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É o que aconteceu recentemente com o já não tão lembrado McMurtry Spéirling, o pequeno e estranho carro elétrico com jeitão de caricatura lançado em 2021 como um “quebrador de recordes”. Desta vez, ele foi capaz de andar de cabeça para baixo sem nenhuma forma de amarra, apenas contando com a downforce (força vertical pressionando o carro contra o solo).
Há muito tempo se fala que um carro de corrida é capaz de andar no teto de um túnel por conta da sua downforce, se este for maior que seu peso. É uma física simples, equilíbrio de forças, onde a força para cima (força aerodinâmica) tem que ser maior que a força para baixo (peso). Nunca foi feito, por questões de segurança e estrutura disponível para tal teste.
Mas, por que o filhote de Batmóvel conseguiu andar ao contrário e ninguém antes tentou? A diferença foi a velocidade necessária para tal. Um carro de corrida convencional precisa estar em alta velocidade para que o ar passando pela carroceria crie diferenças de pressão nas diversas superfícies do carro (assoalho, asas, carroceria exterior, etc.) que sejam suficientes para gerar força vertical que empurre o carro contra o piso.
O conceito de geração da downforce é um cálculo exponencial e não linear, ou seja, cada vez mais rápido o carro precisa estar para gerar mais downforce, pois ela depende da velocidade elevada ao quadrado. Para um carro de Fórmula 1 moderno gerar tanta downforce que seja equivalente ao próprio peso (cerca de 800 kg), ele deve estar andando a pelo menos 160 km/h. Sem isso, o ar não passa ao redor do carro na velocidade suficiente para gerar as diferenças de pressão necessárias para que tais forças sejam criadas.
É só pensar num avião: para que suas asas produzam sustentação e ele voe é necessário uma velocidade mínima. Se em voo essa velocidade baixar do mínimo, o avião estola (de stall em inglês) e literalmente cai.
Como nem tudo são flores, há uma grande penalidade em carros que geram bastante downforce com o uso de asas e elementos mais agressivos, que é o arrasto aerodinâmico. O arrasto é uma força gerada contra o movimento, ou seja, uma força que empurra o carro para trás quando ele tenta se mover para frente. Tradicionalmente, quanto mais downforce um carro gera, maior o arrasto, que também é exponencial em função do quadrado da velocidade.
Para um carro de corrida ser bem sucedido, o segredo é o equilíbrio entre o máximo de força vertical possível de ser gerada, com o mínimo de arrasto resultante. É o que toda equipe de corrida, de qualquer categoria, procura atingir no projeto e regulagem de seus carros.
Entretanto, há formas de gerar força vertical praticamente sem o pênalti do arrasto. O efeito solo é um recurso conhecido há décadas, onde a força vertical é gerada no carro a partir do efeito da queda de pressão embaixo do carro por conta do formato do assoalho, criando o efeito Venturi.
Falamos deste conceito com mais detalhes aqui no AE anteriormente. Por décadas, o efeito solo foi banido da F-1 por ser visto como “perigoso” por conta da possível instabilidade por pequenas variações, que poderia reduzir a aderência de forma brusca, sem que o piloto pudesse fazer algo em tempo hábil para manter o controle do carro. No atual regulamento da categoria, o efeito solo voltou a ser liberado, de forma mais tímida do que já foi no passado, para que os carros fossem mais “limpos”, com menos penduricalhos aerodinâmicos e complexidade.
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Mais radical do que o efeito solo foi a solução criada no começo dos anos 70 por Jim Hall no seu lendário Chaparral 2J, onde a pressão negativa sob o carro era gerada de forma ativa, com uma turbina acionada por um motor independente que sugava o ar embaixo do carro e jogava para trás.
O resultado era equivalente ao efeito solo, com uma grande geração de força vertical mas com pouco arrasto resultante, além de não depender tanto da velocidade do carro para geração da downforce. Como a turbina era acionada mesmo com o carro parado, a sucção ocorria a qualquer momento, reduzindo a pressão sob o carro, como um grande aspirador de pó. A vedação da área sob o carro era feita com lâminas emborrachadas nas laterais que arrastavam no solo de modo a prender o máximo de ar possível sob o carro.
Na Fórmula 1, o Brabham BT46B de Gordon Murray utilizou o mesmo recurso, e foi muito feliz, causando um transtorno tão grande na categoria que para evitar maiores problemas, retirou o carro das pistas antes dele ser proibido. Muitos anos depois, Murray usou o mesmo recurso no McLaren F1, em menor escala, e também no seu GMA T.50 equipado com uma turbina elétrica aparente igual ao Brabham.
Com os recursos modernos da eletrônica, o controle do fluxo de ar gerado pela turbina elétrica pode ser facilmente controlado para otimizar o desempenho do carro em diversas condições, graças ao uso de sensores espalhados pelo carro todo para que o sistema entenda quando e onde a aerodinâmica precisa ser ajustada para o carro ter o melhor comportamento dinâmico possível.
E o McMurtry fez exatamente a mesma coisa. Criado para ser uma espécie de carro-conceito e laboratório de testes para tecnologias, com foco em desempenho extremo em pistas de corrida, o pequeno carro elétrico usa recursos aerodinâmicos equivalentes ao BT46B, Chaparral e o T.50.
Com um potente motor elétrico girando uma turbina central, o ar embaixo do carro é sugado e expelido na sua parte de trás. A diferença dele para os seus antecessores é a forma com que o ar é sugado embaixo do carro. A empresa não abre detalhes do funcionamento do sistema, pois criaram diversas patentes em cima deste sistema, então acaba sendo um tipo de segredo industrial. O sistema é chamado por eles de Downforce-on-Demand Fan System (em tradução livre, Sistema de Ventoinha de Força Descendente Sob Demanda)
O que é possível ver em algumas poucas imagens e cenas do carro andando é que parece existir no centro do carro uma espécie de grande duto que quase toca o solo, criando uma área praticamente vedada para a sucção do ar. É como se você ligasse um aspirado de pó e encostasse a boca do cano no chão, criando uma pressão tão grande que o cano fica preso.
Vendo o documento de registro da patente deste sistema, a novidade seria justamente a forma de manter este duto em contato com o piso de forma constante e regular, criando o máximo de pressão negativa para sugar o carro para o solo.
As imagens abaixo foram retiradas deste documento da patente (GB2588394B) e ligeiramente adaptadas para nossa explicação aqui no AE. Como de praxe em documentos de patentes, os esquemas ilustrativos são bem simplistas em termos de detalhes visuais, uma vez que o foco é registrar a ideia e/ou conceito a ser registrado, e não propriamente o sistema detalhado, por isso os esquemas explicativos e não desenhos técnicos.
Na vista de planta (vista por cima do carro) vemos que no centro há uma área ovalada que representa a área de sucção do sistema, indicada pelo número 126. Os números 108 e 128 representam a parte referente à vedação desta área em relação ao piso, para gerar o máximo de diferença de pressão possível com o sistema de sucção. O item 105 representa o duto menor por onde o ar é sugado pela turbina.
Na vista lateral vemos que o grande duto que faz a vedação, destacado em cinza, representada novamente pelos mesmos itens 108 e 128. O item 108 representa o elemento que efetivamente faz contato com o solo, e o 128 representa uma espécie de membrana flexível garante que o sistema se acomode ao solo. O duto menor (item 105) é quem liga esta área isolada e vedada à turbina de sucção.
Na vista frontal em corte, o elemento flexível tipo membrana está indicado pelo item 406. A vedação da área de baixa pressão é feita pelo item 416, que vemos que fica em contato com o solo, literalmente se esfregando no piso. O item 420 representa um tipo de rodinha de alta resistência que permite que o conjunto se mantenha estável. O mais importante nesta imagem julgo ser o item 418, que indica ser um atuador pneumático que pressiona o conjunto conta o solo, garantido que sempre estejam em contato e maximizando a vedação e geração de diferença de pressão, logo, máxima downforce.
Este é o conceito básico do projeto do McMurtry, e que no documento da patente mostra ainda diversas variações do sistema, com outras formas de montagem, formas de controle de fluxo de ar e até controle de posicionamento do duto em relação ao carro, mudando assim o centro de ação da pressão aerodinâmica. É possível que o Spéirling seja equipado com boa parte dos conceitos mostrados na patente, mas não é divulgado.
A eficiência deste conceito é comprovada pelo teste que saiu na mídia, onde o sistema de pressurização acionado gera tanta pressão puxando o carro contra o solo que é capaz de sustenta-lo de cabeça para baixo. Como o sistema não requer que o carro esteja em movimento, como o efeito solo tradicional, ele funciona com o carro parado e em velocidades próximas do zero. Pela informação da McMurtry, o sistema é capaz de gerar aproximadamente 2.300 kgf de força, sem ter que movimentar o carro, quase o dobro do peso do carro (1.200 kg).
Além deste, o Spéirling bateu recordes em pistas de respeito como Hockenheim, Laguna Seca, a Subida de Montanha de Goodwood e até na famosa pista no aeroporto do programa Top Gear, sendo mais rápido que um Renault R24 da Fórmula 1 em incríveis 3 segundos, em uma volta que leva menos que um minuto.
O pequeno Spéirling é um protótipo feito na Inglaterra, mas será comercializado a uma bagatela de 895 mil libras (R$ 6,9 milhões na conversão direta) para começar a conversa. É uma proposta única, elétrica que não agrada a todos, mas inegável que mais veloz que qualquer outro atual competidor.
MB
