A pré-carga da mola é uma daquelas coisas que a gente entende errado com muita facilidade.
E, sinceramente, existem vários motivos para as pessoas acabarem se confundindo. Nem dá para culpá-las.
Afinal, o próprio nome já diz: “pré-carga”.
Pois é… quer dizer, o que mais alguém poderia pensar? O próprio nome já é uma armadilha.
…Entende o que quero dizer?
Outro dia, enquanto pesquisava algumas coisas, encontrei mais um artigo com aquele velho equívoco sobre pré-carga.
O curioso é que, à primeira vista, a explicação parecia muito lógica. Conforme fui lendo, dava para perceber: “Essa pessoa deve ter pesquisado bastante para escrever isso.”
O artigo explicava que, a rigor, a rigidez de uma mola nem sempre se mantém exatamente igual do início ao fim do curso.
Por isso, mesmo duas molas com a mesma rigidez nominal podem apresentar pequenas diferenças, dependendo do fabricante ou do projeto.
Por exemplo, molas com extremidades abertas e fechadas podem apresentar características de rigidez diferentes no início do curso.
E, perto do fim do curso, quando as espiras estão quase encostando umas nas outras, a rigidez também pode variar um pouco conforme o projeto da mola.
Hum. Faz sentido. Até aqui, tudo certo.
“Então, quando você aumenta a pré-carga, a mola passa a percorrer uma distância maior, o que altera a faixa de curso disponível. E é por isso que o comportamento do carro muda!”
Opa…
Estava indo tudo tão bem até ali. Como foi que chegamos a essa conclusão?
Na verdade, acho que alguém capaz de escrever uma explicação dessas provavelmente é uma pessoa muito inteligente.
Por isso mesmo, acho que, se ela parar para pensar um pouco no que é a pré-carga, vai perceber que tem alguma coisa que não fecha.
Provavelmente é o nome “pré-carga” que está causando toda essa confusão.
Vamos pensar com calma.
Imagine uma mola com rigidez de 10 N/mm que chega ao encosto das espiras depois de 150 mm de compressão.
Se você aplicar 50 mm de pré-carga, isso significa que agora ela vai chegar ao encosto das espiras com uma força de 1.000 N?
Claro que não. Para comprimir uma mola de 10 N/mm em 150 mm, continuam sendo necessários 1.500 N.
Não é porque você aplicou 50 mm de pré-carga — o equivalente a 500 N de força nessa mola — que ela passa a chegar ao encosto das espiras com apenas 1.000 N.
Da mesma forma, se você aplicar 10 mm de pré-carga, a mola vai passar a se comprimir 110 mm? E, com 20 mm de pré-carga, vai se comprimir 120 mm?
Não é assim que uma mola funciona. Experimente apertar com os dedos a molinha que fica dentro de uma caneta esferográfica.
Não importa o quanto ela tenha sido comprimida antes. O quanto ela se comprime depende da força que está sendo aplicada naquele momento.
Em outras palavras, a pré-carga funciona basicamente assim: o amortecedor impede que a mola se estenda.
Ao deixar a distância entre o suporte superior do amortecedor e o assento inferior da mola menor que o comprimento livre da mola, você impede que ela se estenda além desse limite.
Isso, porém, não significa que a mola esteja armazenando alguma força extra. É simplesmente o amortecedor que a mantém naquela posição.
Por exemplo, se você pegar um amortecedor com bastante pré-carga e cortar a haste com uma esmerilhadeira, a mola vai se estender de repente até voltar ao comprimento livre, com um belo estrondo.
Quem já desmontou um amortecedor original provavelmente consegue imaginar a cena.
É o amortecedor que mantém a mola comprimida na medida correspondente à pré-carga.
Mas e se alguém com uma força sobre-humana agarrar as duas extremidades do amortecedor e conseguir encurtá-lo com as próprias mãos?
Se essa pessoa comprimir o amortecedor além da distância correspondente à pré-carga, a haste deixa de suportar a força da pré-carga.
Nesse momento, mesmo que você corte a haste com uma esmerilhadeira, a mola não vai se estender de repente.
Afinal, agora são as mãos da pessoa que estão mantendo a mola comprimida.
Não importa se a pré-carga é de 20 mm ou de 50 mm. A partir do instante em que a força aplicada pelas mãos supera a força correspondente à pré-carga, a pré-carga em si deixa de ter absolutamente qualquer influência sobre a mola.
Quando o amortecedor está instalado no carro, é o peso do veículo que o comprime.
Por isso, a menos que o carro esteja levantado por um macaco, normalmente o amortecedor fica comprimido além da distância correspondente à pré-carga.
Nessa condição, a pré-carga não tem efeito algum sobre a mola em si.
Mas aí vem a questão: quando você realmente ajusta a pré-carga, alguma coisa muda, certo?
O que muda não é o curso da mola. O que muda é a posição do amortecedor em relação à carroceria.
Talvez seja difícil entender isso só com palavras, então vamos visualizar o que acontece.
Basicamente, quando alguém diz que está “aumentando a pré-carga”, geralmente está falando de girar o assento inferior da mola no amortecedor enquanto o carro está levantado por um macaco.
Um carro apoiado em cavaletes está numa condição bastante especial: os pneus estão fora do chão e a suspensão está totalmente estendida.
Mas, quando você está dirigindo normalmente, os pneus não ficam flutuando no ar, certo?
…Espera aí. Você é piloto de WRC? Mil desculpas, não tinha percebido que estava falando com alguém que passa metade do tempo voando!
(Tá bom, tá bom, vamos voltar ao assunto.)
Agora vamos ver o que realmente acontece quando você aumenta a pré-carga numa condição normal de rodagem, com todo o peso do veículo atuando sobre a suspensão.
Dá para ver melhor numa animação.
(Para facilitar a visualização, a carroceria fica fixa no ar e é o lado do solo que se movimenta.)
Agora vamos prestar atenção no amortecedor e observar seu movimento interno, como se o corpo dele fosse transparente.
Consegue perceber o que está acontecendo?
Imagine uma câmera instalada numa posição fixa dentro da caixa de roda.
Primeiro, você acrescenta 1 mm de pré-carga, abaixa o carro do macaco e tira uma foto.
Depois, levanta o carro novamente, acrescenta mais 1 mm de pré-carga, abaixa de novo e tira outra foto, sempre da mesma posição.
Repita esse processo e junte dez dessas fotos para formar uma animação.
É basicamente isso que você está vendo aqui.
Como dá para perceber, a distância entre o suporte superior e o corpo do amortecedor aumenta.
Com isso, a posição do pistão dentro do corpo do amortecedor muda. Em outras palavras, muda a distribuição do curso.
Além disso, em relação ao chão, o assento inferior da mola — a plataforma onde ela se apoia — sobe, aumentando a altura do carro.
E é só isso. São essas as únicas coisas que mudam.
Afinal, estamos apenas mudando a posição do corpo do amortecedor. Portanto, nada muda além da altura do carro e da distribuição do curso.
O ponto importante aqui é que girar o assento inferior da mola nem sequer significa, por si só, “comprimir a mola”.
Com o carro levantado por um macaco, pode até parecer que é isso que acontece, mas apenas porque o peso do veículo não está atuando sobre a suspensão.
Quando o carro está normalmente apoiado sobre as rodas, com todo o seu peso atuando sobre a suspensão, aumentar a pré-carga só altera a altura do carro e a distribuição do curso.
Mas tem uma coisa que complica essa história.
Às vezes, as pessoas descrevem uma mudança na distribuição do curso dizendo: “Muda a parte da mola que está sendo usada.”
Isso não está exatamente errado. Na verdade, não está errado mesmo.
Só que é uma forma de explicar que pode facilmente levar a um mal-entendido. Outra armadilha.
Um engenheiro da Team Le Mans, equipe que já teve bons resultados em categorias como a Super Formula e a Super GT, explicou a pré-carga da seguinte maneira (referência: Aula sobre Amortecedores nº 101):
—
A pré-carga afeta o sistema massa-mola?
Alterar a pré-carga não muda nada na mola em si, a menos que ela chegue à extensão máxima ou ao fim do curso de compressão, como mostra o diagrama. A mola simplesmente oscila em torno do ponto em que sua força se equilibra com o peso do veículo.
A mola não fica mais rígida nem mais macia. Só muda a parte da mola que está sendo usada.
—
Viu o que ele disse? “Só muda a parte da mola que está sendo usada.”
Parece que é justamente aí que muita gente se confunde.
As pessoas interpretam isso assim: “Então, se eu acrescentar 10 mm de pré-carga, a mola vai se comprimir 10 mm a mais? E, se acrescentar 20 mm, ela vai se comprimir 20 mm a mais?”
Mas não é isso que ele quis dizer.
Curiosamente, mais adiante no mesmo artigo, ele explica o seguinte:
—
Mesmo quando o sistema é submetido a excitações numa bancada de sete postes, nada muda.
Até mesmo pessoas do automobilismo às vezes chegam à bancada de sete postes e perguntam: “Estava pensando em aumentar um pouco a pré-carga. O que você acha?”
E nós respondemos: “Pode mudar, se quiser, mas, enquanto a mola não chegar à extensão máxima, nada vai mudar na bancada.”
A pré-carga nada mais é do que um ajuste de altura do carro que altera a distribuição do curso. Não é nada além disso.
—
Exatamente. É esse o ponto.
Ah, a propósito, uma bancada de sete postes é um equipamento de testes — um simulador de estrada extremamente avançado, usado para reproduzir e analisar o comportamento de um veículo em condições controladas.
A pré-carga é simplesmente um “ajuste de altura do carro que altera a distribuição do curso”. Nada além disso.
Aliás, se quisermos ser extremamente rigorosos, a pré-carga em si não precisa necessariamente ter nenhuma relação com a altura do carro.
No fundo, a pré-carga serve apenas para ajustar a distribuição do curso do amortecedor.
O motivo de as pessoas normalmente associarem o ajuste da pré-carga à mudança na altura do carro é simplesmente que girar o assento inferior da mola costuma ser a maneira mais fácil de fazer esse ajuste.
Por exemplo, você poderia retirar o amortecedor, remover um espaçador de 10 mm que fica sob o suporte superior e reinstalar o conjunto sem alterar a altura do assento inferior da mola.
Nesse caso, você teria acrescentado 10 mm de pré-carga, mas a altura do carro continuaria a mesma.
Portanto, essencialmente, a pré-carga é apenas uma forma de ajustar a distribuição do curso.
Na prática, mudar essa distribuição pode afetar, por exemplo, o quanto o batente de compressão fica comprimido.
E, se a altura do carro mudar, coisas como o ângulo de convergência das rodas e a posição do centro de rolagem também vão mudar.
Por isso, dá perfeitamente para entender alguém que pense: “Nossa, mexer na pré-carga fez uma diferença enorme! Esse negócio de deixar a mola comprimida de antemão deve ter um efeito e tanto!”
Se a altura do carro muda, é claro que o comportamento do veículo pode mudar bastante.
Afinal, alterações no alinhamento ou na posição do centro de rolagem naturalmente afetam o comportamento do veículo.
Mas isso não é um efeito da pré-carga em si.
A mola não passa a se comportar de maneira diferente simplesmente porque já estava comprimida antes.
Se você acreditar que acrescentar pré-carga faz a mola percorrer uma distância extra equivalente à pré-carga aplicada, pode acabar tendo problemas algum dia, ao acertar a suspensão de um carro cuja mola tenha pouquíssima margem antes de as espiras encostarem umas nas outras.
O comportamento real não vai corresponder ao que você esperava.
O verdadeiro significado da pré-carga não é exatamente “comprimir a mola de antemão”.
É “alterar a distribuição do curso” ou “impedir que a mola se estenda”.
É isso que a pré-carga faz.
Mas, ainda assim… o nome é “pré-carga”.
Então, sinceramente, não dá para culpar ninguém por entender errado.
É exatamente disso que eu estava falando lá no começo, quando perguntei: “…Entende o que quero dizer?”
Não tem muito o que fazer, mas sempre achei que esse nome é quase uma pegadinha. Acaba tornando o conceito mais difícil de entender do que precisava ser.