A DINÂMICA AUTOMOTIVA LONGITUDINAL E ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL

Devido aos últimos acontecimentos da economia global e a desvalorização do Real frente ao dólar, o brasileiro vive um martírio diário ao abastecer o seu carro. O preço da gasolina como sabemos é atualmente regulado pelo preço internacional do barril de petróleo, e o Brasil, apesar de ser um grande player da produção mundial, ainda necessita da importação de grande parte para produção de combustíveis.

Após esse breve (e trágico) preâmbulo, nós como engenheiros quase sempre focados em eficiência, otimização, redução de custos, não podemos passar indiferentes. Mas o que fazer? Bem, se não podemos resolver os problemas do mundo de uma vez, que comecemos resolvendo ou diminuindo os nossos! Vamos usar a dinâmica longitudinal do carro para economizar cada ml de combustível que colocamos no tanque.

Entendendo a dinâmica

Como o foco deste breve texto não é torná-los mestres no assunto, vamos direto ao ponto: O motor a combustão interna que move nossos carros precisa vencer basicamente 4 grupos de forças para mover o veículo, como na imagem e diagrama a seguir:

1 - Força de arrasto aerodinâmico:

A força aerodinâmica é a força que um corpo sofre ao se movimentar através do ar, resultado da distribuição de pressões em toda a sua superfície. Esta força pode ser decomposta em 3 direções: vertical, lateral e axial. As duas primeiras não causam acelerações longitudinais ao veículo, pois estão em uma direção diferente do movimento e existem forças contrárias a elas de modo que se anulem. Já a força no sentido axial pode causar uma desaceleração e é denominada resistência aerodinâmica.

Esta força de resistência aerodinâmica é proporcional a um coeficiente denominado Cx, o qual depende da forma do corpo. O cubo é tomado como referência com um Cx=1. Quanto mais arredondadas e suaves as linhas do carro, menor será o Cx e consequentemente menor será a resistência aerodinâmica. Em fórmula temos:

Faero = ρ * Afrontal * Cx * V²/2

Sendo:

ρ - a densidade do ar. Ao nível do mar é igual a 1,225 kg/m3

Afrontal- a área frontal do veículo

Cx - o coeficiente de resistência aerodinâmica do veículo

V- a velocidade relativa entre o ar e o veículo.

DICA 1 - Note que a força aerodinâmica é proporcional ao quadrado da velocidade, portanto ao se dobrar a velocidade do carro, a força exercida pelo arrasto é 4 vezes maior, e se pensarmos em potência (multiplicar toda a fórmula por V) a potência dissipada é 8 vezes maior! Ande em velocidade mais moderadas, planeje seus trajetos para não precisar vencer as distâncias em grandes velocidades.

2 - Força de aclive:

Quando um veículo está subindo um aclive, a força peso e a força normal não estão sendo aplicadas na mesma direção como num piso plano. Enquanto o peso continua na vertical, a força normal fica deslocada em certo ângulo. Assim, surge um componente da força peso paralela ao piso e ao movimento do carro. Esta força é, então, denominada resistência ao aclive.

A força peso G pode ser decomposta em duas forças, uma na mesma direção do piso e outra a 90º. Pela trigonometria temos , que é equilibrada com a força normal e G*sen(α) que está na direção do movimento. Abaixo temos o diagrama e a fórmula.

Faclive = m * g * sen(α)

Sendo:

m = massa do veículo.

g = gravidade local.

α= Inclinação do plano do veículo.

DICA 2 - Com as subidas, não há muito o que fazer pois são inevitáveis, porém nunca é demais lembrar de retirar todos os pesos desnecessários que eventualmente estejam dentro do veículo.

3 - Força de rolamento

A força de rolamento é a resistência gerada pelo contato do pneu com a pista. Basicamente é notada em forma de ruído e calor, dados as interações e deformações tanto do piso quanto da borracha do pneu.

F rolamento = f * m * g * cos(α)

Sendo:

f - coeficiente de resistência ao rolamento;

m - massa total do veículo;

g - aceleração da gravidade local;

α- inclinação da pista.

DICA 3 - Calibre os pneus adequadamente para cada situação, e sempre a frio. O ar dentro dos pneus se expande quando quente, portanto, ao calibrar devemos levar em conta que os pneus estejam à temperatura ambiente. Outro ponto importante: Mais carga, mais pressão.

4 - Força de inércia:

De acordo com o que determina a segunda Lei de Newton, para se alterar o estado de movimento de um corpo é necessário se aplicar uma força, e a taxa de variação da velocidade deste corpo é proporcional à força aplicada e à inércia deste corpo. É possível definir a resistência de Inércia como a força necessária para se alterar o estado de movimento do veículo.

O veículo possui, no entanto, várias massas que sofrem translação e várias que sofrem também rotação. Então, a inércia total é composta pelas inércias devidas às massas em translação sujeitas a acelerações lineares e pelas inércias rotativas devidas às massas em rotação sujeitas a acelerações angulares.

F inércia = F rotação + F translação

in- relação de transmissão com relação à roda da n-ésima massa;

Jn- a inércia rotativa da n-ésima massa.

DICA 4 - Evite variações de velocidade desnecessárias, viaje sempre que puder à velocidade constante, pois dessa forma se elimina esta parcela de perdas da equação. Pratique antecipação!

Quer saber mais sobre o tema, siga a gente no Instagram - @lev7engenharia.