Desenvolvimento virtual avalia, antecipadamente, o comportamento sistêmico de componentes que farão parte de um novo motor e até de veículos completos. Quando os primeiros protótipos são avaliados em campo, estão quase 100% aprovados. Um bom exemplo foi o desenvolvimento do motor PSA 1.4l

 Texto e fotos: MAHLE Metal Leve

Quando o consumidor final se depara com um pistão do motor do seu carro não tem a mais remota noção de todo o caminho que foi percorrido antes daquela peça ser produzida. A partir da solicitação do cliente para o desenvolvimento de componentes para um novo motor - o pistão citado a pouco, por exemplo -, iniciam-se no Centro Tecnológico da MAHLE Metal Leve, em Jundiaí, interior de São Paulo, os projetos de desenvolvimento desses componentes.

Figura 1: Resultados de teste de motor comparando potência e torque do motor PSA 1.4l ("developed engine") vs. motor de referência ("previous engine") para combustível E100 e carga total (WOT).
Após o recebimento dos requisitos básicos desse motor, a área de engenharia de produto do Tech Center da MAHLE desenhará um pistão que respeitará todas as necessidades solicitadas pelo fabricante para essa aplicação. Ou seja, antes que seja produzido o protótipo que será utilizado em um novo motor para avaliações de desempenho e durabilidade, seu projeto passará por uma série de simulações virtuais que definirão, antecipadamente, se ele está apto a suportar as exigências da montadora ou se aquela proposta conceptiva poderá vir a ter problemas.
No Tech Center da Mahle, onde esses produtos são desenvolvidos, os procedimentos virtuais de simulação são comunizados. São aplicados procedimentos, softwares e metodologias também utilizados em outros centros de excelência da empresa, o que permite a constante troca de informações entre essas unidades, garantindo também um padrão de qualidade global para as simulações virtuais.

Figura 2: Comparativo de consumo específico de combustível entre motor PSA 1.4l ("developed engine") vs. motor de referência ("previous engine") para combustível E100 e carga total (WOT).
Três áreas básicas abrangem o desenvolvimento do projeto de um novo componente automobilístico: a estrutural (cálculos que avaliam se existe a possibilidade de quebra, trincas ou outros problemas relacionados à integridade estrutural do componente); a de performance (onde é avaliado o desempenho estático e dinâmico do componente, por exemplo, se o pacote de anéis irá produzir um consumo de óleo dentro dos requisitos definidos pelo cliente, e uma série de outros parâmetros); e a de fluido e acústica (mais afeito aos filtros, sistemas de admissão e periféricos, avaliação de escoamento dos fluidos, vibrações e da atenuação de ruídos).
Entre as simulações virtuais previstas para um novo projeto estão as avaliações de temperaturas de funcionamento, durabilidade, resistência estrutural, possibilidades eventuais de quebras ou trincas, as quais definem a vida útil esperada para o produto, entre outras simulações.
Nos motores atuais, os componentes internos são submetidos a cargas e temperaturas cada vez maiores, ao mesmo tempo necessitando que suas peças sejam mais leves e resistentes. Ao final do desenvolvimento virtual de um determinado componente, as informações que são transmitidas para a engenharia de produto determinam o desenho definitivo da peça, a tecnologia de material que deverá ser empregada e se os custos de produção são compatíveis com o motor e as necessidades do cliente.

Motor 1.4l da PSA: mais potência e torque com menor consumo de combustível
Os desafios para o desenvolvimento de novos componentes são cada vez mais complexos, já que as montadoras têm estabelecido targets para a geração de um novo motor - ou para o upgrade de uma versão existente - cada vez mais severos: maior potência, torque e, principalmente, menor consumo de combustível, características que em parte são obtidos pelo menor peso e menor atrito dos componentes internos. Os clientes também podem definir que o consumo de óleo não ultrapasse determinados valores, assim como pode estabelecer o volume máximo de passagem de gases pelo pacote de anéis.
O conceito de "motor virtual" foi utilizado pela MPTBr no desenvolvimento do motor PSA 1.4l acarretando em aumento de 22% na potência e torque do motor e 10% na redução do consumo específico de combustível, quando comparados a uma versão de motor de referência, conforme mostram as figuras 1 e 2. Além disso, a utilização das técnicas de simulação resultou numa economia de 5 meses no tempo total de desenvolvimento da fase conceitual do projeto.
De acordo com Walter Zottin, gestor de Desenvolvimento Virtual de Motores do Tech Center MAHLE, "Atualmente a simulação virtual é uma realidade na maioria dos grandes setores, mas está especialmente evoluída no ramo automobilístico. Usando a simulação virtual conseguimos reduzir significativamente o número e o tempo despendido com testes de campo. As avaliações dos protótipos finais são feitas todas tomando por base nossos estudos prévios. Dez anos atrás isso era meio místico, hoje é imprescindível".
"Além disso, cada vez menos se pensa na concepção individual de um componente, e cada vez mais se raciocina no sistema como um todo. Estamos desenvolvendo metodologias virtuais que, por exemplo, analisam o sistema de lubrificação, ou o conjunto do trem de válvulas e eixo comando. Já estamos simulando a rodagem de um carro por uma rodovia para chegar ao consumo de combustível ideal dentro de uma estratégia pré-determinada de utilização", complementa Zottin.