A Evolução da Aerodinâmica Automotiva pelo Arrasto

Hoje em dia, um dos desafios das indústrias automobilísticas é a redução do consumo de combustível para atender as legislações ambientais e principalmente porque consumidores têm buscado veículos de baixo consumo e com mais eficiência, sendo estes os principais motivos da mudança de design dos veículos.

Os objetos de estudo da aerodinâmica automotiva são: reduzir o arrasto e ruído do vento; minimizar a emissão de ruído; e prevenir indesejáveis forças e outras causas de instabilidade aerodinâmica em altas velocidades. Percebe-se que os automóveis ao longo das décadas constantemente têm mudanças em suas geometrias, saindo dos 'quadradões' e passando a possuir superfícies mais suaves e mais curvas. Por quê?

Os engenheiros da década de 1920 perceberam que quanto mais rápido um carro se movia, mais difícil era ele alcançar uma maior velocidade. Além disso, o ruído causado pelo ar era incômodo, como perceberam os engenheiros alemães e britânicos da década de 1950. Esses fatores fizeram com que os fabricantes de automóveis desenvolvessem uma maneira de solucionar esses problemas. A solução encontrada foi mudar a forma geométrica dos veículos, que seriam maiores em comprimento, mais baixos, e mais curvos.

A velocidade relativa entre o ar e o carro também influencia. Quanto maior for a velocidade do carro, maior é a força de resistência que ele sofre. Se um passageiro colocar o braço para fora, sente um pequeno vento na mão quando a velocidade é baixa. Mas quando ela é alta, o vento empurra fortemente sua mão para trás. Essa é a força de resistência do ar, que aumenta com a velocidade!

Comparando historicamente, o coeficiente aerodinâmico do Fusca varia de 0,48 a 0,49. Já um Tesla Model S tem apenas 0,24 – além de toda a tecnologia e conhecimento utilizados em seu projeto, sedãs geralmente produzem menos arrasto aerodinâmico que os hatches, peruas e monovolumes devido ao formato da traseira.

Segundo o engenheiro Marcus Vinicius Aguiar, diretor de segurança veicular da AEA (Associação Brasileira de Engenharia Automotiva), a gota d´ água é o objeto de mais perfeita aerodinâmica que se conhece, com um arrasto de 0,05. Superesportivos e carros de corrida não costumam possuir arrasto muito baixo devido à necessidade de se gerar sustentação negativa (aumentando sua aderência em curvas) através do arrasto. Nos carros de Fórmula 1, fala-se em um coeficiente aerodinâmico de até 0,70. Alguns até falam que Senna faleceu devido a problemas aerodinâmicos em seu veículo.

As empresas e indústrias automotivas estudam a aerodinâmica automotiva por modelos de computador e testes em túneis de vento. Para obter resultados mais precisos, as baterias nos túneis são equipadas com estradas de rolamento, que se trata de um pavimento móvel para a secção de trabalho, que se move com a mesma velocidade que o fluxo de ar. Isto evita que uma camada de ar se forme no chão da secção de trabalho e afete os resultados.

Porém, o coeficiente de arrasto não considera a área frontal (A) do objeto, apenas sua forma e com que fluidez o ar pode se deslocar por ele. Na prática, a eficiência aerodinâmica total do carro (e consequentemente a potência necessária para movimentá-lo) vai depender da multiplicação de sua área frontal pelo próprio coeficiente de arrasto.

Assim, por exemplo, um veículo com arrasto de 0,5 e com área frontal de 2m2, a eficiência seria de 1,00. O mesmo valor poderia ser obtido por um carro com área frontal maior (3m2), mas menos arrasto (0,33).

Dois veículos de segmentos diferentes podem, assim, ter o mesmo coeficiente de arrasto, mas eficiências muito diferentes devido à sua altura,largura, espaço livre em relação ao solo, pneus mais largos e apêndices aerodinâmicos (como aerofólios, defletores, tomadas de ar e geradores de vórtices).

A imagem abaixo (olhar nas imagens a cima) demonstra justamente o coeficiente de penetração aerodinâmica, ou arrasto, de algumas figuras geométricas. Veja que quanto mais encurvada for a superfície, menor o coeficiente de arrasto, ou seja, o ar escorre de forma mais rápida e suave, e, portanto, menor será a força que o ar exercerá sobre a figura. Note que também há uma ‘asa de avião’. O análogo serve para o carro. Logo, estudos aerodinâmicos são essenciais para uma empresa automotiva se manter competitiva no mercado e o arrasto é a principal razão destes estudos. Quanto mais eficiente e econômico o automóvel for, mais vendido ele será. Por isso os carros estão se tornando cada vez mais baixos, compridos e curvos.

Referências:

[1] Vale G. Junior, Celso do; Barbosa Teixeira, Messias; Ferreira Vicente; ESTUDO DA DIMINUIÇÃO DO ARRASTO AERODINÂMICO E DO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL DE UMA GEOMETRIA VEICULAR, XII SEGeT, 2 0 1 5 . Disponível em : <https://www.aedb.br/seget/arquivos/artigos15/32822383.pdf>. Acesso em 30 de agosto de 2019. [2] Sem Autor. Aerodinâmica Automotiva. Disponível em: <https://chapincar.com.br/dicas/aerodinamica-automotiva>. Acesso em 30 de agosto de 2019.

[3] Sem Autor. Resistência do Ar. Disponível em: <https://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/resistencia-do-ar>. Acesso em 30 de agosto de 2019. [4] Sem Autor. Coeficiente de Resistência Aerodinâmica. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_resist%C3%AAncia_aerod in%C3%A2mica>. Acesso em 30 de agosto de 2019.

[5] Sem Autor. Como é Calculado o Coeficiente Aerodinâmico de um Carro? Quatro Rodas, Editora Abril. Disponível em: <https://quatrorodas.abril.com.br/auto-servico/como-e-calculado-ocoeficiente-aerodinamico-de-um-carro/>. Acesso em 30 de agosto de 2019.