(11-08-09) - Ao comparar a evolução dos motores com o passar dos anos, percebemos que os valores de potência aumentaram a patamares jamais imaginados, como exemplo nos motores de 1-litro da Fiat. Vamos saber o por que de ser fácil extrair cavalos, ao contrário do torque, que está diretamente ligado a questões físicas de cilindrada, comprimento de biela, curso do virabrequim, entre outras variáveis.
O que é torque?
Torque é uma força que tende a rodar ou virar objetos. Por exemplo: É gerado um torque toda vez que é aplicado força usando uma chave de boca. Apertar as porcas das rodas do carro é um bom exemplo. Quando é usada uma chave de roda, acaba por aplicar uma determinada força para girá-la. Essa força cria um torque sobre a porca, que tende a girar sobre o eixo (prisioneiro). As unidades inglesas de medida de torque são libra-polegada ou libra-pé e a unidade do Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Newton-metro.
As unidades de torque têm obrigatoriamente dois componentes coligados: força e distância. Para calcular o torque é preciso apenas multiplicar a força aplicada, pela distância medida entre o ponto de aplicação e o centro do eixo de rotação. No caso das porcas, se a chave tem 1 pé de comprimento e a força aplicada for de 200 libras, logo estará a gerar um torque de 200 libras-pés. Se você usar uma chave de 2 pés, precisará aplicar uma força de 100 libras para gerar o mesmo torque, e assim sucessivamente. É por isso que as borracharias utilizam chaves enormes para soltar as apertadas porcas dos caminhões.
Um motor a combustão cria torque e o usa para girar o virabrequim. Esse torque é criado exatamente da mesma maneira: uma força é aplicada a uma determinada distância.
Veja agora alguns detalhes da formação do torque, sendo que “X” é a distância horizontal de trabalho ou geração de torque:
1º Início do tempo de combustão: O pistão desce e o torque está crescente
2º Metade do tempo de combustão: O pistão continua a descer e o torque aparece plenamente (X= a distância máxima de rendimento entre munhão e moente)
3º Final do tempo de combustão: O pistão termina a descida e o torque diminui gradualmente
A combustão gerada no cilindro cria uma pressão contra a cabeça do pistão, logo essa mesma pressão cria uma força, que o empurra para baixo. A força é transmitida do pistão para a biela e dela para o virabrequim. Na Figura nº 2, note que o ponto onde a biela se liga ao virabrequim está à maior distância do centro do seu eixo. A distância horizontal muda durante a rotação do virabrequim e assim, o torque também muda, já que torque é igual a força multiplicada pela distância.
Você deve estar perguntando por que somente a distância horizontal é importante para se determinar o torque do motor. Quando o pistão está no ponto mais alto de seu ciclo, a biela se posiciona diretamente para baixo, alinhada com o centro do virabrequim. Nenhum torque é gerado nessa posição porque somente a força que atua numa alavanca perpendicular ao eixo, pode gerar torque (seria o mesmo que posicionar uma chave de roda na vertical e subir nela, ou seja, mesmo que fosse possível equilibrar-se em cima da chave, a porca não seria solta). Na última sequência não há com gerar torque.
Diferenças entre unidades de medidas de torque
As unidades mais utilizadas nas oficinas Brasileiras são o kgfm (quilograma-força metro), e o Nm (Newton-metro). A unidade adotada oficialmente pelo SI (Sistema Internacional de Unidades) é o Newton-metro, correspondendo ao torque provocado por uma força de 1 Newton, exercida a uma distância de 1 metro do ponto de rotação.
O Quilograma-força é uma unidade definida como sendo a força exercida por uma massa de 1 quilograma sujeita à gravidade terrestre. É abreviada como kgf, por vezes apenas kg. Ainda que a força da gravidade varie de ponto para ponto do globo, é considerado o valor padrão de 9,80665 m/s².
Logo 1 quilograma-força metro (kgfm) = 9,80665 Nm. Ou seja, 1 Nm vale quase 10 vezes mais que a unidade de medida kgfm.
Ex: Se o motor de um automóvel entrega 10 kgfm de torque a 5.000 rpm, logo ele entregará 98,066 Nm de torque ou simplesmente 98 Nm, visto as casas depois da vírgula serem desprezíveis quando utilizada esta unidade de medida.
Curiosidades
Apesar de o Newton-metro ser dimensionalmente equivalente a um Joule (unidade do Sistema Internacional de energia e trabalho), esta é uma grandeza escalar, enquanto o momento de uma força é definido como um produto vetorial, sendo assim uma grandeza vetorial.
O quilograma-força nunca fez parte das unidades do Sistema Internacional implementado em 1960 e que possui como unidade de força o Newton. Todavia, já foi uma unidade de medida amplamente utilizada, nomeadamente na indústria aeronáutica (onde indicava a impulsão de foguetes) e automobilística. Hoje em dia ainda é usada por vezes pela Agência Espacial Europeia.
O que é potência?
Potência é a medida de quão rápido um trabalho é executado. Ex: Usando uma alavanca, você pode gerar um torque de 200 libra-pés, mas será que conseguiria girá-la 3 mil vezes por minuto? Logo a medida potência é utilizada como referência (e atributo de venda) no universo automotivo para automóveis leves e médios, que possuem a proposta maior de velocidade. Na linha pesada (caminhões e ônibus), o mandatório é o torque.
Podemos fazer a seguinte analogia: imagine um prédio de 20 andares, com duas caixas d’água de 15 mil litros cada. Logo a bomba d’água deverá abastecer as caixas d’água com certa rapidez. A potência pode ser comparada com a velocidade em que a água chegará às caixas (tempo necessário para a subida). O torque pode ser comparado com a força ou volume de água em que a bomba consegue empurrar até as caixas.
Como no exemplo citado, um motor deverá ter um casamento perfeito entre as unidades torque e potência. Motores de alto torque não podem ser forçados excessivamente no giro (RPM) devido às limitações físicas como: comprimento de bielas, curso longo do virabrequim, entre outras variáveis que poderiam chegar a ocasionar quebra.
Já os motores de alto giro, entregam elevada potência com torque moderado (que será proporcional a cilindrada), exceto no caso de motores sobrealimentados.
Ex: Um motor a diesel Caterpillar de 12 litros utilizado no caminhão C-12 de 430hp de potência entrega mais de 228 kgfm de torque a apenas 1.200 rpm, enquanto que o motor de um Ford Mustang preparado, de semelhantes 437 hp entregam “apenas” 48,9 kgfm de torque a 5.600 rpm. Isso ocorre porque a distância máxima “X” entre munhão e moente no Ford Mustang é muito menor em comparação ao motor Caterpillar. Em compensação, o caminhão terá uma velocidade final limitada, ao contrário do veículo, que alcançará altas marcas.
Na Europa as montadoras estão a utilizar o kW (Quilowatt) como unidade de potência. Para chegar aos valores de Quilowatt, basta multiplicar o declarado em cavalo-vapor (cv) por 0,7354988. Ex: Um veículo de 100cv terá 73,549875 kW ou simplesmente 73,5 kW.
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