torque e potencia
Autor: fauno | Publicado: 2009-10-27T05:33:00-07:00

  Durante os anos em que fomos à escola, muitos de nós frequentemente perguntaram (especialmente aqueles que não gostavam de Física) o porquê de se aprender ou decorar fórmulas como as de potência e de torque. Na prática e para a grande maioria das pessoas, realmente não há utilidade, porém mesmo que você não seja um engenheiro projetista de automóveis, toda vez que você acelera seu carro, estes entre outros conceitos estão atuando e se revertendo em maior ou menor desempenho.Você que tem o hábito de avaliar especificações técnicas de carros e seus motores, já deve ter notado que em geral os motores a gasolina produzem mais potência do que motores diesel que tenham o mesmo deslocamento. Em contrapartida os motores diesel produzem mais torque, particularmente em regimes de rotação bem inferiores. Por que isto acontece?Para podermos responder a esta pergunta, precisamos inicialmente lembrar de alguns conceitos e como o torque e a potência se relacionam e produzem o desempenho que se quer alcançar, seja em um motor diesel ou gasolina. Perdão aos puristas da Física, mas para que o assunto não seja um retorno a sala de aula e nem demasiadamente tedioso, seremos apenas superficiais.Quando se quer aplicar a um parafuso ou porca uma força maior, seja para apertá-lo ou para soltá-lo, normalmente usam-se ferramentas de cabos mais longos ou uma alavanca maior, correto? Pois então, toda vez que você faz isto ou vê alguém fazendo (por exemplo, o borracheiro ao soltar uma parafuso de roda) está se empregando o princípio do torque. Ou seja, torque é a força aplicada em um braço ou alavanca, que irá produzir no ponto de atuação (porca, parafuso, eixo, etc) uma força multiplicada pelo comprimento do braço, como a própria unidade faz supor:Kgfm = (Kilograma-força X Metro)  A justificativa desta explicação, fica justamente por conta do comprimento das bielas e dos braços do eixo do virabrequim (eixo de manivelas) nos motores diesel. Tais motores em caminhões e ônibus e até mesmo em veículos menores, são geralmente grandes entre outras razões, por contarem com longas bielas e manivelas do virabrequim, a fim de produzirem níveis elevados de torque.É justamente este torque que vai fazer com que um caminhão arranque em uma subida carregado e daí porque ele tem que estar presente já a partir de baixas rotações do motor. Se como nos motores a gasolina ele surgisse em regimes de rotações mais elevadas, certamente não haveria força suficiente para entrar em movimento.Naturalmente, os níveis mais baixos de rotação de um motor diesel, não dependem só disso, como também de características químicas e físicas do próprio combustível, tais como poder de detonação, compressão, energia, entre outras. Imagine também a vibração e o desequilíbrio dinâmico produzidos por grandes bielas e manivelas, assim como longos cursos de pistão, funcionando a 6000 ou 7000 rotações por minuto, ou a mais de 15000, como acontece em motores de Fórmula 1!Já a potência pode ser definida como sendo a força aplicada sobre um corpo, para deslocá-lo uma certa distância em um determinado intervalo de tempo. Calma, tentaremos explicar-lhe melhor. James Watt foi um engenheiro que celebrizou-se por seu trabalho a respeito e foi o criador dos termos Watt (como seria de se imaginar!) e hp (Horse Power). Em avaliações que ele realizou junto aos cavalos que retiravam carvão das minas, Watt concluiu que em média, cada cavalos era capaz de içar dos fundos das minas, cerca de 330 libras (149.7 kg) de carvão, por uma distância de 100 pés (30.48 metros) em um intervalo de 1 minuto, ou seja, 33000 lb.ft/min. Tal potência ficou conhecida e é utilizada até hoje, como sendo o equivalente a 1 hp.Usando a explicação anterior podemos concluir de onde vem a potência do motor. A força aplicada por cada pistão (explosão), multiplicada pela distância do deslocamento (curso) provocado em um intervalo de tempo, produz a potência bruta do motor. Note que quanto mais rotações um motor realizar em um mesmo intervalo, mais potência ele irá produzir. Como potência é função da velocidade com que o motor trabalha, explica-se porque motores diesel produzem menos potência que motores a gasolina, equivalentes em deslocamento e porque a potência máxima "aparece" apenas próximo ao limite de rotações.Assim, agora você já é capaz de entender porque em seu carro movido a gasolina (ou álcool) ou até mesmo em um diesel, é preciso esticar-se mais as marchas para obter-se melhor rendimento (aceleração) e porque com o motor em baixos regimes de rotação ele não tem "força" para subir uma ladeira carregado, por exemplo. Contudo, é importante salientar que cada vez mais esforços vem sendo empregados a fim de se conseguir motores que conciliem ambas as características, confirmadas pela nova geração de motores diesel que vem equipando muitos carros de passeio na Europa, com desempenho bem próximo dos movidos a gasolina. Hoje é comum ouvirmos um barulho estranho e metálico vindo principalmente de carros dotados de injeção eletrônica, acentuando-se quando esses veículos estão numa subida ou carregados. A origem disto?Bem, existem algumas diferentes causas para o mesmo problema, surgindo quando uma explosão ocorre de forma desordenada no interior do cilindro, devido a existência de duas ou mais frentes de chamas:Detonação: A detonação pode ser definida com uma combustão proveniente da reação rápida e espontânea de uma parte da mistura ar/combustível, quando esta é submetida a pressões e temperaturas crescentes originadas da combustão normal. A mistura é ignizada pela centelha da vela e a combustão se processa normalmente até que a frente de chama avançando superaquece - por compressão e radiação - os gases ainda não queimados. Surge então uma chama não controlada, que pode provocar algo semelhante a uma explosão na câmara. Esta frente de chama secundária, avança com velocidade supersônica até colidir com a frente original, criando o ruído característico de "batida" e que ressoa sobre as paredes e a superfície da câmara. A detonação cria uma explosão com pressão e velocidades violentas dentro da câmara, como o motor não pode efetivamente utilizar esta energia, ela é dissipada na forma de calor e vibrações de alta freqüência, que podem exercer esforços sobre os pistões e anéis além dos seus limites de resistência mecânica. Os topos dos pistões são perfurados, as cabeças sofrem erosão, regiões dos anéis são fraturadas e os próprios anéis quebrados, tudo isto devido a esta energia não utilizada.Pré-Ignição: A pré-ignição provoca a queima da mistura antes do tempo normal de combustão (muito cedo), ao contrário da detonação que a atrasa. A pré-ignição ocorre quando a mistura ar/combustível é queimada por uma fonte não controlada antes de ser ignizada pela faísca da vela. A pré-ignição pode destruir um motor em minutos. Ela provoca uma reação muito rápida da mistura ar/combustível porque ela cria duas frentes de chama sendo queimadas simultaneamente. Isto gera altas temperaturas, às vezes acima de 2200º, e ao mesmo tempo, as pressões de pico são aproximadamente o dobro (cerca de 8200 kPa contra 4100 kPa) das pressões de combustão normal. O instante destas pressões de pico agrava ainda mais o problema. Como a mistura foi queimada prematuramente, a pressão de pico é normalmente atingida um pouco antes do P.M.S. (Ponto Morto Superior). Isto deixa menos espaço para os gases em combustão, o que aumenta as pressões de pico. Entretanto, o pistão está sendo forçado para cima contra uma chama do tipo "maçarico" e, embora o pistão esteja próximo do P.M.S., as paredes do cilindro ficam pouco expostas, havendo assim uma área menor da sua superfície para a troca de calor. À medida que a temperatura das peças se eleva, a pré-ignição começa a ocorrer cada vez mais cedo no ciclo, adiantando-se à faísca da vela e diminuindo a potência do motor.     Tudo isto significa que uma ou mais das seguintes situações pode estar ocorrendo:taxa de compressão elevadaponto de ignição das velas adiantadomá regulagem da mistura de ar/combustívelcombustível de baixa octanagemdepósitos de carvão que permanecem incandescentes nos pistões ou cabeçotevelas de tipo excessivamente quente para o motorcarga excessiva do motor Caso o motor continue rodando por muito tempo nessas condições, corre-se o risco de causar sérios danos ao motor, como cabeçote, velas e pistões. Esses componentes não foram fabricados para suportar explosões tão fortes e irregulares. Se você estiver ouvindo um barulho estranho - como o descrito aqui - vindo do motor, principalmente em subidas, leve seu veículo a um bom mecânico para descobrir a causa do problema.