PISTÕES DE CARBONO PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

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Pistão fabricado em fibra de carbono, mais resistente e que gera benefícios ao motor (arcticinsider.com)

Em um tópico passado sobre discos de freio cerâmicos discutido aqui no Ae surgiu o questionamento de nossos leitores sobre o uso de materiais compósitos para componentes internos de motores. Uma aplicação já real e desenvolvida é o caso dos pistões de carbono refratário. Este tipo de material surgiu nos anos 1960 para ser usado no revestimento do bico de mísseis e do ônibus espacial (Space Shuttle) devido às suas propriedades de alta resistência ao calor.

A história dos pistões de carbono parece ter vindo de uma parceria entre o a Força Aérea Americana e a Nasa. Um modelo de avião militar tinha problemas com superaquecimento e falha nos pistões, e um engenheiro da Nasa, que também era piloto de corrida amador, tinha bom conhecimento de motores e foi o responsável pelo desenvolvimento.

A função do pistão em um motor de combustão interna é, basicamente, transferir a energia da queima do combustível para a árvore de manivelas, o famoso virabrequim. Quando ocorre a queima do combustível atomizado dentro da câmara de combustão, os gases em expansão geram uma grande pressão na cabeça do pistão, que está exposta aos gases. Esta pressão é convertida em força (pressão x área de uma superfície = força) que empurra o pistão para baixo, e através da biela, faz o virabrequim girar.

Os pistões tradicionais são metálicos, hoje em dia a grande maioria em ligas de alumínio, principalmente pelas suas propriedades mecânicas e pela forma de fabricação. Basicamente, um pistão é fundido (ou forjado, dependendo da aplicação e esforços sobre ele) e depois usinado para acabamento. O alumínio tem uma boa relação de peso e resistência, é mais leve que o aço e hoje em dia já é capaz de suportar os esforços de um motor tranqüilamente.

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Pistão simples fabricado em fibra de carbono

A transferência de calor através do pistão é outro fator importante, pois o seu ajuste em relação ao cilindro é bem justo para evitar vazamentos e perda de pressão na câmara, e as altas temperaturas do cilindro fazem com que os componentes internos tenham variações de medidas por expansão térmica. A temperatura é um dos maiores contribuintes para problemas em pistões. Uma construção irregular ou uma falha de projeto podem causar um ponto que acumula temperatura, diminuindo a resistência mecânica do pistão e levando até a falha. Uma falha comum em um pistão é o derretimento da superfície, o que chamam de pistão furado, e uma vez iniciado, a falha ocorre inevitavelmente, podendo até levar à perda do motor.

O pistão precisa ser resistente, mas também precisa ser leve. Como ele está sempre em movimento cíclico, com constante aceleração variável, uma massa maior significa que gasta-se mais energia para que ele acelere, e isso faz com que o motor seja menos eficiente. Já houve um ganho quando foi adotado o alumínio no lugar do aço em termos de peso, mas ainda poderia ser melhorado.

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Modelo de pistão já desenvolvido

Com o uso do material de carbono, o projeto do pistão pode ser muito melhor aproveitado. Em primeiro lugar, o carbono é bem mais estável termicamente que os metais, então ele pouco é afetado pelas altas temperaturas que existem dentro de um motor. Com pouca variação dimensional quando aquecido, o pistão de carbono pode ser feito mais justo no cilindro. Isto permite que haja menos vazamento pelas laterais do pistão, o que pode reduzir em até 50% o consumo de óleo e a passagem dos gases (blow-by) e até 30% a emissão de HC (hidrocarbonetos) em partida a frio e quase 50% a emissão de CO (monóxido de carbono).

Os pistões de carbono também possuem uma melhor característica de lubrificação, ou seja, são mais eficientes em termos de atrito com outros componentes, o que ajuda a melhorar um pouco e eficiência mecânica do motor. Pode-se dizer que eles são autolubrificantes, de acordo com os fabricantes. Menor atritio significa sempre menos perda de energia, e conseqüentemente melhor eficiência.

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Gráfico de resistência mecânica em função da temperatura, onde o carbono é mais estável que o alumínio

 

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Gráfico de torque em função da velocidade do motor, para um motor dois-tempos monocilíndrico

Talvez a principal vantagem seja a massa reduzida em relação aos metálicos. A densidade do material é aproximadamente 30% menor que a densidade do alumínio, o que quer dizer que o pistão acaba sendo praticametne 30% mais leve que o similar. Em testes feitos pela Mercedes-Benz nos anos 1980, com um motor quatro-cilindros de um modelo 190 E, foi possível ver que isso melhora em até 5% o rendimento do motor e o consumo de combustível. Com o pistão mais leve, é preciso de menos combustível queimado para acelerá-lo, e a energia gerada na explosão é melhor aproveitada pelo motor.

A resistência mecânica do carbono não é afetada pela temperatura da peça como seria em um pistão metálico. Isso quer dizer que o motor pode trabalhar com uma carga maior e o pistão não vai sofrer degradação como um de alumínio ou aço. É uma condição mais favorável para o motor (especialmente os dois-tempos, de carga térmica maior). Se fosse usado em um motor de corrida, por exemplo, significa que poderia ser extraída mais potência sem o risco do pistão furar.

O problema do pistão de carbono é o alto custo de fabricação, o que o torna inviável para a produção em série. É um processo caro e demorado, pois passa por diversas etapas de tratamento a altas temperaturas, variando de 1.000 °C a até 3.000 °C, e isto consome muita energia, e custa caro. Uma espécie de massa é feita nestes processos a quente que depois é  injetada em moldes para formar o pistão. Este pistão então é tratado para atingir as propriedades mecânicas necessárias, e ajustado para que receba corretamente os anéis de vedação e o pino de montagem da biela.

Assim como a fibra de carbono usada em carrocerias hoje em dia, que está mais acessível, os pistões podem ser viáveis em um futuro não muito distante. É um investimento que pode compensar em breve, pois as normas regulatórias de emissões estão cada vez mais rígidas, e uma hora será necessário extrair o máximo de todos os componentes do motor para evitar a emissão de poluentes, e as reduções encontradas nos testes com os pistões de carbono mostram que são um bom contribuinte para tal redução. O custo de um pistão de aluminio convencional nos anos 1990 era estimado em US$ 5, enquanto que um pistão de carbono custaria US$ 200. Estes valores já devem ter evoluído ao longo dos anos.

As possíveis aplicações deste tipo de tecnologia podem favorecer diversas frentes, desde os carros mais sofisticados, carros de corrida, até os carros comuns. Alguns usos aproveitariam mais as características que melhoram as quantidades de poluentes emitidos, enquanto que outros fariam proveito do possível ganho de potência que se pode extrair, trabalhando com o motor em uma condição mais crítica, e que os pistões suportariam. Quem sabe um dia não teremos estes pistões em uso regular nos nosso carros de rua?

MB

Fotos: schunk.com

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Pistões montados prontos para uso (niamareisser.com)

Sobre o Autor

Milton Belli

Engenheiro mecânico automobilístico e atualmente trabalhando na engenharia de um dos grandes fabricantes de veículos norte-americanos. Adora competições e aspectos técnicos de carros de corrida, temas principais de suas postagens.

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  • F A

    Ele é proibido na F-1?

    • Domingos

      É. A F1 há uns 15 anos é mera manutenção de aparências e os carros do ano passado freqüentemente foram mais lentos que um carro da Fórmula 3 se não me engano.

      Os motores só podem serem feitos de alumínio e algumas poucas ligas aprovadas, que são quase o que se usa na maioria dos carros de rua hoje em dia…

  • Angelito

    Quem fabrica esse tipo de pistão hoje em dia?

  • Fabio Vicente

    Para este pistão ter maior eficiência, os anéis também teriam que ser de carbono certo? Ou neste caso a interferência seria mínima?
    Outra pergunta: pensando em redução de custos e aumento de eficiência, apenas revestir o corpo do pistão com carbono não seria suficiente para obter uma maior eficiência térmica em relação ao pistão comum?

    • Domingos

      Boa pergunta. E me parece que alguns já fazem isso do revestimento.

    • braulio

      Fábio, acho que aí entra o mesmo problema dos discos de freio: Como a dilatação térmica é diferente,ou se faz a peça inteira, ou não se faz nada, senão a peça vai ter problemas em alguma faixa de temperaturas.

  • V_T_G

    Muito interessante! Não tinha ciencia desta possibilidade para o carbono pois o grafite tem alta resistência térmica mas baixa resistência mecânica, o compósito tem a resina que é termicamente vulnerável e os nanotubos ainda padecem de escala. Este material seria viável em camisas e cabeçotes? Imaginem diminuir a restrição da mistura estequiometrica na marcha lenta!

    Em relação a vedação, ela não é feita pelos anéis de segmento?

  • José Rodrigues

    Muito interessante mesmo. E outras partes móveis do motor, como bielas e virabrequim, também não poderiam ser feitos desse material, diminuindo ainda mais a inércia?

  • francisco greche junior

    Realmente impressionante.

  • Lauro Manhães

    MB, grande matéria. Parabéns.
    Esses pistões são usados na F1 ou em outra categoria de elite?
    Daria para aplicar a mesma tecnologia e os mesmos princípios nas demais peças móveis do motor, como bielas e árvore de manivelas?

  • Transitando

    Bom! E parece semelhante, porém com maior resistência, ao “Forged Composite” (Callaway Golf e Lamborghini) utilizado no Lamborghini Sesto Elemento.

    A temperatura e o tempo de cura (e tempo total até a peça estar pronta para uso) é que encarece demais estes componentes, nem tanto a matéria-prima (assim como as cerâmicas com carbono ou silício), uma pena. O processo de fabricação é mais versátil e rápido do que o trabalho direto com as fibras. Imaginem o quão barato é fabricar componentes por processo de injeção.

    Estes novos materiais compostos (base cerâmica ou polimérica) devem ser aplicados com cautela, por conta das características de ductibilidade. Alguns complicam demais a manutenção onde ela precisa ser facilitada. Exemplo, um diagnóstico rápido em elementos da suspensão de um veículo. Como visualmente não é possível detectar deformação (fragilidade) antes de possível ruptura, aquilo que pode parecer seguro pode estar prestes a ser o agente causador de um iminente acidente – ainda não existe Adamantium ou Vibranium

    Cada macaco no seu galho, ou melhor, cada material com sua aplicação.

    Lembrei-me de uns quadros de bicicleta em plástico reforçado por fibra de carbono que carecem de tantos cuidados de manuseio como se fossem de vidro – em nome da leveza, alguns são fabricados ao cúmulo da fragilidade, sejam quebras por pancadas (“bateu-quebrou”), ou até mesmo torção acima do “limite projetado” (baixíssimo). Os melhores possuem aviso para limite de peso e tipo de uso, quase sempre ignorados; nem o vendedor avisa, e tão pouco o usuário lê o material de instrução e recomendação (geralmente limite de 110 kg para uso “leve” – no máximo o esforço típico de uso em algo como um Cross Country em baixa velocidade e pouco acidentado).

    Existem casos de ciclistas utilizando equipamento de ponta, só que não são avisados que devem ser para atletas de ponta (peso “comedido”), e pior quando é para um tipo de modalidade (esforço) e usam noutro. Aí pegam um terreno ruim, ou ou jogo de corpo mais vigoroso e… aquilo quebra de vez (não existe aviso para este tipo de material), deixando embaixo dele algo bem complicado para qualquer “gosto” e tipo de bun…

    É, para este tipo de aplicação (bicicletas) eu prefiro algo que entorte (ou até mesmo “rasgue”) aos poucos quando exposto ao limite de resistência mecânica, pois é mais fácil de “sentir o cheiro de mer… no ar” e evitar algo mais trágico.

    • braulio

      Vou ter que discordar duas vezes: Suspensões em fibra de carbono são mais eficientes que as metálicas: Menos massa não-suspensa para a mesma resistência, maior resistência térmica, resultando em conforto e estabilidade melhores (a um custo exorbitante, é verdade…). Não é à toa que a fórmula-1 usa a fibra de carbono há anos em suas suspensões. O segundo ponto de discórdia é que braços metálicos de suspensão não “avisam” quando vão quebrar: Se amassaram e saíram da especificação, devem ser trocados e pronto. A vantagem está apenas em conseguir chegar rodando a uma oficina. De um modo ou de outro, as buchas “vão para o espaço” muito antes dos bracos, e a troca é feita normalmente por prevenção (trocar de tempos em tempos, com base em estatísticas e recomendações de fabricante), ou por oportunismo (do sujeito que dá um alinhamento de brinde e troca a suspensão inteira do carro, uma prática comum em oficinas e que atende pelo jargão jurídico de “estelionato”). Raramente uma bandeja é trocada porque quebra.
      Quanto às bicicletas, há três fatores a considerar: Por ser um material caro, os fabricantes têm subdimensionado seus produtos, fazendo deles mais leves, porém menos resistentes do que deveriam ser. Não há legislações de segurança tão rígidas para a indústria de bicicletas quanto para a automotiva, então, desde que o cliente possa ser avisado, não chega a ser criminoso reduzir o limite de segurança desse produto (não disse que é uma coisa boa, só que não é crime). O segundo fator é que os clientes costumam abusar, principalmente se compram um produto caríssimo com tecnologia de última geração e fama de indestrutível. Por fim, há o fator de que essas considerações são genéricas. Provavelmente há bicicletas de fibra de carbono com limites de resistência muito acima dos possíveis para o aço. Não ficaria surpreso se a maioria delas fosse feita assim e só ficássemos sabendo das que não são, justamente pelos problemas causados.

    • Existem muitos requerimentos nas engenharias das indústrias que diz que os componentes de suspensão não devem se romper, em caso de impacto, justamente para que não se perca a roda e o controle do veículo. E fibra de carbono quebra, não entorta, logo é um problema neste ponto de vista.

  • REAL POWER

    Existe também novos estudos em relação ao uso de magnésio como liga principal na fabricação de pistão. O uso em motores de competição com regulamento focado em melhor eficiência e aproveitamento de energia deve ser o impulso inicial para o uso de pistões de magnésio, principalmente as provas de longa duração. Foram testados no passado em motores de competição, mas abandonados pois seus benefícios não tinham maior impacto em relação aos resultados com pistões de alumínio.Não era relevante diminuir consumo em um carro de competição. Mas buscando aproveitar ao máximo o combustível, fica inevitável o aumento da temperatura do pistão, que por sua vez transfere pelos anéis para o cilindro/bloco. Nesse caso o magnésio é melhor que o alumínio. Tolerando mais temperatura e transferindo menos. Um pistão de magnésio pode ser 50% mais leve, que um pistão em alumínio,mesmo que seja estruturalmente mais reforçado para atingir mesmo nível de resistência. Penso que depois de novos testes, não deve demorar muito para pistões de magnésio serem utilizado em motores de linha.

  • Lorenzo Frigerio

    Sugiro, a você ou ao MAO, ou ao AAD, um artigo sobre a empresa britânica Ricardo, responsável por grandes inovações no desenho de motores. Uma delas, que eu sei, foi incorporada pela Chrysler nos anos 20, em que as velas, que eram montadas sobre a válvula de escape, ninguém sabe por quê, foram movidas para o centro do cilindro para evitar detonação.

    • Domingos

      Essa empresa já fez câmbios para a F1 recentemente (para as equipes pequenas). É um centro de pesquisa e consultoria em engenharia de excelência há muito tempo.

      Fez o escape das novas 911 também, se não me engano (a parte do projeto acústico).

    • Procure na internet o livro sobre motores escrito pelo próprio Ricardo, nos anos 20 ou 30 (não me lembro ao certo). É uma bíblia!

  • Rodrigo R.

    Fascinante! Agora me pergunto: seria possível outras peças (bloco, cabeçote, principalmente) de carbono também? A redução de peso seria impressionante!

  • CharlesAle

    Interessante, mas inviável pelo seu alto custo! Creio que é o mesmo caso dos pistões de cerâmica.Não foram além de pesquisas!!!

  • Ilbirs

    Talvez essa ideia possa vir a se beneficiar da iniciativa que já está em curso, capitaneada pela BMW, de tornar a produção da fibra de carbono bem mais barata do que atualmente o é, algo que já está sendo aplicado no i3 e no i8. Claro que aqui há o problema de como tornar suficientemente resistente uma fibra de carbono barata aplicada em um motor, uma vez que estamos falando de uma parte que sempre irá se mover, ao contrário dos painéis de carroceria, que no máximo sofrem torção.
    Achei interessante também o tal lance da característica de lubrificação da peça em questão, o que muito me lembra o famoso lance de usar grafite para lubrificar fechaduras. Já que é carbono, a lógica seria mais ou menos a mesma. Creio eu que daria para reduzir bem a capacidade dos cárteres de carros que usassem esse motor. Também imagino que o próprio desgaste (mínimo) desses pistões ao subir e descer em um bloco fariam também algo semelhante ao que faz o pó de grafite na fechadura, sendo assim uma espécie de limalha do bem. De repente, 3 l de óleo acabariam sendo suficientes para motores com litragem bem maior que a média de até 2 l de cilindrada (que costumam girar nessa capacidade de lubrificante, podendo em alguns casos chegar a 4 ou 4,5 l de algo com marcas Lubrax, Mobil, Shell ou outras).

    Também consigo imaginar válvulas e comandos feitos de fibra de carbono ou mesmo coisas menores, como sedes de válvulas praticamente indevassáveis (com certeza donos de BMW com motores N20 adorariam que isso já existisse). No caso de comandos, e considerando-se as capacidades do material em questão, quem sabe daria para eliminar os balancins e voltar ao acionamento direto de válvulas pelos lóbulos, podendo aí eliminar inclusive parte da altura de um bloco (em boxers daria para pensar em algo menos projetado para as laterais).
    Já que se falou em ganhos de economia de combustível por uso de peças termicamente mais estáveis, poderíamos pensar também em motores com capacidades parecidas com as dos atuais, mas mais potentes (ou mesmo bem mais potentes) que conseguissem consumos que hoje em dia só são possíveis se você for um paranormal daqueles que consegue fazer carros grandes e pesados rodarem mais de 15 km/l na estrada graças a técnicas diversas. Também consigo imaginar a possibilidade de o comportamento dos aceleradores eletrônicos ser linear em vez de aquela coisa que fica acelerada mesmo que você tire o pé do pedal, uma vez que a peça suporta bem trancos muito mais fortes.

    Também podemos pensar em uma era em que retornam os motores 2 tempos, uma vez que as peças suportam bem mais temperatura. Poderíamos imaginar unidades sem roda-livre, gerando assim ganhos de segurança dos bons e condução o mais próximo possível à de um bom motor de quatro tempos. Considerando-se que unidades modernas de tal ciclo usam injeção direta e assim evitam a mistura de óleo com combustível, estaríamos em uma situação muito boa para a ressurreição de tal tipo de propulsor.
    Essa é uma tecnologia que seria boa de inicialmente ser usada em competições. Já que há brechas no regulamento da F1 que na prática acabam com o congelamento do desenvolvimento dos motores, poderia ser uma chance de ouro para testar esse tipo de tecnologia em um campo de altíssima exigência. No uso de rua, tenho também a impressão de que veremos primeiro esses pistões ultramodernos sendo usados inicialmente pelos preparadores, uma vez que estamos falando de peças que aguentam bem mais tranco e apresentam outras vantagens. Dependendo de um possível barateamento da fibra de carbono a reboque do processo que a BMW está promovendo para carrocerias, poderíamos também pensar nesses pistões no mercado de reposição e retífica, sendo na prática peças bem superiores às OEM e praticamente decretando que aquela troca de peças será a última, uma vez que daria para imaginar propulsores bem mais duráveis que os atuais. Só fico aqui pensando em como ficou esse Mercedes 190E cobaia com tais pistões. Creio que ficou ótimo.

    • Existem projetos de blocos de motores cerâmicos e também de carbono, é um ponto a se pensar de toda forma!

  • André K

    Excelente, MB! É triste como algumas coisas demoram a evoluir nos dias de hoje, considerando os recursos (computador) disponíveis! “Uma aplicação já real e desenvolvida é o caso dos pistões de carbono refratário. Este tipo de material surgiu nos anos 1960…” ou seja, há quase 60 anos, e ainda não está disponível com relativa facilidade. Chegamos à lua praticamente com a régua de cálculo. Os alemães fizeram voar as V2 nas dificuldades de uma guerra, projetando, testando e produzindo sem ajuda de computadores, ou seja, sem simulação de cenários, sem modelos virtuais, sem nada disso. Parece que as facilidades de hoje dificultam em vez de ajudar…

  • AlexandreR

    já pensou um motor totalmente feito de fibra de carbono ??? adeus retificas… hehehhe ótimo texto, vcs do autoentusiastas sao muito fod…;-)

  • Fernando

    Excelente post MB!

    Mas no aquecimento, por ele ter uma menor variação por dilatação, o cilindro não aumenta bem mais que o pistão em diâmetro?

    Imagino o problema ser custo, mas camisas de carbono também contribuiriam bastante para redução de atrito e vida útil longa. Ainda hoje o custo é tão proibitivo?

    • Ambas as partes dilatam, porém o pistão tem menos massa e é o componente móvel, então a variação total dos diâmetros é menor.

  • RoadV8Runner

    Mesmo havendo uma ordem de grandeza de 40x a mais no custo do pistão de carbono, para aplicações em competições que envolvem protótipos de alta tecnologia (Fórmula 1 e WEC, por exemplo), vejo que o uso de tais pistões seria totalmente justificável. Quando vi o título do texto, de cara me veio à mente os ganhos em redução de peso e resistência ao calor extremo. Curioso ninguém das pistas ter se interessado em desenvolver um motor atual, usando pistões de carbono. Você sabe se alguém continua pesquisando em mais detalhes o assunto?

    • Em alguns regulamentos há indicação de qual tipo de material os componentes do motor devem ser feitos, além do fato de que a resistência em funcionamento normal ainda está sendo aprimorada. Em um motor de competição, não se podem dar o luxo de arriscar uma falha, então a menos que esteja 100% certo, não vão colocar em prática.

  • Antonio Ancesa do Amaral

    Só espero que esteja vivo para viver este futuro próximo, se os ajuste são mais refinados e houvesse também o bloco do motor feito com o mesmo material, não haveria dilatação e aquecimento da câmara de explosão, resultando em mais eficiência e menos poluição.

  • braulio

    Resta apenas imaginar um superesportivo equipado com esses pistões…

  • cleyton faria

    Extremamente interessante, não sabia dessa aplicação para a fibra de carbono, outro uso de materiais alternativos é cerâmica, não sei sobre o desenvolvimento desse material, mas um dos primeiros a pensar nisso foi John DeLorean, para o DMC 12.

  • Bikentusiasta

    Dei uma olhada no documento da Nasa sobre este pistão e faltou no post o gráfico da curva de torque para o motor de 4 tempos. Nesse gráfico mostra que o valor do pistão de carbono não justifica sua utilização, uma vez que os resultados não se mostraram melhores do que o pistão de alumínio, pelo menos no quesito torque.

    Para que tiver curiosidade deixo o link do documento:

    http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940031440.pdf

    • V_T_G

      Bacana o documento, obrigado por compartilhar. Vi no texto que eles não fizeram qualquer tipo de ajuste na mistura e acredito que uma mistura mais pobre (mais quente) poderia apresentar um incremento de eficiência embora gerando menor potencia.

  • Hellmann

    Milton, saberia dizer qual é o motivo para o motor equipado com o pistão de carbono ter menos torque em baixas rotações do que o com o pistão convencional?

    • Ainda não consegui entender bem essa diferença, também chamou minha atenção.

      • Eduardo Z. Novelletto

        Pode ser que tenha a ver com o peso do pistão em si. P=F/A, mas lembrem-se que esta é a força total FT = FG + FP, onde FG é a força dos gases e FP, a força peso do pistão. Esta última é dada pela fórmula FP = mp*g (mp massa, g aceleração da gravidade). Sendo assim, para uma mesma força proveniente da queima, a força resultante seria menor. Logo, a produção de torque no eixo é menor. Porém, existiria benefício em altas rotações, além é claro dos já previamente citados na matéria!

  • Cadu

    Bem interessante a matéria, nunca tinha ouvido falar em pistões de compósito
    Há algum veículo que os utiliza? Fórmula 1 ou algum esportivo de alto desempenho?

    • Thiago Bordignon

      Também pensei na F1! Com tudo que foi exposto pelo Milton acredito que a F1 já usou ou usa esse tipo de cilindro. Afinal, ali dinheiro não é prolem.

    • Por enquanto não são usados, mas em breve deve haver grandes chances de carros de ponta aderirem à tecnologia.

  • V12 for life

    Me parece que tem um erro na legenda da segunda foto, o material tem características de grafite, e não fibra, ambos são derivados de carbono, mas a fibra por ter plásticos em sua composição não tem a mesma resistência ao calor que o grafite, que é carbono puro, devido a essa característica da fibra a Mercedes utilizou um revestimento cerâmico, nos pontos de contato do motor e em outros lugares suscetíveis a temperatura muito elevadas no SLR McLaren.

  • Transitando

    Corroborastes com os dois pontos conforme comentei.

    Em primeiro lugar, os braços de suspensão que amassam (avisam antes da fratura/ruptura total):
    Sim, existem diversas vantagens dinâmicas e mecânicas em utilizar elementos em PRFC, mas o ambiente de competição é um, e o da rua é outro. Em competição podem se dar o luxo de descartar um componente ainda bom por precaução, e quem sabe ainda podem analisar e calcular as forças de impacto por meio de sensores (telemetria). Porém para os carros de rua é tal como eu comentei, complicam a manutenção comum. Um impacto mais forte e não terás como saber se foi acima da especificação do material ou não, exceto se o mesmo fraturar/romper, vai precisar trocar por precaução (talvez desnecessariamente) – exceto se o mesmo for feito excedendo e muito as especificações atuais utilizadas em elementos metálicos: assim se tudo ao redor e metálico sofrer avaria, mesmo que o componente em PRFC aparente bom, descarta-se com maior segurança (ninguém em oficina comum terá equipamentos para realizar ensaios que certifiquem a integridade estrutural de componente em PRFC).
    E mais um ponto: é possível estragar as buchas e ter os braços metálicos em perfeitas condições – ainda mais se as buchas já tiverem um bom tempo de uso (próximo da meia-idade).
    Como disse, é muito mais fácil trabalhar com ligas que sejam leves, mas ao mesmo tempo “avisem” que sofreram qualquer mau-trato em revisão visual. Até mesmo algumas ligas metálicas com base em alumínio são complicadas, exigindo ensaios mais complexos, mais nisto podem ser utilizadas onde são conhecidos e esperados esforços comuns referenciais para o projeto. E quando forem utilizados onde um esforços fora do comum puderem ocorrer, são logo descartados quando algo extraordinário ocorre, mesmo que visualmente pareçam bons.
    Ainda assim, existem problemas praticamente invisíveis que podem ocorrer em lugares onde os esforços são conhecidos, pois até mesmo uma falha na construção ou especificação do projeto pode aparecer com algum tempo de uso, e por isto existem ensaios para analise. Nunca vi oficina mecânica realizar ensaio por líquido penetrante, por partículas magnéticas, ou por ultrassom – e por isto muitos compram até mesmo motores usados que apresentam falhas não esperadas para o esforço utilizado (variação não esperada). Isto também eleva os custos de manutenção, e dependendo do componente, faz-se o teste no uso (trocando-o no prazo padrão ao invés de antecipar), ou faz-se logo o descarte da opção para evitar maior prejuízo.

    E sobre as bicicletas:
    Tanto as pessoas não respeitam as especificações de uso (somente os mais renomados deixam explicito em seus manuais – mas geralmente os vendedores não avisam, e talvez nem saibam). Conto nos dedos os fabricantes que colocam avisos sobre limite máximo de peso e ainda recomendam não utilizar para modalidade não destinada.

    E a moda dos ciclistas é gastar dinheiro com tudo que é mais leve (não é apenas pela vantagem da leveza – é para colocar na balança e provar que a dele é 20 g mais leve que a do “amigo concorrente” / briga de ego), e após pesar voltarem com penduricalhos nelas ou nos próprios ciclistas (elevando o peso) – o que são 50 g? Vai também colocar uma garrafa com 180 ml ao invés de uma mochila de hidratação com 500 ml, e correr o risco de ficar desidratado? Se passar uma semana alimentando-se com cuidado consegue-se perder muito mais peso “no conjunto”.
    Muitos facilitam, colocam componentes de ciclismo de asfalto em “Mountain Bikes” (tipicamente os canotes de selim), e depois pagam o preço, seja de um novo componente após fratura do material, ou até mesmo a conta do hospital.
    Baixo peso é bom, mas precisa existir bom senso. O problema é que bom senso é geralmente algo individual ou de grupo, e o que pode parecer exagero ao olhar mais crítico e responsável, pode paracer vulgar aos olhos dos que fazem parte daquele grupo dos que querem perder gramas não para brigar contra o relógio da competição esportiva, mas contra balança da competição de ego do grupo.

    Quantas bicicletas caríssimas que não suportam uma queda do suporte do teto do carro e acabam trincando e até mesmo acabando com um buraco, como se fossem feitas de “massa para biscoito”. E quantos olhares de desespero ao o mecânico não respeitar o torque de aperto (acostumado com as ligas metálicas que são mais tolerantes e resilientes) e terminam por quebrar os componentes; até mesmo “graxa especial” deve ser utilizada quando da união de dois componentes em PRFC, para que exista atrito de contato entre os componentes e o torque de aperto seja menor (sem esta “graxa” não é incomum o torque necessário para firme fixação ficar longe do limite de fratura/ruptura).

    É disto que estamos falando, do mundo real. Onde nem sempre especificações são respeitadas, onde nem sempre recomendações são fornecidas, onde nem sempre as pessoas recebem instrução dos vendedores, e onde nem mesmo elas possuem conhecimento mais específico sobre o que estão comprando. Por vezes até mesmo reclamam que os componentes duram muito pouco – querem que componentes leves e voltados para competição durem o mesmo tempo que os de uso “comum”. É como quem compra pneu para uso esportivo automotivo e depois vai reclamar que durou pouco no “uso comum” (dia-a-dia nas cidades); certos equipamento os usuários concordam em pagar-se preço elevado pelo alto desempenho porém para apenas um curto tempo de uso.

    Não vamos comparar os braços de suspensão de um carro de Fórmula 1 com o PRFC das coisas do dia-a-dia: cada qual teu seu preço, seu custo de fabricação, seu modo de uso, e modos de verificação de integridade (ou modelos de descarte). O orçamento do usuário comum não é o mesmo do de uma equipe de competição.
    E aqui no Brasil, tudo complica: é tudo mais caro, a manutenção não possui o padrão técnico elevado e até mesmo ferramental adequado, e as condições de uso (calor, “terreno” e “blend de combustíveis” fora de especificação) exigem ainda mais dos componentes.

  • Há algumas empresas de tecnologia que fabricam, mas não em larga escala. Uma delas é a Schunk, de uma das fotos do post.

  • Estes pistões usam até os anéis originais dos equivalentes de metal, mas em regra usam anéis metálicos, pois o anel precisa de uma flexibilidade para a montagem, o que o carbono não tem.

  • Sim, a vedação é por anéis como em um pistão comum, porém com sua eficiência elevada.

  • Existem algumas bielas que são reforçadas com fios de fibra de carbono para aumentar a resistência à tração, feitas para pesquisa. Tenho um documento sobre elas, vou procurar para ilustrar.

  • RoadV8Runner

    Obrigado pela resposta. Era o que eu desconfiava, ainda haver risco de quebra dos pistões de carbono refratário, visto que tal material é susceptível a fratura frágil. Mas é torcer para que um dia sejam disponíveis em maior escala.

  • Victor

    Dilatação térmica do pistão x cilindro, talvez