Evolução dos motores de F1

Por 10 anos os motores foram potentes V10 aspirados de 3.0 litros. Esses motores atingiam facilmente 22.000 rpm e mais de 1.000 hp. Em 2006 a FIA mudou as regras para melhorar a segurança dos pilotos. Hoje os motores são V8, 2 cilindros por linha em 90º, de 2.4 litros, 4 tempos, aspirados naturalmente, sem compressão e sem turbo, e com no máximo 4 válvulas por cilindro (2 de admissão e 2 de escape). O diâmetro máximo dos cilindros é 98 mm. Com dois cilindros a menos que os V10, a potência caiu 200 hp e os giros agora atingem menos de 20.000 rpm.

Os motores consomem em torno de 650 litros de ar por segundo. O aquecimento gerado durante o funcionamento chega a 100.000 BTU. No escapamento os gases saem a mais 1.000 ºC. O consumo de combustível gira em torno de 75 litros a cada 100 km, ou seja, 0,75 1,33 km por litro (e você acha que seu carro gasta muito!). Mesmo com esse consumo um motor de Formula 1 é 20% mais eficiente que um carro de passeio.


Os intercoolers, que resfriam ar antes de entrar no cilindro não são permitidos, como também a injeção de qualquer substância diferente de ar e combustível. Sistemas de exaustão com geometria variável também são proibidos. O eixo do comando de válulas e o virabrequim devem ser obrigatoriamente de aço ou ferro fundido. Compostos de carbono não podem ser utilizados no bloco do motor, no cabeçote e no pistão. Para as outras peças, apenas são permitidos o Ferro, o Alumínio e o Titânio. As ligas são

Motor ecologicamente correto

Motor a ar: a revolução
Guy Nègre, inventou um motor a ar com a capacidade de movimentar um carro a uma velocidade de até 110/130 km/h, com um custo R$ 6,00 (seis Reais) a cada 250/300 km corridos, e, além do mais, tendo a vantagem de não somente não poluir a atmosfera como, também, a de purificar o ar.

O grupo MDI - Moteur Developpement International que desenvolveu este veículo limpo foi, recentemente, apresentado em Londres, Paris e São Paulo.

Principais características
Como o veículo não tem combustão, não existe a poluição. O ar da atmosfera que é utilizado, previamente filtrado, se mistura com o ar comprimido no cilindro; isto significa que o processo purifica 90 m3 de ar atmosférico por dia. No primeiro protótipo finalizado, a autonomia revelou-se duas vezes superior à autonomia do carro elétrico mais sofisticado (entre 200 e 300 km, ou 10 horas de funcionamento). Este é um dado muito importante, porque 80% dos motoristas conduzem menos de 60 km ao dia.

O carro se carrega em apenas três minutos com um custo de, aproximadamente, R$ 6,00 (seis Reais) para percorrer entre 250 e 300 km.
Como alternativa, o carro tem um pequeno compressor à bordo que permite ser recarregado ao ser conectado à rede elétrica, num tempo que varia entre 3 e 4 horas. Devido a ausência de combustão e de resíduos, a troca de óleo (1 litro de óleo vegetal) ocorre a cada 50.000 km.
O ciclo do motor MDI

O motor MDI tem um sistema inovador muito importante: uma biela articulada. Esta técnica permite que, quando o pistão alcança o final de seu ciclo, a expansão se produz num volume constante. Esta patente poderá ser aplicada a motores de combustão convencionais.

As três fases do seu funcionamento são: a) Fase de compressão: no motor o ar atmosférico é comprimido até uma pressão de 20 bars com o pistão e fica transformado em ar quente de 400 ºC; b) Fase de injeção de ar: assim que o pistão para, o ar comprimido dos cilindros é injetado no espaço do motor onde está o ar quente; e, c) Fase de expansão: o ar é injetado criando uma maior pressão e fazendo a ativação do motor. A técnica é tão simples quanto o ovo de Colombo: o primeiro pistão absorve e comprime o ar atmosférico. O ar se desloca para a câmera esférica onde é injetado com alta pressão pelos cilindros. A expansão da mistura do ar atmosférico mais o ar comprimido move o pistão que gera a energia do veiculo.

Zero Poluição
O ar purificado que sai do cano de escapamento registra uma temperatura entre 0ºC e 30ºC negativos permitindo, assim, a sua utilização para o próprio sistema de ar condicionado do carro.

Calorimetria

A calorimetria é a parte da física que estuda os fenômenos decorrentes da transferência dessa forma de energia chamada calor.

Na natureza encontramos a energia em diversas formas. Uma delas, que é muito importante, é o calor. Para entendê-lo, pense em uma xícara de café quente sobre a sua mesa. Após algum tempo esse café estará frio, ou melhor, com a mesma temperatura que o ambiente. Esse fenômeno não é uma exclusividade da xícara de café quente, mas ocorre com todos os corpos que estão em contato de alguma forma e com temperaturas diferentes. Por que isso ocorre?

Temperatura

Os objetos na natureza, assim como nós, são feitos de pequenas partículas que conhecemos como moléculas. Com elas ocorre algo invisível. Elas estão em constante estado de agitação, no caso dos sólidos, ou de movimentação, como ocorre em líquidos ou gases. Essa situação não é constante, elas podem estar mais ou menos agitadas, dependendo do estado energético em que elas se encontram.

O que se observa é que quanto mais quente está o corpo, maior é a agitação molecular e o inverso também é verdadeiro, ou seja, a temperatura é uma grandeza física que está associada de alguma forma ao estado de movimentação ou agitação das moléculas.



A temperatura no recipiente 2 é maior do que no recipiente 1, pois lá a movimentação molecular é maior.



A temperatura, atualmente, pode ser medida em três escalas termométricas. Celsius, Fahrenheit e Kelvin. A conversão entre essas escalas pode ser feita pelas seguintes relações matemáticas:





Calor

Considere dois corpos, A e B, que possuem temperaturas diferentes e estão em contato térmico, como ilustra a figura abaixo:





Após algum tempo, observamos que esses dois corpos encontram-se com a mesma temperatura. O que estava com maior temperatura esfriou e o que estava com menor temperatura esquentou. Quando isso ocorre, dizemos que os corpos estão em equilíbrio térmico e a temperatura final é chamada de temperatura de equilíbrio.

Isso acontece porque o corpo de maior temperatura fornece certa quantidade de energia térmica para o outro de menor temperatura. Essa energia térmica quando está em transito de um corpo para outro é denominada calor.


Capacidade térmica e calor específico sensível

Os corpos e as substâncias na natureza reagem de maneiras diferentes quando recebem ou cedem determinadas quantidades de calor. Alguns esquentam mais rápido que os outros. Podemos exemplificar isso com a seguinte situação: você está com fome e pretende fazer um macarrão instantâneo.

Para isso, primeiramente, irá aquecer certa quantidade de água. Uma atitude inteligente a ser tomada é colocar exatamente a quantidade de água necessária para isso, pois se você colocar a água em demasia, irá demorar mais tempo para ela chegar à temperatura desejada, além do fato de que o macarrão irá parecer mais uma sopa. Mas, independentemente do resultado final da atividade culinária, o importante para nós é observar que quanto mais água houver na panela, maior será a quantidade de calor necessária para se atingir a temperatura desejada e por isso ela terá uma capacidade térmica maior.

Podemos, então, concluir que a capacidade térmica depende diretamente da massa do corpo e, portanto, pode ser calculada da seguinte forma:

C = c*m

Onde c é o calor específico sensível da substância de que o corpo é constituído. O calor específico pode ser definido como a capacidade térmica por unidade de massa e é uma característica da substância de que o material é feito.

Observe que estamos falando de uma mesma substância, a água, que quando possui massas diferentes, possui capacidades térmicas diferentes, ou seja, a capacidade térmica é uma propriedade do corpo, e isso é aplicado a outras substâncias na natureza.

Ciclo de Carnot

Em 1824, o cientista Carnot idealizou uma máquina térmica que proporcionaria um rendimento máximo. O Ciclo de Carnot consiste de duas transformações adiabáticas alternadas com duas transformações isotérmicas, sendo que todas elas seriam reversíveis.

Devemos conceber uma máquina térmica onde o gás sofra expansões e compressões segundo o Ciclo de Carnot e onde T1 seja a fonte quente e T2 a fonte fria.





Partindo de A, o gás realiza uma expansão isotérmica AB, recebendo calor de Q1 ( fonte quente). A seguir, ocorre a expansão adiabática BC, durante a qual não há troca de calor. A compressão isotérmica CD se verifica à temperatura T2 da fonte fria, e nesta etapa o gás “rejeita” a quantidade Q2 que não foi transformada em trabalho. A compressão adiabática DA se completa sem a troca de calor.

É possível, para este experimento constatar que : Q1/T1 = Q2/T2

assim como o rendimento pode ser descrito como n = 1-(Q2/Q1)

Então para o Ciclo de Carnot temos que o rendimento é função exclusiva das temperaturas absolutas das fontes quentes e fria.

n = 1-(T2/T1), este é o rendimento máximo de uma máquina térmica, e como nunca podemos ter T1 = 0 e |T2| > |T1| constatamos que uma máquina térmica jamais terá rendimento de 1 ou seja transformar todo o calor fornecido em trabalho.