F1 – Como funciona o KERS

O que é energia cinética?

A energia cinética de um objeto é a energia extra que ele possui devido ao seu movimento. Ela é definida como o trabalho necessário para acelerar um corpo de determinada massa do repouso até sua velocidade atual. Tendo ganho essa energia durante sua aceleração, o corpo mantém a energia cinética, a menos que sua velocidade mude. Um trabalho negativo da mesma magnitude seria preciso para que o corpo retornasse a um estado de repouso a partir daquela velocidade.

A energia cinética é semelhante à energia potencial. Quanto mais pesado o objeto e mais rápido ele se mover, mais energia cinética terá. Uma de suas características é que ela aumenta com a velocidade ao quadrado. Isso significa que se um carro estiver se movimentando duas vezes mais rápido, ele tem quatro vezes mais energia cinética.

Como funciona o KERS

Neste ano, a Fórmula 1 apresentou uma nova tecnologia, que, teoricamente, torna os carros mais ecologicamente corretos. O Sistema de Recuperação de Energia Cinética, ou KERS, é um dispositivo usado para converter parte da energia desperdiçada nas frenagens em energia de tipos mais úteis, que então pode ser utilizada para aumentar a potência dos carros.

Parece bastante complicado, mas não é. A física básica do KERS é explicada em quase todas as escolas de ensino médio. Tudo se baseia no fato de que a energia não pode ser criada ou destruída, mas pode ser convertida eternamente. Quando você dirige seu carro nas ruas, ele possui energia cinética; quando você freia, a maior parte dessa energia é convertida em calor (é por isso que os carros rápidos precisam manter seus freios frios).

Na maioria dos carros, a energia em forma de calor é desperdiçada, mas em um veículo equipado com o KERS, não é o caso. Quando o piloto freia, a maior parte da energia cinética (ou força rotacional) ainda é convertida em calor, mas uma parte é tratada de maneira diferente e armazenada no carro. Quando o piloto pressiona seu botão de impulso, essa energia armazenada é novamente convertida em energia cinética, e de acordo com o regulamento atual da Fórmula 1, pode proporcionar 85hp extras por pouco menos de sete segundos.

KERS eletrônico

Não há apenas um tipo de KERS, e sim vários. A firma italiana Magneti Marelli fornece um sistema eletrônico usado pelas equipes Red Bull, Toro Rosso, Ferrari, Renault e Toyota. Quando o carro freia, uma proporção da força rotacional é capturada por um motor elétrico/gerador (MGU) montado em uma extremidade do virabrequim do motor. Esse MGU converte a energia cinética em elétrica, que então é armazenada em baterias.

Quando o piloto pressiona o botão de impulso, a energia elétrica nas baterias faz o MGU funcionar, fornecendo os 85hp extras para o motor. É possível ouvir isso acontecendo pelas câmeras onboard, quando os giros do motor aumentam repentinamente durante alguns segundos, principalmente nas saídas de curva. O diagrama abaixo detalha o sistema da Marelli, e a foto seguinte mostra o MGU. Cada equipe tem uma especificação ligeiramente diferente do MGU – todas um pouco menores do que a exibida aqui, mas a construção é idêntica.

Sistema da Magneti Marelli

Um dos elementos mais difíceis do KERS eletrônico é como armazenar a energia elétrica. Várias equipes usam uma bateria de lítio, não muito diferente das utilizadas nos celulares (apenas maiores). Mas assim como a bateria do seu celular esquenta quando você a recarrega, vários carros equipados com o KERS possuem dutos adicionais para resfriar o sistema. No entanto, a BMW seguiu um caminho diferente, usando dispositivos conhecidos como super capacitores ao invés de baterias, que operam mais frios e são supostamente mais eficientes.

KERS eletro-mecânico

A Williams encarou o problema do armazenamento de energia de uma maneira totalmente diferente. Ao invés de adaptar baterias ou capacitores, a equipe optou por um grande volante. Esse volante, produzido em fibra de carbono com rolamentos de cerâmica e eixo de aço, é mantido em um compartimento com vácuo e ultrapassa os 100 mil giros. Nas frenagens, por meio de uma ligação dos semi-eixos com um gerador, ele se acelera, fazendo com que partículas magnéticas se incorporem ao material do volante e produzam corrente elétrica. Quando o piloto aperta o botão de impulso, o volante funciona como um gerador, enviando corrente ao motor elétrico auxiliar.

KERS da equipe Williams

KERS mecânico

Vários sistemas não elétricos também foram desenvolvidos para a Fórmula 1, com o mais notável sendo o Flybrid, projetado pelo ex-chefe de motores da Renault, Jon Hilton. O dispositivo também se baseia em um volante e opera de maneira completamente diferente dos sistemas eletrônico e da Williams. Acredita-se que McLaren e Force India investigaram soluções semelhantes. A McLaren também desenvolveu um KERS totalmente hidráulico em 1998 e o utilizou em testes antes de ser proibido pela FIA.