Aerodinâmica Veicular

Você sabe como o fluxo de ar em torno de um veículo em movimento altera seu desempenho e comportamento? Não? Então se liga nesse post!! Quando um corpo se movimenta através do ar, forças são geradas pelo movimento relativo entre o ar e as superfícies do objeto. O estudo destas forças geradas pelo tal fluido, e as suas influências no desempenho do corpo, é chamado de aerodinâmica. Essa, pode ser dividida em 3, as quais atuam “de acordo” com o sistema de coordenadas do veículo. Para um melhor entendimento deste fenômeno, vamos primeiro, visualizar o sistema de coordenadas de um automóvel e seus respectivos eixos:


Figura 1: Sistema de Coordenadas de um veículo (Gillespie, 1992)


Com isso, temos as 3 vertentes das forças aerodinâmicas atuantes no carro, sendo elas , a força lateral, atuando paralelamente ao eixo y, a “downforce”, como é conhecida a força atuante no eixo z, afetando principalmente o cornering (capacidade do veículos fazer curvas) e o potencial dos pneus. Por último, e também o foco desta publicação, temos a força de arrasto, a qual atua paralelamente à direção oposta de movimento do carro, sendo, em altas velocidades, uma das principais consumidoras da potência fornecida pelo motor.


A força de arrasto é diretamente proporcional à área frontal do veículo, a pressão dinâmica (a qual leva em conta a densidade do ar e a velocidade relativa do mesmo em relação ao veículo ao quadrado) e ao coeficiente de arrasto (também conhecido como coeficiente de penetrância aerodinâmica, seu valor recebe grande influência do formato da carroceria do veículo).


Ao longo da história, carros de corrida e de passeio foram sofrendo modificações em seu design, derivados de estudos feitos em meados de 1920, buscando formatos “mais aerodinâmicos”, para reduzir o consumo de potência do motor e chegar a menores valores de coeficiente de arrasto, como mostra a figura abaixo:

Figura 2: Diferentes formatos de carroceria e seus respectivos coeficientes de arrasto (Gillespie, 1992)


Fica nítido a diminuição do coeficiente de arrasto em decorrência de curvaturas mais “suaves” presentes nos veículos. Um ótimo exemplo que temos hoje, são os protótipos que disputam as competições de eficiência energética, em que suas carrocerias apresentam um formato de fuso, reduzindo consideravelmente o coeficiente de arrasto dos mesmo.

Figura 3: Exemplo da forma de um veículo em fuso (Nicolazzi, 2012)


Com a variação suave neste tipo de geometria, são evitado grandes efeitos de turbulência na parte traseira do veículo, os quais acontecem pelo deslocamento da zona conhecida como “camada limite”, em que o fluxo de ar se “desprende” da carroceria do veículo. É fato que, quanto mais no fim do veículo ocorrer o desprendimento da camada limite, menor será a influência da turbulência no desempenho do carro.


O coeficiente de arrasto de um veículo é determinado experimentalmente, sendo assim, existem 3 principais formas para calculá-lo: Por meio de túneis de vento, análise CFD (Computational Fluid Dynamics) e pelo teste do coastdown, normalizado pela norma ABNT 10312-2014.


Para um veículo do tipo Baja, o qual não ultrapassa velocidades de 60 km/h, é importante se atentar a área frontal do veículo, ao formato do capô e ao teto, componentes que podem causar uma certa influência nos efeitos aerodinâmicos. Optamos também pelo estudo CFD e pelo teste do coastdown para averiguarmos o coeficiente de arrasto de nosso veículo, pois os testes em túneis de vento apresentam um valor muito elevado. Cada detalhe conta!! Principalmente em provas como a de aceleração e retomada, as quais exigem maiores velocidades dos veículos e as diferenças entre as equipes são mínimas!


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Referências:

[1] SEGERS, Jorge. Analysis Techniques for Race car Data Acquisition. 2014.

[2] NICOLAZZI, Lauro. Uma introdução à modelagem quase-estática de automóveis. 2012.

[3] GILLESPIE, Thomas. Fundamentals of Vehicle Dynamics. 1992.

[4] HUCHO. Aerodynamics of Road Vehicles, 1987.


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