Há anos participo de grupos na internet, onde o foco são carros e preparação de motores. E lá sempre me deparo com a mesma conversa: o maior é sempre o melhor. Como engenheiro (e, por que não dizer, engenhoqueiro) calejado, percebo o quanto esse canto das sereias é enganoso.
Nesses fóruns, a conversa é quase sempre a mesma. O melhor turbo tem que ser o maior, o melhor comando de válvulas é sempre o com maiores ângulos de abertura e com maior levantamento da válvula possíveis. E é por aí que a conversa vai.
Com esta conversa, os colegas de fórum se enganam numa coisa fundamental. Boa parte dessas modificações levam a motores mais potentes sim, porém também a motores com uma distribuição de potência completamente desequilibrada. O motor tem muita potência numa faixa estreita de rotações, e somente com um câmbio com muitas marchas (seis ou sete, muitas vezes) se conseguiria usar esse motor na sua estreita faixa útil de potência.
Um bom indício de que algo está errado é que numa peça tão tecnologicamente sofisticada quanto é um motor, as escolhas discutidas não envolvem um cálculo sequer. O maior é sempre o melhor e fim de papo. Se fosse tão simples, o ponto mais alto do pódio em qualquer competição automobilística seria sempre um lugar apertado.
Recentemente me envolvi numa discussão dessas, referente a coletores de admissão e escape e corpos de borboleta. A conversa, como sempre, era a mesma. Os dutos, para serem melhores, precisam ter o maior diâmetro possível, e o corpo de borboleta ter que ser o mais aberto também. Se ambos puderem ter dimensões gigantescas, melhor ainda.
O canto das sereias está em perceber o óbvio e não perceber o sutil pelo desconhecimento da parte técnica mais profunda.
Coletores de admissão e de escape são basicamente dutos que alimentam ou sangram fluxos de gases do motor. Para estudá-los, podemos imaginá-los como tubos simples atravessados por um fluido. Então, podemos imaginar dois tubos que são atravessados por fluxos de fluido iguais. A diferença entre eles é que um tem o dobro do diâmetro do outro.
Entre estes dois tubos é óbvio que o duto de maior diâmetro é o que oferece a menor restrição à passagem do fluido. Levada esta conclusão para os motores, fica claro a qualquer pessoa que um motor desenvolverá maior potência com um duto mais largo porque vai conseguir admitir mais ar. Parece que, de novo, o maior é o melhor. É um pensamento simples, imediato e indiscutível, e por isso mesmo, cômodo para o leigo.
Porém, há o reverso da moeda.
Se esses tubos têm o mesmo comprimento, a massa contida no tubo de maior diâmetro é quatro vezes maior que no tubo menor. Como a energia cinética dessa massa é proporcional à velocidade do fluxo ao quadrado e à própria massa, e como a velocidade do fluxo é quatro vezes maior no tubo menor do que no maior, percebemos que a energia cinética do fluxo no duto menor é quatro vezes maior que no tubo maior.
Se levarmos em consideração a unidade de massa, a densidade energética do duto menor é dezesseis vezes maior que no tubo maior. Portanto, a energia cinética dentro de um duto é inversamente proporcional ao quadrado do diâmetro do duto, e a densidade energética é inversamente proporcional à quarta potência do mesmo diâmetro. Da mesma forma, a energia cinética é linearmente dependente do comprimento do tubo.
Observem que esta energia cinética e esta densidade energética são as responsáveis pela entrada e saída de gases do cilindro, assim como a intensidade da turbulência dentro da câmara de combustão, que é um fator crucial para uma boa queima da mistura.
O efeito de restrição ao fluxo de gases num motor cresce de forma exponencial com o fluxo passante. Sendo assim, um duto que é restritivo em alta potência oferece uma pequena restrição em potências mais baixas, e nestas condições, os efeitos de inércia dos gases são muito mais importantes.
Quando um duto é alargado em 10% de seu diâmetro, perde-se quase uma parte em seis de energia cinética e mais de 30% da densidade energética. O motor passa a oferecer uma potência máxima maior, mas tem enchimento de cilindro e nível de turbulência da câmara menores nas potências mais baixas, ou em outras palavras, ele queima pior a menor quantidade de mistura admitida, e perde potência nas rotações baixas e médias.
Retrabalhando no alargamento dos dutos, a curva de torque do motor progressivamente deixa de ser plana e desloca o ponto de torque máximo para uma rotação mais alta. A curva de potência deforma-se, tornando-se mais aguda e mais deslocada para a alta rotação, com um pico mais alto e valores intermediários mais baixos em boa parte da faixa de rotações.
Extremando este retrabalho junto com outros ajustes que visam única e exclusivamente o aumento de potência, obtém-se um motor de potência brilhante numa condição muito específica, e fraco no resto da faixa de utilização. Este é o que denominamos de “motor agudo”.
Acima de um determinado alargamento do duto, outros fatores de restrição começam a pesar mais na limitação do fluxo (como a passagem pelas válvulas, por exemplo), tornando inócuo esse retrabalho além deste limite. Entretanto, o dano à energia cinética nos regimes mais baixos continua, ou seja, há um ponto em que o alargamento do duto passa a ser totalmente prejudicial ao desempenho do motor. Então, há um limite para o alargamento de dutos. O maior, definitivamente, não é o melhor.
O canto das sereias é doce e atrai os marinheiros incautos para os mortais recifes...
Como não há uma forma de computar diretamente qual a medida ideal do duto para um determinado motor, deve-se ter em mente o propósito do motor (para se estabelecer quanto se admite perder de potência intermediária para ganhar em potência máxima), e gastar horas, dinheiro e muito trabalho modificando os dutos e ensaiando diferentes comprimentos e diâmetros deles até se conseguir o ajuste desejado para cada motor.
Esta é a maneira certa e séria de se fazer o dimensionamento dos dutos, mas são recursos que poucos preparadores tem à disposição. Fora disso, fica difícil dizer que o trabalho de preparação é o melhor possível.
Com o corpo de borboleta temos o mesmo problema.
Este componente é uma restrição variável que controla o fluxo de mistura que entra no motor, e assim se consegue controlar a potência do motor. Da mesma forma que com os dutos, passa-se a impressão que o corpo de borboleta é restritivo. E já temos de novo a conversa de que o maior é melhor.
Abra qualquer revista nacional de performance, e verá dúzias de anúncios oferecendo retrabalho para alargar o corpo de borboleta, prometendo maior potência. Há algum tempo, até mesmo uma destas revistas veio com uma matéria entitulada “Corpo de Borboleta: Quanto maior, melhor”. Na verdade, não há a menor garantia sequer de que a potência aumente, porque ela depende de todo um conjunto de fatores além do tamanho da borboleta.
Estas são as sereias cantando, atraindo os marinheiros para os recifes para depois provar a sua carne...
Este exagero não é um problema exclusivamente nacional, mas lá fora existem empresas mais sérias, oferecendo equipamentos de primeira linha que foram desenvolvidos especificamente para cada motor a partir de exaustivos ensaios em dinamômetros.
Vejam de que pouco adianta um corpo de borboleta gigantesco, se a restrição nos dutos e na passagem pelas válvulas de admissão forem mais significativos. Quem perde nestas condições é o motorista, que tem parte significativa do curso do acelerador completamente insensível à abertura para mudança de potência.
Neste caso, tanto faz um corpo absurdamente alargado ou o corpo original, com a vantagem para o segundo, que oferece maior curso sensível ao motorista.
Porém, assim como os dutos, o corpo de borboleta além de restringir o fluxo, varia sua velocidade ao variar a área de passagem, portanto modificando a energia cinética do ar que entra no coletor de admissão.
Alguns motores, dependendo das configurações deles e de seus coletores de admissão, oferecem em algumas rotações intermediárias um pouco mais de potência com aberturas parciais da borboleta (por exemplo, 80%) do que em abertura total. É que, dependendo de vários detalhes, acima de determinada abertura, a mudança de restrição é pequena, mas o incremento de energia cinética pelo fechamento parcial da borboleta é significativo para um enchimento maior dos cilindros, obtendo-se mais potência.
Então, de novo voltamos à questão. Nem sempre o maior não é o melhor. O melhor é o dimensionado para aquele motor e para aquela aplicação. Em resumo, corpos de borboleta maiores oferecem maior potência máxima, enquanto corpos de borboleta menores oferecem melhor potência intermediária.
Alguns preparadores possuem tabelas orientativas sobre o tamanho aproximado dos corpos de borboleta em função da potência máxima (portanto do fluxo máximo) que o motor oferecerá, mas eles sabem que tais valores podem mudar bastante em função das características do motor e do tipo de uso que será feito dele. Não há uma regra explícita aqui. O ideal só é alcançado após testes rigorosos com diferentes configurações.
Sabendo disso, alguns motores vem equipados com corpos de borboletas duplos ou triplos que se abrem em estágios. Desta forma, eles obtém uma potência intermediária melhor pelo uso de uma borboleta pequena, ao mesmo tempo que obtém uma potência máxima maior em função da maior área de passagem de ar com as duas borboletas abertas.
O Gol GTi, o primeiro carro de série injetado fabricado no Brasil, vinha com um corpo de borboleta bi-estagiado, onde a borboleta menor era aberta primeiro, e após terminar de abrir, começava a abrir a borboleta maior. Os donos deste carro regularmente reclamavam que o carro acelerava firme no começo, mas quando o segundo estágio começava a abrir, eles sentiam uma certa perda de potência.
A razão dessa perda é que com a abertura do segundo estágio, o fluxo passava a se dividir entre as duas borboletas, reduzindo rapidamente a velocidade do fluxo pela borboleta menor, com impacto sobre a potência instantânea do motor.
Este é um assunto longo e muito detalhado.
Como o fluxo dentro dos coletores não é contínuo, mas intermitente, além dos efeitos inerciais, temos outros efeitos, como golpes de aríete, que formam ondas de pressão ao longo dos dutos, sendo que estas ondas são tão importantes na entrada e saída de gases quanto os efeitos inerciais. Porém é um assunto complexo para ser comentado plenamente aqui, mas é bom saber que eles existem e quão importante eles são.
Mesmo sem uma compreensão total destes efeitos, já dá para ter uma boa ideia de que, quando o assunto é motor, quase nunca é verdadeiro dizer “o maior é o melhor”. Tudo tem um dimensionamento certo para se alcançar determinado resultado.
Portanto, quando ouvirem alguém dizendo algo neste sentido, coloquem um pé atrás nessa conversa.
