PEQUENOS MOTORES DE ALTA POTÊNCIA ESPECÍFICA


Quando falamos de bons motores, logo pensamos em potência, em torque e também em consumo. Alguns priorizam mais um atributo, outros se interessam mais por pontos diferentes, mas geralmente não escapa de uma boa discussão a potência.

Potência vem da relação do torque gerado pelo motor, produto direto da expansão dos gases queimados na câmara, dependente da rotação do motor. Motores diesel funcionam a rotação mais baixas, motores convencionais movidos a gasolina trabalham em faixas um pouco mais elevadas, e ainda os motores com ciclo de dois tempos, são eficientes em rotação ainda mais elevadas.

Logo pensamos também na potência específica, que é a potência gerada por unidade de deslocamento volumétrico do motor, o famoso cavalos-vapor por litro (cv/l). Motor "normais" aspirados de carros modernos geram aproximadamente 70-75 cv/l, como por exemplo o Ford Duratec 2-litros do Focus e o Fiat 1,8-litro de 16 válvulas do Punto. Alguns mais requintados como o BMW V-8 do M3 e o conhecido i-VTEC do Honda Civic Si e os antigos VTi trabalham na faixa dos 100 cv/l. Motores turbo são um caso a parte, pois hoje em dia facilmente passam dos 100 cv/l, inclusive em motores pequenos, como o novo EcoBoost da Ford, um três cilindros de 1 litro e mais de 120 cv/l.  

Motor Novarossi de 3,5 cm³ (0,21 pol³), modelo de competição com mais de 2,5 cv

No caso dos motores de competição aspirados de alta tecnologia, como o Zytek V-8 que equipa alguns protótipos de Le Mans, essa potência específica pode ser da casa dos 150 cv/l. Motores de moto também são boas referências, também na faixa dos 140-150 cv/l. Os melhores neste quesito são os motores da F-1, com potências específicas da ordem de 300 cv/l.

Mas há pequenos motores que, neste aspecto da potência específica, deixam os F-1 bem para trás. Os motores dois-tempos monocilíndricos usados em modelos de radiocontrole profissionais, que já foi assunto breve aqui no blog há alguns anos. Existem diversas categorias mundo afora para carros equipados com motor a combustão, sendo as mais conhecidas por aqui as categorias Pró-12 e Pró-21. Doze e vinte-e-um referem-se ao tamanho dos motores, medidos em centésimo de polegadas cúbicas, ou seja, 0,12 pol³ (2,1 cm³) e 0,21 pol³ (3,5 cm³).
Virabrequim especial de competição

Com um conceito de construção sem grandes inovações nos últimos quarenta anos, bem como os motores de automóveis, o segredo está nos detalhes. Um pistão de cabeça plana sem anéis corre em uma camisa com janelas laterais de admissão e escapamento. Unido por uma biela "H" sem partição ao virabrequim com contrapeso desenhado para agitar a mistura admitida e enviá-la à câmara de combustão a alta velocidade permite que a ignição por compressão (similar a um ciclo diesel) e concentração de calor em uma vela incandescente seja praticamente instantânea. Os mínimos detalhes no projeto das janelas, o melhor formato do virabrequim e o "timing" de admissão e escapamento feito pela posição relativa das janelas ao movimento do pistão fazem com que melhores rendimentos sejam alcançados.

O fator limitante da máxima rotação dos motores movidos a combustão é a inércia de seus componentes. Sabemos bem que pode ser um grande desastre se um motor passar da sua faixa máxima de rotação permitida. As molas das válvulas não conseguem trabalhar rápido o suficiente, o pistão atinge uma válvula e o estrago está feito. Isso sem pensar na inércia do pistão e os esforços sofridos pela biela em tração e compressão constante. O rendimento volumétrico dos motores também atua. Os motores de ciclo Wankel são mais favorecidos no quesito inércia de componentes, pois a quantidade de peças móveis é bem menor, e também seu ciclo de queima está mais para um motor dois-tempos que um quatro-tempos.
Camisa com as janelas de admissão e escape (à esquerda) e conjunto de pistão e biela

Para os motores dos modelos de radiocontrole, por conta da pequena massa atrelada neste sistema móvel e não exisitir comando, válvulas ou molas, é possível alcançar rotações só conhecidas em motores elétricos. Nada menos que 45.000 rpm, ou 750 rotações por segundo, e sempre com queima a cada subida do pistão. Se formos analisar o ciclo, a eficiência da queima é baixa, muito calor é perdido (como em todo motor a combustão), mas mesmo assim, hoje em dia, um motor de 3,5 cm³ produz incríveis 2,95 cv a 41.500 rpm, o que dá uma potência específica de 840 cv/l. Veja bem, oitocentos e quarenta cavalos por litro!

Obviamente, não é uma simples "conta de padeiro" para fazer uma comparação com um motor de um automóvel. Só é possível chegar neste nível de potência específica graças ao pequeno tamanho do motor e seus componentes móveis, à alta rotação e ao combustível especial altamente explosivo (metanol aditivado com até 25% de nitrometano, fora lubrificantes, afinal é um motor dois-tempos). Motores similares porém maiores já não conseguem tanta potência específica, pois os componentes começam a ficar mais pesados, a inércia aumenta e a rotação máxima diminui.

Um modelo equipado com um motor destes pesa em torno de 2,5 kg (conhecido como escala 1/8) e assim a relação potência-peso fica em aproximadamente 1.200 cv/t, o dobro da relação do Bugatti Veyron e equivalente a um F-1 atual. Como estes modelos são equipados com tração integral, os níveis de aceleração são brutais, e a transmissão de duas marchas permite que a velocidade máxima seja acima dos 150 km/h. Muita tecnologia também é empregada no chassi, como ligas de aluminio e titânio e muita fibra de carbono, mas isso é assunto para outro momento.




Hoje em dia, em termos de desempenho, há modelos equipados com motores elétricos tão rápidos quanto estes, mas sabemos que os motores elétricos são naturalmente mais eficientes e podem girar a maiores rotações. O impressionante é pensar que um motor a pistão consiga chegar a estes níveis de rotação e potência específica, dificilmente superado por qualquer outro que eu consiga me lembrar.



Uma pequena jóia do incrível mundo dos motores.

MB


31 comentários :

  1. Muito legal! Realmente violentos esses pequenos grandes motores!

    Só umas correções:
    "Motores similares mais maiores já não conseguem"
    'mas' no lugar de 'mais'

    "velocidade máxima seja acima dos 150 km/l"
    h no lugar de l

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    1. Guilherme Jr.
      Já acertei lá, obrigado por avisar.

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  2. Este comentário foi removido pelo autor.

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  3. Apaguei meu comentário anterior, o Guilherme já apontou os pequenos pontos para correção...

    Excelente post, nos trazendo a um mundo pouco lembrado. Mas que engenharia de ponta, pra chegar a esses números hein???

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  4. Ja tive um carrinho desse! carro é carro, para mim, nao importa o tamanho! Tinha aceleracao forte; Mas dificil controlar. Como num anuncio de pneu acho que da goodyear: "Potencia nao é nada sem controle", para esse brinquedinho definia muito bem. E rapido quebrei ele. MAs nao foi barbeiragem nao; E Lembro tambem que o combustivel era bem caro, algo como 80 reais um galaozinho com menos de 5 litros. E era uma gasolina bem oleosa e de forte odor (mas nao de gasolina). Foi pro ferro velho, que pena.

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    1. era um comercial da pirelli, hehe. o combustivel (pelo menos aqui na minha cidade) custa em torno de 140 pilas o galão (3,6) e é realmente um troço muito do fedorento. mas é um negocio muito legal esse dos RC´s.

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    2. Thiago, foi pro ferro velho? tu ainda tem ele? tenho interesse. Roberto

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  5. A vida útil desse motorzinho não passa de umas poucas horas. Compreensível, dada a potência que geram. E o segredo é mesmo o controle (sem trocadilhos). Um aluno meu competia com isso, e gastava um tempo muito maior tentando obter uma resposta mais linear do controle que mexendo no motorzinho propriamente dito.
    Pode-se dizer que esses carrinhos, por incrível que pareça, constituem a categoria de esporte-motor mais completa que existe (categorias, na verdade, pois existem as exibições de manobras, a de velocidade on e a velocidade off-road): O mesmo cara tem que pilotar, acertar o carro, abastecer, acertar a estratégia de corrida, realizar as manutenções, buscar patrocínio, limpar o box, trazer seu próprio café, fazer tudo, enfim. Bastante interessante mesmo!

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  6. O incrível é que hoje pessoas qurem ter um carro elétrico, mas um automodelo a combustão.

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    1. É que automodelo é somente diversão, dá gosto ter esses motorzinhos pra brincar.

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    2. Fabio, vai muito do gosto.
      Eu andei tanto com elétrico como com combustão, os dois são muito divertidos, mas cada um tem um comportamento bem definido.
      abs,

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  8. Eu fui aeromodelista, mexi muito com esses motores.
    Realmente a potencia especifica é cavalar, em compensação, o consumo vai à lua.
    A mistura típica nos motores "com vela" era o "glow", um mix de tres partes de metanol por uma parte de óleo de ricino. Eu preparava a mistura em casa...
    Já os motores "diesel", sem spark plug, usava uma mistura de partes iguais de éter, querosene e óleo de ricino, e tinham uma borboleta no cabeçote, que permitia alterar a taxa de compressão.
    Infelizmente a maioria desses motores eram importados, caros e com dificuldade para encontrar peças de reposiçaõ...

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    1. Desculpe, mas não seria GLOW plug, ao invés de spark plug?

      Fabio.

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  9. Lorenzo Frigerio03/03/12 23:39

    Alguém aí já viu um filme com Clint Eastwood, se não me engano "Dirty Harry na Lista Negra", em que ele está de carro e é perseguido por um carrinho de controle remoto com formato de Corvette 65, carregando uma bomba e pilotado pelo passageiro de um carro que vem atrás?
    Uma das cenas mais antológicas do Cinema.

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    1. Eu vi! Aliás muitos filmes da década de 70, com raros efeitos especiais, exigiam imaginação e funcionavam muito bem. Foi legal mesmo.

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  10. MB, muito legal!

    Aproveitando o final do texto, os motores elétricos são sim mais eficientes. Mas me impressiona o grau de evolução a que estamos vivenciando nos motores a combustão. Claro que tais números citados no texto somente são possíveis em motores diminutos e com características muito particulares, mas a evolução dos motores em geral é bem interessante! Lembro-me de uma declaração do Bob Lutz, há poucos anos, na qual ele dizia que, ao compararmos os motores a combustão com outras formas de geração (na verdade conversão) de energia, devemos tomar como parâmetro não os motores atuais, mas os de daqui a dez anos.

    Vida longa aos "internal combustion engines"!

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  11. Legal, não tinha ideia dos valores de potencia desses motores... esse texto me lembrou uma regra da natureza que quanto menor o animal, mais forte ele é se comparado a seu peso.
    Mas os motores eletricos para esses carrinhos dominam. Um brushless é brutal.

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  12. MB, belo post. Adorei saber esses dados. Um amigo já teve um carro de radiocontrole e eu fiquei impressionado com o brinquedo. Mas para ter um desses e brincar direito tem que ser meio obsessivo. Abraço, PK

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    1. PK
      É uma coisa que precisa de bastante dedicação. Andar só por andar ainda é mais simples, mas competir pra valer já pesa bem mais.
      abs,

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  13. Alfredo Affonso04/03/12 21:25

    Bem simples essa matéria, não falou nada sobre as 3 agulhas do motor, sobre o escape, q tb é crucial pra essa potência toda e tb pressuriza o tanque de combustível, nem sobre a refrigeração do mesmo, que é bem complicada (temos q fazer buracos enorme nas bolhas e ajustar as agulhas corretamente pra manter esses motores por volta dos 120 graus, sua faixa de temperatura ideal), e nem sobre o ajuste de taxa que fazemos com eles, com arruelas entre o bloco e o cabeçote de refrigeração...

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    1. Alfredo, o tema era potencia especifica!!

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    2. Alfredo,
      Não era o escopo do post.

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  14. Milton,

    Minha mulher tem uma cadelinha Pinscher que gosta muito de velocidade e estou pensando e amarrar a bicha em cima de um desses aí...
    Já vi uns desses brincando e fiquei impressionado com a aceleração. Vc sabe o quanto fazem no 0 a 100 km/h? Eu gostaria de saber.

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    1. Arnaldo,
      Com certeza a cachorrinha vai se sentir em um F1.
      A aceleração é o mais impressionante, 0 a 100 dá pra fazer abaixo dos dois segundos.
      abs,

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  15. É ISSO AÍ MB! PAU NESSES QUE NÃO ENTENDEM RELAÇÃO PESO-POTÊNCIA!!!

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  16. Porquê ainda hoje, com toda a eletrônica e tecnologia disponíveis, não conseguimos fazer mais do que 6-7 km/l na cidade e 9-10 na estrada com as pragas dos flex? Porquê não temos motores à álcool com 15:1 de compressão, assim como GNVs com 20:1 para aproveitar melhor os reais que gastamos com os preços mais caros do mundo, para os carros e combustíveis?

    Mauro

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  17. Anonimo Mar 6, 2012 08:10 PM , a Ford tentou fazer um motor a alcool com taxas de compressão de 15 pra 1 quando desnvolvia o CHT e descobriram que a carga no mancal do virabrequim ficava muito forte e ai as bronzinas , bielas e o proprio virabrequim não aguentavam o tranco, acabou ficando nos 13 pra 1 mesmo, mas , se um motor fosse projetado para essas relações de compressão concordo que seriam beeeem mais eficientes.

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    1. Eu não acredito muito nisso, pois se pararmos para pensar, o Ciclo de do motor onde essas cargas são criadas acontece milhares de vezes por minuto. A simples adição de uma taxa maior não aumentaria de forma absurda a carga sobre o virabrequim. Além do mais, isso significaria que o motor CHT não poderia ser turbinado sem graves consequências, pois mesmo com um turbo de baixa pressão a taxa de compressão dinâmica sob carga ultrapassaria o valor de 15:1, chegando a 18:1 ou 19:1.

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  18. Legais pacas esses dados sobre motores de carros de controle remoto.

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  19. Bem legais a materia e o site. Em relação aos motores de alto rendimento gostaria de lembrar os F1 turbo (1.5 e até 1250 cv em qualificações) e os dragsters top-fuel com seus motores 8.2 de 6000 cv

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