Performance do Motor (Potência e Binário) - Parte II

Potência - A potência é um valor que cresce constantemente e atinge o seu máximo no fim da rotação do motor.

 

Binário - O binário (força do motor) é um valor que deverá atingir o seu máximo o mais cedo possível nas rotações se o automóvel fôr para consumo doméstico (lazer + trabalho) de modo a que, sem esmagarmos muito o acelerador (a uma rotação baixa), o veículo possa vencer as dificuldades de progressão no andamento. Assim, podemos ter aquela sensação agradável de fazermos uma subida em velocidade de cruzeiro sem termos que recorrer à caixa de velocidades para seleccionar uma mudança mais baixa. Se for um veículo comercial (de trabalho) é mais importante ainda que consiga vencer estas mesmas dificuldades, porque vai carregado com mercadorias.

Quanto maior o binário e mais cedo (rotação baixa) aparecer o seu valor máximo, maior a facilidade de progressão de andamento do veículo e menor o seu consumo.

Se, pelo contrário, o veículo for de competição, interessa que o valor máximo do binário apareça o mais tarde possível - porque é na zona máxima das rotações que ele vai ser utilizado durante as provas.

Quem decide o comportamento das curvas de binário e potência dos motores de automóveis são os projectistas. De acordo com a utilização pretendida, assim são dimensionados os veículos e seus respectivos motores.

Pode perguntar: Mas como é que os projectistas fazem variar esses valores de potência e binário ? É simples! Com o que já aprendemos até aqui, podemos facilmente compreender. Senão vejamos:

 

Variação da Potência

Não sabemos que um motor de grande cilindrada debita mais potência do que um motor com menor cilindrada ?. E até já sabemos porque é que isto acontece - tem maior capacidade de enchimento (capacidade de meter ar no seu interior.

Então, se assim é, se conseguirmos aumentar a capacidade de enchimento de um motor, conseguimos aumentar a sua potência.

Já percebi o que a sua cabeça está a pensar. "Como é que eu posso meter mais ar num motor que tem uma determinada cilindrada que não varia ?"

Muito fácil !

Basta que coloque no motor mais do que uma válvula de admissão. As válvulas tapam e destapam os "buracos" de entrada de ar do motor (válvulas de admissão) e de saída dos gases de escape (válvulas de escape). Se num "buraco" entra uma determinada quantidade de ar, com dois buracos entra muito mais ar e por aí adiante.

... Motores Multiválvulas !

Adicionalmente, todos sabemos que as válvulas têm uma determinada altura de abertura e tempo de abertura.

Se conseguirmos fazer variar (aumentar) a altura de abertura ou o tempo de abertura, conseguimos fazer entrar mais ar no motor.

... Variadores de Fase ! (sistemas VTEC-Honda; VVTi - Toyota, etc...)

Se, adicionalmente ou em alternativa, colocarmos um Turbo-Compressor, o ar é forçado a entrar no motor. Quando o pistão faz o movimento de descida para "sugar"/admitir o ar, puxa apenas uma determinada quantidade de ar (como quando puxa numa seringa para trás). Se existir uma espécie de "ventoínha" que force o ar para dentro do motor, aumenta também a sua capacidade de enchimento e, por seu turno, a potência. ...

Motores Turbo!

O que é isso do Turbo ?

O turbo é uma espécie de ventoinha que "sopra" o ar para dentro do motor.

 E funciona de uma forma muito simples:

Imagine que compra na feira duas ventoínhas - daquelas em papel de ceda. Imagine agora que faz passar um veio que liga as duas ventoínhas. O que é que acontece se soprar para cima de uma das duas ventoínhas? Como estão ligadas entre si pelo mesmo veio, se soprar numa, ela roda, logo, a outra vai rodar também.

Nos motores de automóvel com turbo, existem essas pseudo-ventoínhas que estão ligadas entre si pelo mesmo veio. Uma delas é soprada pelos gases de escape que o motor "deita" cá para fora (atmosfera) e que, depois de a soprarem, saiem pelo tubo de escape para o exterior. Como a que é "soprada" vai rodar, a

outra roda também. Essa que roda "por boleia" da outra envia e força o ar de admissão para dentro do motor. Como o ar entra forçado "empurrado" para dentro do motor, a sua capacidade de enchimento aumenta, aumentando também a potência e o binário.

À " ventoínha" que é soprada denomina-se - Turbina

À "ventoínha"que empurra o ar para o motor ... - Compressor

Ao conjunto completo - Turbo-Compressor

Na gíria popular denomina-se Turbo

No início desta tecnologia nos automóveis, os turbos tinham dimensões avantajadas. Então, pela lógica, quando eram soprados pelos gases de escape, levavam algum tempo a "ganhar balanço" (vencer a inércia) e só se sentia o seu efeito a partir (mais ou menos) das 3.000 rotações em diante. Só que, pelas mesmas razões, quando ganhavam balanço, enchiam rapidamente o motor de ar e, por esse facto, os carros davam "um enorme coice" em andamento, encostando o banco às costas do condutor e impulsionando os carros com uma violência invulgar. Embora a "rapaziada" nova gostasse muito desta sensação de "disparo" dos carros, era muito perigoso porque a patinagem das rodas punha em risco as condições de segurança.

Então, começaram a aparecer os Turbos de Geometria Variável

Este tipo de turbos faz variar a quantidade (caudal) de gases de escape que os impulsiona, de modo a que o compressor seja gradual a "meter" ar dentro do motor.

Quando o veículo está em baixa rotação (os gases de escape não têm tanta força para fazer rodar a turbina), as pás da turbina posicionam-se para receber mais pressão na passagem dos gases, logo, o" turbo" é impulsionado com mais força e menos velocidade, de modo a ajudá-lo a "embalar". Quando o veículo está em média/alta rotação, as pás posicionam-se para receber menos pressão (porque já "embalaram") e aumentar a velocidade do "turbo" - de modo a que este possa encher o motor com uma farta quantidade de ar e fornecer potência.

Assim, o veículo, em vez de ter dois comportamentos (amorfo em baixa rotação e violento a partir de média rotação), assume um comportamento gradual e eficaz que proporciona maior prazer de condução e maior performance.

Alternativamente aos Turbos, são também utilizados compressores (ex: VW Polo G40, Mercedes 200 Kompressor, etc...). Só que, este órgão está ligado por uma correia à cambota (veio motor).

Contrariamente ao que se passa com os Turbos, não existe "momento de espera" para se sentir o seu efeito porque, logo que a cambota roda, o compressor envia/força o ar para dentro do motor.

Normalmente, os compressores melhoram a aceleração 0-100Km/h e os Turbos a exploração da velocidade máxima dos veículos.

 

Outra forma de fazer variar a capacidade de enchimento dos motores e, consequentemente, a sua potência ...

Lembra-se do que é que acontece a um corpo que é arrefecido ?

Encolhe, não é verdade ?

E o que é que acontece a um corpo que é aquecido ?

Dilata, não é verdade ?

Então, e se arrefecessemos o ar que vai para dentro do motor ?

A consequência será a seguinte: o ar "encolhe", fica mais "pequenino", logo, ocupa menos espaço. Se o ar que é sugado pelo pistão para dentro do motor, ocupar menos espaço, logo, cabe mais ar dentro do motor.

Se cabe mais ar dentro do motor, logo, vai entrar uma quantidade suplementar de ar no seu interior. Se entra mais ar, aumenta a sua capacidade de enchimento e, sendo assim, aumenta também a potência.

 

Ao órgão que faz este "milagre" chama-se ... Intercooler

O intercooler tem uma configuração parecida ao de um radiador de água do motor. Quando o veículo se desloca em velocidade de cruzeiro, o ar que passa pelo "capot" entra dentro do habitáculo do motor, atravessa/circunda o intercooler e arrefece-o. Por outro lado, o ar que vai para dentro do motor, passa por dentro do intercooler e é arrefecido pelo "outro ar" que o arrefece por fora.

Os intercooler podem estar montados na vertical ou na horizontal. Quando estão montados na horizontal, são colocados por cima do motor. E, quando assim é, o "capot" tem uma "bossa"/abertura para que o ar que vem de fora entre no habitáculo do motor e o arrefeça. No caso dos intercooler montados verticalmente este problema não se coloca porque a grelha montada na frente do veículo deixa passar o ar necessário ao seu funcionamento.

Mas ainda temos mais possibilidades de aumentar a capacidade de enchimento ...

 

 

É o caso das condutas variáveis de admissão, vulgo ...

... Admissões Variáveis

Estas condutas que levam o ar para dentro do motor podem dividir-se em dois troços: um mais filiforme e direito e outro mais "encaracolado".

Quando o veículo circula em baixa/média rotação, é necessário que o ar tenha menos velocidade e mais pressão na entrada, de modo a criar mais turbolência nas câmaras de combustão e melhorar o binário e a resposta do motor. Neste caso, a conduta utilizada é a mais "encaracolada".

Quando o veículo circula a média/alta rotação, é necessário um bom fornecimento de ar, com bom escoamento e quantidade (caudal). Neste caso, é aberta a conduta mais direita - de modo a não "estorvar" a sua entrada e aumentando o fornecimento de ar para o interior do motor.

É claro que estes "truques tecnológicos" fazem não só variar a potência como o próprio binário, uma vez que as forças resultantes da explosão vão variando de acordo com a tecnologia empregue e, logicamente, arremessam os pistãos com forças diferentes também, fazendo variar o comportamento global dos motores e seus veículos.

 

Variação do Binário

Lembra-se ainda do exemplo da chave de rodas ?

Então, antes de mais, vamos lá recordar um dos componentes internos do motor de que ainda não falámos muito - as bielas.

As bielas estão ligadas aos pistãos do motor e à cambota.

A sua responsabilidade é a de aproveitar o movimento alternativo dos pistãos (para baixo e para cima) e transformá-lo em movimento circular, de modo a colocarem a cambota em movimento - veio motor que recebe movimento de todos os pistãos.

Está a ver a ligação das peças ? Pistão dentro do cilindro que, por via da biela, põe a cambota em movimento ? OK !

Lembra-se ainda de termos falado do curso do motor ? A distância que existe entre o Pontor Morto Superior (PMS) e o Ponto Morto Inferior (PMI) percorrido pelos pistãos ? Muito bem!

Então, se construirmos um motor com um curso elevado (grande), o que é que acontece aos seus órgãos internos ?

As bielas têm de ser mais compridas, não é verdade ?

Se, de uma forma simplista considerarmos a força de explosão (que ocorre na câmara de combustão por cima do pistão) a força que fazia, há pouco, na sua chave de rodas ...

E, se considerarmos o tamanho da biela, que está dependente da altura do motor (do seu curso), o tamanho das chaves de rodas que utilizou no exemplo anterior, diga-me lá se não lhe parece lógico o seguinte:

Quanto maior o comprimento da biela, que é o mesmo que afirmar, quanto maior a altura do motor ...maior o seu binário !!!

Porquê ?

Porque, para a mesma força de explosão, se aumentar o comprimento da biela, cria-se o mesmo efeito que lhe aconteceu quando utilizou a 2ª chave de rodas emprestada pelo condutor que parou para o ajudar.

Simples, não é verdade ?

Só por curiosidade, já agora:

A um motor que tem um curso igual ao diâmetro dos cilindros, denomina-se quadrado.

A um motor que tem um curso superior ao diâmetro dos cilindros, denomina-se super-quadrado.

Como já percebemos a influência da dimensão e geometria dos órgãos internos do motor no comportamento do binário, é-nos fácil concluír o seguinte:

Um motor para um veículo de competição tem bielas muito pequeninas e pistões também pequenos para que não perca muito tempo a "embalar" (vencer a inércia/ oposição ao movimento dos seus componentes) e suba rapidamente de rotação - porque é nas rotações altas que ele tem de ser mais explorado.

Pelo contrário, um motor para um veículo de trabalho (camião, tractor agrícola, etc...), como se pretende privilegiar o binário à mais baixa rotação possível, tem um curso muito elevado e pistões também de grandes dimensões.

 

Apesar de tudo o que já falámos até aqui, quando olhar para um catálogo de um automóvel, não comece a tirar conclusões demasiado cedo. Digo-lhe isto porque um automóvel tem uma quantidade enorme de componentes (caixa de velocidades, diferencial, jantes, pneus, suspensão, etc...) que influenciam, e muito, todo o comportamento global do veículo.

Por exemplo, um motor relativamente "fraco" pode "disfarçar" muito bem se os órgãos de transmissão ajudarem no seu desempenho. Só no fim dos artigos poderá começar a tirar algumas conclusões sobre o maior ou menor desempenho de um veículo, entrando em linha de conta com tudo (ou quase tudo) o que o influencia dinamicamente.