Imagem de Aerodynamics Research Revolutionizes Truck Design / NASA
A National Aeronautics and Space Administration (Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço), ou NASA, é conhecida mundialmente pelo trabalho de mais de 60 anos para conquistar o espaço. Porém, além desse trabalho, a agência também é responsável pela melhoria da aerodinâmica dos caminhões.
Tudo começou com um pesquisador do Dryden Flight Research Center, chamado de Edwin J. Saltzman, que pedalava pelo deserto da Califórnia, em conjunto com uma equipe de engenheiros na Virgínia.
Edwin J. Saltzman era engenheiro aeroespacial de profissão e ciclista nas horas vagas, e uma vez pedalando pelo deserto, no ano de 1973, notou que os caminhões o empurravam e puxavam com o deslocamento de ar.
De acordo com ele, quando o caminhão o ultrapassou em alta velocidade, ele primeiro sentiu a onda de ar empurrando-o ligeiramente para longe da estrada e em direção ao guarda corpo da via; quando o caminhão passou, seu fluxo de ar teve o efeito oposto, puxando-o em direção à estrada e até mesmo fazendo com que o ciclista e a bicicleta se inclinassem em direção à faixa da rodovia.
Isso acontece pela quantidade de ar que um caminhão desloca ao se mover em alta velocidade por uma rodovia.
Quanto maior o veículo e mais rápido ele se move, mais ar ele empurra para frente. Para um caminhão grande, isso pode significar uma superfície particularmente grande movendo uma grande quantidade de ar em alta velocidade — sua dianteira cria uma zona de alta pressão.
Esse ar deslocado deve ir para algum lugar, espalhando-se pela cabine em vórtices giratórios. O ar que viaja ao longo da lateral se move de forma irregular, aderindo e se separando, e às vezes se dissipando no ar ao redor. No final da cabine ou do implemento, o efeito oposto da zona de alta pressão na frente se desenvolve; o fluxo de ar é confrontado com uma curva abrupta que ele não consegue negociar, e uma zona de baixa pressão se desenvolve.
A alta pressão na frente, o ar turvo ao lado e sob o veículo e a baixa pressão na parte traseira se combinam para gerar considerável arrasto aerodinâmico. Um estudo publicado na Automotive Engineering em agosto de 1975 descobriu que um conjunto formado por um cavalo mecânico e carreta se movendo a 55 milhas por hora (88 km/h) deslocava até 18 toneladas de ar para cada milha percorrida (1,6 km). Em tais casos, aproximadamente metade da potência do caminhão é necessária apenas para superar esse arrasto aerodinâmico.
Depois de analisar tudo, o engenheiro refletiu sobre maneiras de reduzir a alta pressão dianteira e o vácuo parcial de arrasto, e resolveu ajudar os caminhões a deslizar pelo ar em vez de empurrá-lo e, no processo, diminuir o arrasto e aumentar a eficiência de combustível.
Os colegas da NASA em Dryden estavam trabalhando nos efeitos do arrasto e da resistência do vento em diferentes tipos de aeronaves e nos primeiros projetos de ônibus espaciais, então eles transferiram seu conhecimento considerável para o projeto de grandes caminhões.
Vários veículos foram modificados pelos engenheiros. Inicialmente, uma van foi deixada totalmente quadrada, com painéis de alumínio. Depois, o design foi sendo suavizado e analisado.
Os engenheiros de Dryden mediram o arrasto básico do veículo, que parecia uma caixa de sapato complemente reta, e então começaram a modificar o formato da van: primeiro arredondando os cantos verticais dianteiros, depois as bordas inferior e superior da frente, depois as bordas da extremidade traseira e, finalmente, selando toda a parte inferior da van, incluindo os espaços das rodas, com testes executados após cada modificação.
Arredondar todas as quatro bordas dianteiras produziu uma redução de arrasto de 52%, enquanto selar a parte inferior do veículo rendeu outros 7%. Os engenheiros estimaram o ganho potencial em economia de combustível entre 15 e 25% em velocidades de rodovia.
Durante vários anos, outros testes foram sendo realizados, para determinar quais ajustes no formato dos caminhões reduziram o arrasto aerodinâmico e melhoraram a eficiência.
A equipe alugou e modificou um cavalo mecânico cara-chata, o design de cabine dominante da época, de uma empresa do sul da Califórnia. As modificações incluíram arredondar os cantos e bordas da cabine em formato de caixa com chapa metálica, colocar uma carenagem lisa no teto da cabine e estender as laterais de volta para o reboque.
Arredondar os cantos verticais na parte frontal e traseira da cabine reduziu o arrasto em 40%, enquanto diminuiu o volume interno da cabine em apenas 1,3%. Da mesma forma, arredondar os cantos verticais e horizontais cortou o arrasto em 54%, com uma perda de 3% do volume interno.
Fechar o espaço entre a cabine e o implemento resultou em uma redução significativa no arrasto e 20 a 25% menos consumo de combustível. Um segundo grupo de testes adicionou uma parte inferior da carroceria com carenagens e uma cauda de barco, o último recurso resultando em uma redução de arrasto de cerca de 15%. Assumindo uma quilometragem anual de 160.000 dirigida por um caminhoneiro em rodovias, essas reduções de arrasto se traduziriam em economia de combustível de até 15 mil litros de diesel por ano.
Estudos subsequentes foram realizados para também reduzir o arrasto aerodinâmico lateral do conjunto e da traseira do caminhão.
Os testes feitos pela NASA também foi crucial para mudanças na legislação nos anos 1980, fazendo com que os caminhões com cabine sobre o motor, os famosos cara-chata, perdessem a dominância no mercado, o que permitiu a volta dos caminhões com cabine convencional.
Os caminhões bicudos são muitos mais eficientes em aerodinâmica, por isso, o Surface Transportation Assistance Act, de 1982, passou a exigir mudanças nas leis estaduais para permitir caminhões com cabines mais longas.
Naquela época, os caminhões cara-chata correspondiam a 65% das vendas da Peterbilt, e, até 2004, praticamente já haviam desaparecido das operações rodoviárias de longas distâncias nos Estados Unidos.
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