O baixo rendimento dos motores à combustão

Esta semana que se passou estive procurando um carro para comprar, já que meu Fiat Palio 1.0, ano 97 já estava ficando meio gasto. Acabei comprando um modelo 1.6 da Volkswagem - o CrossFox, ano 2007 (foto).
Potência e cilindradas
As potências dos motores, no Brasil, normalmente são dadas em cv (cavalo-vapor). Um erro comum é achar que esta grandeza está associada somente ao valor das cilindradas. Um motor normal, ao longo de sua vida útil, apesar de não mudar sua cilindrada, vai ficando mais forte ou mais fraco, de acordo com o desgaste das peças.
Encontrei uma tabela comparando modelos de carros, e aproveitei para analisar alguns valores do CrossFox que comprei. A potência máxima informada é de 101 cv (gasolina), ou 103 cv (álcool), e seu peso é de 1.115 kg. Em outra tabela obtive a aceleração de 0 a 100 km/h. Lá diz que o carro realiza esta performance em 13,0 s (gasolina) ou 12,7 s (álcool).
O diâmetro de cada cilindro é D = 76,5 mm, e o curso (comprimento) é C = 86,9 mm.
A cilindrada dada na tabela é de 1.598 cm³.
Se fizermos um simples cálculo matemático do volume de cada um dos cilindros, de acordo com os valores informados, teremos:$$ \begin{equation*} \large V = \frac{ \pi . D^2}{4}. C \end{equation*}$$ Substituindo:$$ \begin{equation*} \large V = \frac{3,14 . (76,5)^2}{4}. 86,9 \end{equation*}$$que dá aproximadamente$$ \begin{equation*} \large V \simeq 399.220 mm³ \end{equation*}$$ ou $$ \begin{equation*} \large V \simeq 399,22 cm³ \end{equation*}$$ Multiplicando este valor pelos 4 cilindros, temos: $$ \begin{equation*} \large V \simeq 1.596,8 cm³ \end{equation*}$$ que é um valor bem próximo das cilindradas informadas, e que na prática pode ser arredondado para 1.600 cc (cm³). Se dividirmos por 1.000, chegamos ao termo 1.6, usado popularmente.
Outro fator importante diz respeito à eficiência dos motores. Vejam esta questão, mais uma das que caiu na prova de Promoção por Mérito, que eu fiz em setembro deste ano:
SOLUÇÃO
O Trabalho útil (W) realizado sobre o carro corresponde à variação da Energia Cinética (∆Ec). $$ \begin{equation*} \large W = \Delta Ec \end{equation*}$$ Por sua vez, a Potência útil (Pu) corresponde ao Trabalho útil por unidade de Tempo ( ∆t ) $$ \begin{equation} \large Pu = \frac { \Delta Ec}{\Delta t} \end{equation}$$ Como o carro parte do repouso, a variação da energia cinética corresponde a energia cinética final, que é dada por:$$ \begin{equation*} \large Ec = \frac {m. v^2}{2} \end{equation*}$$ onde m é a massa do carro,  e  v é a sua velocidade final. Substituindo os valores dados na questão; 
m = 1.000 kg  , e   v = 108 km/h  = 30 m/s, temos: $$ \begin{equation*} \large Ec = \frac {1.000. (30)^2}{2} \end{equation*}$$ $$ \begin{equation*} \large Ec = 450.000 J \end{equation*}$$ Substituindo este valor, e também o valor de  ∆t = 10 s, dado na questão, na equação (1) tem-se: $$ \begin{equation*} \large Pu = \frac {450.000}{10} \end{equation*}$$ $$ \begin{equation*} \large Pu = 45.000 W \end{equation*}$$
O rendimento (n)  é definido como sendo a razão entre a Potência útil (Pu) e a Potência total (Pt), esta última dada na questão, e vale 100 cv, ou 75.000 W. Portanto, o rendimento é de:$$ \begin{equation*} \large n = \frac {45.000}{75.000}  \end{equation*}$$ $$ \begin{equation*} \large n = 60\% \end{equation*}$$ A alternativa correta é a (D).

Rendimento do CrossFox
Só por curiosidade, para comparar,  vou calcular o rendimento do CrossFox, usando os dados de aceleração, peso e potência fornecidos nas tabelas, usando álcool como combustível:
m = 1.115 kg
v = 100 km/h = 27,78 m/s
∆t = 12,7 s
Pt = 103 cv = 77.250 W

Calculando a Energia Cinética, obtive 430.170 J.
Potência útil (Pu) deu 33.871,6 W.
rendimento encontrado foi de aproximadamente 43,8 %

Obs: Para comparar, eu mantive neste cálculo de rendimento do CrossFox a conversão de cv para W usada na questão, mas usando a real, que é um pouco diferente, já que 1 cv vale aproximadamente 735,5 W, teremos um rendimento de aproximadamente 44,7%

Conclusão: Apesar de todas as melhorias nos sistemas de transmissão da energia gerada nos motores à combustão, feita nos carros modernos, na média, aproximadamente a metade desta energia ainda é desperdiçada, principalmente na forma de calor e atrito. Uma boa solução seria a ampliação do uso dos carros híbridos, ou então melhorar a eficiência e capacidade de armazenamento de cargas das baterias, a fim de aumentar a circulação de carros totalmente elétricos, que também têm a grande vantagem de não liberarem gases e fumaça no ambiente.

Fontes:
Compartilhe:

2 comentários:

  1. Não imaginava que os motores de combustão produzisse um rendimento tão baixo. Achei que este rendimento pudesse melhorar com a octanagem do combustível, mas lendo um pouco descobri que não, que ela não tem uma influencia direta no combustível, apenas os motores operam com um rendimento maior, se trabalhar com um combustível de octanagem compatível com a solicitada. Felizmente caminhamos para os carros elétricos, embora no Brasil o processo caminhe a passos muito curtos.
    Abração, professor.

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. Olá Diogo.
      Quando vemos um carrão novo sendo lançado, e as companhias fazendo aquelas propagandas lindas, mostrando todas as qualidades do modelo, air bag duplo, computador de bordo, sensor de estacionamento, GPS, painéis que "conversam" com o motorista, potência do motor, freio ABS, e por aí vai, quase esquecemos que o rendimento destes motores é tão baixo. É muito difícil reduzir as perdas por aquecimento e atrito, mesmo que o motor seja novo e por melhor que esteja regulado. Sem falar na poluição que todos eles provocam.

      A octanagem é a capacidade que o combustível tem, em mistura com o ar, de resistir a altas temperaturas na câmara de combustão, sem sofrer detonação. Quanto maior a octanagem, maior a resistência à detonação. Esse tipo de combustível é indicado para motor que tem alta taxa de compressão, geralmente em veículos 1.8 ou 2.0. Por serem potentes, necessitam de maior resistência à detonação, logo, só é recomendado rodarem com combustível com mais octanas, os chamados “Premium”.

      Eu acredito que mais cedo ou mais tarde teremos mesmo que optar pelos carros elétricos, ou híbridos. Você bem colocou. Aqui no Brasil, infelizmente as coisas demoram bem mais a acontecer.

      Abraço

      Excluir

Os comentários são moderados pelo autor do blog.
Se quiser receber comentários futuros deste post pelo seu e-mail, clique na opção "Notifique-me"