garagem do odois

Ciclofaixas são o objetivo de todo cicloativista. Tratam-se daquelas exclusivas para o uso de ciclistas, acompanhando avenidas de grande fluxo. Com qualidade de pavimentação igual ao das faixas convencionais, tornam-se tornam realmente úteis para a mobilidade, permitindo facilmente que, dentro de centros urbanos, o tempo de locomoção seja inferior ao de automóveis e ônibus. É importante não confudir com as duvidosas e lentíssimas ciclovias de guias rebaixadas em todos os cruzamentos.

Distribuição com foco nos carros. Não era bem o esperado. Fonte: PMC

Mas enquanto elas só existem nos sonhos e nas campanhas políticas, vejamos o que a interpretação das atuais leis de trânsito reservam para os ciclistas.

Leis

O que temos na lei:

• Preferência sobre veículos automotores: na prática significa que um condutor veículo automotor, numa restrição de espaço, deve desviar do ciclista e não o oposto. Não custa lembrar que pedestres têm preferência sobre todos.
• Na ausência de ciclofaixa, acostamento ou ciclovia – não confundir com calçada asfaltada, que é exclusiva para pedestres como qualquer outra – o ciclista pode e deve conduzir na faixa, no lado direito, no sentido da via.
• Obrigatoriedade dos veículos automotores de passar no mínimo a 1,5m de distância de um ciclista – para veículos grandes é 3 metros no mínimo.

E as dimensões dos elementos citados:

1. Largura da rodovia categoria zero (a mais larga): 3,5m
2. Largura de um carro compacto aleatório: 1,7m
3. Largura do guidão de uma MTB comum: 0,7m

Fazendo as contas, vemos que caso um ciclista ocupe seu lugar numa via (lado direito) obtemos:

Pelo visto falta espaço.

0,7m (largura do guidão) + 1,5m (distância mínima que deve se manter do ciclista) + 1,7m (largura do automóvel) >3,5m
Isto nas melhores condições. Na prática os carros são mais largos, as faixas mais estreitas e temos uns 0,2m de imprecisão na posição.

Conclusão. Caso haja um ciclista numa faixa, ela é exclusiva, por lei, do ciclista. Para ultrapassá-lo, o motorista não poderá compartilhá-la a mesma faixa por causa das distâncias mínimas a serem respeitadas. Ele precisará mudar de faixa (quando houver uma segunda faixa) ou permanecer pacientemente atrás do ciclista. Não por educação. É lei.

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.

Ao contrário do que escutamos das diversas vertentes esotéricas, energia é uma grandeza física bastante conhecida. Mensurável, armazenável e principalmente transformável entre sua grande variedade de forma (elétrica, mecânica, gravitacional, química, potencial de mola, pressão de gases, térmica, etc*).

Matematicamente é comum simplificar afirmando que energia é potência integrada na variável tempo ou que potência é a derivada temporal da energia. Simplificando +: para uma potência constante temos que a energia é a multiplicação direta da potência pelo tempo. Ou seja, 1kW (potência) multiplicado por uma hora (tempo) é equivalente a 1kWh (energia), como vemos na conta de luz.

No tópico anterior vimos como as forças resistivas se comportam com a velocidade; se multiplicadas pela velocidade resultam na grandeza potência. Nesta abordagem veremos sua consequência na energia total gasta.

Força de resistência a rolagem

A força de resistência a rolagem possui um comportamento quase constante com a velocidade. Sendo assim, ela não se altera com a velocidade. Vamos tomar dois casos como exemplo:

A potência (P) é:

Onde:
F = Força
v = Velocidade

Desta forma para vencer a força de resistência a rolagem a 20m/s, a potência dissipada é o dobro (20m/s x 10N = 200W)[Caso A] que a 10m/s (10m/s x 10N = 100W)[Caso B]. Usando um trajeto hipotético com 20m de distância rolando a 20m/s, iremos levar 1 segundo. E a 10m/s, levaremos 2 segundos. Quando consideramos a energia (E) gasta no trajeto total temos:

Onde:
E = Energia
t = Tempo

Calculando para cada um dos casos:
Caso A
Caso B

Ou seja, a resistência a rolagem dissipará a mesma energia sempre, independente da velocidade.

E a resistência aerodinâmica?

A resistência aerodinâmica, por sua vez, não possui um comportamento constante com a velocidade. A força de arrasto aerodinâmico é função da velocidade ao quadrado e a potência (força x velocidade) será função da velocidade ao cubo. Para nosso caso hipotético de resistência aerodinâmica de 10N a 10m/s, dissiparíamos 100W. A 20m/s (10 m/s x 2), entretanto, teríamos 40N (10N x 2²) e a potência dissipada seria de 800W (100W x 2³).

Se pensarmos num trajeto hipotético com 20m de distância, teremos que a 20m/s iremos levar 1 segundo. E a 10m/s, levaremos 2 segundos. Quando consideramos a energia gasta no trajeto total temos:

Caso A
Caso B

Ou seja, a resistência aerodinâmica dissipará 4 vezes mais energia para cada vez que dobrar a velocidade. A proporção será sempre quadrática.

Ao aumentar a velocidade em 50%, teremos (1,5)²= 2,25 logo gastaremos 225% a mais de energia gasta. E assim por diante.

Não devemos esquecer que a energia dissipada total será a soma destas duas componentes (e dividida pela eficiência total da transmissão, que é em torno de 90% ou 0,9))

No nosso exemplo da bicicleta é bastante difícil medir a energia gasta. Mas como a lei da física vale para todos os veículos, vemos o mesmo fenômeno nos carros. E nos carros é bastante fácil de medir pelo combustível, que nada mais é que energia. Verifica-se que é gasto no mesmo trajeto, aproximadamente o dobro do combustível andando a 120km/h que a 80km/h (a quatrorodas comprovou isso aqui).

Academias podiam ser um pouco mais úteis para humanidade

Para se pedalar a 20km/h gasta-se aproximadamente 150W. A energia total média consumida dividida pelo tempo, para uma casa brasileira de 3 pessoas é 150W também. Ou seja, se cada uma das pessoas da casa pedalasse um gerador por 8 horas, esta casa poderia ser autossuficiente energeticamente. É uma ideia ridícula, mas podemos pensar que academias com centenas de alunos poderiam ser pequenas usinas.

Um comentário final

Na física todas as formas de energia podem ser, na sua análise mais profunda, descritas pelas forças Fraca, Forte, Eletromagnética e gravitacional. No dia a dia, apenas eletromagnética e gravitacional. Por exemplo uma reação química não subatômica é composta por fenômenos eletromagnéticos entre os átomos.

Para pedalar mais rápido  – o dobro da velocidade atual, será que você precisa:

1. dobrar também a potência atual;
2. triplicar a potência atual;
3. quadruplicar a potência atual;
4. desistir disso.

A única resposta aceitável é desistir, mas a correta mesmo é o tema desse post.

Teoria

Praticamente todas as máquinas usadas como meios de transporte encontradas são consideradas, segundo a física, como corpos sólidos se deslocando em meios fluídos. Neste sistema temos a entrada de potência que se equilibra com a potência perdida (dissipada) quando se encontra numa trajetória plana e em velocidade constante. Usualmente toda potência perdida é na realidade transformada em calor.

Esta potência dissipada ocorrerá de 3 formas:

• arraste viscoso;
• resistência a rolagem e;
• perdas na transmissão – uma forma de arraste viscoso e atrito.

As perdas na transmissão em geral são representadas por %, tendendo a serem aproximadas por constantes. Ex. um mecanismo com 15% de perda, reduzirá 1,5cv num sistema que introduz 10cv ou 15cv num sistema que introduz 100cv.

A resistência a rolagem, em geral constituída pelo atrito dos pneus com o solo – e deformações do pneu – possui um comportamento aproximadamente constante. Ex. uma roda que reage com uma força de 10N no sentido contrário ao movimento a 15m/s, também resistirá com 10N caso a velocidade seja 5m/s. Entretanto a potência é o produto de força x velocidade. Por isso embora a força nas duas velocidades seja a mesma, para 15m/s teremos 150W dissipados enquanto que a 5m/s teremos apenas 50W. Obviamente em máquinas voadoras e aquáticas não temos esta componente da perdas.

Em velocidades proporcionalmente baixas, resistência a rolagem e perdas mecânicas são predominantes – num trator por exemplo. Em outros casos o arraste viscoso é o mais perceptível, como em uma bicicleta com pneus finos onde as perdas na transmissão são da ordem de apenas 4% e os pneus finos de alta pressão (8 Bar) reduzem ao máximo a resistência a rolagem.

O arraste viscoso se deve ao deslocamento do corpo no fluído. Da mesma forma que uma pedra cai mais lentamente quando dentro da água ou quando um papel amassado cai mais rápido que uma folha plana. Trata se do cisalhamento de infinitas camadas do fluído somadas com descolamentos e vórtices. Na prática simplificamos, para os meios de transporte, com:

• Constantes do fluido (K): onde se inclui viscosidade, massa específica, etc.
• Constantes geométricas: forma (traduzida pelo Cd.) e área frontal
• Fator dinâmico: simplificando, velocidade ao quadrado(v².).

E alguns cálculos

Apenas conceitualmente podemos caracterizar a força do arraste viscoso como porcentagem:

As constantes não mudam com a velocidade nesta simplificação. Logo temos o comportamento quadrático da força com a velocidade. Por exemplo, andando a 5m/s temos 10N de arraste viscoso. Dobrando a velocidade, temos 4 vezes mais arraste viscoso, ou seja, para 10m/s temos 40N de arraste.

Entretanto esta relação fica ainda mais acentuada quando se pensa em potência (P). Como potência é Força x Velocidade, temos para o arraste viscoso:

Resumindo, temos a proporção de:

Ou seja, para cada vez que se dobra a velocidade, precisa-se de 8 vezes mais potência.

Por isso um carro com 125cv que consegue chegar a 200km/h precisaria de 1000cv (oito vezes mais) para atingir 400km/h (duas vezes mais).

Ou exemplo mais prático é que aproximadamente qualquer qualquer pessoa consegue pedalar a 25km/h no plano (algo em torno de 150w).

Porém para se manter 50km/h precisa de potência praticamente fora da capacidade de um humano comum (1200w).

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.