O Porsche 919 Hybrid para a corrida de 24 horas de Le Mans

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Por Porsche Latin America, Inc.

A Porsche retorna à primeira divisão do automobilismo com um lugar no pódio no início da temporada do campeonato mundial de endurance (World Endurance Championship, WEC) em Silverstone e uma pole position em Spa-Francorchamps. Isto representa um início bem sucedido para o recém-fundado Porsche Team que, à luz das corajosas inovações no Porsche 919 Hybrid, não representava uma conclusão certa, o que anuncia uma nova era no WEC e em Le Mans. O carro de corrida é uma plataforma de tecnologia e laboratório de provas para séries de modelos futuros. Nenhum outro protótipo na linha de largada do WEC contava com um sistema híbrido tão complexo e eficiente como o novo Porsche 919 Hybrid.

Com seu retorno à categoria superior do WEC, a Porsche está encarando desafios significativos. Primeiro, o novo 919 Hybrid é o carro de corridas híbrido mais complexo que o fabricante de carros esportivos já construiu. Segundo, ao contrário dos concorrentes, a Porsche não tinha experiência ou dados dos anos anteriores que podia consultar. Em terceiro lugar, a Porsche pediu aos seus próprios engenheiros para desenvolver um protótipo para sua equipe de corridas recém-estabelecida na categoria LMP1, um trajeto significativamente mais difícil, mas que em longo prazo seria mais promissor, do que comprar componentes já existentes de outras empresas. Durante esta empreitada, Alexander Hitzinger, o Diretor Técnico da categoria LMP1, e sua equipe estão seguindo um caminho que é tradicional na Porsche: encontrar soluções que podem vir a beneficiar os clientes da produção em série no futuro.

A busca pela eficiência de conversão de energia ideal, ou seja, a melhor razão possível entre a energia fornecida e a utilizada, está tendo uma influência enorme sobre todos os aspectos do Porsche 919 Hybrid, a aerodinâmica do carro de corrida de Le-Mans, bem como sobre os componentes individuais cujo peso foi otimizado. Entretanto, os sistemas de recuperação de energia e de motor extremamente avançados são duas das características excepcionais neste sentido. As novas normas técnicas revolucionárias determinadas pelo WEC para a temporada de 2014 deram aos especialistas na Porsche uma ampla margem de manobra. O principal fator limitante para o desempenho do carro é a quantidade de combustível disponível por volta. Isso torna a eficiência de energia um fator essencial. Enquanto isso, um sistema híbrido é também um pré-requisito para os carros de fábrica que dão a largada na categoria LMP1-H. Os legisladores permitiram aos fabricantes do carro que decidissem qual o tipo e o método que usariam para armazenar a energia buscada, bem como é deles a escolha do desenho do motor e das cilindradas.

O 919 gera energia para mais de 4.500 km em 24 horas
A quantidade de energia elétrica que cada piloto pode usar como reforço por volta na corrida de Le Mans é limitada. As regras descrevem quatro tipos de níveis de energia, variando de 2 a 8 megajoules (MJ). A Porsche inscreveu o 919 Hybrid na categoria de 6 megajoules, o que significa que o protótipo da LMP1 pode utilizar exatamente 1,67 quilowatt/hora (kWh) de energia por volta de 13,629 km de distância no “Circuit des 24 heures”, uma vez que 3,6 megajoules são equivalentes a 1 quilowatt/hora (kWh). Porém, o que isso significa em termos reais?

O vencedor de Le Mans de 2013 percorreu 348 voltas. Calculado em relação à mesma distância, o novo 919 Hybrid gera e utiliza 581,2 quilowatt/hora (kWh), uma capacidade elétrica que manteria uma lâmpada de 60 watts ligada por uma quantidade desconcertante de 9.687 horas. Em outras palavras, com a energia que o protótipo da LMP1 recupera durante a corrida de Le Mans, você poderia percorrer 4.576 km se usasse o carro elétrico mais eficiente atualmente disponível na categoria de carros compactos, o novo Volkswagen e-Golf, que permitiria atravessar os EUA de uma costa para outra, de Nova York até Los Angeles.

A recuperação da energia termodinâmica impõe sua marca
“A recuperação da energia cinética na frenagem no eixo dianteiro tem um ótimo potencial quando a carga do eixo é repassada dinamicamente para a dianteira quando você freia; portanto, um sistema que explora este fato era uma etapa lógica”, explica Alexander Hitzinger. “Como o fim de implantarmos isso, tivemos que desistir de um sistema de recuperação de energia cinética (KERS, por sua sigla em inglês) no eixo traseiro. Se você dá a largada com um motor de aspiração natural, o KERS é a única opção à sua disposição. Entretanto, o fato de que utilizamos um turbocompressor nos ofereceu outra opção, e é por isso que optamos por utilizar a energia dos gases de exaustão liberados pelo turbo compressor”.

O complexo sistema híbrido no novo protótipo de Le Mans com seu sistema extremamente inovador de recuperação da energia termodinâmica a partir de gases de exaustão é algo exclusivo no WEC. Basicamente, este princípio utiliza mais uma unidade de gerador de turbina em vez de o que é chamado de válvula de descarga. O que esta válvula normalmente faz é permitir que o excesso de energia gerado pelos gases de exaustão que não é exigido para acionar o compressor seja liberado na atmosfera. A Porsche utiliza este excesso de energia gerado pelos gases de exaustão: ele aciona uma segunda turbina que, por sua vez, aciona um gerador que gera energia elétrica. A nova tecnologia recupera energia que sempre havia sido perdida em outros sistemas. Esta utilização da energia gerada pelos gases de exaustão faz com que o Porsche 919 Hybrid seja o único carro na disputa que recupera energia não apenas durante a frenagem como também durante a aceleração. Ambos os sistemas direcionam a energia cinética e a térmica que foram convertidas em energia elétrica de volta a uma bateria de íon de lítio arrefecida a líquido.

O mesmo desempenho de direção com 30 per cento a menos de consumo de combustível
A Porsche também abriu seu próprio caminho quanto a seu método de armazenar energia elétrica. A mesma premissa se aplicou aqui; então, em vez de utilizar sistemas menos eficazes, mas imediatamente disponíveis, a Porsche decidiu explorar tecnologias promissoras e, neste caso, baterias de íon de lítio arrefecidas a líquido. “Isto foi desenvolvido em colaboração com a Porsche Engineering”, reforça Hitzinger, “assim, este conhecimento vai beneficiar os veículos híbridos futuros”. Hitzinger também examinou a possibilidade de utilizar armazenamento no volante do motor e supercapacitadores, também chamados de ultracapacitadores, mas descobriu que as baterias de íon de lítio representavam a melhor concessão. “Mas, apenas se”, acrescentou ele, “a tecnologia de célula certa estivesse disponível para proporcionar uma densidade de potência muito elevada, com uma capacidade de armazenamento relativamente elevada”. Para conseguir isto, a Porsche pôs fé nas células de bateria de sua parceira, a A123 Systems.

A abordagem que o fabricante na categoria LMP1 utilizou para o motor de combustão também é tão diferenciada quanto os outros quesitos. O motor V4 turbo recém-desenvolvido com dois litros de cilindrada do motor e injeção direta, um sistema que não é tradicionalmente usado pela Porsche, é um exemplo pioneiro da redução do tamanho. O motor de quatro válvulas representa a combinação ideal de baixo peso e tamanho compacto, com rigidez estrutural e uma alta geração de potência. Uma vez que a Porsche está dando a largada na categoria de 6 megajoules com o 919 Hybrid, as regras permitem que motor a gasolina com mais 507 cv tenha um consumo de apenas 4,78 litros por volta em Le Mans. Quanto mais potente é o sistema de recuperação, menor é a quantidade de combustível que pode ser queimada. Embora o desempenho de direção seja o mesmo, a quantidade de energia permitida teve uma redução de 30 por cento em relação ao ano passado.

Le Mans: soluções de tecnologia extrema para desafios específicos
Oito corridas serão disputadas de acordo com o calendário do campeonato mundial de endura (World Endurance Championship, WEC) da FIA deste ano. Depois das corridas de seis horas de abertura em Silverstone, no Reino Unido, e na “montanha russa de Ardennes” em Spa-Francorchamps, a terceira corrida do World Championship é verdadeiramente excepcional: a legendária corrida de 24 horas de Le Mans tanto é o destaque da temporada como um desafio diferenciado. A maior parte do circuito de 13,629 km do “Circuit des 24 heures”, ou seja, nove quilômetros, percorre estradas no campo fechadas que são geralmente usadas pelos habitantes locais e por veículos com cargas pesadas, o que deixa muitos buracos na sua superfície. Algo que também é característico em Le Mans são os longos trechos em reta. Os carros de fábrica da categoria LMP1 alcançam velocidades significativamente maiores que 320 km/h várias vezes em cada volta, e em duas ocasiões eles precisam desacelerar chegando a velocidades de trânsito urbano quando contornam as curvas lentas, tanto de dia como à noite, enquanto os motores estão em aceleração máxima durante aproximadamente 70 por cento da volta.

Fases de frenagem dura e forte aceleração prolongada: a Porsche desenvolveu especialmente o 919 Hybrid com tração nas quatro rodas temporária, com seus sistemas de recuperação de energia cinética e termodinâmica, apenas para atender a essas condições específicas. A aerodinâmica precisamente equilibrada do veículo também exerce uma função determinante para fazer com que o 919 Hybrid seja competitivo em Le Mans. Os valores resultantes da força vertical descendente garantem velocidades excelentes nas curvas rápidas como, por exemplo, nas “curvas Porsche”. Contrário a isto se encontram os menores valores de resistência ao ar possíveis, para que assim o 919 Hybrid consiga alcançar velocidades máximas nos longos trechos retos.

Depois do festival de corrida no departamento francês de Sarthe, o WEC vai tirar férias por três meses durante o verão no hemisfério norte, e então ele parte da Europa para o restante da temporada. O programa inclui cinco outras corridas de seis horas de duração: EUA (Austin, 20 de setembro), Japão (Fuji, 12 de outubro), China (Shanghai, 02 de novembro), Bahrain (Sakhir, 15 de novembro) e Brasil (São Paulo, 30 de novembro).