Como é medida a aerodinâmica de um carro e dipositivos aerodinâmicos

O túnel de vento nas medições de arrasto

Para medir a eficiência aerodinâmica de um carro, em tempo real, os engenheiros da indústria automobilística tomaram emprestada uma ferramenta da indústria aeronáutica – o túnel de vento.

Basicamente, um túnel de vento é um enorme tubo com ventiladores que dirigem um fluxo de ar a um objeto em seu interior. Pode ser um carro, um avião ou qualquer outra coisa cuja resistência ao ar os engenheiros precisem medir. Numa sala anexa ao túnel os engenheiro estudam como o ar interage com o objeto – a maneira como as correntes de ar fluem sobre as variadas superfícies.

©iStockphoto.com/Kiyoshi Takahase Segundo Carros (e aviões) usam túneis de vento para testarem a aerodinâmica

O carro ou avião dentro do túnel nunca se move, mas os ventiladores criam vento a diferentes velocidades, para simular as condições do mundo real. Algumas vezes não é usado um carro de verdade – os projetistas se baseiam em modelos em escala de seus veículos na medição da resistência do ar. Conforme o vento se desloca sobre o carro no túnel, computadores calculam o coeficiente de arrasto (Cx).

Os túneis de vento não são nenhuma novidade. Eles começaram a ser usados no final do século 19 para medir o fluxo de ar em muitas experiências com os primeiros aviões. Até os irmãos Wright (em inglês) tinham um. Depois da Segunda Guerra Mundial, engenheiros ligados a competições automobilísticas começaram a usar túneis de vento, em busca de uma vantagem em relação aos concorrentes, medindo a eficiência dos dispositivos aerodinâmicos de seus carros. Mais tarde essa tecnologia passou a ser empregada em carros de passageiros e de carga.

Só que de alguns anos para cá os gigantescos túneis de vento de milhões de dólares têm sido cada vez menos usados. Simulações em computadores começam a substituir os túneis de vento para avaliar a aerodinâmica de carros e aviões. Em muitos casos, os túneis de vento quase servem apenas para checar se são precisas as simulações no computador.

Dispositivos aerodinâmicos

A aerodinâmica envolve mais do que apenas o arrasto – há outros fatores, chamados sustentação e downforce (sustentação negativa). Sustentação é a força que se opõe ao peso de um objeto, elevando-o e mantendo-o no ar. A sustentação negativa é seu oposto – uma força que empurra o objeto em direção ao solo [fonte: Nasa - em inglês].

Você acha que o coeficiente de arrasto de um carro de F-1 é superbaixo? Afinal, um carro superaerodinâmico deve ser muito veloz. Bem, não é assim num F-1. Os carros dessa categoria têm Cx por volta de 0,70.

©iStockphoto.com/Tan Kian Khoon Os carros de F-1 são aerodinamicamente projetados para gerar o máximo de downforce (sustentação negativa)

Por que um supercarro que supera 330 km/h não é lá muito aerodinâmico? Porque um F-1 é projetado para ter o máximo possível de downforce. Pelas altíssimas velocidades atingidas – e por seu baixíssimo peso (em inglês) – esses carros começam a ter sustentação e tendem a decolar, como um avião. Obviamente carros não devem voar, e se um carro perde o contato com o chão quando em alta velocidade pode haver um sério acidente. Por isso, a sustentação negativa deve ser ampliada - e a forma de fazer isso leva a um elevado Cx.

Os carros de F-1 conseguem sustentação negativa graças a aerofólios ou defletores montados na frente e na traseira. Os aerofólios criam diferenças de pressão que literalmente empurram o carro em direção ao solo – é a sustentação negativa. Isso aumenta a velocidade em curvas, mas tem que ser cuidadosamente balanceado para que o carro tenha velocidade suficiente nas retas.

Vários carros de rua têm acessórios aerodinâmicos que geram sustentação negativa. O Nissan GT-R, por exemplo, criticado por sua aparência, tem a carroceria toda projetada para permitir que o ar flua sobre o carro e chegue ao aerofólio traseiro ovalado, gerando um bocado de downforce. Na Ferrari 599 GTB Fiorano (em inglês) as colunas B (atrás dos bancos) vazadas canalizam o ar para a traseira, reduzindo o arrasto.

Mas e os defletores e outras peças aerodinâmicas em carros do dia a dia? São realmente aerodinâmicos? Em alguns casos, os dispositivos aumentam a estabilidade em alta velocidade. Por exemplo, o Audi TT inicialmente não tinha um defletor no capô traseiro, mas a Audi instalou um quando se descobriu que a carroceria arredondada criava muita sustentação, o que pode ter provocado acidentes.

Só que na maioria dos casos a colocação de um grande aerofólio na traseira de um carro comum não vai melhorar muito o desempenho nem a dirigibilidade – se é que vai melhorar alguma coisa. Em alguns casos, pode haver piora no comportamento do carro – que pode, por exemplo, ter dificuldade em fazer curvas, ou passar a sair de frente.

Aerodinâmica

A história do projeto aerodinâmico dos carros

©iStockphoto.com/John W. DeFeo Esses carros antigos são exemplos de como quase nada se conhecia sobre veículos aerodinâmicos no início do século 20

Os cientistas já tinham fazia muito tempo alguma noção do que era necessário para criar formas aerodinâmicas, mas demorou um pouco mais para que esses princípios fossem aplicados ao projeto de carros.

Os primeiros carros não tinham nada de aerodinâmicos. Dê uma olhada no Ford T (em inglês), com sua carroceria bem quadrada – na verdade, parecida com uma carroça sem cavalos. Muitos desses carros mais antigos não tinham que se preocupar com a aerodinâmica porque eles eram relativamente lentos. Mesmo assim, alguns carros de corrida do início do século 20 incorporavam alguma coisa em afilamento e dispositivos aerodinâmicos.

Em 1921 o inventor alemão Edmund Rumpler criou o Rumpler-Tropfenauto (carro gota d’água). Baseado na forma mais aerodinâmica da natureza, a gota d’água, ele tinha Cx de apenas 0,27, mas seu visual peculiar não atraiu o púbico, e apenas cerca de 100 foram produzidos. [fonte: Price - em inglês].

Do lado dos EUA, um dos maiores passos adiante surgiu na década de 1930, com o Chrysler Airflow. Inspirado em pássaros voando, o Airflow foi um dos primeiros carros projetados levando em consideração a aerodinâmica. Embora usasse técnicas de fabricação exclusivas e tivesse distribuição de peso quase 50/50 (igual distribuição de peso sobre as rodas dianteiras e traseiras, para melhor dirigibilidade), os consumidores da época da Grande Depressão (em inglês) não mostraram entusiasmo por seu visual ortodoxo, e o carro foi considerado um fracasso. Mas seu desenho afilado estava muito à frente de seu tempo.

Nos anos 50 e 60 alguns dos maiores avanços na aerodinâmica dos carros tinham vindo das corridas. No começo os engenheiros fizeram experiências com diferentes projetos, sabendo que formas alongadas podiam ser úteis para tornar os carros mais velozes - e mais estáveis em alta velocidade. Depois isso se transformou numa ciência, dedicada a produzir os carros de corrida mais aerodinâmicos. Aerofólios e defletores dianteiros e traseiros, “narizes” com formas que ajudam a “furar” o ar e kits aerodinâmicos se tornaram cada vez mais comuns, sempre com a intenção de fazer o ar fluir sobre o carro e criar sustentação negativa nas rodas dianteiras e traseiras. [fonte: Formula 1 Network - em inglês].

Empresas como Lotus, Citroën e Porsche desenvolveram carros muito aerodinâmicos para vender ao público, mas na maioria das vezes eram carros esporte de alto desempenho, e não modelos para o uso no dia a dia por motoristas comuns. Isso começou a mudar nos anos 1980 com o Audi 100, um sedã com um até então inédito Cx de 0,30. Atualmente quase todos os carros são projetados com alguma preocupação com a aerodinâmica.

Contra o vento

        Utilizamos a aerodinâmica para obter contato com o solo, mas devemos lembrar que o objetivo principal nas corridas é correr com a maior velocidade possível.

        Embora as vezes parecemos ignorar isto, mas nos vivemos em meio a um fluido, o ar. Como se torna evidente, a água dificulta a movimentação de corpos dentro do mar, o mesmo ocorre devido  o ar, claro que em proporções muito menores, devido este ser menos denso que a água.

         O que fazer então para vencer a força do vento e cortar o ar, o princípio disto vem do modelamento, o desenho do corpo que se movimenta.

         Imaginemos corpos caindo da atmosfera, a física nos diz que estando sob a mesma aceleração da gravidade, os corpos cairam na mesma velocidade.

          Então, o que faz com que uma folha de papel amassada caia mais rápido que uma folha de papel aberta (lisa)? Justamente pelo fato do modelamento a folha lisa (aberta) tem uma área maior em contato com o ar, dificultando ainda mais a deslocação deste para cima da folha, criar uma maior força de atrito (força contrária ao vetor aceleração). Quando temos a folha amassada, além da menor área, diminuindo a quantidade de ar que deve ser deslocada, temos também um modelamento que facilita este deslocamento.

         A física nos diz que não importa o peso de um corpo, todos teram a mesma velocidade ao cair sendo atraídos pela mesma aceleração da gravidade. então, o fator preponderante na diferença de velocidades em quedas livres é o atrito com o ar.

        Assim, nos carros utilizamos formas que procuram dificultar o mínimo possível a passagem do ar da parte frontal a parte traseira do carro. Assim, chegamos ao modelamento de carros sempre pensando neste princípio.

        Para testar e calcular os resultados obtidos, usamos uma máquina conhecida como túnel do vento, a partir de um gás colorido em alta velocidade, passando pelo corpo ao qual testamos a aerodinâmica, podemos estudar como se dá a movimentação do ar, analisando a sua maior ou menor dificuldade.

        Observe no vídeo a seguir, a utlização do túnel de vento em um modelo de carro, percebe as linhas formadas pelo ao e o contorno do carro sendo desenhado pelo fluído.

                                

          Por isto que, nas corridas de motos, os pilotos sempre se posicionam o mais próximo a moto possível, evitando que o seu próprio corpo seja fonte de atrito com o ar.

Links relacionados:

Transmissões aerodinamicas na fórmula 1

capacete aerodinâmico

Corridas de monopostos

Os monopostos são usados especialmente em competições automobilísticas, tendo geralmente as rodas colocadas fora do corpo principal do veículo.

Os monopostos de corrida se destacam pelo seu alto grau de sofisticação, quando comparados com outros veículos de competição. O habitáculo do condutor é projetado de forma a possuir a menor largura possível, reduzindo assim a área frontal e favorecendo a aerodinâmica. O uso de aerofólios é um importante componente aerodinâmico, que empurra o automóvel contra o solo e aumenta assim a sua aderência.

Devido à sua excelente aerodinâmica e baixo peso, os monopostos são os automóveis de corrida mais rápidos, seja em retas ou em curvas. As corridas de monopostos podem se dar em autódromos ou circuitos de rua.

A categoria de monopostos mais conhecida mundialmente é aFormula 1, cujos carros se destacam por introduzir uma grande quantidade de avanços tecnológicos.

Corridas de monopostos

As corridas de monoposto são talvez o aspecto melhor conhecido do automobilismo, com carros desenhados especificamente para corridas de alta velocidade. As rodas não são cobertas, e os carros têm asas aerodinâmicas à frente e atrás para produzir uma força para baixo e aumentar a adesão à pista.

As corridas de monoposto realizam-se em circuitos especialmente construídos, ou em circuitos que habita em cidade, fechados para a realizaçao do efeito. Muitas das corridas de monoposto na América do Norte têm lugar em circuitos como a Indy Racing League.

As mais bem conhecidas corridas de monoposto são as de Fórmula 1, que se desenvolvem num campeonato do mundo anual em que participam alguns dos principais fabricantes de automóveis e de motores do mundo, numa batalha que é tanto tecnológica como de desempenho na pista. Na América do Norte, os carros Champ Cars e os da Fórmula Indy assemelham-se aos de F1 mas são sujeitos a muito mais restrições.

Existem outras categorias de monoposto, incluindo as corridas de karts que empregam pequenas máquinas de baixo custo em pequenas pistas. Muitos dos melhores pilotos da actualidade iniciaram as suas carreiras nos karts.

Afinal o que é um difusor de ar????

No início da temporada de Fórmula 1 desse ano o grande protagonista foi o difusor de ar, a polêmica foi grande e muita gente ouviu falar sobre o assunto, mas poucas pessoas entenderam do que se tratava e do peso desse adereço aerodinâmico para o campeonato... Pois bem, vamos explicar como ele funciona e o porquê dele estar garantindo o título de campeão de construtores para a Brawn GP.

Difusor é um componente aerodinâmico que permite aumentar a velocidade com que o ar passa por baixo de um automóvel, conferindo maior estabilidade. Tomadas de ar na parte frontal do veículo recolhem o fluxo contrário ao carro e o despejam numa câmara espaçosa, na qual o vento tem que percorrer um caminho maior. É um artifício aerodinâmico para "grudar" o carro na pista e compensar a perda de pressão aerodinâmica causada pelas recentes mudanças nas asas traseiras e dianteiras feitas pelo regulamento do campeonato.

A idéia básica do difusor de ar ancora-se no Princípio de Bernoulli e usa, de forma inteligente, o próprio assoalho do carro como elemento aerodinâmico, como uma "asa invertida" e, conduzindo o fluxo de ar através de canaletas, produz o efeito de uma down force, uma força para baixo que ajuda a "grudar" o carro no solo. Na prática o ar é coletado em movimento e guiado por canaletas cuja saída podem ser vistas nas ilustrações abaixo. A Ferrari e Renault, por exemplo, projetaram difusores mais "conservadores". Não abusaram do regulamento e o resultado final pode ser visto na ilustração abaixo.

Já a Brawn GP, a Williams e a Toyota foram ao limite e, menos conservadoras, aproveitaram a ambiguidade do regulamento e obtiveram o polêmico resultado visto logo abaixo e que, na prática, parece ser mesmo mais eficiente.

Nota-se facilmente nas ilustrações acima acima que Toyota, Wiiliams e Brawn GP fizeram difusores mais volumosos, com uma canaleta (ou tunel de ar) a mais (um difusor double-decker ou dois andares, como queira). E é exatamente isso, um difusor mais volumoso, que permite maior eficiência aerodinâmica. Física pura! Este processo reduz a pressão embaixo do monoposto, permitindo que haja menor força empurrando o carro para cima. Assim, aumenta-se o downforce (pressão aerodinâmica) - efeito que pressiona o veículo, para propiciar maior contato dos pneus com o asfalto e, portanto, mais aderência para o automóvel.

"É como se fosse uma asa de avião ao contrário, que empurra o objeto para baixo e não para cima. O ar percorre um caminho maior sob o assoalho do que sua trajetória sobre ele. Isso gera um efeito adicional às asas dianteira e traseira", explica ao Terra o engenheiro mecânico Daniel Trigo.

O downforce

"Downforce, como o próprio nome diz, é a força em direção ao solo. É como se aumentasse o peso do carro. Isso permite maior velocidade nas curvas, porque gera mais aderência. Nas retas até atrapalha um pouco, porque é como se o carro estivesse mais pesado", afirma o engenheiro mecânico Antônio Franzoni.

No pacote de mudanças de regras da FIA para a temporada 2009 da F1, uma série de determinações reduziram em até 50% o downforce, também chamado de "efeito-solo". Entre as novas normas, um difusor menor do que o utilizado no ano passado. Regulamentações como esta não são novidade na Fórmula 1. A Lotus de 1979 foi a primeira a se beneficiar do efeito-solo, quando o projetista Colin Chapman desenvolveu um assoalho inteiro para aumentar o efeito-solo. A entidade máxima do automobilismo logo proibiu o uso desse tipo de assoalho. A maneira que as equipes encontraram para compensar isto foi a criação do difusor. Quanto maior ele for, mais downforce e mais parecido ele será com o primeiro projeto de Chapman.

O difusor da Brawn GP

Os projetistas da Toyota e da Williams encontraram uma maneira de criar um canal a mais para a saída de ar e, assim aumentaram o tamanho dos seus difusores. Parte da própria carroceria do carro é utilizada, fazendo com que o componente seja um pouco mais alto que o das concorrentes. O carro da Brawn GP se utilizou da mesma brecha nas regras. Entretanto, ela consegue ainda um efeito maior ao fazer com que o ar saia por cima de uma pequena "asa", aumentando ainda mais a pressão aerodinâmica.

O deslocamento do ar causa o downforce e, dá maneira como está construído o difusor da Brawn, o downforce é ainda maior.Apesar de tudo, a força não parece estar somente no difusor: o carro está projetado de forma que todo o ar seja direcionado para a parte baixa do carro e não apenas para trás.O ar que passa pela parte de cima do difusor é o que provoca a pressão ao se "chocar" com o ar que sai do difusor, o que permite diminuir o ângulo do aerofólio traseiro do carro, evitando a resistência do ar e conseguindo assim, maior velocidade.

O jornal Espanhol Marca explica graficamente o funcionamento, vale à pena dar uma olhada clicando aqui.

Das asas dos pássaros aos aerofólios...

Você consegue entender como os monopostos de corrida conseguem se manter no chão, mesmo quando estão acelerando a velocidades altíssimas que bem poderia ser uma atingida por um avião???? Se você duvida que um carro pode fazer isso clique aqui.

Pois bem, vamos explicar de uma maneira simples e você não precisa ser uma fera da física para compreender.
Por uns instantes, esqueça as pistas. Apegue-se apenas à natureza. É de lá que vêm os maiores ensinamentos. Uma vez assisti a um documentário sobre as asas das aves, por que razão elas voam. O filme apresentava, esquematicamente, um corte transversal de uma asa. Depois, em detalhes, expunha que a curvatura da porção superior é maior que a da inferior. Observe no desenho 2 o que desejo explicar. Repare que existem dois caminhos entre a distância do ponto A e o ponto B. O superior, caracterizado pela curva descrita, e o inferior, bem mais reto. Você concorda comigo que eu posso afirmar que a distância A-B, se percorrida por cima desse perfil de asa, o dorso, é maior que a A-B se eu optar pelo caminho de baixo, o ventre, quase reto e portanto mais curto?

Vamos arquivar essa informação. Usaremos daqui um pouquinho. Não vou entrar em detalhes para não complicar, apesar citarei o experimento. Um brilhante físico holandês de nome Daniel Bernoulli descreveu, ainda em 1738, um princípio que ganhou o seu nome. Para simplificar o que ele postulou: toda vez que o ar tornar-se mais rápido, ele passa a exercer menor pressão em seu meio. Não se assuste. A física ficará por aqui. Quero ser o mais didático possível, a fim de que você compreenda bem esses conceitos e, a partir daí, domine outros e tire melhor proveito ao assistir às transmissões das corridas.
Avance para a figura 3 e familiarize-se com dois novos conceitos: a porção frontal da asa, chamada de Bordo de Ataque, por ser por onde a asa “corta” o ar, e o a porção final, denominada de Bordo de Fuga, ou por onde o ar “deixa” a asa.

Nós não vimos na figura 2 que a distância da porção superior é maior que a inferior? Ir de A a B, por cima da asa, não significa percorrer uma distância maior que de A a B por baixo dela? Agora pense comigo: o ar, então, não tem de ser mais rápido na parte superior da asa? Ele não tem de percorrer uma distância maior? E na parte de baixo? Já não é assim. Ele não flui tão velozmente. A distância que ele percorre é menor. Não há a curvatura da porção superior. Seu caminho é quase reto.
Acabamos de constatar que o ar que flui em cima da asa é mais rápido que o que flui em baixo da asa. Se pudéssemos viajar e sentar num cantinho da asa, lembre-se que ainda estamos falando da asa de um pássaro, em breve retornaremos ao automobilismo, para medir a velocidade com que as moléculas dos gases passam por lá, compreenderíamos rapidinho que as moléculas que enveredaram por cima da asa são mais atletas que as que estão correndo em baixo da asa. As de cima correm muito mais. Têm um caminho maior para percorrer. Grosseiramente seria algo assim: você e um amigo estão numa esquina e desejam atingir a outra mais próxima do mesmo quarteirão regular. Seu amigo fará o caminho reto, enquanto você terá de dar a volta no quarteirão para chegar a outra esquina. Dá para ver que você terá de correr bem mais que seu amigo? É mais ou menos o que acontece com o ar que corta uma asa.
Hora de resgatar aquela informação que Bernoulli nos deu: quando o ar aumenta de velocidade ele passa a exercer uma pressão menor. Vamos raciocinar juntos. Se em cima da asa o ar passa mais rápido, então eu posso afirmar que nessa região a pressão exercida por ele é menor. Bernoulli demonstrou. Assim como posso dizer, sem incorrer em erro também, que o ar que passa em baixo da asa exerce naquela região uma pressão maior que a de cima. Ele não é mais lento? Vamos colocar alguns números para melhor entender tudo? Se em cima da asa da ave o ar está exercendo uma pressão equivalente a mais ou menos 2 quilos e a pressão que ele está exercendo em baixo da asa é maior que esta, pelo exposto, não estarei errado se disser que a força de baixo para cima é de 3 quilos. Os números são hipotéticos.
Junto comigo: se de baixo para cima há uma força de 3 quilos e de cima para baixo uma de 2 quilos, então a resultante é uma força de baixo para cima de 1 quilo. Concorda? A força de baixo para cima é maior que a de cima para baixo. O que acontece então com a nossa ave quando ela bate as asas e submete o ar a passar sobre e sob elas? Ganha uma força de baixo para cima que, pelo nosso exemplo, é de 1 quilo. Se a ave pesar menos de um quilo, o que irá acontecer com ela? Irá voar. Isso mesmo, estamos voando junto com ela. Você acabou de descobrir que é por causa do perfil de asa e da diferença de velocidade que o ar flui sobre e sob ela que as aves e o aviões voam. Legal, não?
Tudo muito bonito, só não entendi uma coisa então: se é assim, por que os carros de Fórmula 1 parecem que grudam no solo em vez de voarem? Afinal eles têm asas como as aves e navegam a velocidades muito superiores às delas, o que lhes permitiria uma diferença de velocidade ainda maior entre o ar que flui em cima e em baixo das asas. Verdade da mais verdadeira. Você tem razão. Mas será que as asas dos carros são exatamente iguais às das aves? Resposta: sim. Com uma diferença capital, no entanto: as asas dos carros são invertidas, ou seja, a porção curva fica em baixo e a mais reta em cima. Acompanhe no desenho 4.

Já podemos falar em aerofólio em vez de asa. Acabamos de desembarcar no automobilismo depois de levar um banho de sabedoria da natureza. Os aerofólios são asas, como as das aves, mas colocados nos carros na posição invertida. O que é a parte de cima numa asa de ave é a parte de baixo nos aerofólios. E o que é a parte de baixo na asa é a de cima nos aerofólios. Os desenhos 5 e 6 mostram essa diferença.

Se tomarmos o mesmo exemplo numérico de forças mencionado ainda há pouco: no aerofólio, a força na parte de cima seria a de 3 quilos e a força na parte de baixo, a de 2 quilos. Com isso, a resultante também seria de 1 quilo, mas agora de cima para baixo e não de baixo para cima. O carro, em vez de ter tendência a decolar, acaba mais pressionado contra o solo. Em outras palavras, torna-se mais estável, consegue contornar as curvas em maior velocidade. Claro que a força de um aerofólio traseiro na Fórmula 1 é muito maior, algo próximo dos 300 quilos, hoje, em média, quando o carro está a 260 km/h. No desenho 7 é possível ver a asa invertida, ou o aerofólio, como é utilizado na Fórmula 1.

Sabe como se chama na Fórmula 1 essa pressão aerodinâmica sobre o carro? Downforce, ou força para baixo. Acredito que você já tenha ouvido ou lido essa palavra, downforce. Viu como não há segredo algum em compreendê-la?
Demos, juntos, o primeiro passo rumo a desvendarmos bem mais conhecimentos sobre esse incrível universo da aerodinâmica. De posse da compreensão de como funcionam as asas, e no automobilismo os aerofólios, podemos avançar sem limites, sempre da mesma maneira, com muita didática e exemplos mais próximos do nosso dia-a-dia para entendermos melhor o que se está pretendendo explicar.

Carros voadores

O estudo da aerodinâmica deu ao homem o poder de vencer a força da gravidade e colocar em vôo máquinas muito mais densas que o ar. O ar é o fluído que realizará a sustentação, este sofre alterações em grandezas como a densidade, temperatura e pressão. É exatamente estas alterações que são utilizadas para alçar uma aeronave.

                         

Quando um avião se desloca pelo ar, ocorre um fenômeno na sua asa que irá produzir uma força para cima, sentido inverso ao peso. Entenda este fenômeno:

O perfil da asa tem comprimentos diferentes na parte superior (extradorso) e na parte inferior (intradorso), possibilitando que duas partículas de ar percorram tais comprimentos ao mesmo tempo, conseqüentemente tendo velocidades diferentes.
A física explica que o aumento da velocidade de um fluído pelas paredes de um tubo, provoca um aumento da pressão dinâmica (ar em movimento) e uma diminuição da pressão estática (ar em repouso), originando uma força. Então, tal diferença de pressões estáticas será a responsável por criar uma força perpendicular a superfície da asa, chamada de RESULTANTE AERODINÂMICA, agindo no chamado centro de pressão, tendo como sua componente vertical, a força de SUSTENTAÇÃO.

                       

Resumindo, como a quantidade de partículas sobre a asa é a mesma acima ou abaixo, a pressão embaixo é maior, esta diferença gera a força de sustentação do vôo.
Agora, voltando ao objetivo do nosso post, que relação tem isto aos carros? O uso de aerofólios, dispositivo de funcionamento inversos as asas, ao invés de realizarem força para suspender, a força gerada é para dar estabilidade do auto, aumentar a força de contato com a pista.

                             

                                        

O vídeo a seguir mostra um carro em alta velocidade, que assim, devido a esta força aerodinâmica, realiza o que você verá.

Surpreso? Observe como o ar parece entrar por debaixo do carro e suspendê-lo, o aerofólio não foi suficiente para segurar o carro no chão, repare que o carro funcionou como uma asa, vamos analisar o formato do carro e o de uma asa.

                            

Semelhantes não?
Agora, por que os carros comerciais não tem aerofólio? É que eles não alcançam velocidade suficiente para gerar uma diferença de pressão que o retire da pista, para conseguir esta velocidade de movimentação do ar é que são usadas turbinas em aviões de grande porte.
Em carros comuns, os aerofólios existentes são apenas de efeito decorativo. Bom,tem gente que acha bonito... Aparência sem funcionalidade não é comigo.
Fazendo jus ao título, seguem abaixo fotos de um protótipo de carro voador, ainda não há projeto comercial concluído, mas pela quantidade de pesquisas na área em todo o mundo, estima-se que em pouco tempo teremos uma máquina do tipo.

Links relacionados:

Como o avião pode voar?

Aerofólio

Carro e estabilidade

O quem vem por aí...

Este é um post relativamente rápido, muita prova essa semana na faculdade, sei que estamos devendo mais explicações sobre as demais categorias, mas isso será sanado logo, "assim eu espero", então lá vai...

- E tudo vai mudar de novo na Fórmula 1... Tudo por uma questão que nós já tínhamos levantado no post anterior, a mudança do centro de gravidade do carro e os efeitos desta na aerodinâmica desses monospostos.
Pois bem, ano que vem o regulamento volta a sofrer alterações, sendo terminantemente proibidas as paradas para reabastecimento (ufa!! pensei que nunca fossem acabar com isso), no fundo o principal causador das corridas carrosséis ou procissões, como queiram denominar os GPs de Barcelona, Valência, Hungria e etc., já que só aquelas mudanças que nós já tínhamos comentado aqui não foram capazes de acabar com a monotonia de algumas corridas, sendo assim os carros terão que passar por toda uma reconfiguração aerodinâmica novamente, desta vez não tão drástica, já que os tanques de combustível vão ter que aumentar, o CG vai mudar e consequentemente a distribuição do peso vai ser toda diferente.
Aguardem, pois o GRID pode ser invertido novamente, já que isso vai depender muito de quem vai encontrar a melhor solução aerodinâmica para o carro mais cedo, como aconteceu com a Brawn esse ano.
Ficamos aí com depoimentos de quem entende do negócio, como é o caso do brasileiro Robert Sattler, engenheiro de performance da Force Índia que considera que as mudanças para o ano que vem deve facilitar o trabalho dos engenheiros.
"A aerodinâmica vai mudar muito já que os carros vão carregar o dobro do volume de combustível do que carregam agora. Isto vai gerar a necessidade de aumentar a distância entre os eixos do carro, o que deve facilitar o trabalho do pessoal da aerodinâmica, incluindo aí uma melhoria na eficiência do difusor. Por outro lado, é preciso pensar também na parte mecânica. Em circuitos travados, a eficiência do carro deve diminuir".
Já o engenheiro chefe da McLaren Pat Fry considera que a atual configuração aerodinâmica ainda não foi totalmente explorada e que o novo regulamento trará ainda mais possibilidades.
"Acho que estamos em um nível muito raso de compreensão do que podemos fazer com este pacote aerodinâmico atual. Muita gente se preocupou em adaptar o difusor duplo nos carros do que desenvolver o carro para eles. Estou certo de que existem variações que devem levar um ano ou dois para se estabelecerem".

- As postagens sobre a Indy estão vindo como pediu meu amigo Alfredo, aguardem, estamos juntando material para podermos explicar com mais clareza, mas já adianto que as diferenças na aerodinâmica da Indy para a F1 está estreitamente ligada a configuração dos circuitos em quais ambas correm.

- Nós estivemos pensando esta semana e chegamos a conclusão que só falar sobre o assunto aerodinâmica de monopostos não vai ser suficiente para os nossos objetivos com este trabalho, ficaria muito teórico, é preciso adquirir conhecimento prático, então resolvemos de acordo com o que estamos estudando para apresentar para vocês aqui, projetar um Kart, a medida que formos amadurecendo esse idéia e conseguindo colocá-la em prática vamos postando o resultado de nossas pesquisas e o passo-a-passo.

Beleza então, até a semana que vem que essa estória de "fazer seu próprio monoposto" me deu uma idéia legal de post.

KERS: Vale à pena usar?

Como prometido antes, vamos explicar o porquê do KERS ser uma incógnita esta temporada para as equipes...
Primeiramente vamos às devidas apresentações:
A sigla KERS significa em português Sistema de Recuperação de Energia Cinética, mas na verdade é um conceito, já que pode ser pensado de diversas formas, a equipe Williams, por exemplo, desenvolveu o seu em parceria com a empresa inglesa Torotrak utilizando o princípio das molas, como nos carrinhos de corda, enquanto a grande maioria preferiu o mecânico-elétrico, além disso, este conceito pode ser estendido também a utilização de atuadores alimentados pelo calor das rodas. Na prática ele possibilita ao piloto o uso de uma potência extra apertando um botão, algo em torno de 70 cv a 80 cv, por cerca de 6 segundos a cada volta, o que na teoria é bem vantajoso.
Como nosso objetivo aqui não é explicar o funcionamento do KERS, mas sim os efeitos de sua instalação em um f1, deixamos esse vídeos para que vocês possam entender como ele funciona tanto no caso da Williams como no das outras equipes.

Idéia mais comum do KERS:

Pricípio utilizado pela Williams:

Pois bem, na temporada passada a BMW levou essa proposta a FIA (Federação Internacional de Automobilismo) com o objetivo de trazer mais emoção a F1 e tentar encaixar a categoria na “moda ecológica” dos “híbridos”,encabeçada pela marca alemã, mas desde 2008 ele já vinha sendo polêmico tendo em vista os grandes gastos das equipes para desenvolvê-lo, já que cada uma teve que criar seu próprio KERS, em pleno tempo de crise.

A idéia que parecia tão empolgante foi perdendo força antes mesmo de ser concretizada, muitas equipes não conseguiram desenvolvê-lo a tempo ou não tiveram recursos financeiros para tal, acidentes aconteceram nos testes com a própria BMW, parecia não muito confiável, e por aí vai... No fim das contas só as equipes de ponta iniciaram o ano usando este reforço DE PESO e era justamente aí onde queríamos chegar.
A preocupação quanto a utilização do KERS estava estreitamente ligada ao peso do “brinquedo” que é equivalente a cerca de 35 kg, ou seja, 35 kg a mais em um f1 significa repensar toda a aerodinâmica, isto é, desenhar um carro que se adaptasse ao sistema. Os engenheiros tinham que encontrar um lugar para ele que fosse o mais próximo possível do centro de gravidade do carro e só depois pensar no resto como a redução do tanque de gasolina, a distribuição de peso, dentre outros fatores que comprometiam a confiabilidade do conjunto, tendo em vista o superaquecimento das baterias causada pelas altas rotações do dínamo, mesmo com o gerenciamento do computador e a desestabilização dos carros principalmente nas frenagens provocando erros dos pilotos que sinalizaram isso ainda nos testes da pré-temporada. Esse “sistema” de fato representava um desafio aos melhores engenheiros do mundo. Só na Ferrari o tanque teve de ser reduzido em 16 litros para criar um nicho na parte mais baixa e central do monoposto onde o conjunto motor elétrico-dínamo, computador e baterias pudessem ser alocados, com tudo isso os pilotos das equipes que o adotaram tiveram que emagrecer para compensar o ganho de peso dos carros, o bicampeão Fernando Alonso chegou a perder cerca de 6 kg.
Com todos esses contras já no início da temporada algumas equipes como foi o caso da Renault abandonaram o sistema, pois perceberam que o ganho em potência extra não compensava as perdas com o aumento de peso, enquanto outras o fizeram antes mesmo disso, como foi o caso da Toyota e da Williams, o que levou a permanência do sistema na F1 a se tornar “questionável”. Porém, talvez isso tivesse valido para a primeira parte do campeonato com circuitos mais travados e lentos, já que nas últimas corridas, em circuitos com longas retas como é o caso de Spa-Francorchamps e Monza, ele tem sido protagonista fazendo seus portadores levarem bons resultados para as garagens.
O fato é que ninguém questiona os benefícios do mesmo, ele é deveras útil em voltas rápidas dos treinos classificatórios e incrível nas largadas, nas proteções de posições e ultrapassagens, tanto que muitos times já estão revendo seus discursos para o ano que vem, a questão é se vale à pena utilizá-lo em uma prova, pois sempre vai depender do circuito, já que em alguns é muito mais vantajoso ter um carro bem equilibrado do que uma potência extra que torne a pilotagem difícil e provoque erros.

Uma coisa é certa em todos os circuitos vale muito mais um carro consistente e confiável que passe a linha de chegada, o que nos leva a um impasse que só vai ser resolvido quando todos os times tiverem com o sistema ou sem ele, porque enquanto continuar assim vai ter muito engenheiro perdendo o sono...
O vídeo abaixo fala um pouco da questão do peso e do posicionamento do KERS, ele tá em italiano mas forçando um pouquinho dá pra entender:

Objetivo: Ultrapassagens

Em 2009 a Fórmula 1 passou por mudanças drásticas em relação ao ano anterior, com o objetivo de aumentar as ultrapassagens para deixar o esporte mais atrativo, evitando domínios absolutos e temporadas apáticas e previsíveis. Além de trazer de volta o valor do piloto aos cockpits, essas mudanças de regulamento que vem ocorrendo desde 2005 surgem também como forma de reduzir custos que foram exorbitantes no últimos 10 anos, extinguindo os "garageiros" e trazendo as poderosas e descompromissadas montadoras.

As mudanças consistiram principalmente na perda da pressão aerodinâmica estimada em 50%, o que tornou visivelmente o carro mais limpo, sem aqueles inúmeros apêndices aerodinâmicos que impediam um carro de "encostar" no outro sem se desestabilizar e por consequência aproveitar o vácuo para fazer a ultrapassagem embora o da frente estivesse mais lento.

Então, eis as mudanças:

• As mais perceptíveis foram as nos aerofólios. O dianteiro aumentou 40 cm de largura e ficou 5 cm mais baixo, reduzindo os efeitos da turbulência do carro da frente, além da inclinação deste agora poder ser alterada em até 6 graus pelo piloto de acordo com a situação da corrida e no máximo duas vezes por volta. Já o aerofólio traseiro foi reduzido de 1 m para 75 cm e elevado em 15 cm, com as paredes laterais mais longas, diminuindo a turbulência no carro que vem atrás e aumentando a pressão aerodinâmica do mesmo, facilitando as ultrapassagens.
  

• Os miniaerofólios, que são aquelas "asinhas" espalhadas pela carenagem foram retiradas bem como aqueles elementos aerodinâmicos localizados na traseira, como as chaminés que eram destinadas a escoar o ar quente dos radiadores, o que obrigou os engenheiros a repensar o sistema de arrefecimento dos carros.

• Os defletores que eram localizados na frente dos radiadores, por exemplo, e que tinham o papel de destinar a maior parte do fluxo de ar para contornar o carro, fazendo-o escoar sobre o assoalho e seguir como numa espécie de túnel. Pois bem, estes foram diminuídos o que diminuiu também a pressão aerodinâmica e aderência.
• Porém, a mais significativa foi a mudança no assoalho, o principal responsável por gerar pressão em um monoposto de F1. A curvatura existente no fim do assoalho chama-se perfil extrator que nos carros deste ano começam 20 cm mais para trás, diminuindo a pressão e fazendo com que o ar que sai dele não desestabilize o adversário.
• Já o KERS (Sistema de Recuperação de Energia Cinética) foi sem dúvida a mais polêmica e não muito eficaz dessas inovações, o que merece um post destacado, devido a sua influência no desempenho dos carros estar estreitamente ligada a aerodinâmica.
  No vídeo abaixo vocês podem notar melhor as alterações,nele temos o F60, atual carro da Ferrari.

É dada a largada...

Sejam bem-vindos, este é um espaço onde estaremos comentando sobre a aerodinâmica dos monopostos, mais especificamente os carros de fórmula, estaremos dando ênfase a Fórmula 1 por se tratar da categoria mais popular do mundo e também pelas reinvenções recentes dos carros, o que torna mais fácil explicar o tema, porém realizaremos posts também sobre outras categorias, sempre que possível, como a Fórmula Indy, a GP2 series, F - Renault dentre outras...

Nosso objetivo é mostrar a vocês leitores as diferenças entre a aerodinâmica dessas diversas categorias do esporte a motor e como estas influenciam no desempenho dessas máquinas, além do aperfeiçoamento dos carros ao longo do tempo, mas tudo isso de uma forma simples e fácil de entender.

Deixem suas opiniões para que possamos fazer deste espaço um ambiente de discussão sobre esses carros voadores e por que não de inovação, vamos trocar ideias! Além de compartilharmos dessa paixão por engenharia.

Fica aí um vídeo com uma prévia do que teremos por aqui...