Como e por que a temperatura e a pressão atmosférica afetam a potência do motor

Escrito por richard rowe | Traduzido por marina pastore
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Como e por que a temperatura e a pressão atmosférica afetam a potência do motor
A temperatura e a pressão atmosférica afetam a potência do motor (Brand X Pictures/Brand X Pictures/Getty Images)

A potência se resume a colocar tanto oxigênio quanto possível dentro de um motor, e a temperatura e a pressão são a chave para a taxa de oxigênio no ar. É por este motivo que estes dois fatores são tão importantes quando se trata de testar e aprimorar motores. Também por esta razão operadores de dinamômetro inescrupulosos podem alterar muito os resultados de testes de potência ajustando levemente um dos dois fatores durante a inserção de dados.

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Que um motor gera energia queimando combustível é algo axiomático a esta altura, mas, para entender como a temperatura e a pressão afetam a potência, primeiro você deve entender o que é queimar. A queima como processo – também conhecido como combustão na química – é uma reação que envolve a combinação de um combustível com algum tipo de comburente (oxigênio ou uma substância contendo gás oxigênio) numa reação exotérmica, ou "que produz calor". A quantidade de combustível que pode queimar depende totalmente da quantidade de oxigênio presente, o que faz com que o meio do oxigênio – ar – seja o reagente limitante no evento da combustão.

Por que a pressão afeta a potência

O ar é muito leve, mas tem massa. Normalmente, nós não nos damos conta do peso do ar porque estamos acostumados a ele, mas uma coluna de ar de 500 km de altura, nos pressionando para baixo a partir de uma altitude elevada com a força da gravidade, de fato exerce bastante pressão - cerca de 14.7 psi no nível do mar. Mas este não é o fim da história porque, já que o ar como gás é compressível, os átomos de oxigênio em elevações mais baixas ficam mais próximos uns dos outros pelo peso do ar acima deles. O ar sob pressão mais alta contém mais moléculas de oxigênio por metro cúbico que o ar sob pressão mais baixa. Este é o princípio por trás dos supercompressores e turbocompressores. Aumente a pressão na entrada do motor e você eleva o número de moléculas de oxigênio que podem entrar pelas aberturas.

Por que a temperatura afeta a potência

A temperatura e a pressão têm uma ligação íntima em relação à densidade do oxigênio. A temperatura é, de fato, uma medida da energia cinética em escala molecular ou atômica. Quanto mais rápido átomos ou moléculas se movem, mais forte eles batem contra qualquer coisa que fique no caminho e mais energia eles transmitem. Nós chamamos o efeito líquido deste soco atômico de "calor". Se você pegar um dado volume de ar – com uma dada quantidade de energia térmica contida nele – e espremê-lo até que atinja metade de seu tamanho original, então toda aquela energia térmica fica concentrada numa área menor. Isto é a elevação de temperatura através de compressão. De maneira contrária, se você dobrar o calor em determinada área e der ao gás espaço para expandir-se, ele vai atingir mais ou menos duas vezes o volume anterior. Assim, o ar quente contém menos moléculas de oxigênio que o ar frio sob determinada pressão.

Como eles afetam a potência

Comece com a pressão, já que é o fator mais fácil de entender. Todos os motores aspirados normalmente são avaliados para produzir 100% de potência na pressão do nível do mar, que é 14.7 psi. Então, para determinar como uma elevação ou queda de 1 psi na pressão afeta a potência, você precisa apenas dividir 100 por 14.7 para conseguir uma porcentagem para cada psi. Isto resulta em um aumento de 6.80% na potência para cada elevação de 1 psi na pressão atmosférica e uma queda de 6.8% na potência para cada 1 psi abaixo de 14.7 (nível do mar ambiente). Mas isto é calculado presumindo que a temperatura se mantenha constante, o que não acontece quando se comprime ou descomprime um gás. Para cada aumento de 0,5 °C na temperatura de entrada acima de 25 °C (teste padrão de correção de temperatura SAE J1349), você pode esperar que a potência do motor caia cerca de 1% sob a mesma pressão atmosférica.

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