VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (Parte 12) — DOWNSIZING

Vimos que torque é trabalho e potência é a rapidez com que esse trabalho é realizado. Vimos também que essas grandezas são expressas, respectivamente, em kgfm e cv nas fichas técnicas dos carros nacionais, e que o deslocamento volumétrico do motor não é o único responsável pela quantidade de torque e potência que ele é capaz de produzir. Agora, veremos o que significa “downsizing”.

Numa tradução livre, o termo downsizing designa “encolhimento” e comumente utilizado em relação a redução de pessoal ou de custos no mundo empresarial. No âmbito da indústria automotiva, ele tem a ver com a redução no tamanho dos motores (número de cilindros, deslocamento volumétrico, etc.) sem perda de desemepenho. Assim, os gigantescos V8, como os que marcaram presença no Brasil com o Ford Maverick GT e o Dodge Charger R/T, por exemplo, vêm sendo aposentados e substituídos por propulsores de 4 e até 3 cilindros.

O deslocamento volumétrico do motor (também chamado de clindrada ou capacidade cúbica) é determinado pelo número de cilindros e pelo diâmetro e curso dos pistões. Tradicionalmente, maior deslocamento garantia mais torque e potência, mas a evolução tecnológica vem permitindo que motores com menos cilindros e capacidades cúbicas mais reduzidas tenham desempenho equivalente ao de seus irmãos maiores, mas gastando menos combustível e despejando menos poluentes na atmosfera.

Com 8 cilindros em V e 4.945 cm³ de cilindrada, o motor do Maverick GT produzia (e ainda produz, porque há remanescentes ativos e operantes) 197 cv a 4.600 rpm e torque de 39,5 kgfm a 2.400 rpm, levando os 1.400 kg do sedã esportivo a 100 km/h em 11 segundos e à velocidade máxima de 182 km/h. O consumo urbano o fabricante era de 4,5 km/l (de acordo com o fabricante), mas eu me lembro de ter gasto meio tanque para ir do bairro da Liberdade a Osasco e voltar de lá até o Aeroporto de Congonhas. Tudo bem que era de madrugada, a ideia era testar os limites do carro e aproveitar a Marginal Pinheiros, que naquela época não estava apinhada de radares fotográficos. Portanto, o trajeto não foi feito exatamente devagar, mas o fato é que o consumo daquela barca era assustador! Mesmo assim, para quem gosta do riscado não há nada como o ronco feroz de um V8.

Observação: A inscrição “302-V8” que se vê no paralama dianteiro do Maverick que ilustra esta postagem expressa a “cilindrada” do motor em polegadas cúbicas (padrão de medida utilizado nos EUA). Conforme já vimos, a cilindrada corresponde o volume da mistura ar-combustível que os cilindros admitem. Para converter o padrão norte-americano ao utilizado no Brasil (e em diversos países), basta multiplicar o valor em polegadas cúbicas pela constante 16,375. Assim, 302 x 16,375 = 4.945,25, valor que, em números redondos, corresponde ao 5.0 do propulsor do Maverick V8.

Contemporâneo do Maverick, o Fusca 1300, com seu motor boxer de 4 cilindros e 1.298 cm³, dispunha de 46 cv cv a 4.600 rpm e 9,1 kgfm a 2.800 rpm para empurrar seus 800 kg, e levava intermináveis 40 segundos para alcançar 100 km/h (quase a sua velocidade máxima). Tamanha lerdeza não se refletia na economia de combustível (não para os padrões atuais), pois o carrinho bebia um litro de gasolina a cada 7 km (trajeto urbano). A título de comparação, o VW UP! Cross 1.0 TSI, com motor de apenas 3 cilindros e 999 cm³, conta com 105 cv a 5.000 rpm e 16,8 kgfm a 1.500 rpm para levar seus 920 kg a 100 km/h em 9 segundos. Sua velocidade máxima é de 184 km/h e seu consumo urbano, de 14 km/litro.

O grande responsável por esse “prodígio de magia” é a sobrealimentação, velha conhecida dos aficionados por velocidade — quem não se lembra do icônico Porsche 911 Turbo, lançado nos anos 1970? Para entender melhor o que veremos na próxima postagem, clique aqui e relembre como funciona um motor de combustão interna do ciclo Otto.

Bom final de semana a todos e até segunda.

VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (Parte 11)

TUDO DEVE SER FEITO O MAIS SIMPLES POSSÍVEL, MAS NÃO MAIS SIMPLES QUE ISSO.

Vimos que a potência do motor — medida em cavalos vapor (cv), cavalos de força (hp, do inglês horse-power) ou quilowatts (kW) — é responsável por fazer o veículo ganhar velocidade, enquanto o torque — expresso em quilogramas-força/metro (kgfm) ou em Newtons-metro (Nm) —, por entregar a força. Volto a frisar que isso é trocar em miúdos uma penca de conceitos um tanto complicados, mas está de bom tamanho para o fim que se destina, qual seja inteirar o leitor leigo no assunto de uma forma simples e de fácil compreensão.

Como também já vimos, o torque, multiplicado pelas rotações do motor (rpm), resulta na potência, ou seja, na quantidade de energia gerada num determinado espaço de tempo. No caso de veículos de passeio, o tamanho da  “cavalaria” é vista como referência primária de desempenho, mas, na prática, o que voga é a relação “peso-potência”.

Observação: Como os fabricantes não costumam incluir essa informação no manual do proprietário, você terá de dividir o peso do veículo em ordem de marcha pela potência máxima que seu motor desenvolve (e o mesmo vale para o torque). 

Tanto o torque quanto a potência crescem à medida que a rotação aumenta, atingem o ápice num determinado regime e declinam a partir daí. Mas suas “curvas” não só são diferentes entre si, mas também variam significativamente de um veículo para outro, de acordo com o projeto a partir do qual o motor foi desenvolvido. No Corolla 2.0 (usado como exemplo no post do último dia 12), a potência máxima (de 154 cv no álcool) é obtida a 5.800 rpm, e o torque máximo (cerca de 20 kgfm), a 4.800 rpm. Isso é suficiente para o porte desse modelo (que não tem pretensões esportivas), mas, acredite, é  mais divertido dirigir um VW Polo 1.0 TSI flex (turbo) de três cilindros, que pesa 30% menos, dispõe de generosos 128 cv a 5.500 rpm e conta com os mesmo 20 kgfm de torque, só que a partir das 2.000 rpm. 

No que concerne às unidades de medida da potência automotiva, “cv” remete a “cheval vapeur” (cavalo vapor em francês), e corresponde ao “ps” alemão (de pferdestärke). Ambos expressam a potência segundo a norma alemã DIN 70020. Já o hp” (de horse-power, ou cavalo de força em inglês) — unidade definida pelo escocês James Watt — expressa a potência necessária para erguer 75 kg (quilogramas) a 1 m (metro) de altura em 1 s (segundo).

Observação: Note que o hp é medido 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.

O W (ou 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. Nas fichas técnicas divulgadas pelas montadoras, o kW é usado pelas marcas de origem alemã, ao passo que fabricantes ingleses e americanos preferem o hp, e os italianos e franceses, o cv. 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 (ou 1 ps), a 0,7355 kW. A diferença é inexpressiva em motores de pouca potência (80 hp, por exemplo, correspondem a 81,109 cv), mas os 430 kW do motor V8 do Mercedes AMG Coupé 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 aproveitar a força do motor numa arrancada, deve-se engrenar a primeira marcha, acelerar até que o ponteiro do contagiros indique 1.500 rpm acima do regime de torque máximo, e só então liberar o pedal da embreagem. Caso a ideia seja testar a capacidade de aceleração, continuando fundo e troque as marchas sempre no regime de potência máxima (mas tome cuidado com os radares). 

Note que isso se aplica a veículos com câmbio manual, pois nos automáticos sem launch control não há como elevar o giro do motor antes de liberar o pedal da embreagem (até porque esse pedal não existe). Modelos mais potentes e com torque abundante em baixas rotações chegam a “cantar pneu” quando acelerados a fundo na arrancada, mas os mais limitados, com torque disponível apenas em rotações elevadas, costumam ser “chochos”, sobretudo se a transmissão for do tipo CVT (Continuosly Variable Transmission), que varia as relações de marcha continuamente. 

Embora essa tecnologia seja referência em economia de combustível, não há nada melhor que o tradicional sistema de engrenagens para garantir arrancadas com prontidão. Mas isso deve mudar em breve, pois a Toyota criou um novo sistema que reúne o melhor dos dois conceitos: um CVT equipado com uma engrenagem acionada em velocidades baixas. 

O Direct Shift-CVT funciona como os demais CVTs, variando continuamente as relações graças a duas polias interligadas por uma correia que mudam de diâmetro constantemente. A diferença, nesse caso, é que as polias só entram em ação depois que o carro embala. Isso significa que, com o auxílio da engrenagem, as arrancadas são bem mais ágeis do que nos automáticos e automatizados em geral. 

A empresa não informa de quanto seria o benefício dessa tecnologia, mas diz que vai utilizá-la nos próximos lançamentos da marca desenvolvidos sobre a plataforma TNGA, entre eles a futura geração do Corolla, que deve chegar ao mercado em 2020.

Amanhã a gente continua. 

VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (Parte 10) — AINDA SOBRE TORQUE E POTÊNCIA

QUANDO VOCÊ TEM TODAS AS RESPOSTAS, ALGUÉM VEM E MUDA AS PERGUNTAS.

O que eu publiquei sobre torque e potência no post da última quarta-feira me pareceu suficiente para dar uma ideia ao leitor do que são e o que representam os valores informados no manual do proprietário dos veículos sob essas rubricas.  Todavia, escrever sobre temas complexos numa linguagem acessível a leigos, mas que não insulte a inteligência dos iniciados, é sempre um desafio, como dá conta o comentário de um visitante assíduo aqui do Blog. Então, em atenção a ele — e a outros leitores que eventualmente ainda tenham dúvidas sobre o assunto —, resolvi esmiuçar melhor essa questão, que realmente é um tanto nebulosa.

Como eu disse na postagem anterior, levar algo de um ponto a outro é trabalho; portanto, torque é trabalho (mesmo sendo uma força com tendência a girar objetos, como eu disse anteriormente). A potência, por sua vez, tem a ver com a rapidez com que esse trabalho é realizado.  

Observação: No âmbito da mecânica automotiva, chamamos torque ao esforço de torção produzido pelo motor. Para medi-lo, acoplamos esse motor a um dinamômetro, aceleramos ao máximo e usamos um freio hidráulico (ou elétrico) para limitar as rotações a 1000, 2000, 3000, e assim por diante. A partir dos valores do torque nesse regimes, calculamos a potência multiplicando-os pelo número de rotações por minuto (rpm) em cada situação específica.

O trabalho que um Fusca 1300 e um Mustang 5.0 realizam ao subir uma ladeira é o mesmo; a diferença é que o Ford se desincumbe da tarefa em bem menos tempo, pois seu gigantesco V8 gera 466 cv de potência a 7.000 rpm e 56,7 kgfm de torque a 4.600 rpm, ao passo que o boxer de 4 cilindros do fusquinha produz 46 cv de potência a 4.600 rpm e 9,1 kgfm de torque a 2 600 rpm.

O mesmo raciocínio se aplica à aceleração. Numa hipotética largada conjunta, o Mustang atingiria 100 km/h em apenas 4,3 segundos, enquanto o Fusca levaria intermináveis 31 segundos para alcançar a mesma velocidade. A título de curiosidade, a velocidade máxima do Mustang é de 250 km/h (e isso porque é limitada eletronicamente), enquanto a do Fusca é de 115 km/h (e isso com vento a favor). Daí se conclui que quem tem mais potência realiza o trabalho em menos tempo.

Fugindo um pouco à pergunta do leitor (que agora, suponho, está respondida), acho oportuno aprovetar este ensjo para complementar o que eu já disse em outras postagens desta interminável sequência, mas não neste nível de detalhes:

Nos motores aspirados, a mistura ar-combustível é sugada para o interior da câmara de explosão pela depressão resultante do movimento descendente que o pistão realiza no ciclo de admissão. Na sequência, ela é comprimida (ciclo de compressão) e inflamada pela vela de ignição (ciclo de explosão, gerando as altas pressões internas que empurram o êmbolo para baixo, fazendo o motor funcionar). Finalmente, os gazes resultantes da explosão são expulsos do interior da câmara pelo movimento ascendente do pistão (ciclo de descarga), e aí começa tudo outra vez (mais detalhes nesta postagem). É bom que isso fique bem claro, pois assim ficará mais fácil de entender o funcionamento do turbocompressor, que é o assunto da próxima postagem.

Cabe aos projetistas garantir que a potência palpável (ou utilizável) não apareça somente em regimes muito elevados de rotação. Isso até poderia funcionar nas pistas, mas inviabilizaria a condução do veículo no trânsito urbano, já que para vencer a inércia seria preciso levar o motor a um regime de giros muito elevado — o que, dentre outras coisas, reduziria drasticamente a vida útil dos componentes da embreagem. E é aí que entra o torque.

Observação: A função da embreagem é acoplar ou desacoplar dois sistemas rotativos distintos (o motor e o câmbio, no caso do automóvel), permitindo-lhes girar em conjunto, separadamente, ou em rotações diferentes. O modelo usado nos veículos equipados com câmbio manual é acionado pelo motorista através de um pedal, que leva o garfo a pressionar o rolamento de encosto contra a mola-diafragma do platô, reduzindo a pressão sobre o disco de fricção. Conforme esse pedal é liberado, dá-se o efeito inverso, ou seja, o disco volta a ser pressionado contra o volante do motor, elevando gradualmente a rotação até igualá-la à do eixo piloto. No câmbio automático, um conversor de torque faz o papel da embreagem, e um conjunto de planetárias, auxiliado por um sofisticado mecanismo de apoio, produz as relações de transmissão que são repassadas às rodas motrizes. Já as transmissões automatizadas as mesmas caixas das manuais; a diferença é que o acionamento da embreagem e troca das marchas ficam a cargo de um robô (daí esse sistema ser conhecido também como transmissão robotizada).   

Votando à vaca fria, quanto mais cedo — em termos de rotação — o torque surgir, melhor será o aproveitamento da potência produzida pelo motor. É aí que entra a “curva de torque” — tanto melhor quanto mais “plana” ela for, pois é bom que o torque esteja disponível em rotações baixas, mas também é preciso que ele continue disponível (ou mesmo cresça) à medida que o giro aumenta.

O maior desafio dos projetistas é desenvolver um motor “elástico”, que tenha potência palpável em baixas rotações e muita potência em regimes de giro mais elevados. Contribuem para isso requintes tecnológicos como o aumento do número de válvulas por cilindro, a adoção de comandos variáveis, os sistemas de sobrealimentação — seja através de uma turbina acionada pelos gases expelidos durante o ciclo de descarga, seja por um compressor acionado mecanicamente por um sistema de correia e polias, mas isso já é conversa para uma próxima vez.

É importante ter em mente que o deslocamento volumétrico do motor é apenas um dos responsáveis pelo torque e potência que ele produz. Prova disso é que há tempos os fabricantes vêm investindo no “downsizing” — ou seja, desenvolvendo motores menores, que privilegiam o consumo e reduzem a emissão de poluentes, mas que isso resulte em prejuízos palpáveis ne desempenho. Para desespero dos puristas, os enormes V8 vêm cedendo espaço aos V6, e estes a versões de 4 ou 3 cilindros, geralmente de 1000 cc, mas com performance equivalente (ou até superior). Mas isso já é outra conversa.

Dúvidas? Escreva.

VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (Parte 9) — SOBRE TORQUE E POTÊNCIA

IMAGINAÇÃO É A INTELIGÊNCIA SE DIVERTINDO.

Ontem, 13, foi a segunda terça-feira de novembro, dia de Patch Tuesday da Microsoft. O problemático update de outubro (build 1809) não foi incluído (felizmente; se é para ter problemas, melhor ficar com a versão 1803 até que a mãe da criança dê seu jeito). Na minha máquina, o patch KB4467702 entrou liso feito quiabo, a exemplo de uma atualização do Adobe Flash Player. A ferramenta de remoção de software malicioso também rodou sem novidades. Desejo a mesma sorte a todos.

Abastecer um veículo Flex com etanol traz benefícios que transcendem a economia e o desempenho (o álcool custa mais barato e gera mais torque e portência). Mas nem tudo são flores nesse jardim. Antes de detalhar isso melhor, porém, é preciso preencher algumas lacunas que ficaram em aberto ao longo dos capítulos anteriores. Acompanhe.

Numa definição não muito exata do ponto de vista técnico, mas adequada aos propósitos desta postagem, a potência — que é medida em cavalos vapor (cv) cavalos de força (hp, do inglês horse-power) ou quilowatts (kW) — é responsável por fazer o veículo ganhar velocidade, ao passo que o torque — expresso em quilogramas-força/metro (kgfm) ou em Newtons-metro (Nm) —, por entregar a força.

Para fugir das intrincadas fórmulas que aprendemos no colégio e esquecemos logo após o vestibular, troquemos isso em miúdos: levar algo de um ponto a outro é trabalho, e torque representa trabalho, embora seja uma força com tendência a girar objetos (apertar as porcas da roda do carro é um bom exemplo: ao aplicar uma determinada força na chave de rodas, você cria o torque necessário para rosquear a porca no prisioneiro). Já a potência tem a ver com a rapidez com que esse trabalho é realizado (veículos mais potentes alcançam velocidades mais elevadas e se deslocam de um ponto a outro mais rapidamente do que os menos potentes).

Conforme vimos no capítulo anterior, o motor desenvolve sua potência máxima em regimes de giro elevados — entre 5.000 e 7.000 rotações por minuto nos carros de passeio, mas que chegam a 15.000 rpm nos bólidos de F1 —, ao passo que o torque máximo tende a surgir regimes inferiores — o que é bom: quanto menor o regime de giros em que ele é produzido e mais plana for sua “curva”, tanto melhor (vide figura que ilustra esta postagem).

Para não abrir mais uma lacuna a ser preenchida mais adiante, lembro que o torque costuma ser associado à arrancada, e a potência, à velocidade, embora ambos sejam produzidos pela combustão, aumentem conforme o giro do motor se eleva e atuem em conjunto durante todo o tempo em o veículo é utilizado. O fato de o torque máximo surgir em regimes inferiores ao da potência máxima se explica pela distância horizontal das bielas, que varia de acordo com sua posição em relação ao virabrequim. Com isso, o torque também varia, já que ele é o produto da força pela distância. Note que, com o pistão no ponto mais alto do ciclo e a biela alinhada verticalmente com o centro do virabrequim, nenhum torque é gerado — seria como posicionar a chave de roda na vertical e subir em cima dela; ainda que você conseguisse se equilibrar, a porca não se soltaria, pois o torque só se manifesta quando a força atua numa alavanca perpendicular ao eixo.

A potência, por ser associada à velocidade máxima, é usada como referência primária da eficiência do motor (isso nos veículos de passeio; nos ônibus e caminhões valoriza-se mais o torque — que  costuma ser mais abundante nos motores do ciclo Diesel, além de surgir em rotações mais baixas que nos do ciclo Otto. A título de ilustração, um motor diesel de 12 litros produz 400 cavalos (quase a mesma potência do motor V8 a gasolina de um Ford Mustang preparado), mas gera incríveis 228 kgfm de torque a 1.200 rpm, enquanto o Mustang entrega “apenas” 48,9 kgfm a 5.600 rpm.

O torque é expresso em Newtons-metro (Nm) ou em Quilogramas-força x metro (kgfm ou m.kgf). 1 Nm corresponde ao torque produzido por 1 N de força aplicada a 1 m de distância do ponto de rotação, e equivale a aproximadamente 0,10 kgfm. Para entender isso melhor, pense na chave de rodas do nosso exemplo: quanto maior for seu braço, menor será o esforço (torque) necessário para girar a porca.

Motores de combustão interna (como os que equipam a maioria dos nossos veículos) transformam a energia calorífica gerada pela queima da mistura ar-combustível na energia mecânica produzida pelo movimento descendente do pistão. Em outras palavras, a força (torque) resultante da explosão é transmitida pela biela ao virabrequim, que a transmite, através do volante, ao câmbio (através da embreagem ou do conversor de torque, conforme o caso), que a desmultiplica e repassa ao diferencial, que faz girar as rodas motrizes (veja isso em detalhes nesta postagem).

Para não encompridar demais este texto, trataremos das unidades de potência na próxima postagem. Bom feriadão a todos.

VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (Parte 7)

VIVA COMO SE FOSSE MORRER AMANHÃ. APRENDA COMO SE FOSSE VIVER ETERNAMENTE.

Como vimos ao longo desta sequência, o grande atrativo dos veículos Flex é a possibilidade de abastecê-los com gasolina, etanol ou uma mistura de ambos em qualquer proporção. Usar álcool tende a ser mais vantajoso quando seu preço na bomba é igual ou inferior a 70% do preço da gasolina, mas há outras vantagens. Para citar um exemplo notório, sua octanagem é 20% superior à da gasolina comum, o que resulta em mais torque e potência. A título de ilustração, o motor 1.6 Flex que equipa o New Fiesta gera 127,6 cv no álcool e 125,2 cv na gasolina. No Prisma 1.4 Flex, essa diferença é um pouco maior — 97 cv contra 89 cv —, e no Corolla 2.0, maior ainda — 154 cv conta 143 cv (volto a esse assunto mais adiante).

Via de regra, o motor atinge sua potência máxima em regimes (rotações por minuto) elevados. Nos exemplos do parágrafo anterior, isso significa algo entre 6.000 rpm e 6.500 rpm. O torque máximo é obtido em regimes inferires, o que é positivo: mais força em baixas rotações proporciona melhor aceleração e, por tabela, favorece as retomadas de velocidade. Portanto, ao esquadrinhar a ficha técnica do seu veículo (ou do modelo que você tem em vista), observe o valor do torque máximo (expresso em kgfm ou Nm) e a faixa de rotação na qual ele surge. Quanto mais “plana” for a “curva de torque”, tanto melhor.

Devido ao poder calorífico menor que o da gasolina, o etanol requer uma mistura “mais rica” — ou seja, sua taxa estequiométrica (proporção entre o combustível e o ar que compõem a mistura) é de aproximadamente 8,4:1, o que corresponde, em números redondos, a oito partes de ar para uma de combustível. Na gasolina, a taxa é de 14,6:1 (catorze partes de ar para uma de combustível, também em números redondos).

Nos veículos carburados, a dosagem da mistura ar-combustivel pulverizada no coletor de admissão era estabelecida pelos giclês (ou gargulantes) do carburador, o que resultava numa relação estequiométrica invariável. Já a injeção eletrônica — que, como vimos, é a grande responsável pelo desenvolvimento dos motores bicombustível — faz ajustes em tempo real, estabelecendo quantidades e proporções de ar e combustível adequadas a cada momento específico. O etanol custa mais barato, mas rende menos e resulta numa autonomia enferior à da gasolina. Em outras palavras, gasta-se menos para abastecer, mas as paradas no posto são mais frequentes — o que pode ser um problema em viagens, sobretudo se os postos ficarem muito distantes entre si.

Motores à gasolina produzem melhores resultados com taxas de compressão em torno de 10:1, ao passo que o álcool (a exemplo das gasolinas premium) requer taxas mais elevadas — entre 11,5:1 e 14:1. Atualmente, os engenheiros precisam definir uma relação intermediária, que atenda às exigências dos dois combustíveis. Mas isso deve mudar com a tecnologia que vem sendo desenvolvida pela Nissan com vistas a uma taxa de compressão variável. Quando ela se tornar comercialmente viável, será possível explorar o melhor de cada combustível (mais detalhes nesta postagem).

Observação: Eu já disse, mas não custa repetir que a taxa de compressão corresponde ao número de vezes que a mistura ar-combustível é comprimida pelo movimento ascendente do pistão no ciclo de compressão, até ser inflamada pela centelha produzida pela vela de ignição (no ciclo de explosão), e que esse parêtro depende precipuamente do curso do pistão — para mais detalhes sobre o funcionamento do motor de quatro tempos (ciclo Otto), releia esta postagem.

Amanhã eu conto o resto.

TRANSMISSÃO MANUAL, AUTOMÁTICA OU AUTOMATIZADA (continuação)

Se quiser derrubar uma árvore na metade do tempo, passe o dobro do tempo amolando o machado.

A função da embreagem (figura à esquerda) é acoplar ou desacoplar dois sistemas rotativos distintos (o motor e o câmbio, no caso do automóvel), permitindo-lhes girar em conjunto, separadamente, ou em rotações diferentes.

O modelo utilizado nos veículos com câmbio manual é acionado pelo motorista através de um pedal que leva o garfo a pressionar o rolamento de encosto contra a mola-diafragma do platô, liberando o disco de fricção. Conforme o pedal é liberado, dá-se o efeito inverso – ou seja, o platô volta a pressionar o disco contra o volante, elevando gradualmente a rotação do motor até igualá-la à do eixo piloto.

Observação: Uma das maiores dificuldades dos motoristas iniciantes é conciliar a aceleração com a pressão no pedal da embreagem, de maneira a aproveitar o efeito de "patinagem" ao manobrar ou quebrar a inércia – notadamente em aclives – sem deixar o motor "morrer" ou fazer o veículo sair aos solavancos.

Já ao sistema de transmissão (câmbio/diferencial) compete desmultiplicar a rotação proveniente do motor e repassá-la às rodas motrizes sob a forma de torque ou potência, conforme as exigências do veículo a cada momento (mais detalhes no post de  28/09/09). A primeira etapa desse processo cabe ao câmbio (figura ao lado), cujo sofisticado conjunto de eixos, engrenagens, garfos e luvas de engates produz as diversas relações (marchas) que o motorista seleciona manualmente através da alavanca de mudanças.

Observação: Para facilitar o entendimento, vamos equipar nossa hipotética bicicleta da postagem anterior com um câmbio simples, de três velocidades, no qual um atuador (trambulador) ligado por cabo a uma alavanquinha presa ao guidão transfere a corrente de uma catraca para outra, a critério do ciclista. Quanto maior a catraca (marchas curtas), menos esforço será necessário para vencer a inércia ou subir aclives acentuados; quanto menor ela for (marchas longas), mais voltas serão completadas pela roda motriz a cada pedalada, permitindo alcançar e manter velocidades elevadas com menos esforço.

A segunda etapa fica por conta do diferencial (vide figura abaixo, obtida do site www.portalsaofrancisco.com.br/), também composto por um rebuscado conjunto de engrenagens – coroa e pinhão, planetárias e satélites – que desmultiplicam (mais uma vez) a rotação proveniente do câmbio e a repassam às rodas motrizes, permitindo que elas girem em velocidades diferentes durante as curvas, quando as rodas "internas" percorrem trajetórias menores do que as "externas".

Observação: Na maioria dos carros fabricados atualmente no Brasil, que têm motor e tração dianteiros, o diferencial fica acoplado à caixa de câmbio; em veículos com motor dianteiro e tração traseira, ele é instalado entre as rodas motrizes e recebe o movimento rotacional transmitido pelo câmbio através de um eixo longitudinal (cardã).

Amanhã a gente conclui; abraços e até lá.

EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA – TRANSMISSÃO MANUAL, AUTOMÁTICA OU AUTOMATIZADA; QUAL A MELHOR?

Não há mal que sempre dure nem bem que nunca termine.

A despeito de ter sido apeado do poder por "suspeitas" de corrupção (que, após treze anos de lulopetismo, parecem coisa de punguista de feira), o autodeclarado "homem macho de colhão roxo" Fernando Collor abriu as importações e pôs fim às reservas de mercado – medidas que, dentre outras coisas, propiciaram a modernização da indústria automobilística nacional.

Embora nossos veículos continuem 30 anos defasados em relação aos modelos internacionais e figurem entre os mais caros do mundo, temos muito a comemorar, começando pela substituição dos arcaicos carburadores pela injeção eletrônica de combustível, passando pela evolução dos deploráveis motores a álcool dos anos 80 para os modelos multicombustível atuais, e prosseguindo com a inclusão de airbags, freios ABS, direção assistida, ar condicionado, trio elétrico, sensor de estacionamento e outros aprimoramentos que hoje contemplam também nos modelos ditos "populares" – ainda que na condição de opcionais e cobrados a peso de ouro.

Igualmente digna de nota é a transmissão automática – desenvolvida, dizem, por dois engenheiros brasileiros –, que caiu de pronto no gosto dos norte-americanos, mas só agora começou a se popularizar entre nós, especialmente depois que as montadoras passaram a oferecer uma opção mais barata, conhecida como transmissão automatizada.

Observação: Tanto as caixas automáticas quanto as automatizadas concedem férias à perna esquerda, pois dispensam o pedal de embreagem, mas as semelhanças terminam por aí, já que cada qual tem vantagens e desvantagens que devem ser levadas em conta quando você for escolher seu próximo carro.

Para facilitar a compreensão do que será visto a seguir, é recomendável reler os posts de 21 e 22 de setembro de 2009, que dão uma boa noção de como funciona um motor de combustão interna (figura ao lado). Em atenção aos comodistas de plantão, relembro a velha analogia entre o motor e a bicicleta, na qual as pernas do ciclista fazem o papel dos pistões; o pé-de-vela, o das bielas, e a coroa, o do volante do virabrequim, que, através da corrente, transmite a força aplicada aos pedais à catraca da roda traseira, pondo a "magrela" em movimento.

Amanhã a gente continua; abraços e até lá.

Fontes de alimentação

Um comentário anônimo na postagem do último dia 22 (no qual o leitor relatava a ocorrência de travamentos e deficiência no áudio sempre que rodava games) me leva a rabiscar algumas linhas sobre as fontes de alimentação dos PCs. Tanto as máquinas de grife como os "frankenstains" montados por integradores independentes deveriam oferecer fontes compatíveis com a demanda da somatória de seus componentes. No entanto, além de isso nem sempre ocorrer, é comum o usuário fazer upgrades de hardware sem levar em conta o aumento do consumo de energia e a elevação da temperatura no interior do gabinete – o que pode acarretar problemas de desempenho, travamentos, reinicializações aleatórias e outras anormalidades.
O consumo de um aparelho é expresso pela sua "potência" – grandeza que remete à quantidade de energia consumida num determinado espaço de tempo. Assim, basta multiplicar esse fator pelo tempo de utilização para obter a quantidade de energia consumida. Por exemplo, uma lâmpada de 100 W que fique acesa durante quatro horas por dia será responsável por 12 quilowatts/hora na sua “conta de luz” (100 W x 4 horas x 30 dias = 12.000 W/h = 12 kW/h).
No caso dos computadores, todavia, existem outras variáveis a considerar, até porque dois modelos "semelhantes" podem demandar diferentes quantidades de energia, seja por conta das características de cada máquina (tecnologias e modelos dos dispositivos embarcados, tipo e tamanho do monitor de vídeo, e por aí vai), seja pelas tarefas executadas.
Para evitar que sua fonte de alimentação se transforme numa fonte de dor de cabeça, o ideal é dispor de um modelo cuja potência real supra (com folga) as necessidades do sistema. Hoje em dia, uma fonte de 500 W (reais) costuma ser suficiente para a maioria dos usuários domésticos, mas é bom lembrar que somente produtos de fabricantes conceituados oferecem potências reais próximas dos valores declarados (é comum encontrarmos no mercado fontes de 400 ou 500 W que, na realidade, não suportam mais que 300 W de carga).
Outro fator a ser levado em conta é o PFC (POWER FACTOR CORRECTION), cujo objetivo é proporcionar baixa distorção na rede de alimentação (entrada da fonte). Modelos com PFC ativo (existe também o PFC passivo, mas isso já é outra história) apresentam eficiência entre 95% e 99%, ao passo que fontes sem PFC não passam dos 60% – em última análise, isso significa que estas últimas consomem mais energia para gerar a mesma potência de saída, o que acaba refletindo no bolso do usuário via conta de luz.
Para finalizar, vale lembrar que além de entregar uma potência real “honesta”, uma boa fonte deve também oferecer proteção contra curtos e sobrevoltagem (procure nas especificações algo como OVP, OCP e SCP), ventoinha automática (com rotação variável controlado por sensor térmico integrado), operação silenciosa, facilidade de instalação e garantia no Brasil.
Bom dia a todos e até amanhã, se Deus quiser.

Torque x Potência

Da mesma forma que a velocidade da CPU não é a única responsável pelo desempenho global de um PC, o deslocamento volumétrico de um motor, por si só, não determina o desempenho de um veículo, razão pela qual é mais do que recomendável analisar as especificações de potência máxima e torque máximo constantes do manual do proprietário.
Para conceituar torque e potência sem recorrer àquelas intrincadas fórmulas que esquecemos tão logo passamos no vestibular, podemos dizer que levar um carro de um ponto a outro é trabalho, de modo que torque representa trabalho – embora seja uma força que tende a girar objetos (apertar as porcas da roda do carro é um bom exemplo; ao aplicar uma determinada força na chave de rodas, você cria o torque que tende a girar a porca sobre o parafuso). Já a potência tem a ver com a rapidez com que o trabalho é realizado (veículos mais potentes alcançam velocidades mais elevadas e se deslocam de um ponto a outro mais rapidamente do que os menos potentes).
É comum associarmos torque com arrancada e potência com velocidade, a despeito de ambas essas variáveis serem produzidos pela combustão, crescerem conforme o aumento das RPM e atuarem em conjunto durante todo o tempo em o veículo é utilizado. O torque tende a “aparecer” num regime de giros mais baixo que o da potência máxima – como a distância horizontal das bielas varia de acordo com a posição em relação ao virabrequim, o torque também varia, pois corresponde ao produto da força pela distância. Com o pistão no ponto mais alto do ciclo e a biela alinhada verticalmente com o centro do virabrequim, nenhum torque é gerado (seria como posicionar a chave de roda na vertical e subir em cima dela; mesmo que você conseguisse se equilibrar, a porca não se soltaria, pois o torque só se manifesta quando a força atua numa alavanca perpendicular ao eixo).
A despeito do que dissemos sobre a performance otimizada dos veículos atuais, motores de grandes cilindradas oferecem mais potência e proporcionam curvas de torque mais “planas” (com força abundante em praticamente todas as faixas de rotação). E ainda que seja possível conciliar potência elevada com torque moderado (proporcional à cilindrada), motores dessa concepção precisam ser mantidos em altos regimes de giro, o que exige frequentes reduções de marchas (para transpor aclives e realizar ultrapassagens, por exemplo).

Observação: O torque é expresso em Newtons-metro ou em Qilogramas-força x 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 kgf.m). Já a potência é medida em cavalos vapor: 1 cv corresponde à potência necessária para levantar um peso de 75 kg a uma altura de 1 metro em 1 segundo (portanto, 1 cv = 75 kg.m/s).

A potência (associada à velocidade) costuma ser usada como referência primária nos carros de passeio; em caminhões, ônibus e utilitários assemelhados, é o torque quem “fala mais alto”: um motor diesel de 12 litros, por exemplo, produz “módicos” 400 cavalos, mas incríveis 228 kgf.m de torque a 1.200 RPM; ao passo que um Ford Mustang preparado, ainda que desenvolva a mesma potência, entrega “apenas” 48,9 kgf.m de torque a 5.600 RPM.

Uma boa semana a todos (e salve São Judas Tadeu!).

Automóveis e Evolução (conclusão)

As postagens anteriores deram uma noção elementar sobre o funcionamento dos motores à explosão, embora eu não tenha discorrido sobre os sistemas de alimentação, ignição, lubrificação, arrefecimento e transmissão – cuja abordagem não estava mesmo no programa.
Para concluir esta seqüência e retomar nossos temas habituais, resta mencionar que colocar o motor em funcionamento é atualmente um procedimento simples: quando você “dá a partida”, o pinhão do motor de arranque se acopla à cremalheira do volante e produz um movimento rotacional que é transmitido pelo virabrequim às bielas, forçando os pistões a iniciar seu “vai-e-vem” (para quem não sabe, houve um tempo em que isso era feito “no muque”, com o auxílio de uma manivela). Havendo carga na bateria e combustível no tanque, em poucos segundos o motor dará início às primeiras explosões e irá “ronronar” numa suave marcha lenta (entre 600 e 900 RPM, na maioria dos casos).
Cumpre salientar também que a era dos “motorzões” – herança dos modelos predominantemente norte-americanos que compunham nossa frota até o início da produção nacional – chegou ao final quando a Ford descontinuou a fabricação do Maverick GT e do Landau, e a GM, do Opala 250-S de 6 cilindros. Não obstante, quem tem pretensões esportivas e predileção paixão por velocidade não ficou no prejuízo: a concepção avançada e a tecnologia embarcada nos carros atuais garantem excelente performance, além de economia de combustível e redução de poluentes (mesmo assim, muita gente ainda se “arrepia” ao ouvir o ronco possante de um V8).
Voltando ao exemplo utilizado na primeira postagem, o Fusca 1.300 oferecia modestos 40 cavalos e atingia cerca de 110 km/h, enquanto um Ford 1.0 Supercharger atual (alimentado por um compressor mecânico) desenvolve 90 cavalos é dá de lavada no fusquinha, tanto em aceleração quanto em retomada e velocidade máxima - - o que é impressionante, considerando sua cilindrada. Para compreender isso melhor, seria preciso analisar outras questões que, por motivo de espaço, ficarão para uma próxima vez (quem saba na semana que vem, caso este assunto desperte o interesse dos leitores).
Abraços a todos e até mais ler.

Automóveis e Evolução (continuação)

Motores de combustão interna transformam a energia calorífica produzida pela queima da mistura ar/combustível na energia mecânica que faz o carro se movimentar. Para tanto, o combustível líquido precisa ser vaporizado e combinado com certa quantidade de ar. Antigamente, isso era feito pelo carburador; hoje, sofisticados sistemas eletrônicos de injeção monitoram as necessidades do motor em tempo real e estabelecem quantidades e proporções adequadas a cada momento específico, proporcionando melhor desempenho com menor consumo de combustível.
A alimentação dos cilindros determina o regime do motor: quanto maior a quantidade de mistura introduzida nas câmaras, mais força é produzida. Todavia, como o volume aspirado é sempre inferior à cilindrada – já que os gases sofrem uma perda de carga e não enchem completamente as câmaras –, propulsores mais sofisticados utilizam compressores para otimizar a alimentação e produzir mais potência, mas isso já é outra história.
Um ciclo de força simples num motor de quatro tempos requer quatro cursos sucessivos do pistão. Durante a admissão, a depressão criada no interior do cilindro pelo movimento descendente do êmbolo enche a câmara de explosão com a mistura. Na etapa seguinte (compressão), enquanto ambas as válvulas permanecem fechadas, o pistão retorna a seu ponto morto superior e comprime a mistura. Em seguida (explosão) uma centelha produzida pela vela de ignição inflama os gases e empurra o embolo para baixo, produzindo o chamado “trabalho útil”. Finalmente, dá-se o curso de descarga, quando o pistão torna a subir e expulsa os gases do cilindro através da válvula de escapamento).

Observação: As válvulas não se abrem e fecham no exato instante em que os pistões atingem os pontos extremos de seu curso, pois uma pequena antecipação na abertura e um breve retardo no fechamento facilitam tanto a admissão da mistura quanto a expulsão dos gases.

O vai-e-vem retilíneo dos pistões produz um movimento circular no volante que, com auxílio da embreagem e do sistema de transmissão (câmbio/diferencial), é transferido para as rodas motrizes, fazendo o veículo se movimentar. Esse processo se repete milhares de vezes por minuto – conforme as características do motor e seu regime de rotação, cada pistão pode realizar mais de 100 ciclos por segundo!
Amanhã a gente conclui.
Abraços e até lá.

Automóveis e Evolução

Dizem que Bill Gates, durante certa feira de informática (COMDEX), teria afirmado que “se a GM tivesse desenvolvido sua tecnologia como a Microsoft fez com a dela, hoje estaríamos dirigindo carros de 25 dólares que fariam 1.000 milhas com um galão de gasolina” (“pérola” que foi respondida à altura pela GM, como vimos na postagem de 05/10 2007).
Gozações à parte, a verdade é que os automóveis evoluíram bastante nas últimas décadas, ainda que não tanto e nem tão rapidamente quanto os computadores. E isso se aplica também às nossas “carroças” – parafraseando o ex-presidente Collor, que contribuiu para a modernização da indústria nacional ao liberar as importações e pôr fim à reserva de mercado (não fosse por isso, dificilmente teríamos os benefícios da tecnologia bicombustível ou estaríamos dirigindo carros com injeção eletrônica, freios ABS e outros requintes que tais).
Um veículo “popular” atual, com motorização 1.0 (cerca de 1.000 cc de cilindrada), “anda bem mais e bebe bem menos” que seu equivalente da década de ’70 (o fusquinha, cuja capacidade cúbica 30% era maior). Vejamos isso melhor:
Os principais componentes de um motor de quatro tempos atual (ciclo Otto) são basicamente os mesmos do início do século passado: cilindros, cabeçote, cárter (que é basicamente um “depósito” de óleo lubrificante), pistões (ou êmbolos), bielas, virabrequim (ou árvore de manivelas) e válvulas (e respectivo mecanismo de acionamento).
Os cilindros ficam no bloco, entre o cabeçote e o cárter, e sobre cada um deles existem duas ou mais válvulas que, acionadas pelo “eixo-comando”, abrem e fecham a comunicação entre a câmara de explosão e os dutos de admissão e escapamento. Abaixo dos cilindros, os mancais (apoios) suportam o virabrequim, que é ligado aos pistões por meio de bielas e acoplado a um “volante” metálico cuidadosamente balanceado. Dentro de cada cilindro, o pistão faz movimentos de vai-e-vem (vertical nos motores "em linha", em ângulo nos modelos em “V” e horizontal nos propulsores como os do velho fusquinha, cujos pistões são contrapostos e trabalham horizontalmente).
O “espaço” entre o cabeçote e a parte superior do pistão corresponde à câmara de explosão, cujo volume varia conforme a posição do êmbolo. A relação entre os volumes medidos antes e depois da compressão define a taxa de compressão do motor, e sua capacidade cúbica (ou cilindrada) é obtida multiplicando-se o volume da câmara (com o pistão no ponto morto inferior) pelo número de cilindros: nos motorzinhos “1.0” que equipam nossos carros “populares”, ela corresponde a aproximadamente um litro; já nos saudosos V8 da década de ’70, mais de 5 litros!
Amanhã a gente continua.
Abraços e até lá.