Aerodinâmica, o poder do vento

A força que afecta o desempenho e
estabilidade do carro e como pode ser melhorada.

A areodinâmica  actua todo o tempo sobre o automóvel, afectando  o seu desempenho, consumo e estabilidade. Os fabricantes investem milhões para torná-la mais eficiente e, no entanto, uma simples janela aberta pode jogar por terra boa parte desse trabalho.

Todo o  objecto possui uma maior ou menor eficiência ao atravessar o ar. Uma placa circular plana tem um coeficiente de resistência aerodinâmica -- o conhecido Cx, que alguns chamam de coeficiente de arrasto, ou Cd em inglês -- igual a 1, mas a turbulência que se forma em torno dela aumenta esse valor para 1,2. O objeto de mais perfeita aerodinâmica que se conhece é a gota d'água, com Cx de 0,05.



Nos automóveis modernos o coeficiente fica, em geral, em torno de 0,30. Esse factor não considera a área frontal (A) do objecto, mas apenas a sua forma e com quanta suavidade o ar pode se deslocar por ele. Assim, a eficiência aerodinâmica do carro depende na prática da área frontal corrigida (Cx x A): a multiplicação da sua área frontal pelo Cx. Assim, no exemplo de 0,30, com área frontal de 2 m2 o Cx x A seria de 0,60. Uma minivan e um desportivo podem ter o mesmo Cx, mas eficiências muito diversas em função da área frontal.

E em que isso influi? Quanto menor a área frontal corrigida, menor o esforço (potência) necessário para o deslocamento do carro contra a massa de ar à sua frente. Essa importância aumenta quando se considera que a resistência aerodinâmica cresce ao quadrado da velocidade: por exemplo, multiplica-se por quatro enquanto dobra a velocidade do veículo. Assim, se num carro urbano o Cx pouco representa, mas num superdesportivo a 300 km/h ele é determinante.


Aerodinâmica bem estudada também influi no comportamento dinâmico. Todo o veículo está sujeito a sustentação (lift) quando em movimento, devido ao ar que passa por baixo da carroceria. É o mesmo efeito que, acentuado, permite aos aviões vencer seu peso e levantar vôo, mantendo-se no ar enquanto houver velocidade para tanto. No automóvel a sustentação deve ser compensada ou mesmo revertida, para evitar instabilidade -- mas esse processo tende a piorar o coeficiente aerodinâmico.

O compromisso entre Cx e sustentação, portanto, depende da finalidade e perfil do veículo. Um carro de Fórmula 1 precisa de muita sustentação negativa -- ou seja, ser empurrado para baixo pelo ar -- para contornar curvas velozmente:O  seu Cx chega a espantosos 1,8 mas, em contrapartida, ele poderia rodar de cabeça para baixo, no tecto de um túnel, enquanto se mantivesse em alta velocidade.



O Cx elevado dos Fórmula-1 actuais não apenas limita sua velocidade máxima em cerca de 330 km/h, relativamente pouco para os quase 800 cv produzidos pelos motores de 3,5 litros, como produz efeito freante acentuado ao levantar o pé do acelerador. A desaceleração nesse momento fica muito próxima a 1 g -- a mesma de um carro de rua numa travagem máxima, em emergência!

Já num carro de rua, mesmo desportivo, a sustentação não deve prejudicar a eficiência aerodinâmica, para que se obtenham maior desempenho e menor consumo. Como exemplo, o aerofólio do Lamborghini Countach era opcional para que o proprietário pudesse escolher entre mais velocidade ou melhor estabilidade.

Spoilers e aerofólios

Foi nos anos 60 que vários engenheiros, entre eles os da Ferrari, perceberam que, com a aplicação de uma asa -- como as de avião, mas invertida -- na traseira do carro, a sustentação podia ser reduzida ou mesmo revertida sem grande aumento do arrasto. Essa peça, que ficou conhecida como aerofólio -- nome dado a toda superfície que produz sustentação, como as asas dos aviões --, normalmente permite a passagem de uma quantidade maior de ar por baixo da asa do que por cima, responsável pela produção da sustentação, negativa no caso.



Quando não há esta passagem, convenciona-se o termo spoiler, que curiosamente vem do verbo inglês to spoil, ou perturbar, prejudicar. Neste caso, "perturba-se" intencionalmente o fluxo de ar para reduzir a sustentação. Jactos comerciais e planadores contam com spoilers móveis de topo de asa, que servem tanto de freio aerodinâmico quanto para provocar perda rápida de altura do aparelho quando as circunstâncias de vôo exigem.

A Ferrari foi pioneira no uso de aerofólio em carros de competição (o 246 SP de 1962) e de rua (o 250 GTO em 1963), mas a Porsche notabilizou o equipamento com o 911 Carrera RS 2.7, em 1972, que reduzia em 75% a sustentação da traseira com sua utilização. No ano seguinte a versão 3.0 do mesmo carro conseguia neutralizar a sustentação com um aerofólio ainda mais pronunciado.



A Porsche utiliza hoje em dia alguns modelos aerofólios móveis, que só aparecem a partir de certa velocidade. Num 911 Carrera ele opera milagres: a 250 km/h, a sustentação dianteira cai de 64 para 5 kg e a traseira de 136 para 14 kg com a asa activada. Sistemas similares já foram empregados por outras marcas, como a Mitsubishi no 3000 GT (incluindo o spoiler dianteiro) e a Volkswagen no Corrado.
No Boxster o aerólioo sobe automáticamente ao se atengir os 120km/h, só baixando quando a velocidade descer para os 80km/h.

Os spoilers também são usados na parte frontal do veículo, com o fim de diminuir a passagem de ar sob a carroceria -- onde haveria arrasto, pelos elementos mecânicos de formato irregular, e se criaria sustentação. A meta é desviá-lo para as laterais, onde as saias entreeixos se encarregam de disciplinar seu fluxo até a traseira. Por trabalharem em conjunto é que esses sistemas precisam ser bem projectados e não devem ser usados em separado.




O efeito-solo

No final dos anos 60, o Chaparral 2J um desportivo-protótipo, construído pelo americano Jim Hall, trazia uma enorme asa invertida sobre o eixo traseiro. Na década de 70 Colin Chapman, o genial engenheiro aeronáutico inglês que fundou a Lotus, desenvolveu uma alternativa mais funcional que os aerofólios: um canal de ar por baixo de seu Lotus 79 de Fórmula 1, um carro-asa que gerava o chamado efeito-solo.

O canal -- praticamente um túnel, pois o carro ficava muito próximo do solo -- era mais estreito à frente e largo atrás, fazendo o ar perder pressão durante o percurso e gerando sustentação negativa (downforce, força vertical de cima para baixo). Nas laterais haviam escovas, cerdas de borracha, que tinham de ser trocadas freqüentemente, pois gastavam-se logo
O efeito-solo logo foi proibido na F-1. O engenheiro sul-africano Gordon Murray tentou sistema similar em 1978, utilizando um exaustor (ventilador) em vez do túnel inferior no Brabham BT-56, mas a FIA, Federação Internacional do Automóvel, logo vetou a novidade. O uso de efeito-solo em carros de rua, contudo, nunca foi bem-sucedido em função da maior altura de rodagem exigida pelo tráfego urbano. O mesmo Murray adotou dois exaustores em seu supercarro McLaren F1, nos anos 90, mas sem o mesmo resultado das pistas.



Outro carro "de rua", o Dauer 962 -- baseado no Porsche 962 de competição --, utilizava o túnel de Chapman e uma suspensão de altura ajustável, de modo a obter efeito-solo quando as condições da estrada permitissem. Menos eficaz que o efeito-solo, mas útil para reduzir o arrasto da região inferior e a sustentação, é o fundo plano introduzido pela Ferrari no F355 de 1994.

Aerodinâmica vs. funcionalidade

A guerra dos fabricantes pela redução do Cx já foi mais intensa, pois devido às crises do petróleo de 1973 e 1979 a meta era maior economia de combustível. Já em 1984 o Opel Kadett GSi conseguia 0,30, mesmo Cx de seu sucessor Astra hatch, lançado em 1997 na Europa. No final dos anos 90, apesar da conquista de melhores valores em carros médios e grandes (há vários hoje com 0,26 e 0,27, os projectistas decidiram não mais sacrificar estilo e funcionalidade em favor de um ganho discreto em aerodinâmica.



O detentor actual de menor Cx, o híbrido Honda Insight, é um carro de perfil esguio, apenas dois lugares e com rodas traseiras parcialmente encobertas, solução utilizada por muitos automóveis no passado, mas que não agrada a muitos. Levando a eficiência aerodinâmica a extremos a Ford conseguiu, já em 1986, excelente 0,137. Mas as formas daquele carro-conceito, o Probe V, estão muito distantes das adoptadas pelos carros de hoje, passados mais 15 anos de sua apresentação.

A busca da melhor aerodinâmica pode levar os fabricantes a acentuar a inclinação das janelas e do pára-brisas, aumentando a incidência solar no interior e chegando a causar distorções na imagem; a reduzir a largura e altura da cabine, diminuindo o espaço para passageiros e bagagem; ou simplesmente a afectar a pureza de estilo com soluções de gosto duvidoso.

O comprador de automóveis já provou que tudo isso vale mais do que um ponto decimal a menos no coeficiente aerodinâmico.

Ultimamente temos visto alguns modelos a saírem de origem com extractor de ar traseiro:

Notas sobre o Chaparral 2J:
Ao contrário de modelos anteriores com aerofólios móveis (controlados pelo pé esquerdo do piloto) Jim Hall embutiu dois ventiladores na traseira, alimentados por um pequeno motor bicilíndrico, fazendo o efeito de um gigantesco aspirador- criando assim o efeito de solo neste carro. A estanquicidade lateral era garantida por duas saias laterais, em lexan, que se mantinham em contacto permanente com o solo.
O carro foi proibido no final de 1970.
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Impressionante não é?

Mais umas coisas novas que aprendi.
Muito bom post...