Orquestra escondida: a complexa arte de gerenciar um motor da F1 moderna

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As famigeradas unidades de potência híbridas são frequentemente mencionadas pelos fãs como um dos pontos negativos da F1 moderna. Mas, independentemente de preferências pessoais, não se deixe enganar pela falta de barulho: a eficiência do atual conjunto é de encher os olhos.

As qualidades vão além da potência pura (que já atingiu os 1000 cv e superou os antigos V10 aspirados) ou do torque (quase 20% a mais que o predecessor V8). O que chama a atenção é a impressionante autonomia do maquinário, que permite que um GP seja disputado com apenas 100 kg de combustível, 35% a menos do que se fazia até 2013.

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Para que seja possível aliar desempenho com tamanha economia, exige-se tecnologia de primeiríssima linha, o que elevou o desafio de engenharia a outro patamar. Para entender mais da complexa união entre motor aspirado e elétrico, o Projeto Motor procurou o engenheiro brasileiro Ricardo Penteado, chefe de operações de pista da Renault na F1.

Logo de cara, Penteado faz uma comparação categórica. “É como se antes tivéssemos um dragster e, agora, uma nave espacial que vai para Marte. É impressionante a diferença da complexidade do sistema”, destaca. Afinal, trata-se de uma mudança não apenas de equipamento, mas da filosofia como um todo.

“Antes tínhamos uma abordagem mais sprint, com o uso do máximo de potência, com a gasolina necessária para completar a corrida o mais rapidamente possível. Hoje, com a limitação de combustível, a engenharia é voltada a um motor mais eficiente. Tudo é muito mais conectado: hoje, quando chegamos ao circuito, já trazemos um relatório de 20 páginas”, explica.

A introdução dos V6 híbridos mudou a filosofia de trabalho das equipes. Hoje, os engenheiros passam menos tempo na garagem e mais tempo à frente dos computadores
A introdução dos V6 híbridos mudou a filosofia de trabalho das equipes. Hoje, os engenheiros passam menos tempo na garagem e mais tempo à frente dos computadores (Renault)

ENTENDENDO AS PARTES DA UNIDADE

A unidade de potência de um F1 moderno é composta por seis partes: motor de combustão interna (o V6 propriamente dito, alimentado por gasolina), ES, MGU-K, MGU-H, turbocompressor e centralina eletrônica.

Destas, destacamos as seguintes:

ES: A sigla vem de Energy Store, ou seja, é a bateria de armazenamento propriamente dita. Consegue acumular 4 MJ, o que é repassado ao MGU-K a cada volta em forma de potência.

MGU-K: Gerador que recupera a energia das freadas, como fazia o antigo KERS. Consegue retornar 120 kW ao motor, o que equivale, a 4 MJ, a 160 cv por 33s da volta. Ele pode gastar 4 MJ por volta e recuperar 2 MJ à bateria. Apenas ele e o motor a combustão “empurram” o carro.

MGU-H: Gerador que recupera a energia do calor do escapamento. Essa energia, resgatada de forma ilimitada, pode ser usada de imediato no MGU-K.

No entanto, o desafio não está só na construção da unidade, mas também em sua gestão com eficiência. Ao longo de um fim de semana, o uso do conjunto pode ser comparado a uma orquestra: há momentos em que um instrumento ganha maior destaque que os outros, mas todos tocam em conjunto, de forma ordenada, a fim de deixar a sinfonia perfeita.

Neste caso, os instrumentos são as peças da unidade de potência. Os maestros são os engenheiros, que precisam determinar como e quando tudo deve ser utilizado. Vamos entender na prática, usando como exemplo o início da volta em Interlagos.

O USO NA PRÁTICA

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Atente-se aos comandos dos pedais. Sebastian Vettel vem de acelerador cheio na reta principal, mas alivia e freia forte pouco depois da placa dos 100 m. Ele belisca o acelerador ainda na freada do “S” do Senna, aplica mais pedal no fim da primeira perna, alivia novamente na segunda tomada e volta a acelerar fundo na saída, rumo à Curva do Sol.

Com base no que vimos nos gráficos, podemos chegar à seguinte telemetria aproximada:

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Neste trecho específico é possível ver os três tipos de setor que são estabelecidos pelos engenheiros a fim de determinar o uso de cada parte da unidade de potência. Primeiro, temos o Power Limited Sector (1 e 4), onde 100% do acelerador é aplicado – o que limita o rendimento, então, é justamente a potência disponível. Depois há o Braking Sector (2), parte em que o piloto levanta totalmente o pé do acelerador durante a freada. Por fim, o Grip Limited Sector (3), onde o acelerador é aplicado até o ponto em que o carro possui aderência para não patinar e perder tração.

Os pilotos escolhem, no volante, qual a configuração mais adequada para seu motor (Renault)
Os pilotos escolhem, no volante, qual a configuração mais adequada para seu motor (Renault)

O grande desafio dos engenheiros é desvendar, através de simulações na fábrica, como usar todos os elementos da unidade de potência em cada parte da curva – lembre-se de que o carro precisa, ao mesmo tempo, manter ritmo minimamente competitivo, não extrapolar o limite de combustível e, portanto, ter boa gestão de energia. A configuração escolhida pode depender de diversos fatores, como o carro, pista, fase do fim de semana, pneu utilizado, condição climática, entre outros.

Assim, as equipes pré-definem diversos modos de gestão de energia que podem ser selecionados pelos pilotos durante a corrida. “No total, são 12 posições no volante para cenários diferentes. Tudo depende do que encontramos na pista”, esclarece Penteado. Vamos entrar em detalhes:

GRIP LIMITED SECTOR (GLS)

“O trabalho nos GLS é muito importante”, pontua Penteado. Isso porque o uso da unidade de potência pode variar muito neste tipo de setor, com atuação maior do motor V6, do elétrico ou uma mistura de ambos. Novamente, tudo depende de qual é a real intenção no momento específico da corrida.

Via de regra, as equipes procuram usar modos sustentáveis durante os GPs, com saldo energético neutro – ou seja, somente se gasta em uma volta aquilo que pode ser recuperado no mesmo período. Por isso, eficiência é a palavra chave, o que requer cuidado nos estudos dos GLS.

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(Renault)

Assim, o engenheiro brasileiro exemplifica dois cenários. No primeiro, é preciso recarregar o ES para uso posterior – como, por exemplo, na tentativa de uma ultrapassagem. “Vamos usar valores fictícios: a unidade tem capacidade de dar 550 Nm de torque. Mas na fase GLS não podemos entregar tudo isso, senão o motor pode patinar até a quarta marcha. Se o piloto quiser algo entre 0 e 100 Nm, o restante que poderia ser entregue é recuperado pelo MGU-K, que ‘freia’ o motor e carrega o ES com toda essa energia disponível. Só que, assim, gasta-se mais gasolina, então isso normalmente é feito quando há combustível sobrando”, detalha.

O MGU-K também pode ajudar no GLS se a intenção for economizar combustível. “Podemos entregar todo o torque com o MGU-K e não usar gasolina. Claro que o torque do MGU-K tem um limite, que não é tão alto quanto o do V6, mas, em compensação, o piloto tem maior precisão na dirigibilidade. No motor elétrico, ele tem à disposição exatamente a quantidade de torque que quer, enquanto que, com o V6, pode haver imprecisão. Então, se a pista estiver um pouco molhada ou for um trecho de baixo regime que exija delicadeza, podemos fazer com que o GLS seja feito com o motor elétrico – ou, pelo menos, misturar tudo, com o começo da aceleração com o MGU-K e o restante com o V6 para recuperar energia. Tudo depende da situação”, reitera.

Luz vermelha acesa na traseira indica que o carro entrou em modo de economia de energia e a potência do MGU-K foi cortada. Assim, o piloto de trás pode perceber que o carro da frente perdeu, de uma hora para outra, 160 cv (Renault)
Luz vermelha acesa na traseira indica que o carro entrou em modo de economia de energia e a potência do MGU-K foi cortada. Assim, o piloto de trás pode perceber que o carro da frente perdeu, de uma hora para outra, 160 cv (Renault)

BRAKING SECTOR (BS)

Penteado explica que o BS funciona meio que na contramão do GLS. Em vez de fornecer potência, o MGU-K desta vez atua como gerador, que recupera a energia das freadas e a armazena no ES – semelhante ao que acontecia com o antigo KERS.

Mas isso também pode variar de acordo com o momento. “Dependendo da quantidade de freio-motor que o piloto precisa, podemos escolher se recuperamos muita energia pelo MGU-K. Se ele não precisar usar o motor elétrico, podemos queimar um pouco de gasolina e recuperar ainda mais energia para usar depois”, conta o engenheiro.

O MGU-H também tem papel importante na fase final do BS. Ao término das freadas, a peça age como uma espécie de motor para manter o turbo girando em alta frequência, o que elimina o turbolag e fornece melhor dirigibilidade. O turbolag, pedra no sapato dos pilotos na primeira “Era Turbo” da F1, virou coisa do passado.

POWER LIMITED SECTOR (PLS)

Em tese, os PLS parecem ser os trechos mais simples, com a equipe fornecendo potência total à unidade a fim de ter rendimento máximo em linha reta. Mas também é preciso planejamento, pois pode ser necessário sacrificar alguns setores para priorizar outros.

Hamilton sofreu no Azerbaijão ao ficar “empacado” em uma configuração errada – seu motor poupava energia quando deveria gastar o que estava acumulado nas baterias (Mercedes)
Hamilton sofreu no Azerbaijão ao ficar “empacado” em uma configuração errada – seu motor poupava energia quando deveria gastar o que estava acumulado nas baterias (Mercedes)

“O MGU-K funciona por 33s por volta, mas o PLS dura mais que isso em quase todos os circuitos. Então, precisamos escolher quando cortar a potência máxima – normalmente usamos o MGU-K no começo das retas, devido ao arrasto aerodinâmico menor, e cortamos depois. Mas cortamos o quanto depois? E se o piloto estiver defendendo posição? O trabalho da fábrica é analisar todos esses fatores. No miolo de Interlagos, por exemplo, não tem como ultrapassar, então podemos economizar o MGU-K ali para usá-lo inteiramente na saída da Junção”, pondera Penteado.

Por isso, o uso da unidade de potência pode variar ao longo das PLS do circuito. Por exemplo, no gráfico que expusemos acima, o setor 1 poderia não contar com o uso do MGU-K, já que se trata do fim de uma longa reta – consequentemente, com muito arrasto. Já o setor 4, uma saída de curva, poderia contar com o “empurrão” do motor elétrico para ganho de performance.

COMO É NA CLASSIFICAÇÃO?

Durante as voltas cronometradas, os carros despejam toda a energia acumulada (Renault)
Durante as voltas cronometradas, os carros despejam toda a energia acumulada (Renault)

É importante ressaltar: o que muda da classificação para a corrida não é a potência do motor, e sim o seu regime. Nos GPs, o foco está voltado à sustentabilidade de energia, mas nas tomadas de tempo a abordagem é outra.

A unidade de potência trabalha em funcionamento máximo na classificação. Além de permitir que o V6 use todo seu fluxo de combustível durante a volta inteira (100 kg/h), o propulsor não precisa se preocupar em economizar ou recuperar energia.

Desafio dos engenheiros será ainda maior em 2017, com os PLS mais extensos (Renault)
Desafio dos engenheiros será ainda maior em 2017, com os PLS mais extensos (Renault)

Tudo começa ainda na volta de aquecimento, quando o carro está configurado para acumular carga na bateria – afinal, o giro cronometrado precisa ser iniciado já com 4 MJ armazenados. Durante a volta rápida em si, toda energia é transferida ao motor, sem que nada precise ser recuperado. O MGU-H possui funcionamento mais discreto, a fim de permitir que o V6 “respire” melhor. Por isso, é bem difícil ver um piloto dando duas voltas rápidas em sequência, já que toda a reserva de energia foi gasta no primeiro giro, o que deixa a bateria zerada para a segunda volta.

Para 2017, os desafios continuam. Devido aos carros mais velozes, a expectativa é de que o tempo em PLS seja mais extenso do que o de 2016, pois os pilotos poderão passar mais tempo com o acelerador cravado. Isso, aliado ao maior arrasto proporcionado pelos carros mais robustos, muda todas as referências estabelecidas, a exemplo da quantidade de combustível permitida por corrida (de 100 kg em 2016 para 105 kg em 2017). A mudança de comportamento do carro também irá interferir em sua gestão de energia. Porém, uma coisa segue intacta: os melhores maestros terão a chance de se sobressair na orquestra dos motores.

Debate Motor analisa: Os carros da F1 moderna ficaram complexos demais?

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Bruno Ferreira

Sempre gostou de automobilismo e assiste às corridas desde que era criança. A paixão atingiu outro patamar quando viu – e ouviu – um carro de F1 ao vivo pela primeira vez. Depois disso, o gosto pelas corridas acabou se transformando em profissão. Iniciou sua trajetória como jornalista especializado em automobilismo em 2010, no mesmo ano em que se formou, quando publicou seu primeiro texto no site Tazio. De lá para cá, cobriu GPs de F1 no Brasil e no exterior, incluindo duas decisões de título (2011 e 2012), além de provas de categorias como Indy, WEC, WTCC e Stock Car.

  • Eli Rarvor

    Por mim, pode ter 2.000 cv, sem o tradicional barulho dos V10 ou V8 é bem chato e na boa, um F1 rasgando a reta a 300 km /h ou 280 ou 320 dá na mesma.

    Já um F1 rasgando a reta a 260 km/h mas com um ruído de um V10 a 21.000 rpm ahhhh, isso sim faz diferença.

    • Ravenno

      Barulho nem sempre significa mais potência, e a perfeição que a unidade de potência trabalha é sem igual.

      • Eli Rarvor

        Ah vá??? Sério??? Dane-se a potência, eu quero é ter meus tímpanos rasgados pelo ronco de um V10 berrando a 21.000 rpm.

        • Ravenno

          Então faça o seguinte ligue o seu liquidificador, deixe a tampa aberta e coloque o seu ouvido dentro. Pronto ta aí o que você queria kkk

  • Gustavo Segamarchi

    Como a engenharia mecânica é fantástica. Apesar do som baixo, esses motores são a tecnologia no estado da arte.

  • Jonathan Kilian de Almeida

    Parabéns pelo texto! Pela primeira vez encontro um texto em português que explique também a forma como as novas tecnologias são aplicadas na estratégia! Nem mesmo a Globo teve a sutileza de explicar isso para proteger o seu produto.

    • Virgil Luisenbarn

      Galvão não sabe nem um milésimo do que consta aqui.

  • Wesley Romário Silva

    Estava com algumas dúvidas sobre motores e em uma rápida pesquisa acabei encontrando essa página. Maior achado da internet dos últimos tempos. Sensacionais os textos falando sobre a unidade híbrida. Parabéns!

    • Obrigado pelas palavras, Wesley! E seja bem-vindo ao Projeto Motor! 😃

  • Dox

    O kers poderia ser usado de maneira mais simples, como gastar na saida da curva o que foi ganho na entrada com a frenagem, que imagino ser de onde viriam os melhores tempos.
    Me incomoda ver 2 tecnolgias de motor no mesmo veiculo … parece algo provisório.

  • Dox

    Por essas e outras que o Projeto Motor é a página de abertura do meu navegador.
    Os caras destroem !!!!!!!!!!

    • Obrigado pelas palavras, Dox! É sempre bacana ler coisas assim! 😀

      • Dox

        Minha empolgação com o Projeto Motor é devido ao fato de que, depois do DF, passei alguns anos de tortura num forum mediocre de um site que pirateia e traduz sites estrangeiros, quando quase perdi as esperanças de voltar a encontrar coisas de nivel num país que em 2016 optou pela decadência.
        Mas é melhor não misturar assuntos para manter este espaço saudável.

  • Luiz S

    Muito bom o texto!! Se puderem colocar mais posts assim adoraria.
    Abraços

    • Obrigado, Luiz! Vamos produzir mais materiais deste tipo sempre que for possível.

      Abraços!

  • Luigi G. Peceguini

    Caraca, que matéria excelente. desde que implantaram esses motores híbridos, ainda não tinha conseguido compreender o funcionamento do MGU-K e MGU-H. Agora entendi, e notei como esses V6 são, de fato, uma maravilha da engenharia. Só poderiam berrar mais alto, mas, como dizem, não se pode ter tudo.

    • Valeu, Luigi. 😀

      Infelizmente é bem improvável que o som volte a ser alto como antigamente. Primeiro por causa do regime de giros do motor a combustão, limitado a 15000 rpm (o V10 chegava a bater 21000 rpm). Segundo porque o som fica abafado pelo turbocompressor e pelo MGU-H.

      Em 2016, até houve uma mudança na construção do escapamento para melhorar nesse sentido (o vídeo abaixo traz mais detalhes), mas ainda assim é pouco comparado aos V10 ou V8.

      Valeu pelo comentário! Abraços

      • castilho17

        pois é..
        o ronco, apesar de afetado pelo deslocamento do motor menor, muito foi perdido pelo regime de giros e pelo turbo que age como um obstaculo.. sem falar que som é energia que não ta virando movimento pro carro, provavelmente pouco, mas é alguma coisa..

        o negocio é que a F1 é absurda, tudo é superlativo, então o ruido dos V10 era tão fora do normal que qualquer coisa abaixo dele vvai parecer banal, mas ainda são carros de corrida com a elite dos pilotos, engenheiros e carros..

        • “sem falar que som é energia que não ta virando movimento pro carro”

          Exatamente! Hoje em dia a filosofia é em evitar ao máximo que isso aconteça, pois querem recuperar de todo jeito essa energia que era dissipada anteriormente. Ou seja, os carros devem continuar silenciosos. Abraços!