O que significam os cavalos do motor de um automóvel?

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Por muitas vezes você já deve ter ouvido algo do tipo: Novo carro possui o motor mais potente da categoria, afirmação sempre acompanhada por um número X de cavalos. Mas afinal, o que são esses cavalos e como eles impactam o desempenho dos nossos carros?

Definição dos cavalos de potência

Primeiramente, vamos voltar um pouco no tempo. Antes da Revolução Industrial, existiam basicamente três formas de energia utilizadas pelo homem: eólica (utilizada principalmente em moinhos), hídrica (utilizada em rodas d’água) e a tração animal, utilizada para os mais diversos fins e sendo a mais versátil, pois não dependia da disponibilidade de um curso d’água ou ventos. Dentro da tração animal, os animais mais comumente utilizados eram os cavalos, pelo seu físico e resistência ao trabalho.

Quando os primeiros automóveis foram criados, eram comuns corridas entre máquinas e animais como a acima. Fonte: Collings Foundation. [1].

Quando os primeiros automóveis foram criados, eram comuns corridas entre máquinas e animais como a acima. Fonte: Collings Foundation. [1].

Porém isso começou a mudar quando Thomas Savery criou o primeiro motor a vapor comercial em 1698, utilizado para bombear água, e que levou ao surgimento de uma razão para comparar o trabalho realizado por cavalos àquele realizado pelos recém criados motores. Em 1702, Savery escreveu (em tradução livre) em seu livro The Miner’s Friend:

“De forma que um motor que irá elevar tanta água quanto dois cavalos, trabalhando juntos ao mesmo tempo neste tipo de trabalho, e para os quais devem ser mantidos dez ou doze cavalos para fazer o mesmo. Então eu digo, tal motor deve ser feito grande o suficiente para realizar o trabalho ao utilizar-se oito, dez, quinze ou vinte cavalos que seriam tratados e mantidos para realizar tal trabalho…” (Savery, Thomas; 1702; pg. 26).

Exemplo de bomba d’água movia por tração animal. Fonte: Highfields Pioneer Village website [1].

Exemplo de bomba d’água movia por tração animal. Fonte: Highfields Pioneer Village website [2].

Esta ideia voltou a ser utilizada, desta vez por James Watt, para ajudar a vender sua versão aprimorado de motor a vapor. Para poder demonstrar a capacidade de seu produto frente aos seus “concorrentes”, James Watt resolveu que o ideal era encontrar uma forma de comparar a potência desenvolvida por sua máquina àquela desenvolvida pelos animais.

Motor a vapor de James Watt. Fonte: Made up in Britain [3].

Motor a vapor de James Watt. Fonte: Made up in Britain [3].

Das aulas de física, temos que potência é a medida da quantidade de trabalho (W) realizado em um determinado período de tempo (t). Já o trabalho é definido como o produto de uma força (F) aplicada ao longo de uma distância (d), ou seja, o trabalho é a medida de quanta energia precisa ser fornecida para que um corpo se desloque por uma determinada distância. Desta forma, Watt definiu através de experimentos que um cavalo poderia girar uma roda de moinho 144 vezes em uma hora (2,4 vezes por minuto) , isso para uma roda de 12 pés de raio (aproximadamente 3,66 metros). Watt julgou também que um cavalo poderia puxar em ritmo de trabalho uma força equivalente a 180 libras-força (lbf), de forma que temos a seguinte equação:

Esse número foi então arrendodado por Watt para 33.000 lbf-ft/min, que é a medida atual de horse-power (HP).

Contudo, a explicação não termina por aqui, pois no Brasil e em outros países que não usam o sistema inglês de medidas, a unidade de potência comum não é o Horsepower, e sim o cavalo (cv), que podemos encontrar nas fichas técnicas de automóveis e dos mais diversos equipamentos. Essa unidade foi definida de forma similar ao HP, como sendo a potência gerada por um cavalo ao levantar um peso de 75 kg a uma altura de 1 metro no tempo de 1 segundo. Outra unidade menos comum para nós brasileiros quando se fala em automóveis, mas que é hoje o padrão na União Europeia é o Watt , unidade de potência padrão definida no SI (Sistema Internacional de Unidades), que equivale a quantidade de trabalho realizada por segundo para que a velocidade de um objeto seja mantida em 1 metro/segundo contra uma força oposta de 1 Newton.

Desta forma, podemos criar a seguinte tabela de conversão:

HP

cv

kW(Watt x 1000)
HP

1

1,014

0,7457

Cv

0,986

1

0,7355

kW(Watt x 1000)

1,341

1,360

1

Mas afinal, o que significa a potência do motor?

Agora que sabemos a definição de potência e de suas unidades de medida, resta saber: o que significa na prática a potência, e como ela afeta o desempenho de um carro. Como vimos antes, potência é a quantidade de trabalho que é realizada em um determinado espaço de tempo. Em um carro, o trabalho a ser realizado é se deslocar de um local a outro, vencendo a inércia do veículo e as resistências aerodinâmica (atrito com o ar) e de rolamento (atrito dos pneus com a estrada).

Dessa forma, podemos ver que a potência está relacionada à velocidade máxima que o veículo pode atingir, pois a velocidade é o resultado da divisão da distância percorrida pelo tempo necessário para percorrer essa distância, ou seja, quanto mais potência maior a velocidade que pode ser atingida.

More Power!! Um motor com 1200 cavalos de potência (equivalente a 15 carros 1.0!) é o que permitiu o Bugatti Veyron quebrar o recorde mundial de velocidade para automóveis de produção, com incríveis 431 km/h! Fonte: Canal Top Gear.

A potência também está relacionada ao tempo que o automóvel demora para atingir uma determinada velocidade, pois, atingir 100 km/h em 5 segundos ou invés de 7, implica em dizer que houve uma maior potência, pois a mesma quantidade de trabalho foi realizada em um menor intervalo de tempo.

Aumentar a potência e reduzir o peso é o que permite que tratores como este atinjam a marca de 200 metros em tempo equivalente a um Golf R32. Fonte: Canal Max Power.

Vale lembrar que as afirmações acima são um tanto quanto genéricas, já que a potência não é o único fator que determina tanto a velocidade máxima (que é influenciada pela resistência do ar e do atrito dos pneus com o solo) quanto a aceleração (além da potência, também o peso e as relações de marcha influenciam muito os tempos de aceleração). Isso pode ser visto de forma mais clara na tabela abaixo, que possui referências de potência, peso, velocidade máxima e aceleração para diversos modelos:

Massa

(kg)

Potência

(cv)

Relação peso-potência

(kg/cv)

Aceleração

(0-100 km/h)

Velocidade máxima

(km/h)

Fiat Uno Way 1.0 EVO Flex – Etanol

980

75

13,07

15,8s

151

Fiat Uno Way 1.4 EVO Flex – Etanol

1004

88

11,41

11,5s

167

Audi A3 1.8 Turbo 2001

1180

180

6,56

7,5s

228

Volkswagen Amarok Trendline 2.0 Biturbo TDI manual

2132

180

11,84

10,6s

183

Ferrari 488 GTB

1475

670

2,20

3,0s

330

Bugatti Veyron 16.4 Super Sport

1838

1200

1,53

2,5s

 431,072

Fonte dos dados: Divulgação dos fabricantes.

Nessa tabela podemos ver alguns efeitos interessantes ao comparar os veículos apresentados:

  • Uno Way 1.0 x Uno Way 1.4: Quando comparamos os dois modelos Fiat que tem massa semelhante (980 kg contra 1004 kg), vemos como uma maior potência é capaz de impactar o desempenho, pois a versão de motor 1.4 atinge uma maior velocidade máxima e também é capaz de acelerar mais rapidamente em relação ao modelo 1.0.
  • Audi A3 1.8 Turbo vs VW Amarok 2.0 Biturbo: Nesse caso temos uma situação diferente, onde os dois modelos possuem a mesma potência (180cv) porém o Audi é 952 kg mais leve que a Amarok. Nesse caso é claro como o peso é capaz de impactar na performance, principalmente em relação a aceleração, pois mesmo os dois motores tendo valores de potência similares, o tempo de aceleração é 41% maior para a picape do que para o hatchback.
  • Fiat Uno Way 1.4 vs VW Amarok 2.0 Biturbo: Já para essa comparação, podemos notar que apesar das características completamente diferentes tanto em relação a motor como em relação a construção, ambos os modelos possuem uma relação peso/potência muito próxima. Isso se traduz, principalmente, em tempos similares para aceleração de 0 a 100 km/h. A picape possui uma aceleração mais veloz em relação ao pequeno Fiat, principalmente por possuir torque mais elevado e um câmbio de 6 marchas, e que por se tratar de veículo de carga possui relações de marcha mais curtas, fazendo com que a aceleração inicial seja mais rápida.

  • Ferrari 488 e Bugatti Veyron: Nesse último trecho da tabela são mostrados dois supercarros, e o objetivo aqui é demonstrar que, para atingir maiores velocidades, a potência requerida cresce exponencialmente. Isso se deve ao fato de que a força de arrasto aerodinâmico (força exercida pela resistência do ar a passagem de um objeto) cresce de acordo com o quadrado da velocidade, e a potência requerida para vencer a resitência aerodinâmica cresce ao cubo!

Fontes:

Horsepower. Disponível em:  http://www.britannica.com/science/horsepower. Data de acesso: 30/01/2016.

Cleveland, Cutler J. Horsepower. Disponível em: http://www.eoearth.org/view/article/153556/. Data de acesso: 30/01/2016.

Savery, Thomas; The Miner’s Friend.

Robert Bosch. Manual de Tecnologia Automotiva. Tradução da 25ª Edição. Grandezas e Unidades, pg. 35.

Imagens:

[1]: Retirado de: Race of the Century. Disponível em: http://www.collingsfoundation.org/event/race-of-the-century/. Data de acesso: 04/02/2016.

[2]: Retirado de: Horse Drawn Pump. Disponível em: http://users.tpg.com.au/wagnerbe/hpv/html/horse_drawn_pump.html. Data de acesso: 02/02/2016.

[3] Retirado de: Steam Engine. Disponível em: http://madeupinbritain.uk/Steam_Engine. Data de acesso: 02/02/2016.

 

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