Conheça o complexo sistema de alimentação de combustível de um F1

terça-feira, 22 de março de 2022 às 15:48

Sistema de combustível num F1

A Red Bull teve problemas no sistema de alimentação de combustível no GP do Bahrain que nem eles sabem explicar ainda exatamente onde.

Nesse artigo, você vai entender a complexidade e o extremo sistema de combustível de um carro de Fórmula 1 e perceber quanta coisa pode dar errado no caminho do combustível da célula onde ele fica armazenado (tanque) até sua explosão dentro das câmaras de combustão, pré e principal.

Um grande consumo de combustível sempre foi considerado uma coisa boa no automobilismo, pois provava que um carro estava sendo conduzido no limite e essa visão ainda é compartilhada por muitos desavisados em todo o mundo.

Mas cada vez mais eficiência, energia limpa e sustentabilidade estão mudando a cara do automobilismo com tecnologia híbrida fornecendo cada vez mais potência para os carros.

As diversas categorias têm abordagens muito diferentes para o uso de combustível e como eles alimentam seus carros, mas é claro que esta é uma área do automobilismo que está passando por um grande processo de transformação.

Os carros de F1 podem usar no máximo 110 quilos de combustível para uma corrida de cerca de 305 km, mas nem sempre enchem o tanque completamente. Isso ocorre porque com quanto mais combustível um carro larga, mais pesado ele fica e mais tempo de volta isso custa.

A quantidade de combustível que um carro de F1 pode usar por corrida foi aumentada para 110 kg em 2019 para permitir que os pilotos forcem mais por mais tempo. A aerodinâmica na geração atual de carros aumenta o downforce vindo por baixo com teoricamente menos arrasto extra.

A economia de combustível, como tirar o pé do acelerador antes da zona de frenagem ao entrar nas curvas, bem como alterar as configurações do carro para diminuir o consumo de combustível, impede que os pilotos possam ir a todo vapor, neutralizando um pouco seu ritmo.

Desde 2014, os carros de F1 também contam com medidores de fluxo de combustível, monitorados pela FIA, para garantir que o motor não consuma combustível a mais de 100 kg por hora e o sensor verifica o fluxo 2.200 vezes por segundo. Na temporada 2020, em meio a controvérsias em torno da UP Ferrari, a FIA introduziu um segundo sensor de fluxo de combustível para policiar melhor as regras em torno do uso de combustível, com dados criptografados para garantir que as equipes não possam contornar as medições.

O regulamento da F1 teve um grande impulso para a eficiência de combustível nos últimos anos. Os motores atuais tem agora mais de 50% de eficiência térmica, o que significa que mais da metade da energia do combustível é usada para impulsionar o carro, o que representa um aumento de cerca de 44% em relação a 2014, quando esses motores foram introduzidos. Como um carro de rua normal atinge apenas cerca de 30% de eficiência térmica, isso demonstra os avanços impressionantes e sem precedentes da eficiência na F1.

Os elementos dos Sistemas de Recuperação de Energia (ERS) de um carro de F1 garantem que o máximo de energia residual seja recuperada, com o MGU-H coletando e implantando a energia desperdiçada do turbocompressor e o MGU-K recuperando a energia cinética residual do sistema de frenagem. Esse foco na eficiência é uma parte importante da relevância da F1 nos carros de rua. A limitação do combustível cria uma busca para fazer a energia dele aumentar cada vez mais, provocando avanços que beneficiarão a sociedade em geral.

Sistema de combustível da F1 é extremamente complexo

O sistema de combustível é um sistema-chave do carro na fronteira entre o chassi e as responsabilidades das equipes de motores – a equipe do chassi projeta e opera a célula de combustível e as bombas de succão e o coletor, e a equipe de motor assume a responsabilidade pela bomba de combustível principal, filtros e injetores .

A tarefa do sistema de combustível do motor é recuperar o combustível do tanque e entregá-lo ao motor onde é pulverizado nas trombetas para se misturar com o ar a caminho do cilindro, onde a mistura ar-combustível é inflamada para gerar energia. O combustível deve ser entregue aos injetores na pressão correta para que a quantidade injetada possa ser medida com precisão, de modo que o sistema de combustível é projetado para recuperar o combustível do tanque e aumentar e regular essa pressão por meio de uma bomba mecânica sofisticada.

O sistema de combustível começa com a célula de combustível (tanque), que está localizada dentro do monocoque atrás do piloto, mas na frente do motor, o ATL baseado em Milton Keynes fornece a maioria das equipes com isso (provavelmente todos, mas ninguém confirmará isso).

O tanque é uma grande bexiga flexível à prova de vazamentos feita de material balístico de nível militar para conter todo o combustível necessário para o carro durante uma corrida (110 kg no máximo ).

Célula combustível F1

As mangueiras de alimentação de combustível para o motor são equipadas com acoplamentos frangíveis de ruptura a seco, de modo que, se o motor e o chassi se separarem em um acidente, o combustível não pode vazar da mangueira quebrada, o que criaria um risco óbvio de incêndio conforme os acidentes onde o carro virava uma bola de fogo na década de 1970.

O combustível dentro da bexiga está sujeito a forças G fortíssimas laterais e longitudinais devido a curvas, aceleração e frenagem. O combustível, portanto, dança dentro do tanque, movendo-se de um lado para o outro e para frente e para trás. Como resultado, é complicado recuperar o combustível à medida que ele se move no tanque, principalmente em níveis baixos – imagine beber com um canudo da água batendo em uma bandeja em comparação com beber a mesma água com um canudo em uma garrafa!

O tanque, portanto, contém uma série de “bombas de sucção” de baixa pressão, normalmente 3 ou 4 delas, posicionadas para sugar o combustível dos cantos do tanque. Filtros na entrada dessas bombas as protegem de danos que podem ser causados por impurezas que podem ter entrado na célula de combustível. As bombas de sucção entregam a gasolina um recipiente menor dentro da célula de combustível conhecida como “coletor”, que normalmente tinham capacidade de 2,5 kg ou 3 litros. Hoje em dia, um máximo de 0,25 litros de combustível pode ser mantido fora da célula.

O coletor é pressurizado pelas bombas de sucção e contém combustível suficiente para alimentar a bomba principal continuamente, mesmo que o suprimento das bombas de sucção se torne intermitente quando o nível de combustível está baixo.

O próximo estágio é o coletor fornecer combustível a uma bomba de combustível acionada mecanicamente que, por sua vez, fornece combustível aos injetores. De fato, o papel da bomba principal pode ser comparado a uma lavadora de jato doméstica operada por um botão – ela pega água da torneira em baixa pressão e a entrega com pressão muito mais alta à lança de pulverização quando necessário, mas quando o botão não é empurrado nada é entregue. A bomba é de um fornecedor único da FIA, que atualmente é a italiana Magnetti Marelli.

A bomba é totalmente mecânica e deve ser protegida por um filtro fino na entrada. Esta bomba fornece um fluxo de combustível fundamentalmente proporcional à rotação do motor. O combustível consumido pelo motor também é aproximadamente proporcional ao RPM em aceleração máxima, mas em aceleração fechada, o motor não consome combustível. Para adequar o combustível fornecido ao combustível necessário, a bomba principal possui um mecanismo de deslocamento variável acionado por um sofisticado dispositivo regulador de pressão.

Depois de passar pela bomba e por um filtro final no trilho de combustível, o combustível é entregue aos injetores em alta pressão.

Todas as bombas de combustível que fornecem mais de 10barG, bombas de líquidos refrigerantes, bombas de óleo, bombas de limpeza, separadores óleo/ar e bombas hidráulicas devem ser acionados mecanicamente diretamente do motor e/ou MGU-K com relação de velocidade fixa.

Os injetores são – em linguagem técnica – válvulas solenoides eletromecânicas de precisão controladas pelo software. O hardware e software de controle é comum a todos os motores da F1, mas a calibração é livre dentro da faixa permitida pela FIA, que tem o limite de 100 kg / hora. O combustível é fornecido quando o solenóide é energizado, entregando-o em alta pressão no ar de admissão no momento exato do ciclo do motor para obter o enchimento do cilindro e a preparação da mistura ideal, promovendo uma combustão super eficiente e, portanto, melhorando o desempenho do motor.

Desde que os motores híbridos foram introduzidos, várias restrições ao desenvolvimento foram aplicadas. Além das mudanças de rotina devido ao desenvolvimento do carro ano a ano, o layout geral do sistema mudou pouco além da mudança no tamanho da célula de combustível para acomodar a proibição de reabastecimento desde 2010. Anteriormente, a célula de combustível poderia ser menor; contendo o combustível necessário entre os pit stops (digamos 70kg), mas agora deve ser grande o suficiente para conter 110 kg de combustível para toda uma corrida.

A célula maior destaca os problemas de recuperação do último combustível no tanque:

• O grande volume de combustível raso no nível baixo do tanque é mais difícil de recuperar pelas bombas de sucção

• A temperatura do combustível também é uma preocupação maior. O combustível é aquecido por condução e radiação do resto do carro – os escapamentos, o motor, etc. A temperatura mais alta do combustível reduz o desempenho do motor e também torna o combustível mais difícil de bombear pelas bombas de sucção.

Houve desenvolvimentos para superar esses desafios, incluindo mudanças no projeto do carro para reduzir a transferência de calor para o combustível, restrições adicionais na formulação do combustível e melhorias no projeto da célula de combustível e das bombas de sucção.

AS - www.autoracing.com.br

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