A aerodinâmica dos pesados

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A potência necessária à propulsão de um veículo é dividida em duas parcelas principais, alem da resistência em rampas:

– Potência para vencer a resistência ao rolamento das rodas
– Potência para vencer a resistência à penetração no ar

A resistência ao rolamento depende, basicamente, do peso do veículo e do coeficiente de atrito de rolagem entre o pneu e o solo.

O atrito de rolagem pode ser otimizado agindo-se no composto, na estrutura e na pressão de trabalho dos pneus. Os chamados pneus “verdes”, com sílica incorporada, têm apresentado bons resultados, principalmente quando associado à rigidez do pneu, suas características construtivas e pressão de trabalho, diminuindo suas perdas por deformação. A potência para vencer a resistência ao rolamento é praticamente linear com a velocidade do veículo.

A resistência aerodinâmica esta diretamente ligada à forma do veículo ou seja, do seu coeficiente de arrasto (Cx) e de sua área frontal. Quanto menor o produto destes dois fatores, tanto menor será a sua resistência à penetração no ar. A potência aerodinâmica cresce com o cubo da velocidade, significando que para duplicar a velocidade do veículo a parcela de arrasto produzida pelo ar somente poderá ser vencida com uma potência 8 vezes maior (2³,  dois elevado ao cubo).

Os carros hoje em dia já estão bem otimizados com relação ao seu formato aerodinâmico, tanto é que a maioria das marcas estão ficando muito parecidas uma com as outras,  sendo difícil identificá-las ao primeiro olhar.

Particularmente os caminhões, objeto desta matéria, são mais complicados em sua otimização em termos de rolamento e aerodinâmica. É muito fácil entender esta dificuldade, pois os caminhões são muito mais pesados que os carros e suas áreas frontais também são muito maiores. Os  coeficiente de arrasto aerodinâmico enormes, em média entre 0,9 e 1,0, dificultam ainda mais o processo.

Diminuir o peso dos caminhões é uma tarefa muito difícil, pois envolve compromissos de resistência mecânica do chassis necessários para resistir à carga útil a ser transportada, normalmente maior que três vezes o peso próprio do caminhão.

Diminuir o coeficiente de atrito de rolamento com a utilização de pneus “verdes” com sílica incorporada está cada vez mais freqüente, reduzindo a resistência à rolagem em torno de 8 a 10%. No entanto, o compromisso de sua durabilidade para o uso severo é ainda um ponto a ser melhorado, como também o seu maior custo, que tem sido um ponto inibidor ao seu uso.

Diminuir a área frontal do caminhão também não é tarefa fácil, pois o tamanho do implemento (carroceria tipo baú, carga aberta etc) está ligado diretamente ao volume da carga a ser transportada.

Diminuir o coeficiente de arrasto aerodinâmico, tarefa também difícil, é o que as fábricas de caminhões e implementos têm investigado ao longo dos anos.

Commer 1933 streamline
Commer 1933 streamline
Caminhão MAN streamline
Caminhão MAN streamline
mecedes
Caminhão Mercedes-Benz no túnel de vento, vendo-se as linhas de fluxo
Caminhão Mercedes-Benz no túnel de vento mostrando a carenagem lateral diminuindo o vão livre com o solo, o defletor no teto e o baú arredondado
Caminhão Mercedes-Benz no túnel de vento mostrando a carenagem lateral diminuindo o vão livre com o solo, o defletor no teto e o baú arredondado

 

A grande dificuldade prática é que os implementos normalmente não são feitos pelas fábricas de caminhões e também não são estandardizados em suas dimensões e forma, virando cada caso é um caso para o trabalho de otimização aerodinâmica.  Imagine adotar ações como defletores do teto, arredondamento do baú, defletores laterais, distância entre o baú e a cabine individualmente. Torna-se realmente muito difícil.

A saída seria formar parcerias entre as fábricas de caminhões e de implementos, além de contar também com organizações governamentais para estabelecer normas (standards) que regulassem a sua fabricação.

Para dar uma exemplo prático de como a aerodinâmica  pode ajudar muito na economia de combustível, volto à década de 1980, quando a crise mundial do petróleo estava a todo vapor e os custos dos combustíveis, nas alturas.

A Ford, em parceria com o Centro Técnico Aeroespacial (CTA) em São José dos Campos (SP), começou a desenvolver a aerodinâmica de seus veículos em túnel de vento.  Lá foram testados o Corcel II, a Pampa e outros veículos-conceito como, por exemplo, o substituto do Del Rey.  Foram realizados também estudos na área de caminhões.

Corcel II, Belina II e Pampa sendo testadas no túnel de vento do CTA.
Corcel II, Belina II e Pampa sendo testadas no túnel de vento do CTA.

Em 1981 um modelo em escala 1:5 do caminhão Ford F-19000 configuração tipo baú (cargo van) foi testado no túnel de vento do CTA.

F-19000 no venturi do túnel de vento do CTA
F-19000 no venturi do túnel de vento do CTA

O resultado dos trabalhos foi uma redução de 32% no coeficiente de arrasto conseguido através  de uma carenagem (spoiler) instalada no teto da cabine, defletores laterais, arredondamento dos cantos dianteiros do baú, defletor abaixo do pára-choque dianteiro, defletores no baú na área das rodas, entre outros. Passamos de Cx 0,925 da configuração original  para 0,625 na configuração otimizada.

Técnicos ajustando o modelo. Veja as linhas de lã coladas ao longo da cabine e baú para identificar o regime laminar e/ou turbulento do ar, ajudando a otimização. Quanto mais imóveis estiverem as linhas, tanto melhor
Técnicos ajustando o modelo. Veja as linhas de lã coladas ao longo da cabine e baú para identificar o regime laminar e/ou turbulento do ar, ajudando a otimização. Quanto mais imóveis estiverem as linhas, tanto melhor
Spoiler na cabine sendo testado. Veja no canto dianteiro do baú as linhas indicando movimento turbulento. Por esta razão os cantos foram arredondados, com bom resultado
Spoiler na cabine sendo testado. Veja no canto dianteiro do baú as linhas indicando movimento turbulento. Por esta razão os cantos foram arredondados, com bom resultado
Defletor sob o pára-choque
Defletor sob o pára-choque
Spoiler no teto e defletores laterais da cabine
Spoiler no teto e defletores laterais da cabine
Gráfico mostrando os resultados do coeficiente de arrasto otimizado a partir da configuração original. Note que os gráficos mostram também resultados para vários ângulos do caminhão em relação ao fluxo de ar (de zero a 15 graus para ambos os lados)
Gráfico mostrando os resultados do coeficiente de arrasto otimizado a partir da configuração original. Note que os gráficos mostram também resultados para vários ângulos do caminhão em relação ao fluxo de ar (de zero a 15 graus para ambos os lados)

Com a redução do coeficiente de arrasto aerodinâmico, a potência resistiva diminuiu 30 cv, resultando um consumo de combustível 8% menor em testes comparativos reais na estrada.

aero-power-final
Veja que foi conseguido uma redução significativa de 30 cv na potência resistiva a 90 km/h, por exemplo

aero-power-inicial2 Fico imaginando o consumo anual de 60 bilhões de litros de óleo diesel no Brasil. Uma diminuição de 8% significaria uma economia de quase 5 bilhões de litros, o que é realmente muito significativo.

Valeria realmente a pena fazer um estudo de negócio, empreitada esta obviamente a ser liderada pelo governo brasileiro, incentivando as parcerias entre os fabricantes de caminhões e implementos para pôr em prática, em nível nacional, o que hoje é feito individualmente por migalhas. Caberia até uma legislação com normas técnicas  pertinentes para o caso.

Fonte: AUTOentusiastas Texto de Carlos Meccia

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