Quão Alto Pode Subir o Giro de um Motor de F1?

• Os motores atuais da F1 são limitados a 15.000 RPM pelas regras da FIA, mas normalmente operam entre 11.000 e 12.000 RPM para máxima eficiência.
• Os antigos motores V10 da F1 chegavam a girar além de 20.000 RPM, mas os híbridos modernos priorizam entrega de potência, fluxo de combustível e sustentabilidade.
• RPM, torque e potência trabalham juntos para otimizar aceleração, velocidade e confiabilidade do motor na Fórmula 1.

Os motores modernos da Fórmula 1 são limitados a no máximo 15.000 rotações por minuto (RPM) pelas regulamentações da FIA, embora a maioria das equipes normalmente opere entre 11.000 e 12.000 RPM durante as corridas para manter a eficiência de potência e combustível.

Em épocas anteriores, especialmente com os motores V10, os carros de F1 podiam ultrapassar 20.000 RPM, mas os avanços na tecnologia híbrida, restrições no fluxo de combustível e medidas de economia de custos reduziram esses limites.

As unidades turbo-híbridas V6 de 1.6 litros de hoje priorizam a entrega de potência, confiabilidade e sustentabilidade, em vez de apenas RPM extremos.

Quão alto pode realmente girar um motor de F1?

Há duas formas de responder a esta pergunta: o limite de giro imposto pela FIA atualmente e o potencial físico de giro dos motores de F1 quando sem restrições.

• Limite regulatório: Desde 2014, todas as unidades de potência da F1 são limitadas a 15.000 RPM. Em uso de corrida, elas normalmente operam entre 11.000 e 12.000 RPM devido ao fluxo de combustível e curvas de eficiência.
• Limite de engenharia: Historicamente, os motores podiam girar muito mais. Os V10 de 3,0 litros do início dos anos 2000 frequentemente ultrapassavam 19.000 RPM. Em desenvolvimento, algumas unidades chegaram a passar dos 20.000 RPM.

Um exemplo notável de ambição em engenharia veio da Cosworth. Para aperfeiçoar seu V10 no fim dos anos 1990, a Cosworth desenvolveu um motor protótipo monocilíndrico que girava até 20.000 RPM. Este “mule” de testes permitiu avaliar o comportamento de alto RPM, dinâmica de combustão e durabilidade dos componentes sem os custos de operar um motor completo de dez cilindros.

Principais insights técnicos:

• Mules de teste: A Cosworth usava motores monocilíndricos para simular as condições de um motor completo. Eram mais simples, baratos e rápidos de iterar.
• Fidelidade de RPM: Esses mules igualavam a taxa de giro dos motores completos, oferecendo dados precisos sobre cargas de estresse, comportamento do trem de válvulas e condições térmicas.
• Extrapolação de potência: O mule monocilíndrico de um V10 de 900 hp produzia 90 hp. Da mesma forma, um mule de três cilindros para o Aston Martin Valkyrie V12 de 1.000 hp gerava 250 hp, validando o modelo de escala.

Com esses números, é seguro supor que, se a Fórmula 1 remover as limitações de RPM, os fabricantes de motores certamente poderiam ultrapassar a marca atual de 15.000 RPM.

As equipes modernas da F1 ainda usam motores de teste em escala reduzida durante o desenvolvimento, especialmente ao trabalhar com configurações naturalmente aspiradas de alta rotação para aplicações de estrada ou protótipos. Essas técnicas continuam vitais para impulsionar o desempenho enquanto se gerencia custos e prazos.

Por que os carros de Fórmula 1 giram tão alto?

Os motores de Fórmula 1 giram em RPM extremamente altas porque mais rotações por minuto significam mais ciclos de combustão e, portanto, mais potência. A alta velocidade do motor permite que as equipes extraiam o máximo de desempenho de um motor compacto, respeitando os limites de cilindrada.

Veja como a potência é gerada em uma unidade de potência híbrida moderna da F1:

• Motor de Combustão Interna (ICE)
  O atual V6 turbinado de 1,6 litro gera potência por meio de ciclos rápidos de combustão. À medida que o combustível e o ar combustam dentro dos cilindros, os gases em expansão movem os pistões, girando o virabrequim. Quanto mais rápido o virabrequim gira (dentro de limites mecânicos seguros), mais potência é gerada por segundo.
• Alta RPM igual alta densidade de potência
  Como os motores de F1 são limitados a 1,6 litro, as equipes utilizam alta RPM para extrair a energia necessária para desempenho de elite. A 12.000 RPM, o motor completa 200 rotações por segundo, gerando potência excepcional de um pacote relativamente pequeno.
• MGU-K (Unidade Geradora de Motor – Cinética)
  Este motor recupera energia durante a frenagem, converte em energia elétrica e a armazena no Armazenador de Energia (ES). Pode então liberar até 120 kilowatts (160 hp) de potência adicional diretamente para o trem de força.
• MGU-H (Unidade Geradora de Motor – Calor)
  Esse sistema captura energia dos gases de escape do turbo e a envia ao MGU-K ou a armazena na bateria. Também mantém o turbo girando à velocidade ideal para reduzir o atraso. O MGU-H conecta-se ao eixo da turbina do turbo, transformando a energia térmica em eletricidade. A energia é enviada ao MGU-K ou armazenada para uso posterior.

Juntos, esses sistemas permitem que os carros de F1 combinem a potência de combustão de alta rotação com torque elétrico instantâneo. O resultado é aceleração explosiva, maior eficiência e recuperação de energia na frenagem e pelo calor, fatores essenciais para estratégia e engenharia modernas da Fórmula 1.

Como um motor de F1 produz tantos giros?

Virabrequim, caixa de câmbio e eixos trabalham juntos para mover os pistões para cima e para baixo nos cilindros de um motor, gerando potência. A energia é transferida para a pista através das rodas, e o carro de Fórmula 1 se move.

Velocidades mais baixas dos pistões significam menos estresse nas bielas e no virabrequim, além de maior capacidade de queimar menos combustível. Os motores podem ser significativamente mais barulhentos como resultado. Os veículos de Fórmula 1 geralmente possuem uma alta relação diâmetro/curso, resultando em alta saída de motor (e mais potência) bem como alta velocidade de rotação.

É típico que os carros de Fórmula 1 tenham uma razão de 2,5 entre o diâmetro e o curso. Em termos simples, a largura do pistão é 2,5 vezes maior do que a distância que ele percorre no cilindro. Se a câmara do pistão for mais larga, então válvulas maiores são necessárias. Isso aumenta significativamente o fluxo de ar e, portanto, melhora a combustão.

O que é torque e por que é importante na Fórmula 1?

Torque é a força rotacional que um motor produz para girar o virabrequim e, por fim, movimentar as rodas. Na Fórmula 1, torque é tão importante quanto potência, pois determina quanta velocidade o carro pode ganhar rapidamente, especialmente ao sair das curvas ou ao largar.

Veja como o torque interfere no desempenho da F1:

• Definição de Torque
  Medido em Newton-metros (Nm), torque representa a força de torção aplicada a um objeto giratório. Em um carro de F1, é a força que gira as rodas por meio da caixa de câmbio e dos eixos.
• Torque vs Potência
  Potência mede quão rápido o trabalho é realizado, enquanto o torque é a força que realiza o trabalho. Alto torque em baixas RPM ajuda na aceleração rápida, enquanto alta potência em altas RPM sustenta velocidade máxima. Os motores da F1 são ajustados para um equilíbrio entre ambos, maximizando dirigibilidade e entrega de potência.
• Importância nas Corridas
  Os motores modernos da F1 produzem torque máximo por volta de 10.500 a 11.500 RPM, onde a unidade de potência opera com maior eficiência. Saída de torque consistente nessa faixa dá aos pilotos resposta previsível ao acelerador, essencial nas saídas de curvas, ultrapassagens e em condições de tração limitada.
• Recuperação de Energia Aumenta o Torque
  O MGU-K adiciona até 160 cavalos de potência elétrica diretamente ao virabrequim. Essa força adicional é especialmente valiosa em zonas de aceleração e pode compensar quedas no torque do motor, ajudando a reduzir o turbo lag e melhorar a resposta.
• Relações de Marcha e Multiplicação de Torque
  Os carros de F1 usam uma caixa de câmbio de 8 marchas fixas (incluindo a ré), e as equipes selecionam as relações antes da temporada. Marchas mais baixas multiplicam o torque, permitindo aceleração explosiva, enquanto marchas mais altas favorecem a velocidade final. Os engenheiros otimizam essas relações para coincidir com a curva de torque do motor e as características de cada pista.

Em essência, torque é a força que move um carro de Fórmula 1. Sem ele, a alta rotação do motor seria inútil. Gerenciar e utilizar o torque de maneira eficaz é fator-chave no tempo de volta, tração e desgaste de pneus, tornando-se um foco central no design das unidades de potência da F1.

Quanta potência tem um carro de F1?

Um carro moderno de Fórmula 1 produz cerca de 1.050 cavalos de potência no total, combinando energia de combustão interna e elétrica.

Veja uma divisão de onde vem esse número:

• Motor de Combustão Interna (ICE)
  O V6 híbrido turboalimentado de 1,6 litro entrega aproximadamente 850 cavalos de potência por conta própria, dependendo do mapeamento do motor e do modo de combustível usado durante a corrida.
• MGU-K (Unidade Geradora de Motor – Cinética)
  Este motor elétrico recupera energia durante a frenagem e a redistribui diretamente para o trem de força. Pode fornecer até 120 kilowatts, equivalentes a cerca de 160 cavalos de potência, por um máximo de 33,3 segundos por volta.
• Saída Combinada Total
  Quando ambos os sistemas trabalham juntos, a potência total atinge algo entre 1.000 e 1.050 cavalos de potência, dependendo da pista, estratégia de uso de energia e condições climáticas.
• Modo de Classificação vs Corrida
  Nas classificações, as equipes costumam usar modos de potência mais agressivos para maximizar a saída em curtos períodos. Durante a corrida, a energia é gerenciada com mais cuidado para otimizar eficiência de combustível e vida útil da bateria, o que pode reduzir levemente o pico de potência ao longo de um trecho.
• Limitação do Fluxo de Combustível
  A potência também é influenciada pela restrição de fluxo de combustível da FIA de 100 quilogramas por hora, medida até um máximo de 10.500 RPM. Isso garante que a eficiência seja priorizada juntamente com o desempenho.

Embora a potência bruta impressione, os carros da Fórmula 1 dependem tanto quanto da recuperação de energia, gestão de torque, aerodinâmica e equilíbrio do chassi para transformar potência em tempo de volta.

Os motores modernos da Fórmula 1 são maravilhas da engenharia que equilibram desempenho extremo com limites regulatórios rígidos. Embora limitadas a 15.000 RPM, essas unidades de potência híbridas são ajustadas para entregar potência máxima entre 11.000 e 12.000 RPM, otimizando torque, fluxo de combustível e eficiência. Com um legado de V10s de alta rotação e a evolução dos sistemas de recuperação de energia, os motores atuais da F1 priorizam entrega confiável e gerenciamento avançado de potência em vez de rotação pura. Entender como RPM, torque e potência interagem proporciona uma visão mais profunda do que torna um carro de Fórmula 1 não apenas rápido, mas implacavelmente eficiente sob pressão.

Traduzido do artigo original em inglês “How High Can An F1 Engine Rev?“