Técnica – Ram Air – o que é, e como funciona?

By on 17 Dezembro, 2018

A teoria por detrás da aplicação de Ram Air, ou ar forçado, é simples: se um motor convencionalmente aspirado tem de gastar potência a sugar ar para que os carburadores – ou, mais modernamente, a injeção – possam atomizar a mistura gasolina-ar que irá encher os cilindros, um ganho útil de potência seria conseguido se esse ar, em vez de ter de ser sugado pelo motor, fosse comprimido para as admissões por um fator externo – no caso, normalmente, a pressão da deslocação de ar causada pelo próprio movimento da moto.

Como todos os motores modernos funcionam com caixas-de-ar, já que a exclusão de turbulências e filtragem do ar são partes importantes do processo, só tínhamos então de conseguir que o ar chegando a essa caixa-de-ar estivesse sob pressão para conseguir um aumento teórico do desempenho do motor: enchimento mais rápido dos cilindros, resultando num ciclo de admissão/compressão facilitado, subida de regime mais rápida, e em última análise mais potência… mas funciona assim?

Há uns anos que as tetracilíndricas japonesas utilizam, ou reclamam o uso, de sistemas Ram Air. Na sua forma vestigial mais rudimentar, tudo começou com a Suzuki GT250 de 1971, que trazia uma “tampa” perpendicular às aletas dos cilindros que forçava o ar a atravessá-las – neste caso, um Ram Air desenhado para ajudar a refrigeração a ar do modelo, sem pretensões a qualquer aumento de desempenho. Mas a moto dizia nos lados das cabeças do motor Ram Air System, por isso há que lhes dar crédito, no mínimo, pela invenção da expressão.

Desde então, com a escalada na procura de extrair maiores cavalagens dos motores das desportivas, fazer a caixa-de-ar funcionar sob pressão tornou-se uma forma de criar um incremento de potência com a vantagem de, como a deslocação de ar, e portanto a pressão exercida, aumentar exponencialmente à razão do quadrado da velocidade, o sistema é progressivo, ou seja, quanto mais velocidade, mais pressão é criada na caixa-de-ar e portanto, mais efeito Ram Air. Isto permite por sua vez aberturas maiores da admissão a admitir mais mistura gasolina /ar nos cilindros, resultando em maior velocidade de admissão da mistura. Ao realizar o ciclo de admissão mais depressa, todos os outros, compressão, ignição e escape podem por sua vez realizar-se mais rapidamente, dando mais rotações por minuto.

Como obviamente a potência de um motor de 4T depende não só da cilindrada mas do número de ciclos motores – quando se dá explosão – realizados por minuto, mais explosões equivalem a mais potência… desde que se verificasse uma outra condição: aumentar a capacidade de admissão de gás ao cilindro, através do incremento do diâmetro, ou quantidade, das válvulas. Daí a proliferação de motores de DOHC que atuam 2, e mesmo 3 grandes válvulas de admissão por cilindro, resultando no facto de que os motores DOHC são sempre mais rotativos e potentes que os seus homólogos SOHC, ou de árvore de excêntricos única.

Para fazer esse ar comprimido chegar à caixa-de-ar, as desportivas começaram a ter condutas da zona frontal, que corresponde a áreas de alta pressão por ser a zona onde a dianteira da moto encontra o ar em frente da moto em cheio, e onde ele pode, portanto, ser dirigido à máxima pressão para a admissão. Logo aqui, entram uma série de considerações em jogo: A entrada tem de ser o mais perpendicular possível à direção do movimento, e ir diminuindo gradualmente de diâmetro interno, para comprimir o fluxo de ar e aumentar a sua velocidade a caminho das admissões. Estas têm portanto de estreitar ao longo do seu comprimento, ou no mínimo manter o mesmo diâmetro.

As primeiras condutas pareciam uma improvisação

Qualquer alargamento corresponderia a uma desaceleração da velocidade do ar e consequente abaixamento da pressão, que como vimos, é o oposto do desejável. Ao mesmo tempo, com a precisão das modernas injeções e regimes altíssimos atingidos pelos motores desportivos atuais, já a chegar perto das 20.000 rpm, deixou de ser um trabalho empírico meramente comprimir a volume de ar da admissão na esperança que isso ajudasse à velocidade da combustão e logo, levasse a um incremento de potência. Havia que medir os valores volumétricos da admissão, para programar valores compatíveis de injeção de combustível a cada regime do motor.

A dificuldade está em medir o efeito, simulando os resultados de um fluxo de ar de 250 km/h, enquanto a moto é testada num dinamômetro estático. Em essência, a teoria por trás dos sistemas de indução forçada, como os usados, por exemplo, nas Kawasaki Ninja, é bastante simples e não tão distante da turbo-alimentação, apenas a um nível menos extremo. Uma moto viajando a alta velocidade está a empurrar um jato de ar pressurizado à frente. Se uma entrada de ar for colocada no local correto, o ar que entra na caixa-de-ar será comprimido e passa a estar a uma pressão maior que a pressão atmosférica. A carga de admissão resultante será mais densa e mais fria e conterá mais oxigénio e combustível, causando assim um maior impacto e, portanto, mais aceleração!

No entanto, existem limitações. A quantidade de mistura que se pode forçar através de um motor é finita. Imagine amarrar uma ZX-10RR em cima de um avião a jato e ligar o motor; o avião atingirá rapidamente uma velocidade em que o motor seria incapaz de utilizar o volume de mistura forçado a entrar nele através da caixa-de-ar. A partir daí, a velocidades muito altas, digamos, acima de 250 km/h, a teoria diz que o ar comprimido deveria funcionar com mais eficiência – mas a natureza do ar comprimido significa que são necessários grandes aumentos de potência para produzir aumentos relativamente pequenos na velocidade. Finalmente, comparado a um sistema de turbo alimentação, os aumentos na pressão são bastante baixos. Quão baixo?

Uma ZX-10RR da Kawasaki usa um sistema relativamente direto, comparado por exemplo com uma Honda CBR600. Em ambas, aberturas de ventilação montadas centralmente entre os faróis alimentam uma caixa-de-ar selada através de condutas que passam sobre, ou através, das vigas do quadro. Olhando de perto, podemos ver tubos menores que equalizam a pressão entre as borboletas – ou carburadores, num motor mais antigo, neste caso, ligados às cubas; sem eles, a pressão mais alta da carga que entrava perturbaria a carburação, potencialmente soprando combustível para fora e tendendo a empurrar o combustível de volta pelos gigleurs, causando uma mistura pobre, ou seja, com gasolina a menos.

A Kawasaki usa praticamente o mesmo sistema de ar comprimido em todas as suas máquinas. Para reproduzir os efeitos de deslocação a alta velocidade num dinamômetro estático, e portanto poder medir o efeito Ram Air, há que ligar a moto a um ventilador ou turbina capaz de produzir volumes relativamente pequenos de ar, mas a alta pressão. O ventilador liga-se através de tubos e acoplamentos feitos sob medida às entradas de ar, selando cuidadosamente as juntas para que nada se escape e se crie pressão mais facilmente.

Condutas verticais também ajudam à admissão da mistura

Assim, podemos medir as pressões geradas na caixa-de-ar à medida que bombeamos o ar pelas tubagens da moto, com um manómetro ou medidor de pressão. Com o manómetro, podemos medir a pressão até 30 milibares acima da pressão atmosférica. Um bar é aproximadamente equivalente à pressão atmosférica; um milibar (mb) é apenas um milésimo – 0,001 de um bar. Não muito em comparação com as pressões dos pneus, mas num motor turbo de 250 cv isso produz aproximadamente cinco cavalos a cada aumento de 70 milibares na pressão de impulso ou admissão – sugerindo que se fosse possível criar uma determinada pressão na caixa-de-ar, poderíamos estar a olhar para um aumento de 5 a 6 cavalos só devido ao Ram Air. De notar que a pressão de que falamos é a pressão acima da pressão atmosférica.

Um problema encontrado por este método é que, à medida que as borboletas abrem e o motor admite mistura, a pressão na caixa-de-ar cai. A observação sugeriu que, se a pressão da caixa-de-ar fosse ajustada para 10 mb em marcha lenta, então, no regime máximo à linha vermelha, o manómetro mostraria apenas 4 mb.

Mais importante, o nível de pressão de entrada em estrada seria relativo à velocidade da motocicleta. Se o airbox fosse pressurizado a 20mb a 250 km/h, seria correspondentemente menos pressurizado a 200 km/h e ainda menos a 100 km/h. Não há como reproduzir esse efeito no banco, mas se pudéssemos mostrar que uma pressão de ar de, digamos, 20mb, dava um impulso de 3 cv a certo ponto na faixa de rotação e se pudesse relacionar esse incremento às condições reais em estrada, teríamos uma boa ideia de qual seria a potência real extra criada.

O que os fabricantes descobriram por este método foi que cerca de 7 cavalos, e por vezes tanto como 10 ou 12, podiam ser criados por este método. Mais, como isto só ocorre em alta velocidade, não afetava as todo-importantes leituras que são utilizadas hoje em dia para medir níveis sonoros e de emissões de CO2, que claramente são realizadas com a moto estática, quando não há efeito Ram Air a ser criado por não haver deslocação de ar.

Assim podemos concluir o seguinte: pressurizar a airbox de uma desportiva definitivamente produz aumentos de potência. Estes aumentos são invisíveis sob testes normais, ocorrendo só na vida real quando a moto se desloca a alta velocidade. Assim, os fabricantes descobriram uma maneira útil de criar mais potência nos seus motores sem passar por aumentos de ruído ou poluição que tornariam esses motores difíceis de aprovar em vista das normas anti-poluição em vigor… o  modesto Ram Air acaba por ser uma ajuda considerável no desempenho de uma moto moderna.

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