garagem do odois

Quem pedala sabe.

Não há descida que compense totalmente uma subida, pelo menos energéticamente.

Ou seja, um trecho com subidas e descidas é sempre mais cansativo que um trecho plano.

Mas a energia potencial gravitacional é conservativa, ou seja, toda energia que gastamos para subir é devolvida para descer, sendo que o somatório de energia potencial gravitacional é zero, da mesmo forma que acontece quando pedalamos no plano. Podemos de fato desconsiderar, pois seu valor deste somatório é realmente zero desde que se chegue na mesma altitude que partiu.

Desconsiderando a perda por atrito mecânico ( rolamentos, correntes, pneus) que são baixos, na ordem de poucos centésimos da energia total, a única parcela de potência que sobra é devida a resistência aerodinâmica.

Ou seja, a energia que você produz é transformada em calor por causa da viscosidade do ar(turbulências, descolamentos do fluxo de ar, entre outros fenômenos que simplificamos como consequências da viscosidade). Calor este que é muito baixo para ciclistas a ponto de ser despercebido, mas atingim até centenas de graus em aviões e milhares de graus em ônibus espaciais na reentrada da atmosfera.

Como pode-se notar, este valor de potência tem relação com a velocidade.

Uma das formas simplificadas de se tratar a resistência aerodinâmica é tratar por:

F=k*v²

Onde F é força ( en Newtons por exemplo) , k é uma constante relacionada com geometria do objeto, meio flúido ( no nosso caso ar) e mais algumas considerações e v é a velocidade ( em km/h) por exemplo.

Para um mesmo ciclista, k é praticamente sempre o mesmo.

Na situação descrita acima , onde o ciclista percorre AB temos como energia entregue pelo conjunto bicicleta+ciclista para o ar:

E=F x D

F=k x V²

E=k x V² x D

E=k x 20² x 20 = k x8000

Na situação onde o mesmo ciclista percorre AC temos duas parcelas (subida+descida):

E= F1 x D1 + F2 x D2

F1= k x V1²     F2=k x V2²

E=k x V1² x D1 + k x V2² x D2

E=K x ( V1² x D1 + V2² x D2)

E=k x ( 15² x 10 + 30² x 10)

E=k x 11250

Essa energia pode ser em Joules, kWh ou mais popularmente conhecida, calorias.

Podemos ver matemáticamente e numéricamente um fato que conhecemos desde nossa primeira pedalada. Um trajeto com subidas e descidas consome muito mais energia ( nossa!) que um trajeto plano, mesmo quando se tem a mesma velocidade média total.

Eu sempre falei que não importa o quanto uma padronização seja ruim, no tanto que ela exista e seja única.

Num mundo perfeito, os fabricantes de componentes sentariam numa mesa, todos juntos com seus respectivos engenheiros e escolheriam a melhor padronização, e a partir dai todos fabricariam atendendo a únicas especificações.

Mas nossa realidade é muito distante disso.  Medidas inglesas, medidas métricas, polegadas, milímetros, BAR, Psi, KPa, rosca fina, grossa, enfim, uma bagunça generalizada em quase tudo que se possa comprar para bicicletas. Com pneus não é diferente. Explicar o que significa cada uma destas medidas é assunto para um outro tópico exclusivo.

O tema desta postagem é sobre diferentes técnologias em pneus. Existe muita confusão relacionada a estas técnologias sendo causada essencialmente pelos problemas de padronização descritos acima junto com propaganda dos fabricantes que se aproveitam desta falha.

Independente do tamanho do pneu, podemos separar todos os tipos de pneus ciclisticos em:

Com câmara: trata-se do pneu mais comum. Teve seu uso abandonado pela automobilistica há alguns anos perdura em motocicletas , bicicletas e outros veículos de baixa técnologia. É constituido de um pneu, aros comuns e a câmara que fornece a vedação necessária para que o sistema pneumatico funcione, incluindo o bico.

Sem câmara ( tubeless): É o pneu utilizado em carros. Nas bicicletas foi introduzido inicialemnte nas bicicletas todo terreno e recentemente há um empenho entre a Shimano e alguns fabricantes em disseminado pelas bicicletas de asfalto. Trata-se de um sistema constituido de aro comum, fita de vedação revestindo o aro ( por causa dos furos dos raios), bico e um pneu comum. A fita e o bico garantem a vedação, porém é comum utilização de colas e liquidos que “colam” pequenos furos. Estes liquidos trazem, além da pequena vantagem de peso, a vantagem de tornar o pneu praticamente infuravel , uma vez que os furos são fechados ja no inicio do vazamento de ar. São mais seguros porém seus kit ainda são muito caros.

Tubulares. Usados em provas de ciclismo e de velódromo , este tipo de pneu utiliza um aro especial e o próprio pneu se assemelha a uma câmara, porém dotada de banda de rodagem. Usualemente este tipo de pneu permite pressões muito elevadas ( até 20o psi) sem comprometer tanto a maciez. Sua vantagem reside, além da pressão, no fato de ser seguro quanto a furo, uma vez que esvazia lentamente ( mais devagar que em pneu com câmara) e sua desvantagem esta no fato deste pneu ser colado no aro, portanto é pratico somente para quem possui equipe de apoio ou em velodromo , onde se troca a roda inteira em caso de furos.

Os bicos se dividem basicamente em:

Válvulas presta. São conhecidos nas bicicletas de asfalto, porém podem ser encontrados para todos os tipos de bicicleta. Sua válvula tem pino externalizado e sem mola de retorno, portanto tem funcionamento exclusivo por diferença de pressão. Quebram fácil em bombas manuais.

Válvula Schrader. Conhecidas nas bicicletas de todo terreno e em praticamente todo tipo de veículo. Resistentes por serem protegidas( sem pino exteriorizado) tem seu retorno por mola. Sua vantagem é poder ser enchido em compressores de postos de gasolina entre outros.

Qualquer pneu, independente das medidas deve se enquadrar entre estas especificações.

Mas técnologias novas estão por vir, quem sabe a michelin não lança um Tweel para bicicletas?

Manutenção. Assunto chato, necessário e frequente no mundo relacionado a bicicletas.

A via de regra, todo componente mecânico, exposto a algum tipo de esforço de contato, seja ele atrito, impacto, flexão ou tração,  tem sua vida útil limitada e precisará ser subistituido em algum momento. A qualidade destes componentes poderá apenas adiantar ou atrasar este processo, não evita-los.

Além disso , temos outros dois fatores que tornam manutenção necessária. Lubrificação e sujeira (contaminações) . 

Todo lubrificante tem vida útil. Perde sua propriedade com o tempo e com o uso. E a sujeira impede o bom funcionamento das superficies que tem contato ( também chamadas de interfaces) e proporcionam a aceleração do processo de corrosão.

Vamos então , relacionar os problemas acimas com situações reais nas bicicletas.

Cubos , caixa de direção e caixa central. Funções diferentes , porém principios de funcionamente similares. São virtualmente “selados”. Ou seja, a entrada de sujeira é muito rara, podemos assim praticamente desconsidera-la. Outra caracteristica é sua lubrificação constante. Sua vedação, além de não permitir a entrada de sujeira, impede também a perda de lubrificante ( usualmente graxa) . Porém isto não os torna eternos. Os lubrificantes presentes neles, com o tempo irão degradar pelo próprio uso e um dia terão que ser subistituidos. O contato das esferas com as pistas dos rolamentos geram um fenômeno de fadiga superficial, geradas pelas altissimas tensões de Hertz ( esfera sobre uma superficie plana (ou quase). 

Modernamente, estas duas variáveis são projetadas para terem vidas úteis próximas. Ou seja, a vida útil tanto do lubrificante quanto dos rolamentos são iguais. Sendo assim engraxar cubos já não é algo necessário em cubos modernos, salvo quando indicado pelo manual do fabricante ( Campagnolo, por exemplo, descrevia uma rotina de revisões e engraxamentos em seus manuais de cubos).

Pneus. Provavelemente o componente que tem seus desgaste mais visível e mensuravel entre os componentes. Seu uso indicará nas suas próprias ranhuras o desgaste. Seu contato com o asfalto, concreto , pedras e eventuais fricções (travamentos em frenagens) fazem ( ou deveriam fazer) um desgaste homogeneo na banda de rodagem, com víes para a área central.  Freios de todos os tipos podem ser classificados da mesma forma, com desgaste exclusivo por atrito.

Raios. Fadiga exclusiva por forças cíclicas de tração. Em geral, como todos os raios tem esforços similares, quando um quebra naturalemnte por fadiga, provavelmente todos os outros (da mesma roda) estão com sua vida útil igualmente próxima do fim.

Elementos de transmissão. A parte crítica da bicicleta. Apresenta todos os problemas citados no inicio do texto. Atrito, tensões de contato, flexões, problemas de lubrificação, sujeira e forças de tração altas.

O seu desgaste ( pela utilização, do ingles wear) é tão acelerado que fenômenos como a degradação do lubrificante e fadiga superficial nem chegam a serem observadas. O problema acaba se concentrando na dilatação da corrente ( o módulo deixa de ser o nominal ) pelos efeitos de perda de massa nos pinos e rolos devido ao atrito e aumento do comprimento dos elos pelas forças ciclicas de tração. Nas engrenagens ( coroas da pedivela e pinhões do cassete o catraca) temos a perda da geometria correta (os dentes tendem a ficar triangulares e não “circulares”) pelos esforçoes de compressão e atrito .

Este processo é (muito) acelerado pela exposição do sistema. Não apenas o lubrificante desprente sozinho da corrente e engrenagens como pó, areia e outros contaminantes começãm a acumular nestes componentes.

Resumidamente, não importa o quanto seja gasto nas peças, estas sempre terão uma vida limitada ( a nível profissional, temos inclusive trincas de fadiga em pontos críticos do quadro, fato que fica longe de acontecer caso não se utilize uma mesma bicicleta 150km/dia, todos os dias durante 5 anos). Cuidado com “revisões de cubos”. Em geral pouco se pode fazer desmontando tais componentes e ainda corre-se muito risco ao se monta-los sem torquimetros e equipamentos adequados.

Todos estes desgastes podem ser resolvidos em dois tipos de manutenção: Preventiva e corretiva.

 A corretiva, como o nome já diz, busca solucionar problemas que já ocorreram, peças danificadas e que impeçam o uso do equipamento. 

Na manutenção preventiva, faz-se um plano de manutenção ( com base em tempo ou em quilometragem). Nestas revisões programadas substituem componentes que apresentas sinais iniciais de desgaste ou mais corretamente quando expira a vida estimada para tal componente, evitando-se assim compromenter outros ( a exemplo temos a troca preventiva de correntes para preservar cassete e pedivela). Como vantagens temos a segurança (teórica) de subistituir as peças em dias programados, não em locais inóspitos e também trocar peças que não mostram sinais de desgaste ( caixa central) por ficarem escondidas dentro de outras peças. Como desvantagem temos o custo elevado ja que não podemos “sobreutilizar peças” e o acobertamento de defeitos de fabricação, uma vez que as inspeções serão subistituidas por subistituições fixas.

Na prática, acaba-se por realizar um misto entre estes dois métodos, subistituindo alguns por necessidade e outros por precaução. De qualquer forma é sempre bom deixar a segurança acima de qualquer premissa.

Toda vez que vejo alguem enchendo um pneu com uma bomba manual com muita velocidade, como se estivesse em algum jogo de velocidade, eu me lembro que as sofridas aulas de mecânica dos fluídos e termodinâmica me serviram para alguma coisa, nem que seja só para não cansar tanto meu braço para calibrar os pneus.

O que acontece com com as bombas manuais ao se encher com muita velocidade é uma perda de carga. A válvula, independente do tipo, e as próprias válvulas da bomba, que impedem o ar de reentrar no cilindro, apresentam pequenas dimensões.

Ou seja, ao tentar passar uma quantidade de ar muito grande por estas válvulas, elas funcionam como uma restrição a passagem do ar. Desta forma, a energia de pressão e a energia cinética ( componente muito baixa no caso do fluído ar) ao passar muito forcadamente por estes orifícios perdem sua energia por causa da estricção. Esta perda é chamada de perda de carga. Ou seja,  ao se tentar encher desesperadamente, uma grande parte da força é perdida por se tentar passar muito ar rapidamente por uma passagem estreita, e apenas uma pequena parcela corresponde a força para vencer a pressão interna do pneu e enche-lo, que é o que realmente interessa.

Outra análise que pode ser feita vem da termodinâmica. Um conceito chamado Entropia. A principio podemos afirmar que não existe compressor sem perdas de energia ( perdas entrópicas). Ou seja, toda vez que tentar elevar a pressão de um gás teremos uma energia que seja perdida. Porém o quanto é perdido é fortemente relacionado com a velocidade que isto é feito. Quanto mais lentamente este processo é feito , mais nos aproximamos da condição ideial ( sem perdas, condição isoentrópica). Ao se elevar a velocidade, a proporção da energia que é perdida ( transformada em calor) ao invés comprimir o ar torna-se cada vez mais elevada. Portanto pode-se perceber que quando se tentar encher com muita velocidade, pouco se enche, porém muito calor é gerado (temperatura elevada pode ser sentida no cilindro da bomba, próximo á válvula).

Este fato nos deixa desnecessáriamente cansados ao trocar um pneu, e o calor pode destruir as frágeis vedações da bomba.

Um análogo pode ser feito com circuito elétrico. Imagine uma situação onde se precisa carregar um capacitor. Ligado a este capacitor temos uma fonte de corrente constante e uma resistência fixa. Ao ajustarmos uma corrente alta, dissiparemos para fora do sistema uma grande energia por calor na resistência ( que representa as válvulas), ao passo que com uma corrente baixa, pouca energia é perdida por calor e o capacitor é carregado da mesma forma, porém com um tempo maior. 

A conclusão óbvia é que a forma mais eficiente de se encher um pneu é faze-lo de forma lenta.

Entretanto, quando enchemos de forma lenta podemos explorar todo o curso do pistão. Assim colocaremos em cada ciclo, uma quantidade maior de ar dentro do pneu. Consequentemente precisaremos de menos “bombadas”. Somando a maior eficiência por ciclo e a maior quantidade de ar por ciclo no modo lento, pode-se verificar que o tempo total gasto para encher o pneu com ar, movimentando o pistão lenta ou rapidamente é muito próxima.

Claro que estas afirmações dependem de muitos fatores, como pressão ideal do pneu, geometria da bomba e detalhes de construção da válvula, mas ainda assim é uma ótima generalização.

Experimente você também encher lentamente o pneu da sua bicicleta, movimentando o pistão por todo o seu curso e extraindo a maior eficiência para calibrar. Provavelmente nunca mais irá querer enche-lo de outra forma.

O que diferencia o ciclismo ( em estrada, fora dela, cicloturismo entre outras divisões), que é uma atividade de longa duração, longas distâncias e com um equipamento bem especifico ( a bicicleta ) dos demais esportes?

O que diferencia é também o que afasta iniciantes de se envolverem com a atividade. É a grande necessidade de conhecimentos em outras áreas que torna o ciclismo algo com tão poucos adeptos.

Entre estes conhecimentos podemos citar a meteorologia, uma vez que estar a 50km de casa sem levar nenhuma roupa extra caso esquente ou esfrie exige uma ótima estimativa sobre o tempo durante varias horas. Em cidades instáveis como Curitiba, isto é quase uma arte, que se aprende a muito custo.

A própria orientação espacial é algo vital neste esporte. Principalmente no cicloturismo e no ciclismo fora de estrada, é imprescindível saber onde se está, para onde se vai, qual o relevo esperado, por quais rodovias passará. Utilização de mapas e GPS é um passo mais avançado mas igualmente esperado.

Mas como assunto desda página é a bicicleta, vamos nos focar neste objeto para caracterizar as barreiras desta atividade, uma vez que os itens acima podem ser encontrados no montanhismo, escalada entre outros.

A bicicleta infelizmente é um meio de transporte que carece de manutenção constante. Manutenção preventiva e corretiva. Portanto, pode-se dizer que para pedalar é preciso ser também mecânico de bicicleta.

Isto ocorre porque câmbios desregulam com facilidade, pneus furam frequentemente, selim e mesa precisam ser posicionados milimetricamente para ficarem confortáveis. Embora estes itens sejam básicos, estão longe de serem fáceis e intuitivos de serem feitos.

Além destes, temos que ter um conhecimento mínimo sobre desgaste e durabilidade de peças, principalmente se for pedalar por vários dias onde é difícil conseguir peças de reposição.

Desta forma, caso esteja familiarizando com este esporte, poderá perceber como já esta adquirindo um grande conhecimento sobre tipos de chaves ( allen,chave de boca, etc), sobre parafusos ( M4, M5, sextavado interno e externo) , sobre roscas ( direita e esquerda ( os pedais tem roscas diferentes em cada lado) inglesa e métrica. Provavelmente esta diferença será aprendida após espanar um parafuso que “quase” entrou) e conseqüentemente uma boa capacidade de estimar valores como torque ( de aperto em parafusos) e pressão ( em Bar ou Psi) nos pneus e as conseqüências da variação destas grandezas.

A necessidade destes conhecimentos técnicos mostram-se um grande empecilho para atrair novos praticantes. A manutenção preventiva ( substituição de peças gastas antes de sua falha) pode ser feita em bicicletarias ( $$ ) sem precisar entender sobre bicicletas, porém, na medida que este veículo se torna um elemento do seu dia-a-dia, não há como escapar de aprender sobre esta fantástica máquina de propulsão humana.