Pedeorelha | Como funcionam os hipercarros

Joseph Norman
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O que torna nossos veículos tão ineficientes? Veja as fotos do carro-conceito. Justin Sullivan / Getty Images

-Não importa que tipo de carro você dirige, você provavelmente adoraria obter melhor consumo de combustível. Mesmo se você dirigir um veículo híbrido eficiente, cada vez que você encher o tanque, poderá pensar: "Não seria ótimo se eu pudesse obter ainda mais quilometragem? Tipo, mais de 100 milhas por galão (42,5 quilômetros por litro) ? " Bem, se um grupo de engenheiros visionários conseguir o que quer, você pode.

Pessoas como o especialista em política energética Amory Lovins, designers de uma empresa chamada Fiberforge e até mesmo engenheiros automotivos da Volkswagen têm trabalhado arduamente para criar carros que sejam incrivelmente leves e ultra eficientes. O resultado: hipercarros. Com materiais avançados e sistemas de combustível alternativo, os hipercarros não precisam sacrificar a segurança, o desempenho ou o luxo em nome da eficiência do combustível.

Se você acha que a tecnologia automotiva está pronta para evoluir depois de permanecer basicamente a mesma nos últimos 50 anos, este artigo explicará por que você pode estar certo. Em vez de veículos de várias toneladas com estrutura de aço movidos por motores de combustão interna, vamos mostrar a você carros feitos de materiais compostos de carbono que são mais leves e mais fortes que o aço, com formas aerodinâmicas elegantes e motores incrivelmente eficientes. Na verdade, alguns desses carros são tão eficientes que você poderia ligá-los e devolver a energia à rede com um desconto na conta de luz. Este não é apenas um futurismo torta no céu, também. Mostraremos alguns hipercarros que estão na estrada hoje.

Se você está planejando projetar um carro supereficiente, a primeira coisa que você precisa fazer é descobrir o que torna os veículos atualmente na estrada tão ineficientes - acaba sendo uma lista bem longa. Descubra o que está no topo da lista na próxima página.

Conteúdo

Desperdiçando energia
Ultra leve e hipereficiente
Hipercarros na estrada

Muita energia (e dinheiro) é desperdiçada simplesmente carregando combustível. Noel Hendrickson / Getty Images

Poucos especialistas argumentariam que o maior problema dos carros modernos é o peso. De acordo com a Agência de Proteção Ambiental (EPA), cada 100 libras. (45,36 kg) removido de um carro pode aumentar a milhagem de combustível em 1 a 2 por cento. O número exato depende do tamanho do veículo e de seu motor - quanto menor o carro, mais dramático será o aumento na milhagem de combustível. Agora, 1 a 2 por cento pode não parecer muito, mas soma. Se você pudesse remover 2.000 libras. (907,2 kg) de um carro, você pode aumentar sua milhagem em até 40 por cento. Mas os benefícios não param por aí. Se um carro for projetado desde o início para ser aproximadamente uma tonelada mais leve, ele não precisará de um motor grande para obter o mesmo desempenho. A parte mais pesada de qualquer carro é geralmente o bloco do motor, portanto, se você puder usar um motor menor, estará economizando ainda mais peso. Além de tudo isso, você não precisará carregar tanto combustível, pois o motor menor queimará menos. Um galão de gasolina pesa cerca de 6 libras. (2,72 kg). Se você tem um tanque de combustível de 20 galões (75,69 litros) em seu SUV, você queima muito combustível sem fazer nada além de transportar combustível. Depois de tornar um carro significativamente mais leve, você pode reduzir o peso de muitos componentes, incluindo freios, suspensão e até mesmo os pneus [fonte: USA TODAY].

A ineficiência não termina com o peso. Muitos carros modernos têm sistemas de ar condicionado muito mais potentes do que o necessário para o pequeno espaço fechado que foram projetados para resfriar. Além do peso extra, eles extraem uma quantidade significativa de potência do motor.

Os pneus são outro ponto dolorido de energia. A maioria dos pneus não foi projetada para minimizar a resistência ao rolamento, o que significa que o motor precisa empurrar com ainda mais força para mover o carro. A flexão lateral dos pneus gasta ainda mais energia. E cada vez que você pisa no freio, uma grande quantidade de energia é dissipada como calor. Você adivinhou - mais perda de energia.

Finalmente, embora muitos veículos tenham formas aerodinâmicas, nem todo carro tem um perfil aerodinâmico ideal. Se a resistência ao vento não parece grande coisa, pense em quanta força empurra sua mão quando você a coloca para fora da janela de um carro em movimento. Agora imagine essa força pressionando contra toda a superfície frontal do carro.

Qual é o efeito líquido de toda essa ineficiência? Vamos usar um exemplo básico - que tal sua unidade típica para o trabalho? Tudo que você precisa fazer é mover-se de um ponto a outro, talvez junto com uma pasta ou lancheira. No entanto, na viagem até lá, você também está carregando cerca de duas toneladas de aço. De acordo com Amory Lovins, 90% da energia gerada pelo motor de seu veículo nunca chega às rodas, porque a maior parte é perdida na forma de calor à medida que o motor e as peças do sistema de transmissão se esfregam. No final das contas, apenas 0,3% de toda a potência que seu motor produz é realmente usada para mover seu corpo [fonte: AutoblogGreen].

Agora que você sabe quais peças de nossos carros estão desperdiçando energia, pode começar a projetar carros que têm um desempenho melhor. Descubra como na próxima página.

Amory Lovins

Se existe uma única ponta de lança para o movimento hipercarro, é Amory Lovins, um engenheiro modesto, ambientalista e ganhador da bolsa MacArthur. A filosofia de uso de energia de Lovins é simples: os Estados Unidos precisam reduzir o consumo geral de energia. Seu Rocky Mountain Institute (RMI) é um think tank dedicado ao desenvolvimento de tecnologias de teste na esperança de liderar grandes empresas por um caminho mais eficiente em termos de energia. Nos últimos anos, uma empresa spinoff da RMI chamada Hypercar, Inc. tornou-se a Fiberforge, uma empresa focada no desenvolvimento de produtos baratos de produção em massa fibra de carbono [fonte: The Wall Street Journal].

Negawatts

UMA negawatt é uma unidade hipotética de energia que nunca foi gerada. Isso representa um aumento na eficiência. Alguns hipercarros podem levar o conceito um passo adiante. Os hipercarros híbridos podem usar frenagem regenerativa para aumentar a carga das baterias a bordo. A alta eficiência do carro significa que você pode terminar sua viagem com energia extra nas baterias. É quando você ligaria seu veículo a uma tomada. Em vez de consumir energia para recarregar as baterias, você permite que a energia das baterias flua para a rede. Seu medidor de energia elétrica rastreia quanto você coloca de volta no sistema, e a companhia elétrica paga a uma taxa específica na forma de um desconto de eletricidade, ou um cheque, se sua casa for eficiente o suficiente para ter um uso geral de energia negativa.

As carrocerias dos carros de corrida de Fórmula Um são construídas quase inteiramente de fibra de carbono. A ideia de dirigir um carro de F1 para o trabalho todos os dias pode ser atraente, mas não é muito prática. Mark Thompson / Getty Images

Lembrando o que você aprendeu na página anterior, se você fosse projetar um carro para ser o veículo mais econômico possível, mas ainda prático para a direção diária, por onde você começaria?

O chassi pode ser um bom lugar para começar. A estrutura de aço de um carro padrão é bastante pesada. Também é muito forte, então se você quiser torná-lo mais leve, você precisará encontrar algo que possa suportar o estresse de carregar cargas pesadas e reter a capacidade de absorver impactos para proteger os ocupantes. Algumas montadoras já experimentaram aço de alta qualidade, que é mais resistente do que o aço comum, permitindo que menos dele seja usado [fonte: USA TODAY]. Mas se realmente quisermos reduzir os quilos, precisamos olhar para a fibra de carbono. Quando devidamente preparada, a fibra de carbono é 10 vezes mais forte que o aço e pesa muito menos. Substituir todo o aço em um carro por fibra de carbono pode reduzir o peso em até 40% [fonte: Green Car Congress].

A carroceria do veículo é outra área onde melhorias consideráveis podem ser feitas. A forma do carro deve ser testada em um túnel de vento para garantir que tenha a forma aerodinâmica ideal. Qualquer coisa que saia da superfície do veículo deve ser simplificada, como espelhos laterais, maçanetas e até crachás do veículo. O corpo deve ser feito de fibra de carbono forte, mas leve também.

Quando se trata da usina de força do veículo - o motor - você terá que fazer algumas escolhas. Existem várias maneiras de impulsionar o carro que são melhores do que os motores de combustão interna, mas a que você escolher dependerá muito da tecnologia que amadurece mais rápido. As células a combustível de hidrogênio emitem apenas água e poderiam ser eficientes se um método limpo e verde de produção de hidrogênio fosse encontrado. Motores elétricos que funcionam com baterias e plugados em tomadas são tecnicamente os mais econômicos quando você faz a matemática da conversão de watt-hora por milha (watt-hora por quilômetro) em milhas por galão (quilômetros por litro) [fonte: Hypercars ] Isso é especialmente verdadeiro se você carrega fora dos horários de pico e tem acesso a eletricidade limpa, como energia eólica ou hidrelétrica. Às vezes, você pode querer um pouco mais de alcance ou mais potência do que um motor elétrico pode fornecer, portanto, pode ser uma boa ideia usar um motor de combustão muito eficiente. Um bloco de alumínio manterá o peso baixo, e você provavelmente poderia até sobreviver com três cilindros, considerando o quão leve o carro é.

Veículos experimentais como este carro francês Microjoule podem atingir uma quilometragem extrema (mais de 10.000 mpg, neste caso), mas o objetivo do design do hipercarro é criar carros eficientes e práticos para o uso diário. Bryn Lennon / Getty Images

O interior é uma área do veículo frequentemente esquecida na redução de peso. Existem muitas oportunidades para perder peso aqui. Por exemplo, você pode evitar estruturas pesadas dos bancos fabricando os bancos de fibra de carbono e até mesmo integrando-os ao chassi. Algumas áreas acolchoadas os deixarão confortáveis e confortáveis, mesmo sem excesso de acolchoamento, espuma e estofamento. Você pode cortar o carpete também. Um pequeno compressor acionará o modesto ar-condicionado, mas manterá o carro muito frio porque o teto é isolado e as janelas de vidro duplo. Não há teto solar - além de permitir a entrada de muito calor no verão, os tetos solares realmente adicionam peso ao veículo e reduzem a rigidez do chassi. Queremos ouvir música enquanto dirigimos, mas não precisamos de um amplificador enorme ou alto-falantes estrondosos. Um sistema de som modesto vai economizar peso e ainda assim soar bem.

Claro, você também vai querer se lembrar de usar pneus de baixa resistência ao rolamento que permitem que o carro se mova facilmente sem sacrificar a tração. As paredes laterais desses pneus são projetadas para serem muito rígidas, de modo que não flexionam e nem gastam energia - um recurso que também melhora o manuseio. Os pneus também devem usar a tecnologia run flat para que você não precise carregar o peso extra de um pneu sobressalente ou mesmo de um macaco de veículo pesado.

Aí está - você acabou de projetar nosso próprio hipercarro. A seguir, vamos dar uma olhada nos hipercarros que já existem.

Economia da fibra de carbono

A fibra de carbono não teve ampla utilização na indústria automotiva porque é muito cara de fabricar. Ele é usado para os quadros e carrocerias de alguns carros de corrida e alguns carros esportivos muito caros. A maior parte é feita à mão; no entanto, isso pode estar mudando. A Fiberforge, empresa criada pelo Rocky Mountain Institute de Amory Lovins, desenvolveu um método de produção em massa de peças de fibra de carbono. As fibras são tecidas em fitas, que são combinadas para formar folhas. As folhas são empilhadas juntas e aquecidas para formar um painel e, em seguida, colocadas em uma prensa para dar o formato adequado. Todo o processo leva cerca de 10 minutos - um grande aumento no potencial de produção da fibra de carbono. Os custos crescentes do aço também podem tornar a fibra de carbono uma opção mais atraente, especialmente quando o efeito de equilíbrio dos custos de combustível muito reduzidos é calculado [fonte: AutoblogGreen].

A Lotus adotou uma abordagem minimalista com seu modelo Elise. Alguns dos princípios da teoria do hipercarro podem ser encontrados aqui. Kevin Lee / Getty Images

Várias empresas produziram hipercarros, embora a maioria deles sejam conceitos ou veículos de teste. Na verdade, não existe uma definição estrita de hipercarro - significa simplesmente um carro projetado para ser muito eficiente, geralmente várias ordens de magnitude melhor do que o carro de showroom médio. Os melhores híbridos disponíveis em 2008 podem atingir classificações de mpg na casa dos 40s (classificações de km / h nos anos 70) em condições ideais, o que é excelente, mas não é exatamente um material hipercarro.

Curiosamente, algumas empresas têm praticado a teoria do hipercarro há décadas, embora não a tenham levado aos extremos necessários para atingir 100 mpg (160,93 km / l) ou mais. A Lotus é uma empresa britânica conhecida por seus carros leves, ágeis e de alto desempenho como o Elise. Sua filosofia de design envolve remover qualquer coisa desnecessária para manter o peso mínimo. Isso dá ao Elise um manuseio excelente e uma aceleração incrível, mesmo com um motor de quatro cilindros. Os carros inteligentes também incorporam os princípios do hipercarro, com um design pequeno e leve destinado a transportar pessoas em áreas urbanas.

O Rocky Mountain Institute desenvolveu um hipercarro que eles chamam de revolução do hipercarro. Seu design é semelhante ao hipercarro hipotético que projetamos na página anterior. O RMI Hypercar é um pequeno SUV / crossover que acomoda cinco adultos e pode rebocar meia tonelada em uma encosta íngreme, mas é um veículo ultralito.

A Volkswagen construiu e testou um hipercarro chamado L1 em 2002. É um design radical com o formato da cabine de um caça a jato. Há espaço para o motorista e um passageiro sentado diretamente atrás do motorista, além de um pouco de carga. A escotilha abre para os lados e o interior, embora apertado, parece confortável. O L1 é movido por um motor a diesel de um cilindro e pode dirigir por 100 quilômetros (62,14 milhas) com um único litro (0,26 galões) de combustível - daí o nome [fonte: Wheelspin].

A General Motors e a Scaled Composites criaram o Ultralite, um carro de demonstração de tecnologia feito de fibra de carbono e plástico. Ele provou que tais projetos eram possíveis para uma montadora dos EUA, mas a GM não colocou nenhum hipercarro em produção [fonte: Scaled Composites]. A Daihatsu e a Honda também têm programas de desenvolvimento de hipercarros que resultaram em vários projetos de conceito, mas nada apareceu na concessionária local ainda.

No entanto, os custos de energia em todo o mundo estão pressionando as montadoras a oferecer veículos cada vez mais eficientes. Se o preço da construção em fibra de carbono cair, poderemos ver hipercarros ultraleves nas estradas nos próximos anos.

Para obter mais informações sobre hipercarros, tecnologias automotivas leves e outros tópicos relacionados, siga os links na próxima página.

Segurança e Desempenho

Muitos entusiastas de automóveis fazem uma careta ao pensar em eficiência, enquanto muitas outras pessoas se preocupam com o fato de que veículos incrivelmente leves não farão um trabalho adequado para proteger os ocupantes. Na verdade, os hipercarros são melhores em ambos os aspectos do que muitos carros compactos nas estradas hoje. Embora tenham motores pequenos, a relação peso-potência de um hipercarro pode ser muito maior do que a de um carro pesado com motor V8. Isso permite uma aceleração impressionante e um manuseio ainda mais impressionante.

Esse manuseio ágil também é um recurso de segurança. Peso leve é igual a distâncias de frenagem mais curtas e quando você combina isso com manobras de evasão de precisão, hipercarros podem potencialmente evitar alguns acidentes completamente. No caso de uma colisão, os hipercarros podem usar técnicas avançadas de absorção de energia. A própria fibra de carbono tem excelentes propriedades de colisão, desviando e absorvendo muita energia cinética antes mesmo de chegar aos ocupantes. O chassi de fibra de carbono monocoque (peça única) usado por alguns hipercarros também é muito rígido, adicionando proteção adicional. Além de recursos de segurança mais tradicionais, como airbags, zonas de esmagamento embutidas que absorvem impactos em áreas-chave também criam proteção adicional.