Aerodinâmica, Porsche 917 e História do Cinema

Retomando as postagens, vamos abordar o assunto aerodinâmica. Como nossa companheira nesta tarefa, temos a miniatura do Porsche 917 da AutoArt, na escala 1:18. Esta escala é adequada para discutirmos muitos aspectos associados a este apaixonante assunto da aerodinâmica. Abaixo, uma foto da miniatura. Ela foi adquirida há cerca de três anos. Ela é muito realista, inclusive com motor e interior detalhados, que conheceremos depois.

Do ponto de vista da aerodinâmica, a história deste carro é tão interessante que vai exigir vários posts para a sua compreensão.
Apesar da aparência muito próxima dos carros atuais de Endurance, este carro correu as 24 horas de Le Mans de 1970!!! Foi pilotado na corrida pela dupla de pilotos Jo Sifert e Brian Redman. O carro não completou a prova. A caixa de câmbio não suportou um erro de marcha de Jo Siffert quando ultrapassava retardatários após cerca de cinco horas de corrida.
Entretanto, este carro ficou mundialmente famoso, tendo inclusive entrado para a História do Cinema! Como? Foi nesta corrida que aconteceram as filmagens do filme Le Mans, estrelado pelo saudoso Steve McQueen. E este era o carro pilotado por ele no filme. O filme se tornou um clássico, pela história de amor e pelas incríveis imagens captadas na própria corrida. O vídeo abaixo, disponível no You Tube, mostra a largada da corrida no filme.
Se você gosta de corridas, aumente o volume!

Nos próximos posts, a história da aerodinâmica do carro. Até lá!

Exercício de Equilíbrio de Forças usando o MDI para Simular o Resultado

A simulação computacional pode ser útil para entender e visualizar exercícios tradicionais e clássicos?
A resposta é sim! Esta é uma nova tendência no estudo desta fantástica disciplina.
Uma das aplicações do MDI, do qual tenho falado tando neste blog, é a solução de exercícios de Física usando a simulação computacional.
Desta forma, pode-se comparar os resultados da simulação diretamente com as respostas obtidas pelo método de solução tradicional.
Ou seja, de uma maneira geral, podemos "ver as coisas" acontecendo nas simulações, o que dá uma outra dimensão à solução de qualquer exercício. Isto pode ser feito antes ou depois de começarmos a escrever as equações.
O vídeo a seguir tem uma demonstração do processo.

Para os alunos do IESAM que fizeram cadastro no sistema, basta acessar www.mdi.pro.br para ter acesso ao simulador de forças do vídeo e a muitos outros!

Saque Jornada nas Estrelas

Vamos nos preparar desde já para torcer nas Olimpíadas!
Para quem tem interesse em vôlei, fizemos uma análise Física do saque Jornada nas Estrelas, criado pelo famoso jogador Bernard.
Esta análise foi feita com a ajuda do simulador do MDI.

Você também pode analisar outras simulações MDI em outros posts do blog.

Pronta a Ferrari F1-87!

E ficou pronta a Ferrari F1-87. Depois de muito trabalho, ajuda dos filhos e compreensão da esposa para suportar a bagunça, a montagem está terminada. O que não significa que não dá para fazer várias análises ainda do ponto de vista técnico. Deixaremos isto para depois.

 Por incrível que pareça, colar os decais dos pneus (Goodyear Eagle), foi o momento mais crítico da montagem. Vieram seis jogos de decais para quatro pneus. Sinal de que o fabricante já prevê esta dificuldade. E eu danifiquei exatamente dois conjuntos antes de pegar o jeito. Eles tem que ser colados de maneira diferente dos outros. No fim, deu tudo certo. A tampa do motor é removível, para que possamos ver todos os detalhes do mesmo quando for necessário.
Vou analisar em um outro post algumas características muito interessantes do Design Gráfico associado com este carro. Clicando na figura, percebe-se que ele é muito equilibrado neste aspecto.
Como a miniatura é toda feita de plástico, ela é frágil e deve ser guardada com cuidado. De preferência, em uma estante que tenha uma porta de vidro. Assim, ela pode ficar ao mesmo tempo exposta e protegida da poeira.
Como observação, gostaria de dizer que este tipo de atividade, a montagem destes kits, é uma tarefa que ajuda bastante a relaxar e a passar o tempo. Vale a pena mesmo. É algo que aconselho!
Espero que tenha sido legal acompanhar a montagem e as discussões sobre o funcionamento do carro nos posts anteriores!

O MDI em Um Minuto

O Mundo Digital Interativo é um projeto feito por nós, um grupo de professores e alunos do IESAM.
Por enquanto, os estudantes do IESAM estão usando ele.
Logo logo o sistema estará disponível para todos que quiserem se associar e, assim, aprender com mais facilidade Matemática, Física e Química!


No vídeo, uma descrição do MDI em um minuto.

Tomadas de ar e derivas laterais

A montagem se aproxima do final, com a carenagem do motor, as derivas lateriais do aerofólio dianteiro e as tomadas de ar dos turbocompressores.
Estas tomadas de ar são mostradas na figura. Elas têm a função de aspirar o ar atmosférico para o motor, passando o mesmo através do turbocompressor. Elas são classificadas como periscópicas, ou tipo snorkel, porque se projetam a partir da carenagem.

As tomadas de ar laterais, maiores, ao lado do cockpit, servem para levar ar aos radiadores, conforme foi explicado em um dos posts anteriores. É muito comum se pensar que as grandes tomadas de ar laterais levam ar ao motor. Entretanto, elas são grandes assim devido à grande quantida de ar necessária para refrigerar o motor. Par alimentar o motor de ar, apenas as tomadas periscópicas. Junto com o deslocamento do carro, entretanto, elas oferecem uma vazão muito grande de ar.
Na figura, também é possível ver a montagem de duas novas lâminas e das derivas laterais do aerofólio dianteiro. Estas derivas cumprem o objetivo de disciplinar o ar que passa pelo aerofólido, diminuindo o fluxo de ar no sentido perpendicular ao eixo do carro, quando ele faz as curvas. Isto aumenta a eficiência aerodinâmica do aerofólio, pois este fluxo de ar perpendicular atrapalho o escoamento que passa pelo aerofólio. Além disso, nas retas, estas derivas ajudam também a organizar o fluxo de ar para refrigeração dos freios dianteiros.
Como vocês podem ver, falta pouco para terminar!

Blog Engenharia de Produção

A Profa. Ivete Teixeira, Coordenadora do Curso de Engenharia de Produção do IESAM, juntamente com os seus alunos, organiza um blog muito interessante.
O endereço do mesmo é http://engproducaoiesam.blogspot.com.br.
No Blog de Engenharia de Produção do IESAM, são discutidos temas diversos da área de Engenharia, não apenas da Engenharia de Produção.
Além do mais como todas as Engenharias estão ligadas entre si e com outras profissões, vale bastante uma visita frequente ao blog!

Rodas, Pneus e a Física

Continuando a montagem com as rodas e os pneus. Na figura, podemos ver que há dois pares de pneus, com diferenças de largura entre eles.
Os mais largos são os pneus traseiros. Esta diferença de largura está diretamente ligada com a necessidade de transmitir torque do motor para o asfalto (torque é o equivalente a uma força aplicada acompanhada de uma rotação em relação a um ponto. Isto acontence porque os pneus transmitem força enquanto giram).
Pelo efeito da 3ª Lei de Newton, o princípio da ação e reação, o asfalto também faz uma força no carro, que o empurra. Isto faz ele se movimentar.

Como o torque do motor de um fórmula 1 é muito alto, o pneu precisa de uma área grande para transmiti-lo ao asfalto. Se ele fosse bem menos largo, o torque alto tenderia a fazer ele torcer demais nas curvas, desequilibrando o carro.
E os pneus da frente, por que não precisam ser tão largos quanto o de trás, mas ainda assim precisam ser largos? Por que eles também precisam ajudar o carro a manter a aderência nas curvas. Quanto mais largo melhor, mas eles não podem ser largos demais, pois começam a atrapalhar a aerodinâmica. Como os de trás são mais largos, devido à necessidade da transmissão do torque, eles também dão conta das curvas sem problemas.
E vamos continuando a montagem!

Montagem - Tolerâncias de Fabricação

A montagem continua com a conexão do aerofólio traseiro e do motor no restante do carro.
Cabe uma observação que me deixou realmente impressionado. Existe um parâmetro em Engenharia que se chama Tolerâncias de Fabricação. Este termo é usado para quantificar o quanto que as peças em uma determinada linha de produção podem diferir umas das outras, já que é impossível fazê-las totalmente iguais.
Dependendo do produto, estas tolerâncias são maiores ou menores. Tolerâncias menores implicam em maior controle nos processos de fabricação e, consequentemente, em maior custo.
No caso de produtos de baixo custo e que não necessitem de muita precisão em sua montagem, estas tolerâncias são grandes e, frequentemente, as peças não "se encaixam" com exatidão.
No caso, por exemplo, de aeronaves, automóveis ou equipamentos eletrônicos, estas tolerâncias são baixas. Daí o seu custo mais elevado.

Nesta miniatura, eu fiquei impressionado com as reduzidas tolerâncias na fabricação. Como já foram montadas dezenas e dezenas de pequenas peças separadamente, é surpreendente que os encaixes, ao juntar o motor, o aerofólio e o restante da carroceria fiquem tão bons. Parabéns ao fabricante, a Fujimi.
Agora esta ficando mais parecido com um Fórmula 1, não acham?

Discos de Freio e Radiadores

Os discos de freio, juntamente com as pastilhas, foram instalados, tanto na roda dianteira, quanto na roda traseira, como mostra a figura.

O princípio de funcionamento destes freios é dissipar a energia cinética do carro, transformando-a em calor, quando as pastilhas são pressionadas contra os discos. Elas são pressionadas através da pressão que é exercida no pedal de freio, através de um circuito hidráulico. É um grande exemplo de como a Física é aplicada nestes carros, não? É o velho ditado "Na Natureza, nada se perde, tudo se transforma". Este tipo de sistema é o mais eficiente que existe no momento, apesar da sua simplicidade.
Na figura é também possível notar os radiadores, que tem muita relação também com o calor, como comentado em um dos posts anteriores.
Logo logo vai ser feita a montagem do motor na carroceria. Tem que dar tudo certo nas conexões! Vamos ver.

Corpo do Carro

A montagem continua com a união entre o cockpit e o assoalho do carro.

Alguns elementos importantes aparecem agora, e são destacados na figura, em amarelo.
O aerofólio dianteiro, assim como o traseiro, funciona como uma asa de avião invertida para aumentar a aderência nas curvas.
Os retrovisores foram claramente inspirados no modelo anterior projetado pelo Engenheiro John Barnard, para a McLaren, o MP4-2. Eles estão colocados colados à carroceria, para aumentar a eficiência aerodinâmica. Um fato curioso é que uma versão anterior deste carro, que não chegou a correr, tinha os retrovisores montados de forma tradicional, afastados da carroceria, como pode ser visto na foto a seguir.

Ao que tudo indica, isto foi uma das primeiras influências de Barnard ao chegar á equipe vindo da McLaren.
O Santo Antônio tem este nome por se tratar de uma estrutura muito resistente feita de tubos de metal que, durante uma capotagem, impedem que a cabeça do piloto toque o chão. Trata-se de um equipamento de segurança.
O tubo de Pitot serve para medir com precisão a velocidade do carro, principalmente para o gerenciamento da eletrônica de bordo. Foi uma destas peças que se congelou e contribuiu, aparentemente, para a queda do vôo AF 447, em 2009.
Agora o carro começa a se parecer com um Fórmula 1, concordam?

Peças e Decais

Continuando com a montagem da miniatura, foi montado o aerofólio traseiro. Foi a peça, até agora, mais difícil de montar. Ele é composto por duas placas laterais e várias lâminas horizontais. O alinhamento enquanto a cola seca é a causa de toda esta dificuldade.
O aerofólio traseiro consiste de uma série de "asas invertidas", que são as lâminas horizontaid. Elas geram pressão aerodinâmica para manter o carro mais preso ao chão e, com isso, fazer curvas mais rápido.

Também foram montados os radiadores laterais, que servem para resfriar o motor ao fazer o vento (que está frio) que passa pelo carro trocar calor com água que circular por tubos dentro das partes sólidas do motor (que estão quentes), para manter a temperatura de funcionamento ideal. Clique na figura a seguir para uma visão melhor destes elementos. Eu os indiquei em amarelo.

Outra decisão delicada, mas que se revelou importante, foi colar os decais neste momento. Especialmente difícil foi a colagem do decal amarelo da Agip (empresa italiana do setor de petróleo), na carenagem traseira. Foi necessário cortar, com a ajuda de uma tesoura (o estilete estragaria o decal), o decal de cada lateral em três partes. Este procedimento não estava no manual, mas não vi outra possibilidade que não de fazer isso. No final, deu certo, mas foi muito delicado.
E vamos continuar a montagem!

Simulações Computacionais

A simulação computacional tem o poder de atrair a nossa atenção com jogos de computador e muitas outras coisas. Temos procurado ao longo do último um ano e meio, através do Projeto de Pesquisa do MDI, construir uma base a partir do qual os estudantes de Física e Matemática possam se beneficiar.
Já temos um contrato com o IESAM, para atuar no Nivelamento dos Cursos de Graduação, em especial, os de Engenharia. A partir do mês de setembro, temos uma surpresa para os potenciais usuários do sistema.
Muitas idéias novas estão sendo implementadas. Espero que vocês gostem.
O vídeo a seguir, narrado por mim, tem um resumo do principio de funcionamento do sistema.

Com certeza muitos estudantes se beneficiarão da ferramenta e permitirão o seu desenvolvimento contínuo.

Cockpit

A montagem do cockpit foi muito interessante. É uma forma mais reconhecível do carro.
Note que o cockpit é bastante estreito. Mesmo naquela época, os pilotos já tinham pouco espaço para se movimentar. O piloto Gerhard Berger, por exemplo, atuava com joelheiras e cotoveleiras neste carro.

Destaque especial para a colagem do decal no centro do volante, com o cavalinho da Ferrari. Até agora eu não sei como eu consegui fazer. O decal é minúsculo. O método de aplicação é cortar o mesmo da folha de decais, mergulhá-lo em água durante um tempo e, cuidadosamente, arrastá-lo para a peça onde ele será aplicado. O desenho no painel também é um decal.
Também vale ressaltar o quanto o volante é limpo. Não há nenhum botão. Bem diferente do que acontece hoje em dia, com os volantes que se parecem com controles de video game. Os dois tipos têm o seu charme.
Também foram montados nesta fase o assento do piloto, bem como a suspensão dianteira e o sistema de direção.

Turbocompressores

Os motores da Fórmula 1 em 1987 eram turbocomprimidos. O que significa isso?
Os motores funcionam com base em uma explosão de uma mistura ar e combustível. Só que a reação ocorre com uma determinada proporção entre estes dois componentes. Quanto mais ar o motor puder aspirar, mais combustível poderá ser adicionado à mistura. Mais forte será então a explosão.
Os turbocompressores são turbinas acionadas pelos gases de escapamento do motor. É um sistema de reaproveitamento de energia.
A turbina aciona um compressor que comprime mais ar para ser aspirado pelo motor.
A miniatura que estamos montando reproduz este sistema. Coloquei a foto abaixo, que mostra o fundo do carro parcialmente montado e indiquei dois fluxos, para explicar o funcionamento.

Na turbina acontece o fluxo vermelho e no compressor o fluxo azul. A turbina e o compressor são as duas peças prateadas que estão fixas na parte superior dos canos de escapamento.
No fluxo vermelho, em 1, os gases resultantes da combustão vêm do motor e acionam a turbina. Estes gases saem pelo escapamento em 2.
No fluxo azul, o ar atmosférico é aspirado pelo compressor em 1 e é direcionado para o motor, em alta pressão em 2.