27 de abril de 2016
O alumínio é um material fundamental no processo de melhoria da eficiência energética dos carros através do downsizing dos motores

Por Marcio Ishikawa |

A força da lei tem sido o grande catalisador da eficiência energética no mundo todo através de regulamentações como o CAFE (Corporate Average Fuel Economy) nos Estados Unidos e a norma EURO na Europa. O mesmo acontece no Brasil, onde em outubro de 2016 passará a vigorar a inédita legislação de eficiência energética ditada pelo programa Inovar-Auto. E na corrida por melhores índices de quilômetros rodados por litro de combustível e da redução nas emissões de poluentes e de gases causadores do efeito estufa, uma expressão se destaca em todas as marcas de automóveis e regiões do planeta: o downsizing de motores.

Motor 1.0 3 cilindros aspirado da Volkswagen com bloco de alumínio
Motor 1.0 3 cilindros aspirado da Volkswagen com bloco de alumínio

Apesar do que a palavra em inglês possa sugerir inicialmente, essa tendência mundial não deve ser associada tão somente com a produção de motores de menor cilindrada ou com menor número de cilindros. “A ideia por trás do downsizing é produzir um motor menor, mais leve e que seja mais eficiente do ponto de vista do consumo de combustível. Mas que também entregue o mesmo nível de performance de unidades maiores”, explica Marcos Clemente, diretor da Associação Brasileira de Engenharia Automotiva (AEA). O entendimento do conceito pode até ser simples, mas  colocâ-lo em prática, nem tanto. “Um motor com deslocamento menor (menor cilindrada) irá aspirar menos ar, queimará menos combustível e, por consequência, terá um desempenho mais modesto”.

Vários recursos tecnológicos ajudam a resolver essa equação, como injeção direta de combustível e comando de válvulas variável, mas nenhum outro é tão importante como a adoção do turbo, componente que comprime o ar admitido no motor. Com mais ar, haverá mais oxigênio nas câmaras de combustão, permitindo que mais combustível seja queimado e, por consequência, elevando o desempenho. Além disso, o motor menor será mais leve, fator importantíssimo para a eficiência energética, que será potencializada caso o bloco de ferro fundido seja substituído por um de alumínio, que ainda permite integração de funções e redução do número de componentes do sistema. “O alumínio ainda oferece a vantagem de ser produzido em geometrias complexas”, diz Clemente. “Isso permite a criação de suportes embutidos para periféricos, como o alternador, por exemplo. Já no ferro fundido, é necessário criar toda uma estrutura de fixação.”

Três é o novo quatro
Clemente explica que o movimento do downsizing começou nos anos 2000 na Europa, quando as fabricantes se depararam com um dilema. Lá, os carros de passeio podem ser equipados com motores a diesel (no Brasil esse tipo de motor é limitado a somente caminhões, ônibus, picapes com capacidade de carga superior a 1.000 kg e utilitários com tração 4×4 e reduzida) e correspondem até hoje a cerca de metade da frota continental. Por serem mais eficientes, foram o prinicipal alvo dos investimentos tecnológicos das marcas para atingirem as metas impostas pela legislação local. “Só que, chegou um ponto em que, para se atingir as metas de emissões de poluentes, a conta começou a ficar muito cara. Fazendo os cálculos de retorno sobre investimento, as fábricas concluíram que era mais vantajoso voltar o desenvolvimento para os motores de ciclo Otto (gasolina e/ou etanol).”

Um dos exemplos mais significativos dessa primeira leva de motores “downsized” foi o 1.4 TSI da Volkswagen, equipado com turbo e compressor, debaixo do capô de modelos como Golf e Jetta. Ele substituiu a unidade aspirada com 2 litros, com ganho de 5% no consumo de combustível e potência 15% superior. Mais recente é a tendência da redução no número de cilindros.  “Os seis cilindros estão substituíndo os oito; os quatro cilindros estão tomando o lugar dos seis e, mais recentemente, os três cilindros estão tomando o lugar dos quatro”, disse Eric Fedewa, analista da indústria automobilística da IHS, em entrevista à Wired alguns anos atrás. Como exemplo, a reportagem cita que até pouco tempo era raro encontrar uma F-150, o veículo mais vendido do mercado americano há décadas, sem um motor V8 debaixo do capô, mas nas duas gerações mais recentes, os V6 são maioria. E na outra ponta, Volkswagen e Ford travam uma saudável briga no desenvolvimento de motores  1.0 com três cilindros, criados para tomar o lugar de motores 1.6 de quatro cilindros com as linhas TSI e Ecoboost.

No Brasil
O Programa de Incentivo à Inovação Tecnológica e Adensamento da Cadeia Produtiva de Veículos Automotores – Inovar-Auto – foi idealizado pelo governo brasileiro primariamente com a intenção de estimular a produção local de veículos. Muitas vezes criticado por sua complexidade de entendimento, implantação e pouco apoio à indústria nacional de autopeças, ele tem como ponto considerado unanimemente positivo a exigência de uma melhor eficiência energética. Tomando por referência o consumo de etanol e gasolina de 2011, as marcas precisam atingir uma meta de redução de 12,08% sobre a média de todos os veículos vendidos de cada marca a partir de outubro de 2016. O não cumprimento implica na cobrança de multas pesadas – e, por outro lado, há benefícios adicionais como a redução de 1 a 2 pontos percentuais no IPI caso as metas sejam superadas.

“O Inovar-Auto está fazendo com que o downsizing chegue a um número cada vez maior de modelos da frota nacional”, diz Henrique Pereira, membro da Comissão Técnica de Motores Ciclo Otto da SAE BRASIL. Esse movimento foi iniciado com a adoção de blocos de três cilindros a partir de 2012 em modelos como o Hyundai HB20, Nissan March e Versa, Ford Ka, Kia Picanto e Volkswagen up! – todos, com exceção do Ford, adotam bloco de alumínio. Mais recentemente, já foram lançados a versão turbo do motor 1.0 da Hyundai de 105 cavalos (por enquanto uma opção intermediária entre as opções aspiradas 1.0 de 80 cv e o 1.6 de 128 cv) e o grupo PSA Peugeot Citroën apresentou o seu 1.2 três cilindros aspirado com 90 cv, lançado debaixo do capô do Peugeot 208 e chegará, até o final do ano, ao Citroën C3, que deve tirar de circulação o antigo 1.5 aspirado de quatro cilindros e 93 cv. De acordo com a marca, ele assumirá o posto de carro não híbrido mais econômico do Brasil no programa de etiquetagem veicular do Inmetro na versão 2016, ainda não divulgada, com média de 15,1 km/l na cidade e 16,9 km/l na estrada quando abastecido com gasolina. Se o combustível for o etanol, são 10,9 km/l e 11,7 km/l.

Pereira ressalta que o grande marco foi o lançamento da versão turbinada do Volkswagen up!, em meados de 2015 e detentor do posto de modelo mais econômico equipado com ar-condicionado. “Podemos dizer que é o estado da arte dos motores compactos”, diz sobre o primeiro propulsor fabricado no Brasil reunindo injeção direta, turbocompressor e tecnologia bicombustível. Quando abastecido com gasolina, o up! TSI chega à marca de 13,8 km/l na cidade e 16,1 km/l em rodovia; com etanol, as marcas são de 9,6 km/l e 11,1 km/l.

Volkswagen Speed up! TSI
Volkswagen Speed up! TSI
Motorização 1.0, flex, injeção direta de combustível e turbo
Potência (Alcool/Gasolina) 105/101 cv
Torque (A/G) 16,7/16,7 kgmf
Velocidade máxima 184 km/h (A)
0 a 100 km/h 9,1 seg
Consumo urbano (A/G) 9,6/13,8 km/l
Consumo rodoviário (A/G) 11,1/16,1

Na balança
No entanto, mais do que os excelentes números de consumo, o que mais chamou a atenção nos testes realizados pelas principais revistas especializadas foi o bom desempenho (leia mais aqui e aqui). “A versão TSI da família EA211 (codinome interno) é um dos motores mais avençados da marca em todo o mundo e certamente o mais moderno fabricado no Brasil”, disse Markus Kleimann, vice-presidente de desenvolvimento de produto da Volkswagen no Brasil, em entrevista à revista Automotive Business.

Pereira, da SAE, ainda destaca a importância da redução do peso nos projetos de downsizing. “É uma das melhores formas de se melhorar a eficiência energética dos motores”, destaca. No caso do motor do up!, que se vale de um bloco de alumínio, ele é 24 quilos mais leve que um motor de mesma cilindrada, mas com quatro cilindros. “Não há dúvida que esta é uma tendência: a substituição dos blocos de ferro fundido por alumínio.”

Bloco de alumínio do motor V6 do Ford Mustang 2011
Bloco de alumínio do motor V6 do Ford Mustang 2011

Outro ponto a favor do alumínio é a sua maior capacidade de dissipação do calor. Em outras palavras, permite que o motor esfrie mais rápido. É um detalhe extremamente importante, visto que o uso do turbo faz a indução forçada de ar e mais combustível pode ser queimado, gerando mais energia mecânica e também térmica.

O turbo
Já vimos que o turbo é um elemento essencial do downsizing. Associado durante muito tempo aos bólidos de competição, a modelos superesportivos ou carros preparados, ele se transformou em um dos grandes aliados da indústria automobilística na busca pela eficiência energética. Em seu funcionamento, o turbo comprime o ar que é admitido no motor, permitindo que um volume maior entre na câmara de combustão e, assim, que mais combustível seja injetado e queimado.

O seu princípio (idealizado no início do século XX, pouco depois da invenção do próprio automóvel) aproveita a expulsão dos gases de escapamento liberados após a queima dentro da câmara de combustão para fazer girar um rotor, localizado dentro da chamada caixa quente ou turbina. Este, por sua vez, é conectado a um eixo, que em sua outra extremidade movimenta um outro rotor, localizado na caixa fria ou compressor, que faz a indução forçada de ar.

No entanto, o turbo era usado apenas em modelos a diesel ou, no caso de motores do ciclo Otto, em carros de alta performance devido ao chamado “turbo lag”, que era uma pequena demora na resposta ao acelerador – que vinha depois de forma bruta, sem progressividade. A adoção voltada para a eficiência energética foi possível nos últimos anos graças a uma série de avanços tecnológicos, que eliminaram o problema. “Em um carro atual equipado com turbo de fábrica você não sentirá nenhuma diferença”, diz Reinaldo Paulino, engenheiro da SAE Brasil. “Os motores com turbo hoje oferecem um consumo de combustível excepcional juntamente com retomadas de velocidade na hora em que são solicitadas.”

Esses avanços tecnológicos podem ser divididos em dois. Primeiro, evoluções incorporadas nos motores como a injeção direta de combustível e sistemas de gerenciamento eletrônico. De outro lado, a evolução do próprio componente, cujos rotores podem girar a mais de 250 mil rotações por minuto, que teve grande aperfeiçoamento aerodinâmico, melhorando o fluxo de ar. Os turbos atuais tem metade do tamanho das peças de alguns anos atrás e, também, se tornaram mais leves, o que reduz a sua inércia. “O modelo NGT10, que têm carcaça, rotor e prato em alumínio, é três vezes mais leve que um similar em ferro fundido”, disse Christian Streck, gerente de Negócios da Honeywell, fabricante do componente, em entrevista ao Aluauto em meados de 2013. “O alumínio também permite uma melhor dissipação do calor, que resulta em uma menor degradação do óleo.”

Seja dentro de um pequeno – mas importantíssimo – componente como o turbo, seja no bloco, a maior peça que compoõe um motor, o alumínio é um dos elementos essenciais na busca contemporânea das fabricantes de automóveis pela eficiência energética.

Quando menos é mais
Um comentário sobre a matéria:
  • 29/10/2016 em 13:17

    Trabalho na fundição de alumínio em uma mega empresa muito renomada aqui MG e adorei saber um pouco da eficiencia do alumínio, gostaria de saber mais, parabéns aos idealizadores da matéria.

    Responder

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