garagem do odois

A sensação de “dureza” ou “moleza” de qualquer coisa depende, de forma simplificada, da rigidez do elemento que está se deformando e da quantidade deste elemento que está sujeita a força. Na prática, a sensação de “dureza” é a proporção da deformação causada por uma força. Quanto mais deformação, mais “mole” tende a parecer.

Deita aqui

Pensando num exemplo mais cotidiano e de mais fácil percepção podemos pensar numa cama com um colchão. Quando se coloca 2 colchões empilhados percebe-se que que este arranjo é muito mais “mole” que quando comparado com apenas um colchão.

Ao deitar-se no colchão, este se deforma 5cm de profundidade; empilhando 2 iguais, como a força é aplicada para os 2, cada um irá deformar 5cm, totalizando 10cm. Como há uma deformação maior para a mesma força, há sensação de que 2 colchões empilhados são mais moles que um só.

Para quem está mais familiarizado com sistemas elétricos, pode pensar que a força é Volts, deformação é Ampere e os colchões empilhados são Resistores em paralelos. A matemática é a mesma.

E o pneu com isso?

Vamos pensar num pneu. O elemento que está se deformando é o ar (diminuindo o espaço vazio entre as moléculas dos gases do ar). A quantidade do elemento é a massa de ar, que será proporcional ao volume do pneu multiplicado pela pressão. No nosso caso, para efeito comparativo, iremos tratar somente de pressões iguais e larguras dos pneus iguais. Assim, temos que a quantidade de ar é proporcional apenas com o volume do pneu.

Como qualquer fluido num volume fechado, o ar exerce uma pressão hidrostática. Ou seja, a pressão em qualquer ponto do volume é a mesma. Quando se calibra o pneu com 4 Bar, por exemplo, esta pressão será a mesma em qualquer ponto dentro do pneu, (seja em cima ou embaixo*).
Na nossa comparação teremos um aro 26” e um aro 29” com pneus de igual medida (mesma secção transversal).

Considerando que o volume de ar no pneu é:

volume de ar pneu=secção transversal do pneu x perímetro do aro

E perímetro do aro é :

perímetro do aro = diâmetro do aro x pi

Cancelando os termos iguais , temos que o pneu aro 29” tem 29/26 vezes o volume de ar de um pneu aro 26”, aproximadamente 10% a mais.

Secção transversal igual, pneus diferentes, volumes diferentes

Seguindo a lógica do colchão, o pneu com volume 10% maior irá se deformar 10% mais ao passar num obstáculo (transpor uma pedra a 25km/h, por exemplo). Como amplitude do impacto sentido pelo corpo é:

Amplitude do impacto= altura do obstáculo – deformação do pneu – deformação da suspensão

Temos que o impacto será menor com o aro 29”, resultando em mais conforto.

A curiosidade é que, como a pressão hidrostática se distribui igualmente, caso se ligue um cilindro cheio de ar na válvula do pneu, este pneu com o cilindro conectado tornará o volume total maior, e deixará o pneu mais confortável para a mesma pressão.

A outra curiosidade é o porque pneu maciços são tão inviáveis e desconfortáveis. Como a borracha não é um fluido (sem pressão hidrostática, portanto) toda a força é aplicada apenas no pequeno volume de borracha entre o aro e o solo, ao contrario do pneu de ar, cuja força se distribui por todo o volume de ar no pneu.

Quem já experimentou bicicletas com as mesmas configurações porém com aros diferentes – em geral numa MTB aro 26 é possível colocar um aro 700 com um pneu 23mm, percebe maior suavidade ao experimentar aros maiores, mesmo que se mantenha pneus equivalentes em pressão e largura.

O desconforto ao se deslocar com uma bicicleta num terreno irregular é consequência das variações de nível, resultando em movimento oscilatório para o ciclista. Transpor uma pedra, por exemplo, faz necessário sair do nível do solo e subir até o nível da pedra.

De forma prática pode se dizer que passar por um obstáculo horizontalmente resulta num movimento vertical. Logo, quanto mais rápido se passar pelo obstáculo, mais intenso será o movimento na vertical.

Esse efeito ocorrerá de maneira diferente dependendo do tamanho das rodas. A geometria e a física mostram que para rodas maiores este movimento na vertical será mais lento. Para entender, vamos usar a ilustração abaixo com uma roda idealizada, sem deformação dos pneus nem suspensão:

esquema das trajetórias

Na trajetória descrita pelo centro da roda na primeira roda (linha vermelha) tem-se que, para sair do nível do solo e chegar no obstáculo foi necessário percorrer a distância horizontal de A até C.

Na trajetória da roda menor (linha azul) a distância para esta mudança de nível se deu na distância horizontal menor, de B até C.

Considerando que ambas as rodas estão com a mesma velocidade horizontal, pode se afirmar que a roda menor (azul) irá subir no obstáculo em menor tempo:

A velocidade vertical (golpe da bicicleta contra o ciclista em função do obstáculo) é a responsável pela sensação de maciez: quanto mais lento, mais macio.

Na situação da roda maior temos a velocidade vertical descrita por:

Como a altura do obstáculo é a mesma em ambos os casos, tem se a velocidade maior quando o tempo para subi-lo é menor.

Desta forma pode se ver que quanto menor a roda, maior a velocidade vertical e, portanto, a sensação de impacto.

Na prática pode se verificar isso com as suspensões disponíveis. Aquelas para MTB aro 29 são de curso menor quando comparadas com as MTB aro 26, já que o impacto será menor numa roda maior.

Você já deve ter se perguntado:

Comprimento da pedivela – ou braço de pedivela – é documento?

Teremos que estudar o problema do começo. A locomoção numa bicicleta é essencialmente rotativa. É através do giro das bi – cycle (duas rodas) que temos o movimento desejado. Por simples que pareça, temos aí um problema:

As rodas giram indefinidamente, quantas voltas se possa imaginar, enquanto que nós humanos temos articulações que permitem apenas frações de uma volta – ângulos menores que 360º.

Mecanismo das Quatro Barras

A solução deste problema se dá por via de uma interessante concepção chamada de mecanismo de quatro barras. Através deste curioso arranjo com quatro “links” de diferentes tamanhos é possível transformar movimentos alternativos – que não completam uma volta – em movimentos rotativos – giram indefinidamente -, como é o caso da pedivela – e manivelas em geral. A conversão no sentido contrário também existe, caso dos limpadores de parabrisas de carros.

As medidas de cada uma das barras influi diretamente na velocidade de rotação e no torque. Na situação da bicicleta temos as medidas humanas constituídas pelas pernas compondo duas – uma acima e outra abaixo do joelho – das quatro barras.

A terceira barra seria o braço da pedivela. A quarta barra é onde tudo está fixado ou, geometricamente, a distância da articulação do fêmur na bacia até a caixa central

Clicando na imagem a seguir você pode ver a influência dessas medidas no comportamento do mecanismo por meio de um software.

Clique para ir simular lá no Wolfram

A medida básica para este sistema funcionar é que:

• o comprimento da bacia até o joelho seja maior que a do braço da pedivela e que;
• o comprimento do (selim até caixa central+distância da pedivela) seja menor que o comprimento da perna inteira.

Sem estes não temos a transformação de alternativo em rotativo. Na prática significa que com a perna esticada precisa tocar o pedal na sua posição mais baixa.

Afinal, é ou não é documento?

Existe uma certa expectativa em utilizar pedivelas com braço maior em pessoas maiores. Estes braços são disponíveis em comprimentos que variam de 165 a 177,5mm. Em geral encontramos as opções de 170 ou 175 para componentes mais acessíveis. Podemos fazer algumas considerações de força e torque para uma mesma pessoa utilizando pedivelas de comprimentos diferentes (e todos os demais componentes iguais para cada situação):

Pedivela longa em relação a pedivela curta:

• A perna irá fazer uma força menor para o mesmo torque na roda.
• Como a potência é igual, a perna irá se movimentar mais rápido.
• O ângulo de articulação do joelho e no glúteo será maior durante uma volta completa da pedivela.
• O pedal passará mais próximo do chão.
• Irá gerar um torque maior quando pedalar de pé – peso do ciclista multiplicado pelo comprimento do braço da pedivela -, mas com um deslocamento maior em cada rotação.

Ok. Habemus diferença.

De qualquer forma, a diferença é muito pequena, de difícil percepção – cerca de 3% -. Medidas mais significativas como relação de marcha – uns 12% de diferença de uma marcha para outra – ou calibragem dos pneus acabam mascarando alguma vantagem para um ciclista não profissional. A grosso modo, pode-se recomendar pedivelas maiores para pessoas maiores e passar para a próxima dificuldade que é encontrar a peça à venda do jeito que se deseja.

Hoje em dia é fácil encontrar um rolamento. Estão em todos os meios de transportes e máquinas que se possam imaginar. São fabricados em todos os cantos do mundo e em lojas especializadas é possível encontrá-los em praticamente todas as medidas que se possa imaginar. Isso nos deixa com a errônea impressão que estes itens são simples e fáceis de fabricar.

Na verdade, rolamentos representam uma espécie de Santo Graal da mecânica: sem eles, tudo que possui movimento seria mais complicado e menos eficiente. Assim sendo, precisam ser fabricados com extrema precisão, tendo em vista ainda as enormes cargas que suportam.

E afinal, o que são?

O conceito é relativamente simples. Colocar elementos circulares (esferas ou rolos) entre superfícies que tenham movimentos relativos. Em geral um eixo girante dentro de um apoio.

Rolamentos. Essa é a ideia geral.
Fonte: emeraldinsight.com

Porém a área matemática de uma esfera em contato com um plano é zero (um ponto). Na prática há uma pequena deformação e ao invés de zero a área é apenas muito pequena. Como pressão/tensão é dada por força dividida pela área, uma força aplicada em uma pequena área resulta em tensões enormes. E este é uma das razões do primeiro desafio de um sistema rolamentado: Material.

Material

O aço que compõe as pistas (anéis do rolamento) e as esferas não pode ser um aço comum. Em geral o aço usado em rolamentos é uma liga bastante nobre (SAE 52100) que possui tensão de escoamento na ordem de 2GPa. Isso é cerca de 10 vezes mais que um aço comum. Para isso além de usar um aço nobre é preciso também rigorosos tratamentos térmicos (têmpera, recozimento, etc)

Precisão Dimensional

Esse é outro desafio. Não se pode ter um rolamento travado e tampouco um que apresente folga já quando novo. Também não pode gerar vibrações. As especificações de precisão são bastante elevadas e bem longe do visível a olho nu.

Tanta qualidade para um único objetivo: Ser esquecido. Um rolamento de boa qualidade e bem dimensionado vai funcionar bem por muito tempo – muitas vezes durante toda a vida útil do equipamento, sem ser substituído – fazendo com que o usuário nem se lembre que há tanta tecnologia e desenvolvimento escondidos em algum lugar. E se falando em eficiência e atrito logo pensa-se em bicicleta.

Rolamentos e Bicicletas

Falando de Bicicleta, onde cada Watt de potência é precioso, encontramos uma variedade de juntas rolamentadas. Caixa de direção, movimento central e é claro, nas rodas. Comumente vemos juntas rolamentadas de contato angular, ou seja, ao invés de pistas paralelas vemos cones. Isto ocorre pelo tipo de esforço a qual ele está sujeito. Uma carga que é a composição de força axial com radial.

Rolamento aberto da popular Chin Haur

No mundo da bicicleta não existe um padrão entre usar rolamentos fechados ou abertos (bacias e esferas soltas). Existe uma tendência de que rolamentos abertos sejam mais baratos e mais leves, o que torna a aplicação mais adequada para bicicletas além de permitir a regulagem do aperto e eliminar folgas que surgem com o uso. Mas a máxima ainda permanece a mesma.

Rolamento fechado, não tão popular mas da mesma Chin Haur

Um rolamento bem construído e calculado não deve apresentar problemas. No caso de bicicletas onde a carga é extremamente baixa e o uso é pouco frequente – diferente de uma máquina industrial que gira 24 horas por dia 7 dias por semana – é possível que o sistema dure algumas décadas e seja trocado por motivo de obsolescência e não por vida útil, como é o caso dos cubos para cassetes de 7v, que já possuem 20 anos e são trocados (ainda funcionando) por cubos de 8/9/10v.

Acaba-se encontrando mais falhas em juntas rolamentadas (bacias e esferas ou rolamentos fechados) por motivos não relacionados ao funcionamento. Dentre os motivos está:

• oxidação: aços de alta dureza possuem mais carbono e são mais sujeitos a oxidação devido a entrada de água por lavagem com alta pressão / submersão / vedação ineficaz;
• abertura para manutenção: muitíssimas vezes desnecessário, o desmonte para substituição de graxas e esferas por outras fora das especificações e apertos incorretos.

Pelos motivos apresentados, se preocupar com as vantagens e desvantagens de sistemas abertos ou fechados tem menos valor do que ler o manual do fabricante. Seguindo direito as instruções muito provavelmente irá ser trocado por um modelo mais moderno antes de apresentar problemas.

Alguns países, especialmente no pós segunda guerra, desenvolveram uma tradição na fabricação de peças e componentes: mecânicos, elétricos ou eletrônicos.

Na contramão, outras nações apresentaram a característica contrária, ou seja, desconfiança quando o assunto é produção. Por este motivo é comum que o país de origem da marca seja critério para escolha por parte dos consumidores, tal como para definição do preço cobrado.

Em decorrência disso, em geral produtos de marcas europeias – França, Alemanha, Inglaterra, Suíça, etc. – costumam disputar o topo na pirâmide de preços, enquanto os produtos chineses carregam a imagem de má qualidade.

Mas nem sempre essa afirmativa se comprova. Muito menos a relação preço-qualidade possui alguma lógica exata.

Não é só de Europa que vive coisa boa

A cultura industrial de uma país pode mudar rapidamente. Exemplo clássico é a indústria japonesa de 40 anos atrás, tendo se convertido em excelência em controle de qualidade. A crescente automação das industrial também faz com que não seja tão relevante o nível técnico dos operadores braçais na qualidade final e cada vez mais a qualidade do projeto tem maiores consequências no bom funcionamento do produto. Ou seja, um produto que foi bem concebido ainda na prancheta tem grandes chances de se um produto bom, independente de onde estejam as máquinas que o fabricam. As certificações de normas técnicas também darão subsídio para este processo (ISO, por exemplo).

Mas isso não é senso comum. Um exemplo curioso e positivo disso ocorreu com a tradicional marca inglesa Sturmey-Archer. Após seu pedido de falência na Inglaterra foi comprada pela chinesa SunRace, tendo sua planta fabril transferida para a China onde passou a ser avaliada pelas mais rígidas normas e certificações. Como consequência: uma melhora no produto e no controle de qualidade, ao contrário do que os mais tradicionais e pessimistas imaginaram.

Tempos áureos. BEM antes da crise e da Sunrace assumir a bronca.

Também não é só de China que vive coisa ruim

O exemplo negativo igualmente ocorre. Recentemente, após ter usado cerca de 40 pneus entre nacionais e asiáticos baratos, finalmente comprei um par da tradicional e refinada marca alemã Schwalbe. Os Delta Cruiser 700x28c foram adquiridos numa loja online da Inglaterra.

Apesar do preço, da fama, da origem alemã da marca e da garantia de originalidade da marca, estes pneus apresentaram um desempenho miserável, ficando inclusive atrás dos mais baratos pneus comprados aqui.

Schwalbe. Só quem sem a parte boa. Só que com a parte ruim – preço.

O desgaste muito acentuado pode ser consequência da maciez – que de fato é muito boa. Porém, não é o que se espera de um pneu destinado a Cicloturismo, atividade onde se busca durabilidade. A má qualidade se tornou mais aparente quando, mesmo utilizando a pressão recomendada – ultra conservadores 85psi para um pneu de 28mm – este teve sua lateral, onde há um ressalto para encaixar no aro, rasgada. Sequer havia sido em uso. A bicicleta estava na garagem e suspensa. Após 2 câmaras rasgadas dei o pneu por condenado e o substitui por um pneu genérico.

Também não é só de China que vive coisa ruim, o retorno

Tive outro Schwalbe que com um problema diferente. Na primeira vez que peguei estrada com ele, o pneu me brindou com 1h30m de caminhada. Num trecho de 60km tive dois furos com inofensivos aramezinhos metálicos. Quando do segundo, já não tinha mais câmara reserva e me restou caminhar.

Com baixa durabilidade, baixa resistência a furos, fabricação fora da especificação de pressão a única característica que manteve da fama da engenharia alemã foi realmente o alto preço de aquisição.