Como a simulação computadorizada pode mudar a Fórmula 1

(Fonte da imagem: Virgin Racing)

A Virgin Racing estreou na Fórmula 1 no ano de 2010, andando em uma espécie de “contramão”. A equipe foi (e ainda é) a única a desenvolver o carro sem o túnel de vento, utilizando apenas a tecnologia CFD.

Neste artigo, você vai saber mais sobre os planos da Virgin Racing (que a partir de 2011 usará o nome Maruska Virgin Racing), conhecer a CFD e conferir como essa tecnologia pode mudar a Fórmula 1.

Como é feito um Fórmula 1

Bastante resumidamente, um carro de Fórmula 1 é desenvolvido da seguinte maneira: primeiro, o projetista e sua equipe “visualizam” o carro, pensam em como ele pode funcionar e esboçam um modelo. É o design em estágio inicial.

Em seguida, a estrutura ganha forma com fibra de carbono, um material bastante resistente e, ao mesmo tempo, leve. São realizados testes em computadores e no túnel de vento. Este vídeo da equipe Red Bull é um resumo muito divertido para entender os princípios básicos da criação de um Fórmula 1, confira:

Os computadores da velocidade

Nos últimos anos, as equipes de Fórmula 1 empregam a simulação computadorizada no desenvolvimento do carro, através da CFD. É a sigla para Computational Fluid Dynamics, traduzido em português como Dinâmica de Fluidos Computacional.

Em poucas palavras, é uma ferramenta de design que visa estudar e resolver problemas que envolvem a interação de líquidos e gases com diferentes superfícies. É o estudo de tudo o que flui e como eles interagem no ambiente. Computadores e supercomputadores são utilizados para executar os cálculos necessários através de complexos algoritmos.

A Dinâmica de Fluidos Computacional é empregada em diferentes indústrias, entre elas a aeronáutica, automotiva, engenharia e construção. No contexto da Fórmula 1, ela é utilizada para simular como o ar passará pelos componentes do carro.

Usa-se um modelo virtual do veículo e, então, são aplicadas as leis da física para prever como ele reagirá em relação a três pontos principais:

• a quantidade de pressão sobre o carro, que o mantém na pista;
• o coeficiente de arrasto, para evitar que o ar seja como uma “parede” e diminua sua velocidade;
• e o equilíbrio, que o mantém estável em freadas e durante as variações de velocidades.

É possível criar modelos virtuais para cada parte do veículo, e os resultados são vistos tanto numericamente quanto graficamente. Usar a simulação computadorizada permite aos projetistas experimentar diferentes variáveis sem a necessidade de construir réplicas ou até mesmo testar um carro já pronto.

O túnel de vento

Depois do estágio inicial do projeto, as equipes constroem escalas ou até mesmo o carro em tamanho real para testá-lo no túnel de vento, onde pás gigantes geram correntes de ar e, então, os projetistas buscam saber, através de testes físicos, o efeito da resistência do ar no veículo.

O túnel é a maneira que as equipes têm para confirmar os resultados das simulações e estudar essas variáveis. Nele, as pás geram correntes de diferentes velocidades, simulando situações reais de corrida. Computadores, então, calculam o coeficiente de arrasto, que quanto menor, melhor.

O fato é que túneis de vento são caros. Em média, construir um custa cerca de US$ 50 milhões de dólares. Algumas equipes têm túneis próprios, enquanto outras os alugam. Ele é considerado o aparato que separa as equipes entre grandes e menores, com gastos contidos.

O regulamento da Fórmula 1 limita os testes tanto com CFD, quanto com túnel de vento. As equipes investem mais em um ou em outro, conforme suas necessidades e condições. A Virgin investe 100% na computação. A equipe estreou em 2010 com um carro criado sem o túnel de vento, utilizando somente CFD, e repete a fórmula em 2011.

Os benefícios

Pouco antes da estreia da Virgin na Fórmula, Lucas di Grassi, piloto da equipe na época, explicou os motivos de abrir mão do túnel de vento. Primeiro, a tecnologia evita a construção e o descarte de peças para teste, gerando praticamente zero de lixo. Ou seja, trata-se de uma tecnologia muito mais sustentável.

Em segundo, o custo. Um túnel de vento é muito caro. Não quer dizer que os sistemas de computação sejam baratos, mas a diferença de investimento entre os dois é enorme. Em 2010, o orçamento da Virgin foi limitado a US$ 60 milhões, o que tornaria impossível utilizar um túnel de vento.
Além disso, há o fator tempo. O carro daquele ano foi feito em seis meses. Portanto, investir somente em CFD foi a maneira que eles encontraram para conter gastos e ganhar tempo.

Os contratempos

Sistemas de CFD são uma tecnologia recente. Como afirmou o então presidente da Virgin Racing, Alex Tai, durante o lançamento do carro de 2010: “Não seria possível fazer isso três, quatro anos atrás”. E por isso a tecnologia ainda sofre com a carência de resultados absolutos. É basicamente um jogo de acertos e erros.

A equipe teve um ano difícil, com falhas no projeto e quase nenhum resultado positivo, mas mostrou melhora durante a temporada. Isso exemplifica um dos principais empecilhos que faz com que as equipes com condição financeira não troque o túnel de vento exclusivamente pela simulação computadorizada: confiabilidade.

Mas a Virgin está consciente das dificuldades, e por isso está disposta a continuar investindo em busca de melhorias. Para a temporada de 2011, a equipe dobrou a capacidade dos seus sistemas de CFD através de uma parceria com a empresa CSC de Tecnologia da Informação. De acordo com Nick Wirth, diretor técnico, a equipe será a que mais vai utilizar o sistema, chegando ao máximo que o regulamento da modalidade permite. Portanto, a expectativa é de uma temporada melhor que a anterior.

AmpliarExemplo de CFD em um carro de Fórmula 1. (Fonte da imagem: Aspen Systems)

O futuro

Ao comentar sobre o seu empreendimento na Fórmula 1, a Virgin é bem clara: não é possível chegar e ser grande, é necessário tempo de evolução. E esse é um resumo do uso de simulação computadorizada na modalidade. É uma alternativa recente, que ainda peca em termos de resultados concretos se comparada ao túnel de vento, mas há espaço para desenvolvimento.

No cenário atual, sistemas CFD são soluções para equipes menores, pois são mais baratos e mais rápidos, e tornam possível promover alterações e fazer testes no carro na hora. Em 2010, o carro da Virgin teve rendimento fraco, e isso é inegável. Mas não se pode esquecer que, em alguns momentos, ele fez frente a carros que usaram túnel de vento, como a Lotus.

Os computadores estão cada vez melhores e mais rápidos, e a tendência é que sistemas CFD sejam aprimorados. Soma-se a essa evolução uma tendência na Fórmula 1: o corte de gastos. O orçamento médio para as equipes em 2010 foi de US$ 166 milhões. Fato é que a FIA (órgão regulador da modalidade) já toma medidas para contenção de gastos como maneira de aumentar a competitividade, e as equipes deverão pensar em soluções mais baratas. Ou “menos caras”, se preferir. E aí entra a viabilidade da simulação computadorizada.

(Fonte da imagem: Blog Visão Técnica)

“A ferramenta [CFD] previa corretamente o que acontecia na pista. Cada upgrade que fazíamos funcionava como previsto. Nós apenas precisamos fazer mais com ela”, resumiu Nick Wirth durante o lançamento do carro da Virgin para 2011.

A aposta da Virgin é ser competitiva, mas com o tempo. “Lançamos o primeiro carro de Fórmula 1 desenvolvido inteiramente com CFD para demonstrar que, com o tempo, uma nova equipe, trabalhando com um orçamento melhor e mais sustentável, pode entrar no esporte e ser competitiva”, afirmou o presidente da Virgin, Grame Lowdon.

Os resultados da equipe nos próximos anos darão uma resposta, se eles fizeram a aposta certa ou não.