Pra acelerar, é só pisar?

Quando se fala em acelerador, geralmente vem à mente o pedal da direita. Porém, o que realmente faz o carro “acelerar” não é o pedal em si, mas a válvula hidráulica que regula o fluxo de ar que entra no motor. Popularmente conhecida como “borboleta” devido ao seu formato mais difundido, ela é fundamental para garantir a quantidade correta de ar admitida pelo motor, sendo portanto um elemento chave no funcionamento do sistema. Enquanto nos motores de carros de passeio tem-se somente uma válvula deste tipo, na F1 utiliza-se uma válvula “borboleta” para cada cilindro, de maneira a controlar individualmente o ar admitido.

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Respirar fundo é fundamental

A caixa de tomada de ar é uma das características mais distintivas de um carro F1 moderno. Situado logo acima da cabeça do piloto, o orifício de entrada de ar em forma oval determina não apenas o formato da tampa do motor, mas também o fluxo de ar para dentro deste. Na coluna de hoje veremos o que este componente faz em detalhes, e também o que se passa debaixo da carroceria e dentro do motor.

A caixa de tomada de ar, e o sistema de admissão como um todo, rege a quantidade máxima de ar admitido pelo motor e, portanto, a quantidade de combustível possível de se queimar, determinando o nível de potência que o motor poderá produzir. A entrada de ar que vemos é apenas a ponta do iceberg com relação ao sistema de admissão do motor. Em alta velocidade, o ar é empurrado para dentro da caixa de ar e para baixo, em um tubo oco que termina em forma de cunha em sua base, onde o filtro de ar está situado. O ar chega ao filtro de ar a uma pressão superior à atmosférica como consequência da pressão dinâmica criada pela velocidade do veículo. Uma “cunha” de ar eficiente manterá uma percentagem tão elevada desta pressão dinâmica quanto possível antes do ar se encontrar com o filtro.

O trabalho do filtro de ar é, então, filtrar qualquer partícula ou corpo estranho, como areia ou pedriscos, impedindo-as de entrar no motor. O ar limpo é consumido, então, pelas trombetas onde estão localizadas as válvulas borboleta. Se estas estiverem fechadas, o ar será represado no local; se estiverem abertas, o fluxo de ar continuará sua viagem e será misturado com o combustível. Finalmente, esta mistura combustível-ar passa para a câmara de combustão através das válvulas, onde é ativada pela vela de ignição, impulsionando o pistão para baixo com a força da combustão, transferindo torque ao eixo de manivelas.

Por que o sistema de ar é tão importante para o desempenho do carro?

O ar – ou melhor, o oxigênio – é uma parte essencial do processo de combustão, e ter fluxo de ar suficiente na máxima pressão possível maximizará a quantidade de torque produzido. A entrega deste ótimo depende, portanto, das partes constituintes do sistema. Em primeiro lugar, a forma da caixa de ar controla a quantidade de ar que pode ser admitida no motor. Se a entrada for muito pequena, o motor ficará “enforcado” e, consequentemente, produzirá menos energia. Se for grande em excesso, no entanto, o motor não será mais eficiente em uma escala linear – mais ar não significa mais poder; desta forma, a quantidade correta deve ser introduzida. Isso se relaciona com tentar manter a pressão absoluta o mais alto possível. Para conseguir isso, é preciso manter o máximo de pressão dinâmica gerada pela velocidade do carro. Isto é, naturalmente, um compromisso com o efeito adverso de arrasto aerodinâmico de se ter uma caixa de ar muito grande, o que também criaria turbulência para a asa traseira.

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Fluxo de combustível

Em 2014, a Fórmula 1 introduziu um novo regulamento técnico, que resultou na utilização de motores híbridos, forçando uma redução de 30% em consumo de combustível. Com este objetivo, duas restrições foram aplicadas no que diz respeito ao uso do combustível em si.

A primeira restrição foi o estabelecimento de um limite na quantidade de combustível permitido utilizar durante uma corrida: 100kg do início ao fim da prova (lembrando que na F1, a quantidade de combustível é medida em massa, e não em volume). De modo que os tanques de combustível dos bólidos são dimensionados para uma quantidade levemente superior a essa, permitindo as voltas de saída e retorno aos pits.

A segunda regra, apesar de ser pouco comentada, é ainda mais importante: limitação do fluxo de combustível permitido. De maneira simples, trata-se de uma restrição na velocidade com que o combustível pode ser entregue ao motor à combustão. No caso da F1, a restrição é de um fluxo máximo de 100kg/h.

Uma maneira de diferenciar as duas regras citadas acima é considerar o seguinte: a primeira diz quantos litros de chopp você pode beber em uma noite. A segunda diz quão rápido você vai beber esta quantidade.

Em um carro de F1, o fluxo de combustível varia constantemente dependendo de inúmeros fatores (incluindo rotação o motor), mas em momentos de pico – aceleração em saídas de curvas de baixa ou em retas – seu valor não pode exceder os 100kg/h.

No video a seguir é possível verificar como o fluxo de combustível varia ao longo de uma volta no circuito de Daytona. O veículo em questão é um protótipo LMP2, mas o perfil de utilização é similar ao que acontece nos F1. A caixa à esquerda aponta o fluxo instantâneo, o indicador ao centro mostra a mesma informação através de um ponteiro, enquanto o quadro à direita mostra o consumo total de combustível.

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