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O Que é potência e Cavalo Vapor?

Mas, o que é potência e o que ela significa em termos de desempenho? Neste artigo iremos saber o que é potência exatamente e como você pode aplicá-la no seu dia-a-dia.

A potência é expressa em cavalos-vapor (cv). O termo original é horsepower - cavalo de força, numa tradução livre - e foi criado pelo engenheiro James Watt. Watt viveu de 1736 a 1819, tornando-se mais conhecido pelas melhorias que introduziu nas máquinas a vapor. Podemos nos lembrar dele sempre que mencionarmos as lâmpadas de 60 watts.

O fato é que Watt trabalhava com seus cavalos içando carvão de uma mina e queria transmitir a idéia da potência disponível de um desses animais. Terminou descobrindo que os cavalos da mina eram capazes de executar, em média, 22.000 pés-libra (3.044 quilogramas.metro, ou kg.m) de trabalho em um minuto. Ele deu então um acréscimo de 50% nesse número e determinou que um cavalo-vapor é equivalente a 33.000 pés-libra de trabalho (4.566 kg.m) em um minuto. Esta é a unidade arbitrária de medida que permaneceu válida durante séculos e que hoje consta do seu carro, cortador de grama, motosserra e em alguns casos, até mesmo de seu aspirador de pó.

O que potência significa, segundo Watt, é: um cavalo pode executar 4.566 kg.m de trabalho a cada minuto. Imagine então um cavalo içando o carvão de uma mina, como mostrado acima. Um cavalo que exerça um cavalo-vapor pode içar 152,2 kg de carvão a 30 m em 1 minuto, ou 456,6 kg a 10 m nesse mesmo minuto. Pode-se combinar à vontade o peso levantado e a altura para levantá-lo. Desde que o produto resulte em 4.566 kg.m em 1 minuto, temos um cavalo-vapor.

Pode lhe ocorrer de não querer carregar o balde com 4,566 kg de carvão e mandar o cavalo andar meio metro em 1 minuto, porque o cavalo não aguentaria peso tão grande. Ou ainda pensar que o cavalo não poderia andar 10 m em 1 minuto carregando 0,5 kg, uma vez que isso seria equivalente a percorrer 600 km em uma hora e os cavalos não são capazes disso. Entretanto, basta consultar Como funciona o sistema de roldana, para perceber que as polias combinadas são capazes de conciliar facilmente peso percebido por distância por meio de um arranjo de polias. Poderíamos criar assim um sistema de polias combinadas que proporcionasse um peso confortável para o cavalo a uma velocidade confortável, não importa qual o peso real do balde.

Os cavalos-vapor também podem ser convertidos em outras unidades. Por exemplo:

Um cavalo-vapor é equivalente a 735,5 watts. De modo que se um cavalo pudesse andar em uma esteira sem fim desenvolvendo 1 cavalo-vapor, seria possível funcionar um gerador produzindo continuamente 735,5 watts.

Um cavalo-vapor durante uma hora equivale a 2,64 megajoules. Um aquecedor elétrico funcionando uma hora com 735,5 watts é capaz de produzir 2,64 megajoules (onde um joule é o trabalho realizado por uma força constante de 1 newton que desloca seu ponto de aplicação de 1 metro na direção da força).

Uma BTU (unidade de calor britânica) é igual a 1.055 joules, ou 252 calorias-grama ou a 0,252 calorias de alimentos. Pode-se presumir que um cavalo que produzisse 1 cavalo-vapor queimaria 641calorias em uma hora, se tivesse uma eficiência de 100%.

Nesse artigo, você aprenderá tudo sobre potência e o que ela significa em relação às máquinas.

Como se mede a potência

Se desejarmos saber quantos cavalos-vapor tem um motor, colocamos o motor num dinamômetro. Um dinamômetro impõe uma carga ao motor e mede a quantidade de potência que o motor pode produzir contra essa carga. Essa carga nada mais é do que um freio, que pode ser hidráulico ou elétrico.

Os passos a seguir dão uma idéia de como funciona um dinamômetro. Imagine o que aconteceria se ligássemos o motor do carro, colocássemos o câmbio em ponto-morto e acelerássemos tudo. O motor alcançaria uma rotação tão rápida que poderia vir a se despedaçar. Como isto deve ser evitado, além de não servir para nada, podemos, no dinamômetro, aplicar uma carga ao motor com o acelerador todo aberto e medir que carga ele pode vencer em diferentes rotações. Podemos ligar o motor, acelerá-lo ao máximo e, com o dinamômetro, manter a carga no motor, digamos, a 7.000 rpm. Nesse ponto podemos registrar a carga máxima com a qual o motor pode funcionar nessa rotação. A partir daí podemos aplicar mais carga, diminuir a rotação do motor para 6.500rpm e tomar nota da carga. A seguir poderíamos aplicar a carga adicional necessária para que a rotação fosse reduzida para 6.000 rpm e assim sucessivamente. Seria também possível fazer o mesmo começando com 500 ou 1.000rpm e funcionar no sentido inverso, aumentando a rotação. O que os dinamômetros realmente medem é o torque (em newtons.metro, Nm) e para converter torque em cavalo-vapor basta multiplicarmos em Nm por rpm e dividirmos por 7.025,9.

Torque

Imagine uma chave inglesa com 0,5m de cabo e a aplicação de uma força de 2 newtons nesse cabo. Estamos apenas aplicando um torque, ou uma força de rotação de 1 newton.metro (ou seja, o momento de uma força de 1 newton a 1 metro de sua linha de ação) ao parafuso. Poderíamos conseguir o mesmo 1 Nm de torque se aplicássemos 10 N a um cabo de 0,1 m, ou 0,1 N a um cabo de 10 m.

Da mesma forma, conectando-se uma árvore a um motor, o motor pode aplicar um torque à árvore. O dinamômetro serve para medir esse torque. Pode-se facilmente converter torque em cavalo-vapor, basta multiplicar o torque por rpm e dividir por 7.025,9.

Ainda se lê bastante nas revistas e nos sites da Internet o torque em metro.quilograma-força (m.kgf), em que 1m.kgf corresponde a 9,81 Nm. Se você tiver torque em m.kgf e quiser convertê-lo em cv, multiplique-o por rpm e divida-o por 716,2.

Como se faz um gráfico de potência

Se você plotar potência desenvolvida versus as rotações do motor, consegue a curva da potência do motor. A curva de potência (cv) típica para um motor de alto desempenho pode ter a aparência aqui mostrada:

O que um gráfico como esse salienta é que qualquer motor tem uma potência de pico, ou seja, uma rotação em que a potência produzida pelo motor é a maior possível. O motor tem também um torque de pico a uma rpm específica. Muitas vezes vemos em uma revista ou brochura a expressão: "320 cv a 6500 rpm, 393 Nm de torque a 5000 rpm" (dados do Shelby Series 1 1999). Muitas pessoas dizem que um certo motor tem "muito torque em baixa", querendo significar que o torque máximo ocorre a uma rotação razoavelmente baixa, 2 mil a 3 mil rpm.

Também podemos ver com a curva de potência em que ponto ela é máxima. Quando se tenta obter a maior aceleração possível, procura-se deixar o motor próximo desse ponto, mostrado na curva. Essa é a razão pela qual muitas vezes se reduz marcha para retomar velocidade: reduzindo aumentamos a rotação do motor, que fica mais perto do ponto de maior potência. Quando se quer "pular" com o carro na abertura de um sinal de trânsito, o que se faz normalmente é aumentar a rotação do motor até o pico de potência, e depois soltar a embreagem, de maneira a descarregar a potência máxima nos pneus.

Potência dos carros de alto desempenho

Um carro é tido como de 'alto desempenho' se tem bastante potência em relação ao seu peso. Isso faz sentido, pois quanto mais pesado, mais potência será necessária para acelerar o automóvel. Para uma dada quantidade de potência deseja-se minimizar o peso para maximizar a aceleração.

A tabela seguinte mostra a potência do motor e os pesos para diversos carros de alto desempenho (e para um de baixo desempenho, para fins comparativos). O gráfico mostra a potência máxima, o peso do carro, a relação peso-potência (kg dividido por cv), quantos segundos o carro precisa para acelerar de zero a 96 km/h e o preço.

Modelo	Potência (cv)	Peso(kg)	Peso-potência(kg/cv)	0-96 km/h(segundos)	Preço (US$)
Dodge Viper	450	1.507	3,35	4,1	66.000
Ferrari 355 F1	375	1.350	3,60	4,6	134.000
Shelby Series 1	320	1.203	3,76	4,4	108.000
Lotus Esprit V8	350	1.382	3,95	4,4	83.000
Chevrolet Corvette	345	1.473	4,27	4,8	42.000
Porsche Carrera	300	1.316	4,38	5,0	70.000
Mitsubishi 3000GT twin-turbo	320	1.698	5,30	5,8	45.000
Ford Escort	110	1.120	0,045	10,9	12.000

Pode-se notar uma correlação definida entre a relação potência-peso e o tempo 0 a 96 km/h. Na maioria dos casos, uma relação baixa indica um carro mais rápido. Não deixa de ser interessante notar que não existe correlação tão acentuada entre a velocidade e o preço. O Viper realmente aparece com um valor bem razoável nesta tabela!

Para termos um carro rápido, precisamos ter uma boa razão entre o peso e a potência. O desejável é contar com muita potência correspondendo a um peso mínimo. De modo que a primeira providência é fazer uma limpeza no porta-malas.