crucial para seu desempenho em baixas temperaturas. A ebulição é o processo pelo qual um líquido se transforma em gás (vapor). Para que o gás armazenado em estado líquido dentro do cartucho se vaporize e possa ser queimado no fogareiro, ele precisa atingir sua temperatura de ebulição. Se a temperatura ambiente estiver abaixo do ponto de ebulição do gás, o líquido não se vaporiza eficientemente, resultando em menor pressão e menor chama.

• Butano: temperatura de ebulição de aproximadamente -1°C.
• Isobutano: com temperatura de ebulição de aproximadamente -11,7°C, o isobutano é mais eficiente em temperaturas frias comparado ao butano.
• Propano: O propano tem um ponto de ebulição muito baixo, de -42°C, tornando-o altamente eficiente em condições extremamente frias. No entanto, sua alta pressão de vapor requer cartuchos muito robustos e pesados, o que pode não ser prático para trekking. Existem cartuchos de propano, mas que são usados em fogareiros maiores, para camping familiar.

A temperatura de ebulição do gás é o ponto em que ele passa do estado líquido para o gasoso, mas a eficiência do fogareiro pode começar a falhar em temperaturas mais altas devido ao resfriamento evaporativo, que reduz a temperatura do cartucho durante o uso prolongado, diminuindo a pressão interna e a eficiência. Por exemplo, o butano, com um ponto de ebulição de -1°C, começa a falhar em temperaturas de 5°C ou menos, enquanto o isobutano, com ponto de ebulição de -11,7°C, perde eficiência em torno de 0°C devido a esses efeitos combinados.

Para minimizar os efeitos da temperatura e da pressão necessária para liquefazer o propano, os cartuchos de gás utilizados em fogareiros para trekking geralmente contêm uma mistura de gases, em vez de um único tipo de gás.

Misturas de gás

A solução para manter a eficiência do fogareiro em climas frios é utilizar misturas de gases. A melhor composição é entre 20% a 30% de propano e 80% a 70% de isobutano. Esta mistura proporciona uma queima eficiente em baixas temperaturas, mas mesmo assim, em condições de frio extremo, pode haver uma queda na eficiência.

Na tabela abaixo, mostro alguns dos fabricantes de cartuchos de gás com sua respectiva composição.

* n.i.: composição não informada pelo fabricante. Apenas os gases são informados mas não o percentual de cada um.

Alguns fabricantes possuem mais de um tipo de gás, com composição ou tecnologias diferentes, para atender a temperaturas diferentes. A Decathlon, por exemplo, aumenta o percentual de propano de 30% para 40%, melhorando a eficiência do fogareiro em baixas temperaturas. Já a Primus, marca sueca fundada em 1892 e especializada em fogareiros, criou uma tecnologia inovadora em seus cartuchos Winter Gas que, com a mesma composição de gases, aumenta o desempenho em temperaturas mais baixas. Isso porque eles incluiram no cartucho uma tecnologia chamada VaporMesh, que faz com que a vaporização do gás seja mais eficiente. Por outro lado, a marca criou uma outra mistura de gases, o Summer Gas, para atender às necessidades do trekker ou campista em climas mais quentes. Vale ressaltar que as variações nas misturas e tecnologias fazem com que o custo dos cartuchos sejam maiores ou menores.

A ilustração abaixo mostra as faixas de temperatura de operação para os 3 diferentes tipos de cartucho da Primus.

Funcionamento dos fogareiros a gás

Os fogareiros a gás funcionam vaporizando o gás liquefeito contido nos cartuchos. O gás é armazenado em estado líquido devido à alta pressão dentro do cartucho. Quando a válvula do fogareiro é aberta, a pressão é reduzida, permitindo que o gás se vaporize e seja queimado para gerar calor.

Em temperaturas baixas, a vaporização pode ser menos eficiente devido ao ponto de ebulição do gás. Conforme explicado anteriormente, gases como o butano, que têm um ponto de ebulição mais alto, podem não vaporizar adequadamente, reduzindo o desempenho do fogareiro.

Esta situação acontece nos fogareiros verticais, onde a vaporização do combustível acontece na saída da válvula. Porém, existe um tipo de fogareiro utilizado em expedições que ajuda a resolver esta questão, mesmo utilizando-se um combustível com menos propano em ambientes frios. Porém, antes de falar sobre isso, vamos entender fisicamente o que acontece com os gases e por que são afetados pela temperatura.

Lei Geral dos Gases

Para entender melhor como a composição do gás afeta o desempenho do fogareiro, é importante considerar a Lei Geral dos Gases, que relaciona pressão (P), volume (V) e temperatura (T) de um gás. A equação é expressa como:

A Lei Geral dos Gases combina as leis de Boyle, Charles e Avogadro em uma única equação:

Lei de Boyle: Para uma quantidade fixa de gás a temperatura constante, o volume é inversamente proporcional à pressão (PV = k).
Lei de Charles: Para uma quantidade fixa de gás a pressão constante, o volume é diretamente proporcional à temperatura absoluta (V ∝ T).
Lei de Avogadro: Volumes iguais de todos os gases, à mesma temperatura e pressão, têm o mesmo número de moléculas (V ∝ n).

Efeitos da temperatura no desempenho dos fogareiros

Pressão e Temperatura

Segundo a Lei Geral dos Gases, a pressão do gás dentro do cartucho é diretamente proporcional à temperatura. Isso significa que quando a temperatura ambiente diminui, a pressão dentro do cartucho também diminui, resultando em uma menor eficiência do fogareiro. Em baixas temperaturas, a menor pressão pode não ser suficiente para vaporizar o gás eficientemente, causando uma chama mais fraca ou até mesmo a falha do fogareiro.

Teste entre cartuchos Power Gas e Winter Gas Primus

Quando a Primus comparou dois cartuchos de gás completamente novos e cheios (Power Gas e Winter Gas), a diferença não foi perceptível inicialmente, pois a pressão era alta em ambos os cartuchos. No entanto, à medida que mais gás foi sendo consumido, a diferença se tornou mais evidente.

Quando os cartuchos de gás sem VaporMesh (Primus Power Gas) são usados em condições de frio, a pressão no recipiente diminui devido ao frio, o que significa que o fogareiro queima com menos potência ou pode até parar de funcionar. Isso se torna mais óbvio quando o recipiente não está mais cheio. Após 60 minutos de cozimento, o Primus Winter Gas é cerca de 9% mais potente do que um cartucho de gás sem VaporMesh. Após 120 minutos de uso, ele entrega cerca de 15% mais potência.

Confira a tabela de um teste comparativo entre um cartucho cheio de Power Gas e um cartucho cheio de Winter Gas, realizado em uma sala frigorífica com temperatura constante de -20 °C. Ambos os cartuchos de gás foram deixados no freezer por 48 horas antes de o teste ser realizado para refletir melhor uma situação real quando você está fora por vários dias. O teste utilizou dois fogareiros Primus Spider e um termômetro infravermelho com ponteiro laser.

* teste realizado pela Primus. As informações foram retiradas de https://primusequipment.com/en-eu/pages/primus-winter-gas

Resfriamento evaporativo

Outro fenômeno importante a considerar é o resfriamento evaporativo. Quando o gás liquefeito evapora, ele absorve calor do ambiente e do próprio cartucho, causando uma diminuição na temperatura do cartucho. Este resfriamento adicional pode reduzir ainda mais a pressão interna, exacerbando os problemas de desempenho em baixas temperaturas.

O que acontece com o cartucho de gás na prática?

1. Absorção de Calor pelo Gás: Quando acendemos o fogareiro e o gás começa a evaporar, ele absorve calor do ambiente e do cartucho. Este processo de absorção de calor é essencial para que o gás mude de estado líquido para gasoso.
2. Queda de Temperatura do Cartucho: À medida que o gás continua a evaporar, ele retira mais calor do cartucho, fazendo com que a temperatura do cartucho diminua. Esse efeito é particularmente perceptível quando o fogareiro está funcionando continuamente por longos períodos. Ele fica frio e, dependendo da umidade relativa do ar, ele vai ficar molhado em função da condensação.
3. Diminuição da Pressão Interna: Com a queda da temperatura do cartucho, a pressão interna também diminui. A Lei Geral dos Gases nos diz que a pressão de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura (P ∝ T). Portanto, quando a temperatura cai, a pressão dentro do cartucho também cai.
4. Redução da Eficiência do Fogareiro: A menor pressão interna significa que há menos força para “empurrar” o gás para fora do cartucho e para dentro do queimador do fogareiro. Isso pode resultar em uma chama mais fraca e menos eficiente. Em casos extremos, a pressão pode cair tanto que o fogareiro pode parar de funcionar, mesmo que ainda haja gás no cartucho.

Estratégias para mitigar o resfriamento evaporativo

Para minimizar os efeitos do resfriamento evaporativo e garantir um desempenho mais consistente do fogareiro, você pode adotar algumas estratégias:

1. Aqueça o cartucho: Mantenha o cartucho de gás aquecido antes de usá-lo. Você pode fazer isso mantendo-o próximo ao seu corpo.
2. Escolha gases adequados para o clima: Como explicado anteriormente, utilize misturas de gás apropriadas para baixas temperaturas, como misturas de propano e isobutano, que têm pontos de ebulição mais baixos e melhor desempenho em condições frias.
3. Utilize fogareiros com cartuchos remotos: Alguns fogareiros permitem que o cartucho seja usado de forma invertida, o que ajuda a manter a pressão e melhorar a eficiência em temperaturas frias.

Fogareiros com cartucho remoto

Os fogareiros com cartuchos remotos podem ser uma solução para melhorar a eficiência do sistema de cozinha. Diferente dos fogareiros verticais, onde o queimador fica em cima do cartucho de gás, os fogareiros com cartuchos remotos possuem uma mangueira flexível, permitindo que o cartucho fique afastado do fogareiro.

Mas, não é qualquer fogareiro que usa o cartucho de forma remota que vai funcionar neste caso. São apenas os que possuem uma serpentina que aquece o combustível, localizada abaixo do queimador.

A serpentina é usada para vaporizar o combustível que chega até ali na forma líquida e o faz em função do calor da própria chama do fogareiro. É como os fogareiros de benzina e demais combustíveis líquidos conseguem vaporizar o combustível. No caso de cartuchos de gás, quando usados de forma invertida (cartucho de gás de cabeça para baixo), permitem que o combustível saia ainda na forma líquida e seja vaporizado na serpentina.

Pressão necessária para liquefação dos gases

A pressão necessária para liquefazer os gases varia, e quando falamos em uma mistura de gases, como as que encontramos nos cartuchos de gás para fogareiros, ela acaba sendo proporcional à concentração dos diferentes gases da mistura. Veja abaixo a pressão para liquefação de cada um dos gases abordados no artigo:

• Butano: Pressão de vapor a 25°C é aproximadamente 2,1 bar.
• Isobutano: Pressão de vapor a 25°C é cerca de 3,1 bar.
• Propano: Pressão de vapor a 25°C é em torno de 8,4 bar.

Apesar de o propano ser ideal para condições de frio extremo devido ao seu baixo ponto de ebulição, a alta pressão necessária para mantê-lo em estado líquido exige cartuchos com paredes muito mais espessas e robustas. Isso torna os cartuchos mais pesados, o que pode ser impraticável para trekking e outras atividades ao ar livre onde o peso é um fator crucial. O cartucho do exemplo é utilizado em fogareiros para camping familiar e, em função deste tipo de atividade, o peso e o volume extras não são um impedimento.

Uso de fogareiro a gás no Brasil

O cartucho de gás NTK TekGás 230 g, que contém uma mistura de 75% isobutano e 25% propano, é uma excelente escolha para as condições encontradas no Brasil, tanto no verão quanto no inverno. Essa combinação oferece um desempenho confiável em uma ampla faixa de temperaturas, garantindo eficiência mesmo em situações de frio intenso, onde as temperaturas podem facilmente chegar a -5 ºC. No verão, o isobutano proporciona uma queima estável e eficiente, enquanto o propano assegura que o fogareiro funcione adequadamente em temperaturas mais baixas, tornando o NTK TekGás 230 g uma opção versátil e prática para aventureiros brasileiros ao longo de todas as estações do ano.

Considerações finais

Ao planejar uma atividade ao ar livre, especialmente em climas frios, a escolha do cartucho de gás adequado é crucial. Optar por misturas de isobutano e propano pode garantir que seu fogareiro funcione eficientemente, mesmo em temperaturas adversas. Conhecer as características de cada tipo de gás e como eles se comportam em diferentes condições permitirá uma experiência de cozinha ao ar livre mais segura e eficaz.

Não se esqueça de que planejamento é fundamental. Neste artigo, abordamos os cartuchos de gás, mas é importante que você leve em consideração o sistema de cozinha como um todo. Isso inclui a escolha do combustível, fogareiro e panelas adequados, considerando o tamanho do grupo ou uso individual, a disponibilidade de combustível, a temperatura ambiente e outras condições climáticas. Um planejamento cuidadoso e a seleção correta dos equipamentos garantirão que você tenha uma experiência ao ar livre segura e bem-sucedida.

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