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Papo de Garagem Técnica

Dieta na faca: como aliviar o peso do seu carro – because race car, parte final

Uma garrafa de champagne para cada quilo extra removido. Foi com este saboroso desafio que Gérard Larrousse provocou os engenheiros de Weissach a levar ao extremo o já aliviado Porsche 911 S de competição, deixando-o ainda mais leve que os 911 R. O piloto (e futuro chefe de equipe) francês pagou com gosto onze rolhas do espumante, como recompensa de um Porsche 911 com nada menos que 789 kg na balança – este, aí embaixo, que tinha até mesmo abafadores (exigência da categoria) aliviados.

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Como dissemos no primeiro post desta série, aliviar o peso é a receita de preparação fundamental para qualquer veículo de competição ou de alta eficácia que se preze, pois é a única capaz de reduzir o consumo de combustível e de aumentar o desempenho de aceleração, de frenagem e de capacidade de contornar curvas, tudo ao mesmo tempo.

Por causa destes benefícios todos, a dieta automotiva é a obsessão definitiva dos engenheiros e construtores – resultando em muitas histórias incríveis como esta de cima, e em outras nem tão bonitas, como os violentos acidentes ocorridos com os pilotos da Lotus entre as décadas de 1950 e 1970 pelos excessos cometidos pelo genial projetista Colin Chapman, que acabava levando todos os componentes ao limite de sua resistência.

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A carta acima, escrita de Jochen Rindt para Colin Chapman foi nada menos que profética: nos treinos para o GP de Monza, em 5 de setembro de 1970, Rindt faleceu em um violento acidente na freada para a Parabolica, causado pelo colapso de uma das semi-árvores que faziam a conexão aos freios in board de seu Lotus 72C.

A evolução da tecnologia, dos materiais e processos de fabricação permitiu não só que muitas das técnicas de alívio antigamente restritas ao caríssimo mundo das pistas de corrida chegassem às ruas, como também possibilitou muitas outras novidades, seja no mundo das competições ou dos veículos de produção.

O vídeo acima mostra como o gerente de projetos da Mazda Shigeo Mizuno conseguiu aliviar 100 kg do hatch Mazda2 sem comprometer a resistência dos componentes. Começaram em cortes mais grossos, pela carroceria, depois pelo monobloco, o motor, a transmissão e os bancos, em ordem decrescente. Mizuno desafiou sua equipe a remover 30 kg da carroceria, 20 kg do monobloco, 10 kg do motor e assim por diante. A partir deste ponto é que o desafio mais ardido começou, pois da mesma forma que uma dieta humana, a curva de alívio não é linear: fica cada vez mais difícil perder peso. Para atingirem a meta, precisaram literalmente analisar todos os componentes do veículo, incluindo parafusos e porcas. A adoção dos aços de alta e de ultra alta resistência, que permitem chapas mais finas sem perda de resistência, combinado ao uso de chapas de espessura variável, foi bastante importante para a dieta no corpo do hatch. O Golf VII (a atual geração) também perdeu cerca de 100 kg com os mesmos princípios.

Neste post daremos uma pequena pincelada nas principais técnicas de alívio de peso utilizadas em carros de track day e de corrida em todo o mundo. Neste universo peso-pena, o céu é o limite – because race car –, portanto considere esta lista como a ponta de um iceberg virtualmente infinito. Não se esqueçam que parte importante destas técnicas já estão presentes no primeiro post.

 

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Componentes da carroceria em fibra de vidro ou fibra de carbono: basicamente todo componente removível da carroceria (capô, para-lamas dianteiros, portas, tampa do porta-malas e, em carros mais antigos, para-choques e suportes) pode ser substituído por um equivalente em fibra de vidro ou de fibra de carbono – e este último pode ser manufaturado em dois processos bastante distintos em resistência, preço e acabamento. Carros de corrida geralmente usam peças de fibra de carbono fabricadas no processo a seco (dry), no qual folhas delicadamente pré-impregnadas de uma resina com grafite em uma das faces são sobrepostas cuidadosamente sobre o molde, que posteriormente é selado a vácuo (garantindo máxima compactação e estruturação entre as camadas, além da remoção da resina excedente) durante o processo de cura, feita por algumas horas a algo entre 90ºC e 180ºC em uma autoclave.

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Este processo resulta em componentes até 60% mais leves, muito mais resistentes e de três a quatro vezes mais caro que as peças de fibra de carbono “úmidas” (wet), cujo processo se parece mais com a fabricação de peças de fibra de vidro, com aplicação manual de generosas camadas de resina entre as folhas e, em muitas ocasiões, sem o uso da bomba de vácuo e forno. No topo disso, muitas peças deste tipo na verdade são de fibra de vidro reforçadas com fibra de carbono. É basicamente esta a diferença de um capô “wet” de US$ 300 e um “dry” de US$ 3.000. Mas mesmo um componente “wet” já pesa, na média, metade da peça de lata original. No Brasil existem empresas que fazem peças reforçadas com fibra de carbono sob demanda, como a WM Carbon Fiber Composites.

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Carros de corrida geralmente dispensam replicar a folha estrutural interna do capô e da tampa traseira (como no exemplo acima à direita), o que alivia ainda mais o peso, mas reduz bastante a vida útil do componente, que eventualmente apresentará trincas nos pontos de fixação. No caso das peças de fibra de vidro, este sintoma aparece com certo aviso, mas a fibra de carbono, por ser extremamente rígida, geralmente entra em colapso quase sem aviso.

É difícil de se estimar o alívio de peso final com a troca de todos estes componentes, porque estamos falando de capôs, portas e para-choques fabricados em diversas dimensões, espessuras de chapa e materiais. Como referência, um muscle car de época perde, em média, entre 90 e 120 kg com toda esta dieta – usando fibra de vidro – somada aos acompanhamentos do tópico abaixo. Mas um hot hatch francês da década de 1990 dificilmente verá mais do que 40% deste número, pois suas peças originais já são leves.

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Curiosidade: o Lotus Elite Type 14, fabricado entre 1958 e 1963, tinha não apenas a carroceria, mas também o monobloco fabricado em fibra de vidro. Seu peso? 503 kg!

 

Acompanhamentos: se você tem um capô ou tampa traseira lightweight, não vai precisar dos amortecedores ou molas que os sustentam abertos (até porque suas cargas foram dimensionadas para as peças originais, muito mais pesadas: caso os mantenha, você ou vai quebrar o capô ou não vai conseguir fechá-lo!), e com isso você pode perder entre 2,5 e 5 kg na soma total. Mesmo que se mantenha as portas de lata, um carro de corrida com gaiola evidentemente não precisa da borrachas de isolamento, de folha interna, da barra de reforço contra impactos laterais dentro das portas, nem de máquinas de vidros e dos pesados sistemas de abertura de porta, trocando este último por um cabo de aço e as janelas por lexan – e lá se vão algo entre 10 e 15 kg por porta.

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No caso de cupês sem molduras em torno das janelas, serão necessárias molduras (geralmente de alumínio) para que o lexan não envergue para fora com a pressão aerodinâmica. Muitas categorias exigem o uso de para-brisas, permitindo a substituição de todo o restante da área envidraçada. Não são raros alívios entre 15 e 20 kg nesta operação, lembrando que os vidros ficam em uma posição elevada em relação ao centro de gravidade.

 

Acid dipping: uma equipe vencedora não precisa “apenas” de dinheiro, pilotos velozes e preparadores extremamente competentes. Precisa saber ler o regulamento e nele enxergar todas as brechas que existem, buscando chegar o mais próximo da ilegalidade possível – deixando a hipocrisia de lado, muitos vencedores na verdade entram na ilegalidade, desde que ela não possa ser identificada tão facilmente.

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Embora fosse uma técnica já conhecida no campo aeroespacial e no mundo da arrancada, o acid dipping ficou famoso no mundo do automobilismo com o Camaro Penske-Sunoco, pilotado por Mark Donohue na categoria de circuito mistos Trans Am a partir de 1967, que exigia que a carroceria fosse toda de metal original de fábrica. As equipes mergulhavam o monobloco e os painéis da carroceria em um banho de ácido nítrico ou muriático aquecido, por muitas horas, que corroía e afinava as paredes do metal, resultando em um conjunto mais leve (e mais suscetível a trincos e outros tipos de fratura, não só pela perda de espessura, mas pela porosidade que o metal acabava assumindo). Tecnicamente, o metal ainda era o mesmo estampado na fábrica, não é mesmo? Depois disso a carcaça era lavada com uma mistura de água com ácido fosfórico para protegê-la da ferrugem.

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Na primeira prova de 1970, disputada em Laguna Seca, o novíssimo Challenger T/A de Sam Posey chegou ao ponto mais extremo. Após o veículo ser aprovado pelo chefe de inspeções John Taminus, a equipe ofereceu uma lata de cerveja ao fiscal – because race car (na verdade, porque era uma outra época mesmo). Depois do primeiro gole, Taminus apoiou os covotelos no teto do Dodge e se deparou com um teto amassado instantaneamente. Em apenas uma hora, a equipe teve de se deslocar até uma concessionária em Monterey, serrar o teto de um Challenger novinho (com autorização da Dodge) e instalá-lo às pressas no carro de corrida.

Pouco tempo depois, o SCCA introduziu a regra do peso mínimo, o que não fez muita diferença: o banho ácido continuava valendo a pena, pois o peso mínimo era atingido colocando lastros em pontos específicos do veículo, melhorando a sua distribuição de peso e baixando o centro de gravidade.

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Hoje em dia, a técnica do banho ácido é utilizada, com outras composições e concentrações, principalmente para a remoção de ferruagem da carroceria na restauração de carros antigos.

Usar o acid dipping no automobilismo hoje em dia não compensa por uma série de razões: primeiro, as chapas dos veículos já ficaram bem mais finas, então o potencial de remoção de material ficou bem menor e, por fim, os órgãos reguladores estão cada vez mais rigorosos em seus métodos. Além de lacres em componentes como motores e transmissões, dependendo da categoria, são analisadas as espessuras das chapas dos carros por sorteio. Foi assim que descobriram o banho ácido no carro de Nascar da equipe Red Bull, após a prova de Martinsville de 2008. Mas não existe muita dúvida de que em categorias como a Historic Trans Am e a Touring Car Masters, ao menos componentes como quadros de suspensão, carcaças de transmissão, portas e capôs passam por um tratamento básico…

 

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Vidros mais finos: não exatamente uma prática do automobilismo (são raras as categorias que exigem o uso de vidro nas janelas e vigia), o emprego de vidros entre 1 e 1,2 mm mais finos apareceu várias vezes na história em esportivos especiais de rua, como o Dodge Hemi Dart, o Subaru Impreza WRX STi RA, o BMW M3 CSL E46 e a Ferrari 599 GTO. Em boa parte dos casos, a fornecedora foi a Corning Glass, que também é a fabricante do famoso Gorilla Glass que equipa boa parte dos smartphones.

 

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Powertrain: não raramente, um kit turbo completo, com intercooler, dutos, coletor, válvulas e turbina, passa dos 40 kg. Um compressor mecânico de um V8 com intercooler e fluido pode passar dos 60 kg adicionais. Tudo ali, pendurado no nariz do carro. O mesmo raciocínio precisa ser feito em relação à família de motor que você irá usar. Esta é uma das razões pelas quais o LS7 do Chevrolet Corvette ficou tão famoso: embora seja um V8, ele é extremamente compacto e relativamente barato (para o mundo do automobilismo, claro) e leve. Se o seu negócio são quatro cilindros, pesquise o peso do conjunto: muitas vezes um carro leve acaba sendo prejudicado por um swap para um bloco muito pesado, especialmente quando é de ferro fundido e com paredes grossas.

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Vale lembrar que na parte anterior desta série falamos sobre o emprego de peças de alumínio em componentes como cabeçotes, coletores de admissão, volante do motor e afins. No limite da coisa, há quem use carcaças de câmbio e de diferencial de alumínio. Esta aí em cima, feita pela própria Mopar para os muscle cars dos anos dourados, é 14 kg mais leve que a de produção convencional.

 

Subchassi tubular: o quadro de suspensão é aquele grande componente metálico que em muitos carros intermedia as peças da suspensão com o monobloco. Como ele precisa suportar pancadas do tipo decolagens em lombadas, porradas em guias e crateras lunares, o subchassi é um dos componentes mais superdimensionados de um veículo, com chapa estampada de espessura comparável à do próprio monobloco e frequentemente pesa algo entre 15 e 30 kg, dependendo do modelo e da época.

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Unindo o útil ao agradável, carros de competição e de track day mais sofisticados largam mão desta peça pesada e adotam subchassis tubulares, que podem ser até 50% mais leves. Aproveitando o ensejo, geralmente eles são acompanhados de bandejas tubulares, seja de aço ou de alumínio, reguláveis e com geometria adicional de cáster e de cambagem já pré-definidas com ângulos diferenciados destes componentes. Em casos mais exóticos, também são adotadas mangas de eixo de alumínio e molas de compósitos.

 

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Cortes de painéis e furos com serra copo e furadeiras, parafusos e porcas de materiais nobres: fazer do seu carro de track day ou de corrida um queijo suíço é uma das medidas mais antigas e econômicas para alívio de peso, embora tenha suas limitações em termos de eficácia. Isso porque obviamente você não vai poder furar nenhum componente estrutural do monobloco – assoalho, colunas, parede corta-fogo, painel de ancoragem dos amortecedores – que são justamente os pontos nos quais a chapa é mais grossa. Vira e mexe aparece alguém que fez estes furos nas chapas internas da coluna C ou no assoalho, sempre com consequências catastróficas em termos de rigidez torcional.

Os locais mais grossos onde você vai conseguir dar o toque de Emmentaler são a estrutura interna do capô e da tampa traseira e os painéis internos das portas – isso considerando uma categoria que exija o uso de lataria original e que o regulamento permita tais furos. Senão, faz muito mais sentido adotar as peças de fibra de vidro ou de carbono, já dispensando a face interna. Lógico que, se você somar todos os furos feitos em cada dobradiça, maçaneta, suportes, pedais e painéis internos não estruturais da lataria, você vai conseguir chegar a alguns (poucos) quilos. Gram strategy! Dentro desta mesma filosofia, é bastante comum carros de corrida empregarem porcas e parafusos de titânio ou de alumínio.

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Espelhos retrovisores: no dia em que você estiver numa estrada vazia, coloque sua mão para fora da janela a 130 km/h, de forma que ela fique perpendicular ao chão. Este murro aerodinâmico é mais ou menos o que os espelhos retrovisores do seu carro causam em termos de arrasto no veículo, e é por isso que os espelhos são um dos elementos mais detestados por aerodinamicistas. Pois mesmo que sua face tenha forma de gota, a parte traseira (onde fica o espelho) é um enorme formador de arrasto por deslocamento de camada aerodinâmica e formação de zona de baixa pressão.

Além disso, um espelho original pesa lá o seu quilinho e meio. É por tudo isso junto que carros de corrida usam espelhos de corrida de fibra de carbono do tamanho de uma orelha de Pitbull. Apenas tenha certeza sobre como regulá-los antes de fazer o que Gerhard Berger fez no vídeo acima.

 

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Alívio na pintura e remoção de bate-pedra: defletores térmicos e acabamento emborrachado no assoalho (o famoso bate-pedra) são completamente dispensáveis em um carro de pista e podem render algo entre 3 e 5 kg a menos na balança – e seguramente é um dos trabalhos mais sofríveis que alguém pode fazer em um veículo. Indo além na conta, carros de corrida frequentemente apresentam apenas o fundo primer no assoalho, no cofre do motor e na cabine, reduzindo o peso em mais alguns punhados.

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A McLaren é uma das equipes que mais exige de seu fornecedor de tintas – no caso, a Sikkens AkzoNobel – materiais que consigam uma ótima cobertura com menos demãos, resultando em ótimo acabamento com o menor peso possível. Com isso, para a temporada de 2009 a AkzoNobel conseguiu economizar 2 kg na balança dos carros de Ron Dennis – nos termos de Gérard Larrousse, um par de garrafas de champagne! Esta tecnologia também foi empregada nos veículos de rua da marca, mas claro, com uma camada um pouco mais generosa de tinta nos monopostos.

 

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Esculpindo pixels: a história da pintura da McLaren é somente uma de tantas histórias incríveis relacionadas ao alívio de peso. No Museu da Porsche, localizado em Stuttgart, há uma pequena porção deles. Acima à esquerda temos o tanque de combustível do Porsche 909 Bergspyder Racer, 1968, que para dispensar o peso da bomba de combustível adotou esta solução de bola pressurizada. À direita, o virabrequim do flat-12 do Porsche 917, feito de titânio em vez de aço, o que reduziu o seu peso para 13 kg – dez quilos a menos.

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É também muito famosa a manopla de câmbio de madeira balsa, usada nos protótipos de Stuttgart como o 908 e o 917, pesando apenas 18 gramas. Menos conhecida, a solução dos raios ocos e estruturados do Porsche Turbo 993 trouxe a redução de gramas precisos na massa não-suspensa.

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O Porsche 917 também ficou famoso por duas soluções extremas: a gaiola de alumínio de parede extremamente fina – os engenheiros de Weissach pressurizavam a gaiola para que ela tivesse resistência estrutural e o piloto podia descobrir o nível de risco que ele corria no caso de um acidente por um manômetro instalado na própria gaiola. Por fim, o simultaneamente mais irrelevante e profundo toque de preparação do 917: a chave perfurada. Irrelevante em termos funcionais, ela atua como o ícone da filosofia usada em cada poro de um dos carros de competição mais letais e incríveis de todos os tempos.

 

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