POTÊNCIA E BINÁRIO

[Lone Wolf]

Binário do Motor

O que é?

De uma forma simplificada, o binário representa a força do motor. Só que, a força do motor não é mesma em todas as rotações. Por isso se diz que o binário máximo de um motor é atingido a uma determinada rotação, ou seja, a força do motor varia até encontrar a sua máxima pujança em determinada rotação. Um motor precisa igualmente de boa força (binário) como potência para ter um bom desempenho. Para distinguirmos as situações que podem dar origem à maior necessidade de potência ou binário consoante a utilização, vejamos a seguinte analogia com o caso de dois atletas – um é alpinista e outro é um recordista dos 100 metros. O primeiro precisa de muito binário (força nas pernas) para ter um bom desempenho. O segundo precisa de ter uma boa entrega de potência (bom fornecimento de ar aos pulmões) para poder ser veloz. Nos motores de automóvel o binário aumenta de acordo com o aumento da força de explosão ou com o aumento do curso do motor. Porque, se o curso do motor for maior, o êmbolo, a biela e a cambota no seu movimento articulado, comportam-se como um ser humano com um braço maior– quanto maior for o braço, maior o impacto da força exercida pela mão – basta experimentar a comparação de “levar uma bofetada” de uma pessoa alta em relação a uma pessoa baixa”. Braços mais compridos “batem” com mais força sem grande esforço porque o aumento do comprimento do braço multiplica a força de impacto.

Para que serve?

É importante que um motor atinja a sua força máxima (binário máximo) numa rotação que seja a mais baixa possível porque, neste caso, o veículo desenvolve (acelera) mais rapidamente logo a partir do início da aceleração. Este facto permite executar melhor uma manobra de ultrapassagem sem ter que “esmagar” o acelerador (poupando combustível), vencer uma subida acentuada (declive na estrada) sem exigir grande esforço do motor, movimentar melhor, por exemplo, um veículo de trabalho carregado de mercadorias. Tal como o caso do alpinista, um trator agrícola precisa que o seu binário máximo seja o mais elevado possível, à mais baixa rotação possível, de modo a que possa ter força para movimentar as alfaias agrícolas no meio dos terrenos acidentados sem ter que circular com o “motor a fundo”. No extremo oposto estão os veículos de Fórmula 1 – dado o nível elevado de velocidade a que têm de circular, o mais importante para eles será a capacidade de debitar elevadas potências(muita rapidez no movimento de subida e descida dos êmbolos sincronizadacomumaelevadaquantidadede ar fornecida para o interior do motor). Os veículos de passeio e de trabalho (veículos comerciais) do dia-a-dia precisam de um bom equilíbrio entre os dois fatores (binário e potência) para acelerarem com facilidade e sem grande esforço/consumo e, simultaneamente, terem bom desempenho em velocidade de cruzeiro (ex: auto-estradas).

Performance do Motor (Potência e Binário)

Como os êmbolos andam para baixo e para cima, aspirando ar, comprimindo o mesmo ar, incendiando o combustível e evacuando os gases da combustão, concluí-se facilmente que um motor é uma máquina respiratória.



Esta analogia ajuda-nos muito a compreender alguns fenómenos da performance do motor. Senão vejamos: Sabemos ou não sabemos que, quanto maior a cilindrada de um motor, maior a sua potência?

Isto acontecerá porquê? Simples:

Quanto mais ar meter o motor no seu interior, mais podemos aumentar a proporção de combustível, mais violenta será a combustão, mais velocidade teremos na descida do êmbolo e, por sua vez, mais performance (rotação) teremos na cambota.

Então podemos concluír rapidamente que, quanto mais ar meter o motor no seu interior, isto é, quanto maior fôr a sua capacidade de enchimento, mais performance debitará.

Há-de reparar que muitos dos fenómenos e tecnologias de que já ouviu falar, mais não são do que subterfúgios/" truques" tecnológicos para aumentar a respiração do motor e, consequentemente, a performance (potência e binário).

 
POTÊNCIA E BINÁRIO

Ora aqui está uma matéria que tem sido objecto de muitos equívocos.

Muitas pessoas ficam confusas quando se trata de interpretar a importância do binário e potência num motor de automóvel.

Vamos lá então ...

O conceito físico de potência relaciona o trabalho na unidade de tempo.

OK, já percebi, ficou na mesma ... confuso!

Mas é simples se dermos um exemplo:

Vamos imaginar que está a tirar água de um poço. O acto de jogar o balde, enchê-lo e trazê-lo para cima, representa uma tarefa a que vulgarmente designamos de trabalho.

Vamos partir do princípio que realiza esta tarefa em 2 minutos. Se, com a prática, for capaz de realizar esta mesma tarefa em 1 minuto, concluímos que conseguiu realizar esta tarefa/trabalho em menos tempo (neste caso em metade do tempo).

Como o conceito de potência é extraído da relação entre um determinado trabalho e o tempo que levamos a fazê-lo, quando o mesmo trabalho é realizado em menos tempo, quer dizer que foi aumentada a potência de quem o realizou. No caso anterior, quando o balde é enchido em metade do tempo, podemos concluir que aumentou a potência para o dobro.

Mas, para puxar o balde para cima com a água no seu interior, independentemente do tempo que levamos a fazê-lo (da potência com que realizamos esse trabalho), é necessário ter força para o puxar. Esta capacidade de ter força para o puxar representa o conceito de binário.

Vamos imaginar que quem tira o balde é um rapaz muito magrinho e "enfesadinho" com um metro e meio de altura. Ao fim de pouco tempo o rapazinho tem de ir lanchar porque o esforço que desenvolve é grande para a sua capacidade física. Partamos do princípio que ele teve de lanchar 2 pregos e 2 imperiais.

Agora vamos entregar o trabalho a um "matulão" tipo "armário" com dois metros de altura cheio de forças de braços. Vamos também partir do princípio que ele realiza este trabalho no mesmo tempo (potência igual) que o seu colega anterior (apesar de ter um tamanho /"cilindrada" superior). Ao fim de algum tempo vai lanchar e come 3 pregos e bebe 3 imperiais.

Aparentemente, o consumo (lanche) deste novo trabalhador parece ser maior.

Mas...

Altura do "enfesado" - 1,5 metros

Altura do "armário" - 2 metros

Consumo do "enfesado" - 2 pregos + 2 imperiais = 2 lanches

Consumo do "armário" - 3 pregos + 3 imperiais = 3 lanches

Consumo específico do "enfesado" - 2 lanches/1,5 metros = 1,333 lanches por metro

Consumo específico do "armário" - 3 lanches/2 metros = 1,5 lanches por metro

 

A primeira conclusão a tirar daqui é que o "armário", que até tinha fama de consumir muito, afinal, coitado, até não consome quase nada mais.

A razão disto acontecer é porque o "armário" tem mais binário (força) para puxar o balde para cima, realizando esta tarefa mais facilmente.

 
Resumindo:

A potência é a capacidade de realizar um trabalho em determinado tempo. Se levarmos menos tempo, quer dizer que somos mais potentes (ex: atingir em poucos segundos uma determinada velocidade).

O binário, de uma forma simplista, representa a força do motor (ex: vencer declives com facilidade).

Num motor de automóvel é tão importante ter uma coisa como ter a outra. De uma forma pouco tecnicista (mais prática), podemos fazer a seguinte associação: a potência indicia as performances puras (velocidade máxima / aceleração 0 - 100 Km/h) e o binário a capacidade de acelerar (80 - 100, 100 -120, etc...) - as denominadas retomas de velocidade.

A unidade que representa a potência em qualquer motor é o KiloWatt ou Cavalo. E a unidade que representa o binário é o Kg x metro ou Newton x metro (Kg.m/N.m).

O consumo específico é-nos dado pela relação gr/Kilowatt/hora ou Lt/Kilowatt/hora

 

O que é que isto quer dizer:

Consideremos dois motores:

Primeiro: 10 KiloWatt de potência 2 litros de consumo ao fim de 1 hora

Consumo específico - 2/10 = 0,2 Litros por cada KiloWatt em 1 hora

Segundo: 20 KiloWatt de potência 4 litros de consumo ao fim de 1 hora

Consumo específico - 4/20 = 0,2 Litros por cada KiloWatt em 1 hora

Afinal, estes motores, apesar de potências diferentes têm o mesmo consumo específico. Eu sei que, ao fim de algum tempo ou kilómetros andados, o consumo absoluto em Litros de combustível do segundo motor é maior. Tudo bem, só que não posso esquecer-me que ao utilizar o motor com mais cavalos tenho também muito mais performance. E se eu tenho mais performance vou abusar mais do andamento e, logo, consumir mais litros de combustível.

No entanto, muitas vezes, se utilizar os dois motores em exacta igualdade de circunstâncias, muito provavelmente, eles não farão grande diferença nos litros consumidos em determinado tempo ou kilómetros.

Então, a grande conclusão a tirar daqui é que nem sempre se pode assumir que um motor mais potente tem de consumir muito mais. Por outro lado, se um motor de automóvel tiver um binário elevado, consegue aumentar a sua performance e consumir muito menos. Melhor ainda se o binário motor se mantiver elevado ao longo das rotações

 

- um binário que decresce pouco ao longo das rotações do motor denomina-se, na gíria, por binário aplanado porque a sua representação gráfica é uma curva muito constante e plana.

Binário

Fisicamente, o que é isso do binário ?

Em termos físicos, binário é o resultado da multiplicação de uma força pela distância a que está o ponto de aplicação dessa mesma força.

Pois, pois, já percebi. Está na mesma ... não é?

Então vamos lá ver um exemplo:

Vai na estrada e tem um furo. Fica todo aborrecido. Abre a mala do carro para tirar os apetrechos e, quando pega na chave de rodas, qual não é o seu espanto que repara que ela é muito pequenina.

Aplica a chave nas porcas da roda que quer mudar e ...

Humm! Humm! Bfuuuu... Bom! Ai o diabo ?

Mais uma tentativa:

Humm! Humm! Humm! Hummgerehhhhhhh!

Aaauuuuu! Bolas que já dei um "jeito" às costas.

Pensamento: Vou experimentar com o pé ...

Humm! Humm! Humm! Hummgerehhhhhhh!

E nada !!!

Os outros carros passam na estrada e vêem um indivíduo a dar pulos enormes ao lado do carro e pensam: "Passou-se!"

Porque é que será que isto lhe está a acontecer ?

De repente, um automobilista caridoso pára para o ajudar e tira da mala do carro uma chave de rodas enorme.

E, finalmente, agarra nessa chave e as porcas da roda que quer mudar rodam sem esforço nenhum.

Porquê, porquê, porquê ???

Será que ficou com mais força, assim de repente ...?

Claro que não!

A questão é que, a mesma força (a sua força), foi aplicada mais longe da porca da roda que quer mudar. A força feita foi precisamente a mesma, mas aumentou a distância.

 
Exemplo:

Com a sua chave de rodas:

Força - 4 Kilos

Distância - 15 cm (comprimento da chave)

Binário - 4Kg x 0,15 = 0,6 Kilograma x metro = 0,6 Kg.m

Com a chave de rodas do outro automobilista:

Força - 4 Kilos

Distância - 45 cm (comprimento da chave)

Binário - 4Kg x 0,45 = 1,8 Kilograma x metro = 1,8 Kg.m

Binário 1 - 0,6 kg.m

Binário 2 - 1,8 Kg.m



Diferença - o binário 2 é três vezes superior ao binário 1 porque a distância era também 3 vezes superior.

E agora, está melhor ? Já compreendeu ?

Pode perguntar agora: Mas como é que este comportamento do binário se pode ver num automóvel ?

É fácil! Os motores, ao terem cilindradas diferentes, geometrias internas diferentes, tecnologias

diferentes e por aí adiante, vão, por consequência directa, ter forças de explosão diferentes e dimensões dos seus órgãos internos diferentes também. De cada vez que variar a força de explosão e/ou a dimensão dos seus órgãos internos, varia também o binário - a sua capacidade de (como no exemplo do poço com o balde) vencer a oposição ao movimento, isto é:

     Vencer o seu próprio peso durante o arranque
     Vencer inclinações/subidas difíceis
     Retomar velocidade (por exemplo: passar de 80 para 120 Km/h em poucos segundos)

Etc, etc, etc ...

E agora pode perguntar:

E aquilo que eu leio nos catálogos dos automóveis sobre a potência e binário ? São valores constantes ?

Mantêm-se sempre assim ?

Não ! Não ! Não !

Depende da rotação do motor !!!

Como o motor é uma máquina rotativa, o comportamento da potência e do binário vai variando desde as rotações mais baixas (ralenti) até ao máximo possível da rotação que o motor dá ("red line"/ linha ou zona vermelha do conta-rotações).


Põe-se agora uma questão: A que rotação isto deve acontecer ?

[_AXE_]

Excelente 

Eu não vou responder à questão, tu melhor que ninguem sabes dar a resposta 

Boas curvas

[Lone Wolf]

Excelente 

Eu não vou responder à questão, tu melhor que ninguem sabes dar a resposta 

Boas curvas

eu e quem "googlar" 

Boas curvas

[Lone Wolf]

Parte II

Potência - A potência é um valor que cresce constantemente e atinge o seu máximo no fim da rotação do motor.
 
 
Binário - O binário (força do motor) é um valor que deverá atingir o seu máximo o mais cedo possível nas rotações se o veiculo fôr para consumo doméstico (lazer + trabalho) de modo a que, sem esmagarmos muito o acelerador (a uma rotação baixa), o veículo possa vencer as dificuldades de progressão no andamento. Assim, podemos ter aquela sensação agradável de fazermos uma subida em velocidade de cruzeiro sem termos que recorrer à caixa de velocidades para seleccionar uma mudança mais baixa. Se for um veículo comercial (de trabalho) é mais importante ainda que consiga vencer estas mesmas dificuldades, porque vai carregado com mercadorias.
Quanto maior o binário e mais cedo (rotação baixa) aparecer o seu valor máximo, maior a facilidade de progressão de andamento do veículo e menor o seu consumo.
Se, pelo contrário, o veículo for de competição, interessa que o valor máximo do binário apareça o mais tarde possível - porque é na zona máxima das rotações que ele vai ser utilizado durante as provas.
Quem decide o comportamento das curvas de binário e potência dos motores dos veículos são os projectistas. De acordo com a utilização pretendida, assim são dimensionados os veículos e seus respectivos motores.
Pode perguntar: Mas como é que os projectistas fazem variar esses valores de potência e binário ? É simples! Com o que já aprendemos até aqui, podemos facilmente compreender. Senão vejamos:
 
Variação da Potência
Não sabemos que um motor de grande cilindrada debita mais potência do que um motor com menor cilindrada ?. E até já sabemos porque é que isto acontece - tem maior capacidade de enchimento (capacidade de meter ar no seu interior.
Então, se assim é, se conseguirmos aumentar a capacidade de enchimento de um motor, conseguimos aumentar a sua potência.
Já percebi o que a sua cabeça está a pensar. "Como é que eu posso meter mais ar num motor que tem uma determinada cilindrada que não varia ?"
Muito fácil !
Basta que coloque no motor mais do que uma válvula de admissão. As válvulas tapam e destapam os "buracos" de entrada de ar do motor (válvulas de admissão) e de saída dos gases de escape (válvulas de escape). Se num "buraco" entra uma determinada quantidade de ar, com dois buracos entra muito mais ar e por aí adiante.
... Motores Multiválvulas !
Adicionalmente, todos sabemos que as válvulas têm uma determinada altura de abertura e tempo de abertura.
Se conseguirmos fazer variar (aumentar) a altura de abertura ou o tempo de abertura, conseguimos fazer entrar mais ar no motor.
... Variadores de Fase ! (sistemas VTEC-Honda; VVTi - Toyota, etc...)
Se, adicionalmente ou em alternativa, colocarmos um Turbo-Compressor, o ar é forçado a entrar no motor. Quando o pistão faz o movimento de descida para "sugar"/admitir o ar, puxa apenas uma determinada quantidade de ar (como quando puxa numa seringa para trás). Se existir uma espécie de "ventoínha" que force o ar para dentro do motor, aumenta também a sua capacidade de enchimento e, por seu turno, a potência. ...
 
... Admissões Variáveis
Estas condutas que levam o ar para dentro do motor podem dividir-se em dois troços: um mais filiforme e direito e outro mais "encaracolado".
Quando o veículo circula em baixa/média rotação, é necessário que o ar tenha menos velocidade e mais pressão na entrada, de modo a criar mais turbolência nas câmaras de combustão e melhorar o binário e a resposta do motor. Neste caso, a conduta utilizada é a mais "encaracolada".
Quando o veículo circula a média/alta rotação, é necessário um bom fornecimento de ar, com bom escoamento e quantidade (caudal). Neste caso, é aberta a conduta mais direita - de modo a não "estorvar" a sua entrada e aumentando o fornecimento de ar para o interior do motor.
É claro que estes "truques tecnológicos" fazem não só variar a potência como o próprio binário, uma vez que as forças resultantes da explosão vão variando de acordo com a tecnologia empregue e, logicamente, arremessam os pistãos com forças diferentes também, fazendo variar o comportamento global dos motores e seus veículos.
 
Variação do Binário
Lembra-se ainda do exemplo da chave de rodas ?
Então, antes de mais, vamos lá recordar um dos componentes internos do motor de que ainda não falámos muito - as bielas.
As bielas estão ligadas aos pistãos do motor e à cambota.
A sua responsabilidade é a de aproveitar o movimento alternativo dos pistãos (para baixo e para cima) e transformá-lo em movimento circular, de modo a colocarem a cambota em movimento - veio motor que recebe movimento de todos os pistãos.
Está a ver a ligação das peças ? Pistão dentro do cilindro que, por via da biela, põe a cambota em movimento ? OK !
Lembra-se ainda de termos falado do curso do motor ? A distância que existe entre o Pontor Morto Superior (PMS) e o Ponto Morto Inferior (PMI) percorrido pelos pistãos ? Muito bem!
Então, se construirmos um motor com um curso elevado (grande), o que é que acontece aos seus órgãos internos ?
As bielas têm de ser mais compridas, não é verdade ?
Se, de uma forma simplista considerarmos a força de explosão (que ocorre na câmara de combustão por cima do pistão) a força que fazia, há pouco, na sua chave de rodas ...
E, se considerarmos o tamanho da biela, que está dependente da altura do motor (do seu curso), o tamanho das chaves de rodas que utilizou no exemplo anterior, diga-me lá se não lhe parece lógico o seguinte:
Quanto maior o comprimento da biela, que é o mesmo que afirmar, quanto maior a altura do motor ...maior o seu binário !!!
Porquê ?
Porque, para a mesma força de explosão, se aumentar o comprimento da biela, cria-se o mesmo efeito que lhe aconteceu quando utilizou a 2ª chave de rodas emprestada pelo condutor que parou para o ajudar.
Simples, não é verdade ?
Só por curiosidade, já agora:
A um motor que tem um curso igual ao diâmetro dos cilindros, denomina-se quadrado.
A um motor que tem um curso superior ao diâmetro dos cilindros, denomina-se super-quadrado.
Como já percebemos a influência da dimensão e geometria dos órgãos internos do motor no comportamento do binário, é-nos fácil concluír o seguinte:
Um motor para um veículo de competição tem bielas muito pequeninas e pistões também pequenos para que não perca muito tempo a "embalar" (vencer a inércia/ oposição ao movimento dos seus componentes) e suba rapidamente de rotação - porque é nas rotações altas que ele tem de ser mais explorado.
Pelo contrário, um motor para um veículo de trabalho (camião, tractor agrícola, etc...), como se pretende privilegiar o binário à mais baixa rotação possível, tem um curso muito elevado e pistões também de grandes dimensões.
 
Apesar de tudo o que já falámos até aqui, quando olhar para um catálogo de um veículo, não comece a tirar conclusões demasiado cedo. Digo-lhe isto porque um veículotem uma quantidade enorme de componentes (caixa de velocidades, diferencial, jantes, pneus, suspensão, etc...) que influenciam, e muito, todo o comportamento global do veículo.
Por exemplo, um motor relativamente "fraco" pode "disfarçar" muito bem se os órgãos de transmissão ajudarem no seu desempenho. Só no fim dos artigos poderá começar a tirar algumas conclusões sobre o maior ou menor desempenho de um veículo, entrando em linha de conta com tudo (ou quase tudo) o que o influencia dinamicamente.


by motorconsult

[CaMorais]

Boas tardes,
Excelente post e bons exemplos
Abraço

[Saboga]

 

Excelente.

[RCEu]

Já faz algum tempo que não tínhamos um tópico tão bom, do ponto de vista técnico.


Parabéns 

[mpaneves]

MT bom,eu já tinha este conhecimento porque estava a tirar mecânica e infelizmente não terminei