AUTOentusiastas Classic (2008-2014): PEÇAS QUE AJUDAM A AERODINÂMICA

Beleza pura no Jaguar E-Type, nada de apêndices aerodinâmicos

Asas e spoilers (defletores) são amados por muita gente que gosta de carros, usados por fábricas e por modificadores, tentando torná-los mais bonitos ou ao menos com aparência mais esportiva, entendido aqui como mais parecidos com carros de competição, corridas, não esportividade como de um Cisitalia ou Jaguar E-Eype, que é algo bem diferente.

Deveriam fazer o carro mais estável, prioritariamente, mas muitos dizem mais econômico e/ou mais veloz. Esse último ponto é bom para gerar conversa, mas de uso prático 99,9% nulo, já que andar de pé embaixo é cada vez mais difícil e arriscado devido aos  ambientes tomados por vias ruins, administradores públicos pior ainda  e motoristas de mesmo naipe.

Há diferenças óbvias entre as peças que se acrescenta aos carros com suposta função aerodinâmica, como se sabe há bastante tempo. Os pequenos spoilers, lábios ou aletas na dianteira, colocados para diminuir a quantidade de ar que entra por debaixo do carro são sempre eficientes, desde que bem desenhados. É onde se erra menos, já que basicamente são de desenho simples. Um efeito ruim quando se faz esse desenho errado é impedir a ventania nos freios, o que pode se tornar um problema sério, como numa descida de serra, por exemplo. Já asas, também conhecidas como aerofólios na traseira, são dos mais difíceis de gerar resultados positivos, e muitas vezes, pioram a situação.

Antes que os leitores pensem que estou tentando iniciar um tratado sobre tão curioso assunto, lembro que o André Dantas já detalhou de uma maneira abrangente o assunto aerodinâmica. Portanto, quem tem curiosidade deve ler os posts dele, parte 1 e parte 2. É uma ótima base para compreender tudo que é necessário e depois se aprofundar detalhe a detalhe. O assunto é extenso, e não serei eu que irei redigir algo definitivo, já que isso não existe.

Escort de rali, spoiler, asa traseira

Cisitalia Abarth, como o E-Type, liso

Não vou repetir o que ele já trabalhou muito para escrever  e explicar claramente,  apenas trazer alguns fatos que julgo interessante relativo às asas traseiras e spoilers, que são tão comuns e têm uma tendência a ter sua aplicação ampliada, também aqui no Brasil, com o programa Inovar-Auto, que estabelece limites de consumo entre outras coisas.

Os spoilers são estragadores de fluxo, ou perturbadores, como diz a palavra traduzida do inglês. A função principal é desviar fluxo de ar para ajudar a penetração aerodinâmica de uma maneira geral, considerando a carroceria toda. Mas também podem ser feitos para atuar como desvios para áreas necessárias, como mais ar para radiadores ou freios, por exemplo. Já um aerofólio, com a forma geral sendo o de uma asa de avião de cabeça para baixo, precisa gerar força para baixo, ajudando a aderência do carro. Abaixo o perfil típico de uma asa, em amarelo.

Num carro é igual, sustentação se opõe ao peso, e a força do motor (empuxo) ao arrasto

Claro que o mais óbvio que vem à mente é carro de corrida do tipo fórmula, carrocerias de apenas um lugar, rodas descobertas. Nas ruas, o exemplo primeiro mais forte e mais notável na história é o Porsche 911 RS em 1972.  Seus spoilers dianteiro traseiro reduziam a força de sustentação (lift) que tende a diminuir o peso do carro com o aumento da velocidade, em 90%. Não havia força para baixo, pressionando o carro contra o solo (downforce), mas sim, o que precisa ser eliminado antes desta ocorrer, a sustentação.

O extremo são os Fórmula 1, com forças para baixo de mais de 2 vezes o peso do carro, e tudo isso dentro de uma margem grande, pois as regulagens são amplas. O maior exemplo do quanto isso é eficiente é a asa móvel adotada por regulamento, onde uma aleta altera a inclinação e permite que mais velocidade seja atingida.

Os aerofólios como dos carros de fórmula são feitos para empurrar o carro para baixo. Com isso, se gera um arrasto grande, piorando a aerodinâmica pura do carro, a forma geral deste. De novo, vem a Fórmula 1 à mente.

Sem asas, seriam muito mais rápidos, basta ver a asa móvel permitida hoje. Apenas parte dela tendo seu ângulo de incidência   (a posição com que ela bate de frente com o vento) alterado, já permite muito mais velocidade. Mesma coisa na Fórmula Indy, onde fica mais notável a diferença de aplicação de asas, com os carros de pistas ovais tendo essas superfícies muito menores e afiladas do que as usadas em pistas normais com curvas para os dois lados.

Nessa foto abaixo, os carros da equipe Penske de 1994. O carro ao fundo é do ovais de alta velocidade. Note a diferença de tamanho e forma das asas com os outros dois carros.

Fotomontagem dos Penke de F-Indy de 1994

Se formos considerar a forma geral de uma carroceria, qualquer uma, a sustentação que tende a tirá-lo do solo ocorre porque a forma plana da parte inferior, do assoalho, permite um caminho mais curto do ar do que o que vai por cima do carro. Só isso já nos dá uma forma grosseira do perfil de uma asa, plana embaixo e curva em cima, provocando pressão menor em cima e maior embaixo. A propaganda do Adler 2,5 litros dá uma boa explicação visual dessa idéia. Mas vale para qualquer desenho de carroceria, mesmo os mais retilíneos.

Se isso é não percebido nem mensurável em velocidades de ruas e avenidas, em estradas a coisa aperta, e até mesmo 100 km/h já dá para começar a perceber que aerodinâmica ruim prejudica. Se o carro estiver carregado e levantar a dianteira, mudando sua atitude, ou ângulo de ataque, a posição que o carro recebe de frente o vento, tanto pior.

Alguns carros tem a característica de “prender” o ar debaixo deles ao menos em parte. Isso é comum quando se anda em uma estrada ou rua com muitas folhas de árvores, e se vê o carro à frente arrastando por uma grande distância folhas secas dentro de uma turbulência. Esse exemplo é ótimo, pois é justamente o que se convencionou chamar de arrasto, uma quantidade de ar colada ao veículo que provoca prejuízos para seu deslocamento. Quanto menos ar passar por baixo, melhor, pois esse arrasto visível pelas folhas secas é mesmo um arrasto de massa de ar que prejudica o avanço do carro, fazendo-o perder velocidade para uma posição constante do pé do motorista no pedal do  acelerador.

E aí entram os spoilers dianteiros, colocados na extremidade inferior dos carros, e que são normalmente os primeiros a raspar nas estúpidas valetas das ruas quarto-mundistas em que circulamos. Antes que alguém fique bravo, procurem imagens do Iraque em plena guerra. As ruas são mais lisas e tem muito menos remendos que a maioria das cidades brasileiras. Quanto mais à frente os spoilers  estiverem localizados, melhor para o efeito geral no carro. 

Um dos primeiros exemplos  no Brasil foi o Corcel II 1979. O do ano anterior, no lançamento, não o tinha. Já no ano seguinte, foi adotado e melhorou o comportamento do carro nas velocidades que se conseguia viajar sem ser incomodado por câmeras como hoje. Era tranqüilo andar a 130 km/h por muito tempo. Mesma coisa no Passat TS de mesmo ano. Neste, o spoiler era uma peça plástica, sempre preta e bastante vertical, parecendo uma parede. Mesmo assim, melhorava muito o visual do carro, e o tornava mais estável em estrada. Não há problema em ser verticais ou quase, a vantagem de menos ar debaixo do carro compensa, pois sempre acelera o fluxo e diminui o arrasto como um todo.

Corcel II 1978, sem spoiler na dianteira

Pequena aba adicionada abaixo do pára-choque já em 1979

Passat TS sem spoiler

O TS de 1979 com um spoiler bem chamativo e eficiente

Em curvas ou em ventos cruzados em estrada, tudo pode mudar. Foi testado há muitos anos atrás um Escort XR3 na Inglaterra, início dos anos 1980, quando esse carro passou a ter tração dianteira e uma aerodinâmica bem trabalhada, sendo o carro de menor preço com melhor aerodinâmica que se podia comprar.

Para se saber o tamanho desse problema de ventos laterais, o carro foi girado 20° no seu eixo vertical, dentro de um túnel de vento, como se estivesse recebendo um vento lateral de 35 km/h. Essa força do vento deslocada do eixo de movimentação gerou uma sustentação  2,5 vezes maior na dianteira e 6 vezes maior na traseira, considerando a velocidade à frente de 110 km/h. Isso explica porque ventos laterais ou oblíquos, de qualquer ângulo prejudicam bastante a segurança em estradas, e faz lembrar uma história antiga, quando foi até mesmo notícia de jornal um Gordini capotando ao ultrapassar uma caminhão ou ônibus na Via Dutra, nos anos 1960.

XR-3 1980, um dos mais eficientes de sua época

O ideal seria que essa sustentação tivesse sempre o mesmo valor, para evitar instabilidades sérias em estradas com ventos cruzados, e aí o spoiler dianteiro atua positivamente de novo, pois quanto menos ar embaixo, menor a sustentação, e se menor, os ventos laterais afetarão menos. Se não é possível anular a sustentação ela deve ser maior na frente, para que em altas velocidades o carro não tenha tendência a sair de traseira, algo sempre mais perigoso para motoristas normais. Só vantagens então para o pequeno lábio inferior visto em muitos carros.

Mas ele pode ser atrapalhado pela forma da traseira do carro. O Ferrari 196 SP em 1961 foi um dos primeiros a usar um spoiler traseiro. Não tinha teto, mas sua parte após a cabine até a traseira é um fastback, definido como uma traseira com ângulo de menos de 20° nessa região. Como não há mudança brusca de forma, o ar permanece bem colado à superfície, o que é bom para um arrasto pequeno, mas ruim para a sustentação, pois o fluxo é grande em  altas velocidades, diminuindo a pressão estática, tendendo a gerar mais sustentação pela pressão inferior que pode ser maior.

Spoiler na traseira, ajudando a extrair ar da parte inferior do carro

A Ferrari descobriu que a adição de uma  pequena aba virada para cima na extremidade traseira aumentava muito pouco o arrasto, mas reduzia muito a sustentação. Esse lábio levantava o fluxo para cima do fastback, fazendo o fluxo ter menor velocidade sobre o carro, o que evitava a pressão diminuída em cima do carro, se contrapondo à maior pressão abaixo da carroceria. Talvez tenha sido uma descoberta prática, ou o conhecimento da patente de uma invenção de 1931, de Edward Zaparka, para mini-flapes adicionado a perfis de asas (aerofólios). Logo depois, o Ferrari GTO foi o primeiro a andar nas ruas com essa solução.

Depois de mais alguns anos, uma pequena aba vertical foi adicionada ao aerofólio traseiro de um carro feito por Dan Gurney em 1971, após as reclamações de instabilidade em alta velocidade de Bobby Unser. Dan havia sido piloto por muito tempo antes de se tornar chefe e fabricante de carros de corrida, e devido aos bons resultados que obteve com a aba, consultou um amigo da indústria aeronáutica, que acabou por testar em túnel de vento e confirmar os bons resultados. Ao tentar a patente, descobriu-se que Zaparka já a tinha há décadas. Mesmo assim, a pequena peça passou a ser conhecida como flape Gurney, e é muito usada na Fórmula Indy, até mesmo como componente que pode ser colocado ou removido durante as provas.

Flape Gurney aparafusado no aerofólio traseiro do Ferrari F40

Aba na borda, voltada para cima, acelera o fluxo embaixo

Mas o impacto máximo dessa aplicação de spoiler traseiro veio em 1972, no Porsche Carrera RS, que transformaram muito o comportamento do carro em altas velocidades, fazendo-o muito mais estável.

Sem os spoilers, o Porsche tinha 64 kg de sustentação a 250 km/h na frente e 136 kg na traseira, algo monstruoso. O spoiler dianteiro e traseiro adicionais faziam esses números cair para 5 e 14 kg, notando que não se tratava de downforce, mas apenas de muita sustentação diminuída. O arrasto também foi diminuído, mas apenas em 2%. Num teste prático, a 150 km/h o carro era freado com força, em curva, e parou 1 segundo mais rápido e com menos correções ao volante.

Carrera RS, spoilers na frente e atrás, para grande efeito aerodinâmico e visual

As traseiras de forma próxima da vertical ou quase, como de peruas, vans, hatches e utilitários esporte produzem muito arrasto, pelo grande volume de turbulência que acontece nelas, fácil de ver pela sujeira acumulada nos vidros desses tipos de carros. Mas são muito superiores em sustentação, já que não tem uma traseira inclinada como de um fastback. Tetos com pequenos spoilers ou extensões nas colunas laterais definem um ponto certo de separação do fluxo, jogando-o para trás, evitando que os remuos saiam para fora da sombra de área frontal do carro. Essa vantagem de menor sustentação nas peruas foi explorada pela Volvo em corridas de turismo na Europa. 

Volvo 850 T5 no Campeonato Inglês de Carros de Turismo

Já aletas verticais na traseira são vistas no Chevrolet Cruze hatch. Elas gerenciam o fluxo de forma a não ocorrer turbulência colada na traseira, junto às colunas, formando uma canaleta virtual para "escorrimento" do ar junto ao vidro. Como resultado também há uma menor quantidade de sujeira depositada no vidro do que ocorreria sem as aletas.

Note os defletores pretos nas bordas laterais do vidro

Os sedãs são um meio termo na forma, mas os ângulos de vidros, teto e tampa de porta-malas definem se o carro é bom ou ruim de arrasto e sustentação. Se o vidro é bem inclinado, o comportamento tende a ser parecido com a colagem de fluxo que ocorre no fastback. Os vidros mais próximos da vertical provocam descolamento de camada na borda do teto, com a turbulência que permite maior pressão sobre o carro.

Um ângulo entre 30º e 35° é o pior, uma transição entre fluxo que cola e solta o tempo todo, dependendo de velocidade, ruim para arrasto e sustentação, fazendo a traseira do carro muito suja do ponto de vista de fluxo de ar.

No final dos anos 1970 e começo dos 1980 proliferaram os acessórios de enfeite com suposta função aerodinâmica. Um exemplo é o spoiler abaixo do vidro dos hatches com traseira bem próximo da vertical, com o apêndice dentro da área de turbulência. Totalmente sem efeito. Exemplos, Fiat 147 Racing e Citroën AX GT. Mesma coisa em sedãs com aerofólios na tampa do porta-malas. Se o vidro for pouco inclinado, de nada atuam. Um caso extremo é o Fiat Oggi CSS, com spoiler para descolar a camada no teto, e aerofólio na tampa.

Um carro de forma tida como de boa aerodinâmica, o Ford Capri europeu foi testado a fundo pela revista Autocar, pelo piloto e engenheiro John Miles. As medições iniciais mostraram coeficiente de arrasto (Cx) 0,414, sustentação dianteira 0,288 e traseira 0,101. Um coeficiente típico de uma asa de avião, cuja função é o oposto do que se precisa em um carro, é de 1,4. Miles foi alterando aqui e ali, adicionando defletores etc. e chegou ao Cx de 0,375, e os coeficientes para 0,198 e 0,071.

Na evolução, chegou-se nos anos 1990 com o Calibra,  sem spoilers ou aerofólios dignos de nota, um Cx de 0,26, um dos melhores até hoje, e sustentações baixíssimas, de 0,078 e 0,071. Aqui no Brasil tivemos o Astra Sport, lançado em 2000, com peças da Irmscher alemã, fabricante de vários acessórios bem estudados para a linha da Opel. Testadas na pista circular da GM, foi constatado que não eram enfeites, tinham efetivamente função, pois eram desenvolvidas em túnel de vento. Bob Sharp, trabalhando na GM na época como Gerente de Relações com a Imprensa, andou no carro e notou um comportamento mais estável em velocidade de estrada, com uma melhora significativa quando se encontrava ventos laterais, mostrando que foi correta a decisão de utilizar peças desenvolvidas em um país onde os limites de velocidade são inexistentes na maior parte das rodovias.

Astra Sport 2000 com apêndices eficientes

Também por essa época, a própria Autocar fez um interessante comparativo. Andou com um Porsche 911 (série 993) com aerofólio automático, que se levantava a  120 km/h, comparando a estabilidade com o aerofólio funcionando normalmente e com o fusível do circuito elétrico deste removido, para que ele não atuasse. Até por volta de 240 km/h  nada de muito diferente ocorria com ou sem o aerofólio, mas a 257 km/h o jornalista já questionava a sanidade da experiência, pois a traseira oscilava bastante, após passar nas ondulações da pista circular de testes do complexo de Millbrook. Ou seja, mesmo em se tratando de velocidade muito alta para quase qualquer lugar do mundo, exceto na Alemanha, a Porsche não descuidaria de algo importante, sendo o componente um item de segurança necessário para acompanhar o desempenho do carro.

O aerofólio do 911 série 993 na posição levantada

Cada vez mais melhores números de consumo são desejáveis e obrigatórios por regulamentações legais, agora até mesmo no Brasil, notoriamente atrasado em questões de modernidade automobilística no que se refere a leis.

Com os requisitos do programa Inovar-Auto já causando movimentação dentro das fábricas e agitando fornecedores, apêndices aerodinâmicos podem voltar a ser bastante usados no auxílio a motores que ainda não sejam os mais avançados de cada marca, para diminuir consumo.

JJ

Fotos e imagens: autoclassicos.blogspot.com; conceptcarz.com; imageshack.com; automotor.pt; uniquecarsandparts.com