AINDA SOBRE TORQUE E POTÊNCIA...

OPOSIÇÃO SEM CONTRAPROPOSTA NÃO É POLÍTICA, É MERO EXERCÍCIO DO ESPÍRITO DE PORCO.

Vimos que é comum associar torque a arrancadas e potência a altas velocidades, ainda que ambas essas forças sejam produzidas pela transformação da energia calorífica da mistura ar-combustível em energia cinética, cresçam na razão direta do aumento do regime de giros do motor (RPM) e atuem em conjunto durante todo o tempo em o veículo é utilizado.

Via de regra, o torque tende a "aparecer" bem antes do regime em que a potência máxima é alcançada (vide figura), e motores de grandes cilindradas costumam gerar mais potência e proporcionar curvas de torque mais “planas” (com força abundante em praticamente todas as faixas de rotação) do que os cilindrada reduzida, que precisam ser mantidos em regimes de giro elevados para produzir força. Daí a necessidade de o motorista reduzir as marchas ao realizar ultrapassagens ou transpor longos trechos em aclive.

Por ser associada com "velocidade" e "desempenho", a potência é usada como referência primária nos veículos leves, ao passo que o torque "fala mais alto" em caminhões, ônibus e utilitários de grande porte. Um motor diesel de 12 litros, por exemplo, gera “módicos” 400 cavalos e incríveis 228 kgfm de torque a 1.200 RPM; um Ford Mustang Shelby GT500 produz 770, mas entrega “somente” 86,4 kgfm de torque a 7.000 RPM.

A título de informação, o torque costuma se expresso em kgfm (quilogramas-força x metro), mas alguns manuais utilizam o Newton-metro. 1 Nm corresponde ao torque produzido por 1 Newton de força aplicada a 1 m de distância do ponto de rotação, e equivale a aproximadamente 0,10 kgfm. Já a potência pode ser expressa em cv (sigla de cheval vapeur) ou em kW (quilowatts). O kW é a unidade padrão do sistema nacional de unidades (SI), definida pela Organização Internacional para Normatização (ISO) segundo as normas ISO 31 e ISO 1000, e é utilizado nas fichas técnicas das montadoras de origem alemã. Fabricantes ingleses e americanos preferem o HP, e os italianos e franceses, o CV (convém escrever essas siglas com letras minúsculas).

Observação: No Brasil, a maioria das marcas (independentemente da origem) converte suas fichas técnicas para o cv, mas é bom ficar atento à equivalência real entre as medidas: 1 HP corresponde a 745,7 W ou 0,7457 kW e 1 cv, a 0,7355 kW.

A potência em HP é medida no eixo motor, com todos os acessórios necessários para ligá-lo e fazê-lo funcionar autonomamente. O BHP — de brake horse-power —, aferido segundo as (hoje obsoletas) normas americanas SAE J245 e J1995, permitia a retirada de filtro de ar, alternador, bomba de direção hidráulica e motor de partida, além de admitir o uso de coletores de escape dimensionados. Por dar uma ideia de maior potência, essa nomenclatura foi largamente utilizada pelas montadoras.

A diferença entre essa medidas tende a ser inexpressiva em motores de pouca potência — 80 HP, por exemplo, representam 81,109 CV. Mas a coisa muda conforme a potência aumenta: os 430 kW do motor V8 do Mercedes AMG Coupé, também por exemplo, equivalem a 577 HP ou 585 CV. Para evitar enganos, converta a potência em kW para HP ou CV com o auxílio de uma calculadora ou recorra a um conversor de potências online (como o do WebCalc).

Para medir o torque, o motor é ligado a um dinamômetro e posto para funcionar com aceleração máxima, mas mantido em várias rotações — 1.000, 2.000, 3.000 etc. — por um freio hidráulico ou elétrico. Conhecido o valor do torque nos diversos regimes de giro, chega-se à potência multiplicando-o pela rotação.

Resumo da ópera: torque é trabalho e potência, o tempo em que esse trabalho é realizado. O trabalho de subir um aclive é o mesmo se feito por um carro de 50 HP ou outro de 500 HP. Ambos vão subir a ladeira, ou seja, vão realizar o mesmo trabalho. Só que o mais potente fará o percurso em um tempo incomparavelmente menor. E o mesmo ocorre com a aceleração. Os dois carros do nosso exemplo, submetidos a um teste de aceleração de 0 a 100 km/h, por exemplo, vão atingir essa velocidade, mas o mais potente levará bem menos tempo.

SUTILEZAS DO MOTOR — TAXA ESTEQUIOMÉTRICA — ETANOL X METANOL

O RESSENTIDO É UM ETERNO REFÉM DO PASSADO.

Nos motores de ciclo Otto, o movimento do pistão é descendente nas fases de admissão e de combustão e ascendente nas de compressão e de descarga.

Durante a fase de admissão, a mistura ar-combustível é sugada para o interior do cilindro; na de compressão, ela é "espremida" no interior da câmara de explosão; na de combustão, ela é inflamada pela centelha gerada pela vela de ignição; na de descarga, os gases remanescentes da combustão são expulsos pelo movimento novamente ascendente do pistão, que prepara o cilindro para uma nova fase de admissão.

Observação: Somente o ciclo de combustão é considerado "útil" (no sentido de realizar trabalho, ou seja, gerar energia), mas isso não significa que as demais fases não sejam igualmente importantes, pois cada qual cumpre seu papel.

No capítulo anterior, vimos o que é taxa de compressão e que não se deve confundi-la com taxa estequiométrica. Mas faltou explicar que esta última remete à proporção entre o ar e o combustível que compõem a mistura ar-combustível queimada fase de combustão.

Quem não cabulou as aulas de física no colégio deve estar lembrado de que não há combustão sem oxigênio, daí porque o que é vaporizado, comprimido e inflamado no interior da câmara não é o combustível, mas uma mistura dele com o oxigênio presente na atmosfera.

Tanto nos motores carburados quanto nos equipados com injeção eletrônica (vide ilustração), a proporção entre a gasolina e o ar gira em torno de 12:1 — ou seja, 12 partes de ar para uma de combustível. No álcool, que tem poder calorífico inferior ao da gasolina, a mistura precisa ser mais rica — em torno de 8:1, ou seja, 8 partes de ar para uma parte de combustível —, daí a razão pela qual os veículos flex tendem a fazer menos quilômetros por litro com álcool do que com gasolina.

No tempo dos jurássicos carburadores, a taxa estequiométrica era definida por gargulantes (ou giclês), o que tornava impossível alterá-la em tempo real. Assim, veículos projetados para rodar com gasolina não podiam ser abastecidos com etanol (ou até podiam, mas funcionavam mal e bebiam mais que o Lula), e vice-versa.

Essa limitação foi superada com a adoção da injeção eletrônica de combustível — que também propiciou o desenvolvimento dos motores bicombustível que equipam nossos veículos "flex", nos quais o módulo da injeção (centralina) recebe informações em tempo real de sensores estrategicamente posicionados e a partir delas ajusta a mistura às exigências do combustível (gasolina, etanol ou ambos em qualquer proporção) e às necessidades do motor em cada situação específica.

Abro um parêntese para tratar (ainda que em rápidas pinceladas) das principais diferenças entre o etanol e o metanol, começando por dizer que tanto um quanto o outro podem ser usados como combustível em veículos automotores. No entanto, o primeiro — também chamado de álcool etílico (C2H5OH), é obtido através da fermentação do amido e de outros açúcares presentes em vegetais como a cana-de-açúcar, o milho e a beterraba, e além de ser usado como combustível para veículos como alternativa à gasolina, está presente também em bebidas, produtos de limpeza etc.

O metanol (CH3OH), por sua vez, não provém da cana ou de outros vegetais; sua obtenção se dá a partir do carvão ou da oxidação do gás metano, o que o torna venenoso e corrosivo — em contato com a pele, ele provoca irritação; a inalação de seus vapores causa náusea e vômitos, e sua a ingestão pode levar à morte.

O metanol costuma ser usado como insumo na produção de solventes de vernizes e tintas, mas, por ser incolor e apresentar odor e sabor semelhantes ao do etanol, também serve de matéria prima para a falsificação de bebidas (como uísque, vodca e assemelhados). Em pequenas quantidades, sua toxicidade é até baixa, mas seu processo metabólico, oxidado pela enzima catalase, transforma-o em aldeído fórmico (HCOH) e ácido fórmico (HCOOH), e é aí que a porca torce o rabo.

No Brasil, o metanol já serviu para suprir a falta de etanol no mercado, mas de uns tempos a esta parte seu uso como combustível para carros comuns foi proibido, embora ele continue sendo empregado em conpetições automobilísticas, já que propicia uma combustão mais rápida, que implica em maior potência do motor. Por outro lado sua queima gera uma espécie de "chama invisível", que já provocou acidentes sérios em um sem-número de competições.

Como a carga tributária que incide sobre o metanol o torna atraente para os vigaristas de plantão, donos de postos de combustível o adicionam à gasolina para aumentar seus lucros. Segundo os órgãos fiscalizadores, há registros de gasolina batizada com 27% álcool e 23% de metanol, e de casos em que a proporção deste último chega a 50%.

Com isso eu fecho o parêntese e encerro mais este capítulo.

DE VOLTA À EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA FOCADA NO SEGMENTO AUTOMOTIVO

SE DEUS ESTÁ EM TODO LUGAR, POR QUE AS PESSOAS OLHAM PRA CIMA QUANTO QUEREM FALAR COM ELE?

Um belo dia, talvez para não ficar com as vastas mãos abanando, o Senhor das Esferas criou o mundo e escalou Adão para povoá-lo. Tempos mais tarde, um dos muitos "filhos de Adão" — no caso, o engenheiro alemão Karl Friedrich Benz —, talvez cansado de andar a pé ou se locomover a passo de mula em veículos de tração animal, criou o "automóvel" (auto = de per si; móvel = que se movimenta).

Assim surgiu o Benz Patent-Motorwagen, tido e havido como o primeiro veículo capaz de se locomover por conta própria — falo de veículos com motor de combustão interna, já que, antes, houve protótipos movidos a vapor e a energia elétrica, mas isso foge ao escopo desta abordagem. Embora não passasse de uma pequena carruagem de 3 rodas, que alcançava a velocidade máxima de 16 km/h — sendo, portanto, mais lento que um cavalo —, a geringonça vendeu 25 unidades em 1886.

Em 1913, Henry Ford revolucionou a ainda incipiente indústria automotiva com sua primeira “linha de montagem" — considerada um divisor de águas no âmbito da produção em série. A inovação foi o primeiro passo para motorizar o público em geral. Até então, os carros eram montados individualmente, um de cada vez. Com a linha de montagem, a Ford Motor Company conseguiu produzir muito mais veículos em menos tempo e com menor custo. 

O Modelo "T" atingiu o recorde de dois milhões de veículos por ano, e era vendido a US$ 260 a unidade. O salário pago aos funcionários da empresa era de US$ 5/dia, e ainda que a comparação seja despropositada, posto que esse valor corresponde, atualmente, a US$ 140, vale lembrar que na Venezuela de Maduro, cantada em verso e prosa por esquerdistas lunáticos como a maravilhas das maravilhas, o salário mínimo atual é de míseros US$ 2,76/mês.

Observação: Falando em gente que não presta, talvez o procurador Leonardo Azeredo dos Santos devesse passar longas férias na Venezuela, já que reclamou dos baixos salários da categoria — R$ 35.462,22 mensais, valor bruto que cai para cerca de  R$ 24 mil. Vale lembrar que esse "mizerê", como se referiu esse imbecil a seus estipêndios, chega a R$ 80 mil, em média, com o acréscimo de indenizações, remunerações temporárias e retroativas e outras vantagens.

Dito isso, convido meus caríssimos leitores a acompanhar a segunda etapa da nossa sequência sobre evolução tecnológica focada no segmento automotivo.

AINDA SOBRE A EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA E OS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA DO CICLO OTTO — SISTEMA DE ARREFECIMENTO, CABEÇOTE E JUNTA

A POLÍTICA É UMA ARMA; FAZER POLÍTICA É SABER QUANDO APERTAR O GATILHO. 

Vimos que um motor de combustão interna (ciclo Otto) divide-se basicamente em cabeçote, bloco e cárter, que cilindros, pistões, bielas, virabrequim etc. ficam no bloco e que, nas configurações atuais, válvulas e respectivo eixo-comando ficam no cabeçote, que é responsável por controlar a entrada da mistura ar-combustível que preenche os cilindros e, após ela ser comprimida e inflamada na câmara de explosão, expulsar os gases remanescentes. Vimos também que o movimento de sobe e desce dos pistões precisa ocorrer de maneira sincronizada com a abertura e o fechamento das válvulas, e que essa sincronização é feita por engrenagens (ou polias dentadas) presas ao virabrequim e ao eixo-comando de válvulas e ligadas entre si por uma correia (ou corrente) de distribuição. Dito isso, vamos em frente.

Para o motor funcionar adequadamente, sua temperatura precisa ser mantida em torno de 90ºC. Assim, uma mistura de água desmineralizada e etileno glicol circula constantemente por uma "galeria" de dutos existentes nas paredes do bloco e do cabeçote (sem entrar em contato com os componentes internos do motor, tais como válvulas, pistões, bielas etc.), passando de tempos em tempos pelo radiador, onde um fluxo de ar promove a troca de calor com o ambiente.

Nos veículos antigos, o assim chamado sistema de arrefecimento era formado por um radiador — que acumulava as funções de reservatório de água e dissipador de calor —, uma bomba d'água acionada mecanicamente — responsável pela circulação forçada da água — e uma hélice, também acionada mecanicamente, que sugava ar "frio" do ambiente e o "empurrava" através das aletas do radiador, de modo a manter a temperatura da água sob controle. Como esse sistema não era selado, a perda de água por evaporação exigia que se checasse o nível regularmente, sob pena de "o motor ferver" — sobretudo em dias de muito calor e/ou em percursos congestionados (em regimes de baixa rotação do motor, a hélice não produzia ventilação suficiente para impedir o superaquecimento do sistema).

Mais adiante, passou-se a utilizar um sistema selado, no qual um líquido de arrefecimento com etilenoglicol (que tanto eleva o ponto de ebulição da água quanto evita que ela congele em situações de baixas temperaturas). A ventoinha, por ser elétrica, não rouba potência do motor; por ser controlada por um sensor de temperatura, ela só é acionada quando isso realmente é necessário. A hélice gira sempre em alta velocidade, independentemente da rotação do virabrequim, e uma válvula termostática posicionada entre o radiador e o bloco dosa a passagem do líquido de arrefecimento, fazendo com que que a temperatura ideal seja atingida em poucos minutos, mesmo em dias frios. Por fim, um vaso expansor translúcido permite verificar o nível do líquido (que é colorido, conforme se vê na imagem acima) sem que seja preciso remover o tampão. 

Observação: O ideal é fazer essa checagem com o motor frio e o carro parado numa superfície plana, e que o nível do líquido deve ficar entre as marcar de "mínimo" e "máximo" — e se for preciso completá-lo, usar o produto adequado, já que abastecer o reservatório com água pura irá alterar a proporção do etilenoglicol.  

O cabeçote é afixado ao bloco do motor por parafusos que devem ser apertados de forma alternada e com o auxílio de um torquímetro. Uma junta de metal elastômero (ou de metal multicamadas combinado comum componente líquido, semelhante a uma cola) garante o perfeito assentamento das peças, o que é fundamental para impedir o vazamento da compressão e evitar que o líquido de arrefecimento contamine o óleo lubrificante, além de proteger as partes metálicas de corrosão e empenamento. 

Neste ponto, abro um parêntese para dizer que a "câmara de explosão" — mencionada de passagem nas postagens anteriores — consiste no espaço remanescente, no interior do cilindro, entre a cabeça do pistão no PMS (ponto morto superior) e um "rebaixo" no cabeçote, que tem o mesmo diâmetro do cilindro e funciona como uma pequena "extensão" deste (repare na figura ao lado). É para dentro desse espaço que a mistura ar-combustível é "empurrada" pelo movimento ascendente do êmbolo no ciclo de compressão (você encontrará mais detalhes no capítulo anterior, embora essa questão vá ser revista mais adiante), para, então, ser inflamada pela centelha produzida pela vela de ignição, que dá início ao ciclo de combustão (ou explosão), que corresponde à única fase do ciclo Otto que realiza trabalho, ou seja, que gera energia. 

Continua no próximo capítulo.

AINDA SOBRE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA DO CLICO OTTO (CONTINUAÇÃO)

TUDO QUE SOBE TEM QUE DESCER.

Destrinchando melhor o que vimos nos capítulos anteriores, motores de quatro tempos (ciclo Otto) dividem-se, grosso modo, em três partes: Cabeçote, bloco e cárter.

O número de cilindros — que ficam no bloco — varia conforme o projeto; aqui pelas nossas bandas, a maioria dos veículos de fabricação recente utiliza motores com 3 ou 4 cilindros, mas isso não significa que não existam modelos com 5, 6, 8 e até 12 cilindros.

No interior cada cilindro, um pistão (ou êmbolo), ligado ao virabrequim por uma biela, sobe e desce milhares de vezes por minuto, conforme o regime de rotações (RPM) do motor. À distância que ele percorre do ponto morto superior (PMS) ao inferior (PMI) e vice-versa dá-se o nome de "curso", e esse curso é determinado pelo tamanho da biela.

Como o êmbolo sobe e desce duas vezes a cada volta do virabrequim, são quatro as fases (ou tempos) do ciclo Otto: admissão, compressão, explosão e descarga, mas apenas a fase de explosão (ou combustão) que produz energia — daí ela ser considerada como o ciclo de força ou ciclo ativo do motor (mais detalhes na postagem anterior).

Para sincronizar o movimento dos pistões com a abertura e o fechamento das válvulas, engrenagens posicionadas nas extremidades dianteiras do eixo-comando de válvulas e do virabrequim trabalham interligadas por uma correia sincronizadora (feita de borracha combinada com cintas de aço). Alguns fabricantes optam pela "corrente de sincronização", que, por ser de metal e trabalhar com lubrificação, têm vida útil superior, mas costuma ser barulhenta e custar mais caro na hora da troca. 

Tanto num caso como no outro, deve-se substituir esse componente e seu respectivo atuador de tempos em tempos (consulte o manual do seu veículo para saber a frequência indicada pelo fabricante). Em caso de quebra, o sobe e desce dos pistões e o abre e fecha das válvulas perdem o sincronismo. Além de deixar o motorista a pé, isso pode causar entortamento de válvulas, empenamento do cabeçote e danos a outros componentes internos do motor.

Voltando às válvulas nos quatro tempos do ciclo Otto:

1) Na fase de admissão, somente as válvulas de admissão se abrem, fazendo com que a mistura ar-combustível seja aspirada para o interior do cilindro pelo movimento descendente do pistão;

2) Na fase de compressão, tanto as válvulas de admissão quanto as de escapamento se fecham, garantindo que o movimento ascendente do êmbolo comprima a mistura dentro da câmara de combustão (por câmara de combustão, entenda-se o espaço que sobra entre a base do cabeçote e cabeça do pistão quando este último alcança o PMS);

3) Na fase de combustão, as válvulas de admissão e de descarga permanecem fechadas enquanto a centelha produzida pela vela de ignição inflama a mistura e a "explosão" resultante empurra o êmbolo de volta ao PMI, produzindo a energia mecânica que é transmitida pela biela ao virabrequim;

4) Na fase de exaustão (ou descarga), as válvulas de escapamento se abrem, fazendo com que o movimento novamente ascendente do pistão expulse do cilindro as sobras dos gases produzidos pela combustão, dando início a um novo ciclo, e assim sucessivamente.

Amanhã continuamos daqui.

TEMPESTADES DE VERÃO — TRANSPOSIÇÃO DE ALAGAMENTOS E O RISCO DO CALÇO HIDRÁULICO (PARTE FINAL)

A HORA DO SIM É UM DESCUIDO DO NÃO.

Vimos que o motor de quatro tempos aspira a mistura ar-combustível no ciclo de admissão, comprime-a no ciclo de compressão, gera potência no ciclo de explosão (ou combustão) e expele os gases resultantes no ciclo de exaustão (ou descarga).

A expulsão dos gases é fundamental, como você pode constatar entupindo com uma batata a saída do cano de descarga do seu carro (ou do carro de algum desafeto) e dando a partido no motor (que não vai “pegar). Daí ser importante manter o giro elevado (2.000 RPM, aproximadamente) ao atravessar um alagamento, já que a saída dos gases impede a entrada de água pelo cano de descarga, evitando que o motor “morra”.

O calço hidráulico é um fenômeno que decorre da entrada de água na câmara de combustão, ou seja, quando o motor aspira água juntamente com o ar (que, como vimos, forma a mistura que é comprimida e inflamada no interior dos cilindros para produzir a energia que move as rodas motrizes do veículo). Ao atingir o interior dos cilindros, a água não só impede a queima da mistura como submete os pistões a um esforço para o qual eles não foram dimensionados (ao contrário dos gases, os líquidos não são compressíveis), resultando no entortamento das bielas (hastes metálicas que ligam os êmbolos à árvore de manivelas, ou virabrequim) e consequente travamento do motor.

Observação: Para ter uma ideia da resistência da água à compressão, encha uma garrafa até o gargalo e tente fechá-la com uma rolha. Por mais que você force, a rolha não vai entrar; se você aumentar muito a pressão (batendo na rolha com um martelo, por exemplo), o vidro vai ceder, e a garrafa, quebrar.

No caso de o veículo ficar submerso e o motor morrer, ou se estiver estacionado e for apanhado pela inundação, também existe o risco de calço hidráulico por conta da água que entra pelo cano de descarga. Mas o mais comum ela é “sugada” pelo sistema de admissão (de novo: com o motor girando a cerca de 2.000 RPM, a expulsão dos gases impede que a água entre pelo escapamento).

É por isso que jipes, picapes e outros veículos projetados para uso off-road severo, além do cano de descarga posicionado verticalmente, têm o sistema de captação de ar elevado, próximo ao teto (o chamado snorkel, como no detalhe da figura que ilustra esta matéria). Isso lhes permite atravessar córregos, riachos e trechos alagados sem maiores problemas (dentro de certos limites, naturalmente).

Observação: Em motores de alto desempenho, como o M4 GTS, da alemã BMW, injeta-se uma determinada quantidade de água (vaporizada) no coletor de admissão, para reduzir a temperatura dos gases, prevenindo o superaquecimento, e permitir o avanço da ignição, aumentando a potência gerada pelo propulsor. Mas isso já é outra conversa.

Como regra geral, se o motor “apagar” no meio da travessia, não tente religá-lo, nem dando a partida, nem “no tranco”. Coloque a transmissão em ponto morto (ou na posição N, nos automáticos e automatizados) e empurre o veículo para fora da água. Quem tem um mínimo de habilidade manual — e dispõe das ferramentas necessárias — pode retirar as velas de ignição e dar a partida — sem as velas, não haverá compressão, mas o movimento dos pistões expulsará a água do interior dos cilindros.

Supondo que os componentes do sistema eletrônico de injeção (como a sonda lambda) não tenham sido afetados, basta recolocar as velas, reconectar os cabos e dar a partida para o motor voltar a funcionar. Mas o recomendável é chamar um guincho para rebocar o carro até uma oficina confiável, onde o mecânico fará um exame mais detalhado.

Boa sorte.