Um ponto interessante sobre essa incompatibilidade é que existe uma correlação entre as emissões de CO2 e a aerodinâmica. Na verdade, a aerodinâmica é uma das principais restrições que as montadoras devem enfrentar para se manterem legais. O gráfico composto pelas emissões de CO2 medidas e CD∙S (Figura de Capa) permite perceber que, exceto pelos pontos fora da curva, a maioria dos carros apresenta uma clara relação entre a aerodinâmica e o CO2.

Assim, a aerodinâmica pode ser uma ferramenta importante para resolver o problema. O primeiro parâmetro relativo à aerodinâmica é a forma, portanto L/h. Essa é a razão entre o comprimento e a altura do veículo, ela impacta na forma do veículo, teoricamente, portanto no coeficiente de arrasto CD. Assim, analisando o gráfico que correlaciona CD com L/h, a situação é de clara tendência para a forma do carro.

No entanto, existem várias sobreposições entre as categorias que dificultam a comparação. Assim, se esta correlação contabilizar CD∙S ao invés de CD, a situação é absolutamente clara, pois a maioria das famílias fica entre 0,55 e 0,85 CDS. SUV e minivans estão claramente acima dessa faixa. Isso já faz parte do problema das emissões.

Coeficiente de arrasto de carros com motor elétrico e de combustão interna

Ao analisar o CD em termos de trem de força, é fácil observar que a diferença entre o CD devido ao motor de combustão interna (ICE) e ao motor elétrico (EM) é de cerca de 10%. A razão por trás disso é, principalmente, o sistema de resfriamento. O carro elétrico requer muito menos resfriamento quando comparado com um movido a ICE. Assim, as aberturas da grade dianteira são menores, o que resulta em um arrasto médio menor. Outra razão interessante é que os elétricos são mais tolerantes aos aspectos funcionais, portanto, os estilistas de carros podem definir mais recursos de engenharia nesse tipo de carro. Em outras palavras, as características da superfície do corpo podem ser melhoradas livremente. O estilo de um carro elétrico é muito mais receptivo a características aerodinâmicas em relação a um carro com ICE. O impacto da aerodinâmica na história do desenvolvimento do carro é ilustrado na Figura 5.

Isso sugere que a DC está sendo reduzida em cerca de 5% a cada 10 anos. Este número vem de um processo que hoje em dia está completamente defasado. Por exemplo, antigos desenvolvimentos aerodinâmicos para carros de passeio foram basicamente retomados como testes em túnel de vento (WT) no final do processo. Esta foi uma última verificação no modelo de túnel de vento em escala real (WTM) para corrigir a aerodinâmica do projeto final. Portanto, nesta situação, o desenvolvimento de um projeto aerodinâmico foi muito difícil. Além disso, calculando as médias de todos os carros possíveis, agora o marketing real está indo em direção ao cenário observado na Figura 5. O CD atual é 0,337. Este valor é o de um carro típico de 4,3 m de comprimento e 2 volumes. Uma vez que existem regras de homologação legal e os carros elétricos ainda têm de melhorar a autonomia das suas baterias, este CD deve ser reduzido para cerca de 20%, que é um CD de cerca de 0,27. O problema é que 0,27 em um carro movido a ICE é quase impossível. É muito difícil, porque esse tipo de carro tem restrições de estilo. Em outras palavras, vender um carro de produção em massa com CD = 0,27 é financeiramente impossível. Assim, considerando todos esses obstáculos e limitações, esse número seria alcançado em 40 anos, o que não é desejável, pois as emissões de gases de efeito estufa são um problema que requer uma resposta rápida. Portanto, as Figuras 1 a 5 sugerem que o problema de emissão e sua ligação com a aerodinâmica está mais relacionado ao desenvolvimento do produto.

O processo de desenvolvimento aerodinâmico no automobilismo

A expertise aerodinâmica desenvolvida pelas principais empresas do automobilismo pode auxiliar muito no desenvolvimento aerodinâmico dos carros de rua. Daí as competências cruzadas e know-how transversal no melhor desempenho no menor tempo possível. No automobilismo não há períodos de estagnação, cronometragem da produção e nenhum período de espera ou atraso do processo. Assim, o automobilismo basicamente orienta o processo para obter o melhor desempenho no menor tempo possível e esta é a lógica por trás do mesmo mercado automotivo agora, pois o tempo é tão curto que o processo deve ser moldado da melhor maneira possível. Um ponto interessante é que ao invés de usar o CD, adota-se o CDS, assim a tendência da reta observada na Figura 5 muda para a da Figura 6. A curva ficou plana. A razão é que, embora tenha ocorrido uma queda histórica de CD, também ocorreu um aumento da seção de choque. Assim, o que se ganhava com a otimização da carroceria, se perdia na área frontal, que havia aumentado. Porém, se fosse aceita uma redução de 5-6% da seção transversal, a emissão seria limitada, pois a resistência ao arrasto é dada por:

D = q_∞∙C_D∙A

Onde q∞, é a pressão dinâmica, enquanto CD∙A é o coeficiente de arrasto multiplicado pela área frontal do veículo. Portanto, o processo e o pessoal por trás dele devem mudar, assim como o produto. Existem três argumentos importantes relativos ao processo aerodinâmico do automobilismo, que são as diferentes relações entre estilo e função, estilo e engenharia e estilo e aerodinâmica.

Quando essas visões são comuns entre os estilos aerodinâmicos, o resultado final é definitivamente melhor e absolutamente não comparável com os resultados obtidos no caso de um processo padrão. Os primeiros esboços do empreendimento trazem as diferentes visões sobre o que foi compartilhado e discutido. Portanto, a partir deste ponto, qualquer etapa de desenvolvimento no design do carro deve ser compartilhada entre estilo e função. Isso é essencial, consciência mútua entre estilo e função. Os estilistas estão usando o que é importante para os engenheiros enquanto usam o que é importante para os estilistas. É um crescimento comum. Esta é basicamente a história dos veículos atuais. Como há uma luta contínua entre estilo e função, há necessidade de um forte gerente de design para decidir entre as funções. Depois disso, o processo segue para a abordagem operatória. Em vez de usar modelos maiores em escala real, o uso de modelos em escala, como no automobilismo, auxiliou muito na aceleração do processo. Isso é importante não só em termos de tempo, mas também em termos de custo, porque quando a duração do projeto é maior. O custo segue essa tendência. Para carros de passeio, é essencial que os custos sejam mantidos o mais baixo possível. Além disso, isso também é importante em termos de know-how, porque o que se aprende é o que se aplica nos projetos seguintes.

Normalmente, o nível de conhecimento abrange um envelope de mapa muito mais amplo do carro em termos de altura de condução (RH). O processo industrial de aerodinâmica de carros de passeio costumava adotar WTM em escala real feito em argila, mas algumas conclusões com esse tipo de WTM são incorretas do ponto de vista aerodinâmico. A razão é, provavelmente, devido ao nível de desempenho do carro, pois quando isso é muito importante, o conhecimento do comportamento do carro sobre o mapa aerodinâmico completo é extremamente importante.

Uma abordagem técnica para melhorar a aerodinâmica é o uso de dispositivos ativos para reduzir o arrasto. Além disso, não é algo criado entre o departamento aeronáutico e o de estilo, pois uma vez que o carro está em condições de rodar, a configuração é aquela que a engenharia gostaria de ter. Por outro lado, quando o carro está parado, a configuração é aquela que o departamento de estilismo gostaria de ter. O problema é que os sistemas ativos são caros e pesados. Assim, algo que poderia ser uma ferramenta democrática, é também aquela que está presente quando o nível de custo vai longe de um ponto específico. Uma boa razão pode ser uma escala diferente de valores. Normalmente, na produção de carros de passeio, a unidade de custo é o custo/kg. Por exemplo, em uma mesma família de carros, o construtor define seu valor pelo preço por quilo. É isso que torna o carro competitivo em seu respectivo segmento. Se isso não puder ser adivinhado, a combinação dos componentes de custo deve ser diferente. Isso é algo que preocupa as construtoras e o mercado, pois na configuração do carro existe uma lista de opções. Em alguns casos, algumas dessas opções podem ser recusadas se o problema principal for atingir a meta de emissão de CO2. Por exemplo, o sistema de aquecimento de um assento pode ser substituído por um dispositivo aerodinâmico, mas a cultura de mercado pode não reconhecer um dispositivo aerodinâmico ativo e um sistema de assento aquecido com o mesmo valor.

Referências

• Este artigo foi baseado nas notas de aula escritas pelo autor durante as aulas de Aerodinâmica Industrial na Dallara Academy.
• International Council on Clean Transportation (ICCT) – August, 2021;
• International Council on Clean Transportation (ICCT), January 2019;
• International Council on Clean Transportation (ICCT), November 2016.