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Por que usamos o cavalo-vapor como medida de potência dos motores?

No começo dos anos 1780, o cientista escocês James Watt criou um novo tipo de máquina a vapor, que usava 75% menos combustível que as máquinas a vapor da época, como o clássico Newcomen. Apesar de ser muito superior aos demais, Watt precisava encontrar uma forma de contar isso às pessoas e convencê-las a comprar sua invenção.

Primeiro ele tentou vender sua máquina em um contrato no qual os consumidores lhe pagariam um terço do dinheiro economizado ao usá-la. Só que na época muita gente usava cavalos para produzir força, e não motores a vapor, por isso era difícil calcular exatamente o quanto as pessoas lhe deviam. Então Watt desistiu do modelo de negócio e decidiu pensar em algo diferente para convencer as pessoas a comprar sua máquina.

Ele se inspirou na ideia de comparar os motores ao trabalho dos cavalos, como fez o engenheiro britânico Thomas Savery ao descrever seu motor a vapor batizado de “Miner’s Friend” no começo do século 18: “um motor capaz de içar tanta água quanto dois cavalos trabalhando juntos ao mesmo tempo em um mesmo trabalho“.

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James Watt e a máquina a vapor

A ideia era determinar quanta força um cavalo de tração comum poderia gerar. Não se sabe exatamente como ele chegou à fórmula da experiência, mas depois de vários experimentos, ele descobriu que um cavalo de tração comum consegue produzir aproximadamente 32.400 pés-libra (14.696 kgf) em 60 segundos, e manter essa capacidade durante um dia de trabalho. Assim ele, como bom inventor, criou uma nova medida chamada “horsepower” (ou cavalo de força, em uma tradução livre) e estabeleceu que 1 horsepower (hp) equivale a 33.000 pés-libra por minuto, o que significa que um bom cavalo de tração é capaz de levantar 33.000 libras (14.968 kg) de material a um pé de altura (30,5 cm) em um minuto.

Na verdade um cavalo não conseguiria manter essa força de trabalho por um dia inteiro, mas Watt não estava preocupado com a precisão científica da sua experiência. Ele precisava de uma forma de mostrar às pessoas as vantagens de seu motor. Além disso, ao superestimar o que um cavalo é capaz de fazer, ele acabou fazendo com que seu produto sempre entregasse mais do que as pessoas esperavam.

O motor de Watt acabou mostrando-se revolucionário e teve um papel importantíssimo na Revolução Industrial, popularizando também o uso do horsepower como unidade de medida de potência de motores. Ironicamente, a unidade de medida oficial do Sistema Internacional para a potência de um motor é o Watt, a unidade batizada em homenagem ao próprio James Watt.

Posteriormente, com a adoção do Watt como unidade oficial, os órgãos normativos mundiais converteram o horsepower de James Watt para a medida que leva seu nome, chegando à equivalência 1 hp = 745,7 W ou 0,745 kW.

No começo do século 20, o Instituto Alemão de Normatização (DIN, na sigla em alemão), definiu o horsepower com um método um pouco diferente daquele proposto por Watt. Usando as medidas do sistema métrico, os alemães propuseram um modelo no qual o horsepower é a força necessária para levantar a massa de 75 kg contra a força gravitacional a uma altura de um metro por um segundo. Segundo esse cálculo, o horsepower métrico ou pferdestärke (PS), na tradução para o alemão, equivale a 735,5 W (0,735 kW) ou 98,6% do hp imperial.

Atualmente, apenas fabricantes americanos, canadenses e britânicos usam o horsepower imperial, enquanto o resto do mundo usa o horsepower métrico ou o quilowatt (kW). Com exceção de EUA, Canadá e Reino Unido, praticamente todos os países usam o sistema métrico, e traduziram ao seu modo a expressão horsepower, adotando sua própria sigla da mesma forma que fizeram os alemães com o pferdestärke (PS) os portugueses com o cavalo-vapor (cv). Veja alguns exemplos na tabela:

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O problema é que os anglófonos chamam os dois tipos de unidade pelo mesmo nome, e raramente distinguem o tipo utilizado, levando muita gente a confundir os valores — é preciso converter o hp imperial para o métrico multiplicando a medida por 1,0138. Como você pode ver, são valores bem próximos, e que acabam idênticos quando a contagem é baixa. Um motor com 50 cv, por exemplo, tem 49,3 hp. O problema é que, quanto maior a potência, maior a diferença: o Corvette Z06 foi anunciado com 625 hp, mas convertendo a potência para o hp métrico, ele “ganha” 8 hp, chegando a 633 hp (ou 633 cv aqui no Brasil).

Confuso, não? Mas o negócio fica ainda pior: os britânicos também costumam usar o brake horsepower (bhp), que você já deve ter ouvido nos episódios de Top Gear e Fifth Gear ou nos vídeos do Chris Harris. Apesar de parecer uma forma de diferenciar o hp métrico do imperial, o bhp é na verdade o que chamamos de potência no virabrequim.

Para evitar confusões e normatizar a medida, o Sistema Internacional de Unidades adotou o Watt como unidade de medida de potência de motores, e por isso a maioria dos fabricantes divulga as informações em kW nos lançamentos internacionais, deixando a cargo dos jornalistas a conversão para a unidade local.

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