Rod End in Bending - Parte 2

No post anterior, eu falei dos problemas em se usar um terminal rotular em flexão. Mas ainda não dei dicas verdadeiras de solução do problema. E a coisa boa é que existem várias. Então vamos ver como funciona um terminal rotular um pouco diferente. Este é visto em quase todas as  barras de direção:

Fig 07: Barras de direção

Isso é usado no mercado. Uai, mas pode? Pode. E qual a diferença para o outro, que acabamos de ver? Neste caso, a diferença está na aplicação. Barras de direção trabalham em tração e compressão, a flexão dela é irrelevante (quem segura a flexão são as rótulas entre as bandejas e os pivôs, como vimos acima). Pode isso, porque somente temos esforços de tração e compressão ao longo da rosca, exatamente para isso que ela foi desenhada.

Então se pode usar terminal de direção, vamos a nossa figura 8, que mostra uma solução possível:

Fig. 08: Suspensão com 3 terminais de direção.

No exemplo acima, temos 3 terminais de direção. Como o terminal de direção pode ser usado sem restrições, então não tem problema em fazer assim, certo?

Errado. Se você acha que o desenho acima é certo, então infelizmente não entendeu nada. Não é o tipo de terminal o problema. É a barra roscada do próprio terminal trabalhando em flexão que não deve ser usada.

Se você entendeu tudo o que está escrito acima, vai perceber que o terminal rotular com haste roscada está condenado para esta aplicação. Mas não está condenado para sempre. Veja um bom uso para ele:

Fig 9: Suspensão tipo swing axle, um bom uso de terminal rotular de esfera

A suspensão traseira do tipo swing axle usa uma barra de tração. Como o nome diz, essa barra será submetida a tração, e neste caso, não há flexão do terminal. É um caso de uso correto do terminal esférico.

Isso tudo entendido, chega de enrolação. Vamos aos finalmentes, como fazer o jeito certo.

O primeiro tipo de solução é este aqui, com o uso de um terminal rotular esférico, mas a rosca para montagem fica no corpo do próprio terminal

Fig 10: Exemplo certo desenhado

Você já entendeu o porquê de se conectar a manga a bandeja de suspensão dessa forma. Neste ponto do texto, isto TEM que te parecer natural. Se ainda não entendeu, releia o post anterior desta série.

Repare que no exemplo acima ainda temos uma pequena mudança na fixação da bandeja inferior no chassi. Aqui temos um eixo com buchas ao invés de um terminal rotular com rosca. O princípio é o mesmo: evitar que o terminal trabalhe em flexão. A bandeja superior mantém o desenho de uso de terminal rotular, e eu desenhei assim de propósito, seria a única situação que eu aceitaria numa competição de Baja ou Fórmula se a equipe tivesse um bom motivo para fazer assim.

E se você não entendeu porque a fixação da bandeja no chassi é assim, fica de lição de casa. Vai pensar um pouco e veja que realmente o projeto é mais refinado desta forma. Estou falando em resistência mecânica, não entro no mérito se o compliance da bucha de poliuretano com bissulfeto que vai dentro dessa fixação é melhor que a histerese provocada pelo atrito da esfera metálica dentro do terminal rotular. Aí é assunto pra outra conversa.

 E se você ainda acha que esta solução não vale a pena, então porque a Kawasaki usa isso nos seus quadriciclos?

Fig 11: Quadriciclo Kawasaki

 Aí você diz: “Tá, mas isso é pra carro off-road, meu negócio é pista. As cargas de frenagem altas não são suficientes para quebrar meu terminal.” Mesmo que isso fosse verdade, olha a bandeja inferior do Dallara F302 (Fórmula 3, modelo 2002):

Fig 12: Bandeja de suspensão dianteira inferior de um Dallara F3 (Retirada do manual da Dallara)

E esta é a única solução? E se eu quiser ainda ter um pouco de ajuste? Bom, aí fica um pouco mais complicado, mas é possível. Só é necessário usar plaquinhas de ajuste. Esses espaçadores ajudam, mas realmente fica bem mais limitado. É uma solução mais apropriada para os carros de fórmula, onde a precisão do ajuste faz enorme diferença. Tem projetos patenteados, que não posso publicar aqui. Mas o princípio da coisa eu posso:

Fig 13: Método de ajuste de cambagem.

Dependendo do projeto, dá até pra fazer outros ajustes. Olha, de novo, o exemplo do Dallara F302, como muda a altura do roll center:

Fig. 14: Regulagem de altura de roll center, manual do Dallara F302.

Estes são projetos comuns no mercado de competição, e existem alguns até mais simples do que isso. Tem gente que tem uma manga para cada geometria, e tem gente que consegue fazer tudo isso com poucas peças, usando as boas práticas da engenharia.

Espero que vocês tenham entendido o que está errado com os terminais rotulares em flexão, e o que pode ser feito para se arrumar isso. Bajeiros e formuleiros agora não tem mais desculpa: se aparecerem na competição com esse projeto, e sem uma boa justificativa, além de tomar nota baixa na avaliação, vão aprender um pouco sobre orelha puxada trabalhando em flexão... 

Rod End in Bending - Parte 1

Eu tive a ideia de fazer o Telecurso Zé Ruela por causa deste problema, e este post deveria ser o início da série. Mas como os posts de pneu já estavam prontos, acabaram entrando primeiro, e esses aqui ficaram na geladeira por anos Espero desovar mais telecursos meio acabados em breve.

Um terminal rotular trabalhando em flexão é um problema grave. E mais grave é que pelas fotos das últimas competições estudantis pelo Brasil, eu pude perceber que a coisa virou uma praga. Todo mundo está fazendo isso nos seus carros, e como parece ser uma solução elegante, virou meio que default. E os juízes devem coibir isso. Meu medo é que com os anos isso vire uma coisa normal, os juízes considerem isso normal, os estudantes se formam e vêem isso normal, e no dia que eu comprar um carro com isso, vou pessoalmente na fábrica chamar o engenheiro de burro.

Então vamos pro problema. Me desculpem os desenhos, mas desde que mudei de trabalho não posso mais usar o Catia, e ficaram somente os desenhos na mão pra explicar as coisas. Mas melhor isso que nada, certo?

Deixa eu começar pelo começo: há muitos anos atrás, quando eu ainda participava de uma equipe de MINI BAJA (e olha que faz tempo que o termo mini baja não é mais usado), enchia o saco do Rato para que ele fizesse uma suspensão dianteira assim:

Fig. 1 – esquema em vista explodida de uma suspensão duplo A com erro em aplicação

Era o mundo perfeito: com essa suspensão dava pra ajustar cáster, câmber, convergência, e até um pouco de ajuste da bitola. Tudo poderia ser feito simplesmente rosqueando a mais ou a menos alguns terminais. E, atrasado no curso como sempre fui, não entendia porque ele não fazia essa suspensão.

Me formei, vi que isso era errado, mas confesso que não entendia direito o tal do REIB, ou Rod End In Bending. Traduzindo: Terminal rotular em flexão. Então, vou tentar ajudar a quem também não entende direito isso, pra ver se não acontece mais de eu encontrar essa praga nas competições.

Pra começar, vamos ver algumas das cargas que passam da manga para a bandeja. Essas cargas necessariamente passam pelos terminais, já que são o elo de ligação entre os dois componentes. Nesta figura temos a vista frontal de uma suspensão dianteira:

Fig. 02:  Momento fletor no terminal em vista frontal

Em azul, as cargas que entram vindas do solo, e em verde a reação do conjunto amortecedor/mola. Repare que mesmo que a reação esteja alinhada com o ponto de apoio, no terminal rotular ainda há uma flexão (em vermelho).

Isso foi em vista frontal, uma situação onde é mais crítico para carros off-road, apesar do desenho ser de um carro de pista. Agora vamos ver uma vista lateral, que é mais crítica para carros de asfalto (com um desenho de carro off-road, me perdoem):

Fig. 03:  Forças atuantes na manga em vistas lateral e superior

O que temos aqui são as cargas de frenagem, uma reação da pinça de freio sobre a manga. Isso gera um binário na manga, cuja reação é representada pelas setas azul e verde. Quem segura este movimento de girar a manga (e a pinça de freio) junto com a roda é a bandeja de suspensão. E essa carga passa pelos terminais rotulares. Na vista superior podemos ver como ocorre essa flexão do terminal. Pra facilitar, mostrei somente a carga sobre o terminal superior. Em verde, as cargas da manga, e em vermelho, a flexão.

Certo, e como resolver isso? Vamos ver primeiro a principal recomendação de como montar um terminal rotular em uma barra:

Fig 04: Boa prática da instalação da de um terminal rotular.

Reparem que a ponta do terminal está “enterrada” na barra (ou bucha) em pelo menos uma vez e meia o seu diâmetro. Isso é importante para que a transferência de carga seja gradual da rosca do terminal para a bucha da barra. Além disso, temos uma contraporca para manter a posição do terminal. Essa contraporca é importante, e acreditem, se ela ficar solta, a barra vai correr. Se o outro lado for uma rosca esquerda, aí pior ainda. Você com certeza vai perder a regulagem. É incrível como eu pego essas contraporcas soltas em inspeções, tanto pra SAE como para a CBA.

Aliás, um parêntese aqui. Muito cuidado com o torque aplicado nessa contraporca. Consultem sempre o manual do fabricante do terminal sobre o torque a ser aplicado. Torque de menos solta a porca. Torque demais cria uma tensão extra sobre a rosca do terminal, e com a tração a ser colocada na barra que já vai trabalhar a peça, pode haver a ruptura.

Vamos ver agora como acontece a quebra. Já vimos antes quais são as forças fletindo o terminal, então vamos olhar em mais detalhe como o ocorre a falha:

Fig 05: Terminal submetido a flexão

Claro que a imagem acima está exagerada. Mas as forças de flexão tendem a fazer isso. Acontece que a barra que está fletindo é uma rosca, um concentrador natural de tensão. O resultado é fácil: esforços cíclicos + concentrador de tensão = Fadiga acelerada. Com o tempo isso vai quebrar. Isso se não der azar de bater num morro, numa zebra, um esforço a mais vai provocar quebra imediata.

E o que fazer para evitar isso? Bom, eu posso evitar que o terminal flexione da maneira que está na figura acima, colocando porcas e arruelas, para que a barra fique próxima do início da rosca. Assim não vai ter problema, a maior parte da rosca vai estar apoiada. A figura abaixo dá uma ideia do que vai acontecer:

Fig. 06: Terminal com porcas apoiando a barra.

Ué, mas se a rosca está quase toda escondida, protegida, porque falhou? O que aconteceu? Lembre que o momento de flexão é o mesmo: o peso do carro não mudou, os pontos de apoio do amortecedor não mudaram, a geometria da suspensão também não, nem a manga. Portanto, as condições são as mesmas das figuras 02 e 03. A única coisa que mudou foi a contraporca extra para dar mais apoio. Antes, você tinha, vamos supor, 12 fios de rosca expostos, para fletir. A carga de flexão estava distribuída nesses fios. Agora, você tem 6 fios fletindo, e o momento de flexão é o mesmo. Resultado: vai quebrar mais rápido.

Se você tentar “juntar”a contraporca na cabeça do terminal, como no detalhe da figura acima, para evitar ao máximo o número de fios de rosca expostos, mesmo assim não vai adiantar. SEMPRE vai ter um fiozinho, uma entrada de rosca exposta, e é justamente ela que vai quebrar, porque toda a tensão estará nela. Não, essa solução não serve.

Novamente, o que fazer pra evitar isso? Tá fácil. A resposta vem na ponta da língua: É só colocar um terminal de diâmetro maior. Com uma área de seção maior, as tensões serão menores, e poderemos prolongar a vida em fadiga, certo?

NÃO.

Essa não é uma solução elegante. Aliás, é uma solução bem tosca, do ponto de vista de engenharia. Não interessa o diâmetro, a rosca continua lá, concentrando tensão, abrindo a trinca. Na verdade, ao colocar um terminal maior, você está adiando o problema, não resolvendo. Isso é errado. Não dá pra implementar essa solução num carro de rua. Ou pior, imaginem como seria em um caminhão. A manga e suas conexões são componentes críticos, cuja falha pode levar a sérios acidentes. Não dá pra brincar.

Mesmo se o aumento do diâmetro da rosca fosse uma solução viável, a pergunta seria: O quanto aumentar o diâmetro? Para um bom fator de segurança, seria necessário dobrar o diâmetro. Um juiz de design de Fórmula SAE ficaria muito bravo ao ouvir que a massa suspensa foi aumentada porque a equipe não sabia como resolver o problema...

Sendo realista, eu até concordo com a fabricação de uma bandeja com terminais em flexão, para fins de ajuste fino do carro. Você pode usar o terminal rotular trabalhando em flexão numa bandeja protótipo, e depois que o carro estiver ajustado, pegar as dimensões da bandeja, os ângulos da geometria de suspensão, e fabricar a bandeja definitiva. Eu daria um crédito para a equipe que fizesse isso e me contasse na competição. Seria uma forma válida de desenvolvimento de produto, o uso dessa bandeja-protótipo. O que não vale é aparecer na competição com uma bandeja dessa dizendo que é protótipo, e o carro de produção vai ser diferente.

Acho que nesse ponto já derrubei todos os argumentos para se usar isso comercialmente. E em uso estudantil também. Lembrem que Baja e FSAE são carros de recreação, que no projeto devem ser produzidos em massa para serem VENDIDOS ao mercado de recreação. E mais do que isso, a competição avalia PROJETOS DE ENGENHARIA.

Até aqui foi explicado o problema, o que está errado. No próximo post eu explico o que pode ser feito para se livrar do problema de uma maneira definitiva.

Pneu Parte 4 – APLICANDO OS CONHECIMENTOS APRENDIDOS EM SALA DE AULA

Pra quem não viu o começo da saga, leia a parte 1, a parte 2, e a parte 3 pra entender essa maçaroca toda.

Depois da teoria vista, o básico é o seguinte: pneu de corrida trabalha em cima da temperatura; mole e aderente quando quente, duro e solto quando frio. Se esquentar demais, estraga. Ou seja, existe uma faixa ideal de temperatura para se usar o pneu de forma eficiente:

Lembrando que, por desempenho defino a capacidade da borracha em suportar cargas de cisalhamento (longitudinais e laterais). Maior o desempenho, maior o raio no diagrama G-G.

No começo do gráfico, temos as temperaturas baixas, que geram o graining. Até 2010, os pilotos falavam que isso era um item crítico para não haver ultrapassagens nas corridas. Os carros eram dependentes demais da aerodinâmica. Ao se aproximar do carro da frente para numa curva antes da reta, preparando a ultrapassagem, o piloto perdia carga dianteira. Sem carga dianteira, o pneu escorrega mais, mesmo estando na temperatura certa. Com essa escorregada, forma o graining, e aí aquela novela toda na curva seguinte, escorrega mais, e pneu esfriando. O resultado é que com os pneus dianteiros nesse estado, não dava entrar colado na curva, e entrava na reta distante, não pega vácuo, e nada de conseguir passar. Se passar, não mantém a posição.

Este é um dos motivos pelo qual os carros mudaram nos últimos anos, com as asas dianteira enormes e traseiras pequenas, pro ar chegar mais limpo no carro de trás, que fica menos dependente nas saídas de curva do fluxo limpo à sua frente. A asa dianteira maior dá mais carga na dianteira, e evita o graining. Nada disso resolveu muito pras ultrapassagens, o que salvou foi a diferença de composto, mesmo.

Normalmente as condições ideais de temperatura vêm depois de uma ou duas voltas, e por isso as voltas boas do pneu estão nessas primeiras voltas. Isso acontece porque a borracha atinge a sua temperatura de máxima aderência nessa condição, depois deteriora, se desgasta, e nunca mais atinge essa temperatura ideal. Não tem borracha suficiente se deformando, acumulando calor, para atingir essa temperatura. Ou é porque a borracha se degradou. O gráfico ajuda a mostrar:

Então, como prolongar essa vida útil das voltas boas? Fácil, coloca borracha a mais, aí você vai ter mais borracha pra gastar na temperatura ideal. Hummmm, não. Se fosse tão fácil assim eles já teriam feito. Ao colocar mais borracha, vai ter mais banda de rodagem deformando. Mais deformação, mais absorção de energia, mais calor. A temperatura acima do esperado na banda (105 a 110º C) vai degradar a borracha, e aí seu pneu já era pra sempre. Além do que mais borracha, maior raio do pneu, carro mais alto, detona a (aero)dinâmica como um todo.

E se você colocar uma borracha mais mole na base do pneu, e depois colocar uma borracha mais dura por cima? O pneu é feito em peças de borracha vulcanizadas uma na outra, então dá pra fazer. O composto duro ficaria na parte de fora, que com o calor chegaria na temperatura ideal. Quando gastar a casca, vai expor a borracha mole que está por baixo. É pouca borracha, mas como é mole, vai esquentar e funcionar bem por mais umas voltas! Certo? Não. A borracha mole no meio não vai dar estrutura pro pneu, e vai esquentar bem mais que a parte externa. Mais quente, mais dilatação (ou degradação), e vai dar bolha lá no meio.

Não tem jeito, milagre não existe. Sempre o compromisso, ganha de um lado, perde do outro. Agora vamos pros finalmentes: Lembram do post dos peaky cars? Pneu também é mais ou menos assim. Olha uma comparação de desempenho por desgaste de um composto duro contra um macio:

Os desempenhos são beeeem diferentes, mas a durabilidade também é. E fazer um piloto andar com os dois pneus na corrida garantem essa diferença de desempenho que provoca esse monte de ultrapassagem, junto com o DRS.

Eu sempre achava ridículo forçar o piloto a usar os dois compostos. Competitividade forçada, injusta e besta. Se o piloto não pode dar o pulo do gato e tentar fazer a corrida toda com um só pneu, então para que essa regra?

Um pneu macio aceita mais desaforo que um duro. Isso quer dizer que as cargas laterais que suporta são muito maiores. E junto com isso vem as cargas de frenagem, transferência de carga, as cargas aerodinâmicas, de amortecimento, frequências, tudo mais. A estratégia de corrida tem de ser feita pesando desempenho e consumo dos dois compostos, uma variável a mais na equação. Agora volto aos peaky cars. Se um só pneu fosse usado, toda a suspensão do carro seria desenhada para este único pneu.  

Mas se você obriga o piloto a usar dois tipos de pneu distintos, permitindo mudanças mínimas de dentro do carro, aí não dá pra desenhar o carro pro máximo desempenho, e sim para o compromisso. E esse acho que é o desafio mais legal pro pessoal de dinâmica veicular durante o final de semana. E pro piloto, que durante a corrida vai parecer que está andando em dois carros com comportamentos bem distintos um do outro.

E a linha verde tracejada representa outro ponto crucial na estratégia da corrida. Saber o quanto rende o pneu com cada um dos compostos, a perda do desempenho por volta vai determinar quanto cada pneu vai rodar. Se você amolecer o carro, ele fica mais lento, mas degrada menos o pneu duro sem mudar muito o desempenho. É como se a linha verde fosse para baixo (linha amarela). O problema é que um carro mole não funciona no pneu macio, e a curva vermelha cai junto. Acertar este ponto, a escolha entre uma, duas ou três paradas e se o carro é melhor com macio ou duro é difícil.

O mais normal é andar com o composto macio no começo da corrida, porque é o pneu usado na classificação e no começo da prova é necessário marcar o terreno. O pneu mais duro vai pro final da prova, porque a perda de aderência é compensada pela borracha que já está depositada no asfalto. Mas pode ser que alguém surpreenda, com um pit na última volta, ou invertendo a ordem dos compostos. Mas ainda se deve considerar o tráfego, se você soltar seu piloto com pneu duro do box e ele ficar atrás de um carro mais lento, mas com pneus moles, vai perder tempo. Isso tudo complica a tática, estratégia, acerto, mas ainda permite o “pulo do gato”.

Não é aquela corrida que eu gosto, todo mundo larga junto e o mais rápido chega primeiro, sem firulas. Mas já é alguma coisa. Eu, pelo menos, não vou mais reclamar dos dois compostos obrigatórios na corrida!

Pneu PARTE 3 – QUANDO DÁ ERRADO

Hoje tem o terceiro post da série. O fio da meada está aqui (parte 1) e aqui (parte 2). Um pouquinho sobre a formação da temperatura de fora pra dentro, e como isso afeta as corridas. Pra facilitar a vida, não tem cambagem hoje, e a pressão é sempre a ideal. Com isso, vamos ter uma distribuição de temperaturas de fora pra dentro assim:

Isso é pra um pneu já rodando depois de 30 voltas. As temperaturas estão estabilizadas, a região de contato com o asfalto está mais ou menos entre 85 e 95º Celsius (só uma referência, a temperatura ideal muda muito de um F1 pra um FSAE, por exemplo).

Para quem saiu do box, o ideal é andar acelerando gradativamente, até a temperatura se estabilizar, pra depois mandar a bota. Isso todo mundo sabe, de ouvir o Galvão falar. Mas na F1 tem uma coisa chamada mantas térmicas, que pré aquecem o pneu, e já colocam nas condições próximas das ideais para rodar.

Então vamos para o mecanismo de detonação do pneu. Mesmo com a manta térmica, se você calçar uma borracha nova e sair mandando a sapata, sem esperar o pneu se “acomodar” vai acontecer o seguinte: A borracha mais externa vai se esquentar demais, e não vai ter tempo para passar essa temperatura para as camadas mais internas. Lembre que borracha é um isolante térmico. Pois bem, essa quantidade de borracha a 130º C que está em contato com o chão vai se expandir muito mais que a camada interna, ainda nos seus 70º C.

O que acontece? Uma “trinca” em algum lugar onde tenha essa diferença de dilatação. Ou senão uma degradação dos polímeros da borracha, que a torna um pouco mais ressecada. Para visualização, vou seguir a teoria da dilatação:

Só que isso fica meio limitado, a trinca não se propaga pela natureza da borracha. Aí se forma essa bolha, que vimos acima. Com o tempo, a tampa da bolha se solta, e fica um buraco degradado. Más notícias. Seu pneu não tem aderência mais. Não só pela área de contato com o solo perdida, mas também (e principalmente) porque a borracha do seu pneu foi pro beleléu. Ela perdeu as propriedades que fazem dela um composto de corrida, e virou um monte de negro de fumo e borrachas sintética e natural. Já era.

Mas como conseguir fazer subir a temperatura do pneu do jeito certo? Tem alguns jeitos. O primeiro deles é o mais usado até hoje, e o que o Galvão adora falar: é o tal do balé da F1. Andar em zigue-zague aumenta a carga de cisalhamento do pneu, além das cargas laterais. Isso aquece o pneu, ou pelo menos o mantém próximo da temperatura de trabalho. Por isso vemos o balé nas voltas de apresentação e de durante os safety cars. Tem um segundo jeito, que dizem que foi descoberto em Maranello e jogado no ventilador pelo caso de espionagem Ferrari-McLaren, que consiste em trabalhar as paredes do pneu:

Pelo que o desenho mostra, é mais eficiente (ganha temperatura mais rápido sem gastar a banda de rodagem) se você fizer uma sequência de freadas muito fortes (mas sem travar). Isso faz com que os pneus sejam aquecidos em duas frentes, como mostra a figura acima, e mantém a temperatura por mais tempo. Só que é difícil fazer em corrida, porque existe a regra de não deixar o carro da frente abrir muito durante os Safety Cars, e frear forte em volta de apresentação pode dar problema. Foi o Felipe que acertou a traseira do Montoya numa volta de apresentação em Mônaco, por causa de uma freada brusca?

Bom, além das bolhas, tem outros jeitos de dinamitar o desempenho do seu composto. Um deles é "fritando" o pneu. Esse é comum, uma freada acima do normal, e seu pneu ganha uma parte reta. Fica “quadrado”, nos termos do esporte.  O resultado é uma vibração, que pode ser insuportável dependendo do tamanho do estrago. O carro fica inguiável, especialmente se for na roda dianteira, e pode ser necessária uma parada extra.

Tem um terceiro jeito de não trabalhar com o pneu direito, é com a temperatura abaixo da esperada de projeto. Os motivos que o pneu não esquenta são vários, como falta de carga normal, ou composto muito duro para o uso, ou pilotagem suave (entenda-se lenta) demais. Pra última é só trocar o piloto, mas nas primeiras duas tem problema de projeto, ou aplicação do pneu. Aí a responsabilidade é do cara que está lá no box, tentando achar um jeito do carro virar mais rápido.

Como resolver isso eu não vou falar, mas vou dar uma noção do que acontece, de maneira simplificada: como a borracha não chega na temperatura ideal, a aderência não é a mesma. Nas curvas, o escorregamento vai ser maior.  Sabe quando você vai apagar alguma coisa no papel e a borracha solta aqueles cavacos? Bom, o mecanismo é quase o mesmo. Se a borracha fosse mole (ou estivesse mais quente), ela iria se “aderir” ao papel, os cavacos seriam menores ou nem existiriam. E mexer a borracha iria arrastar o papel junto. Enfim, aderência. Não dêem risada, mas olha o graining em uma borracha escolar:

Pro pneu, a mesma coisa. Borracha fria (e dura) se arrastando em cima de uma superfície. O mecanismo é mais ou menos esse daí debaixo:

Eu exagerei no tamanho dos cavaquinhos, pra mostrar o processo, chamado graining. Na verdade, parecem umas tirinhas finas de borracha, mas que funcionam como grãos de areia pro pneu em curva; o pneu se apóia sobre esses rolinhos, que fazem o carro escorregar. Como não tem resistência lateral, não há geração de forças que deformam o pneu, e portanto, nada de geração de calor. Com o pneu mais frio, borracha mais dura, e na próxima curva essa borracha fria vai gerar mais graining, um processo meio chato de reverter.

Mas atenção! O graining é uma coisa mais fina que os marbles, aqueles cavacos grandes de pneu que ficam na parte suja da pista. Marble de F1 é isso aqui:

E isso faz um estrago igual ou pior que o graining. Marbles é a tradução para bola de gude, e efeito sobre o carro é esse mesmo, fica bem solto, o pneu esfria, mas pelo menos depois de umas duas voltas esses cavacos de borracha se soltam e você volta a ter seu pneu limpo. Normalmente acontece depois de uma saída da trajetória ideal, e é péssimo se acontecer num final de corrida, com a pista cheia disso. Eu tenho aqui uma foto antiga que dá pra diferenciar, infelizmente não tenho os créditos. Mas dá pra ter uma idéia:

Os cavacos grandes e grossos, e também sujos, são os marbles, as bolas de gude. Os fiozinhos na parte de fora do pneu, isso é um comecinho de graining.

Pra ilustrar, o bom mesmo seriam fotos. Mesmo se eu as tivesse, não poderia publicar. Mas fiz um desenho, espero que dê pra entender as diferenças de como ficam os pneus:

Da esquerda pra direita, Bolhas (blisters), Quadrado (“fritada”) e graining, o macarrãozinho.

A parte teórica foi essa. Tudo isso foi só pra dar fundamentação pro meu último post da série, que no final era o que eu queria falar. Quando tiver tempo eu coloco no ar esse fechamento. 

Pneu Parte 2 – DIAGNÓSTICO RÁPIDO

Continuando do post anterior, vamos falar de análises rápidas e fáceis da temperatura do pneu. Lembrando, o procedimento para leitura das temperaturas e pressões é muito importante, e não deve ser mudado de forma alguma.

Muito bem, o carro foi pra pista e voltou com as seguintes leituras de temperatura:

Como dá pra ver, a temperatura das partes mais externas da banda do pneu estão mais altas. Metade do problema está no próprio desenho: a pressão do pneu está baixa. Isso faz com que o pneu tenha a forma do desenho (exagerei, é claro). A maior parte do peso fica então na parte externa, que deforma mais e esquenta mais. E pior, a deformação do pneu sem pressão durante a curva deforma ainda mais a parede do lado externo da curva, que apóia mais, e esquenta ainda mais a região. Andar assim nunca é uma boa, somente em rally, para algumas situações específicas de areia ou atoleiro. Mas mesmo assim, tão logo você saiu do enrosco, volte a pressão ao normal, porque o risco de detalonamento é grande.

Mas estamos falando de asfalto, aqui. Se você entendeu o que aconteceu na figura acima, a de baixo vai ser fácil:

O centro da banda de rodagem muito mais quente que as bordas, provavelmente o piloto vai voltar da pista dizendo que o carro está muito duro, pula como um cabrito, sai de frente e de traseira (supondo todos os pneus com temperaturas assim). Pressão demais. Poxa, mas eu coloquei a pressão certa, igual a do último teste. O pneu é o mesmo composto, do mesmo lote. A temperatura da pista é a mesma, porque isso?

Tem um monte de respostas pra essa pergunta. Mas uma das mais prováveis está no vapor de água dentro do pneu. O estrago que uma gota de água pode causar no seu teste de pneu é uma coisa impressionante. Se o seu compressor de ar não estiver com a manutenção em dia, e a unidade desumidificadora do ar não estiver funcionando, esquece. Vai fazer 40 sessões de teste e o resultado em tempo e temperatura serão diferentes em todos eles.

A pressão e o controle do ar que está lá dentro é muito importante. Se você não estiver usando manta térmica, pior ainda. Pelo menos a manta ajuda a minimizar o problema, mas ainda não é o ideal. Falei, mas não expliquei o que acontece; o vapor de água, por pouco que seja, ao se aquecer, expande e provoca um pequeno aumento na pressão. No carro de rua, as pressões são outras, a temperatura de trabalho do pneu é menor, as cargas envolvidas são menores, e a estrutura do pneu e das buchas de suspensão são desenhadas para absorver as diferenças de pressão. Mas num carro de corrida de asfalto, não.

Por isso, a frescura pela pressão do ar tem todo o sentido. Um pneu que ganha mais pressão (e rigidez) depois de algumas voltas detona a percepção do piloto. O curioso é que na maioria das equipes de competição, os novatos são responsáveis por cuidar das rodas e pneus. Como são novatos, acabam fazendo errado o serviço, e sempre vai aquela roda úmida pra montagem no pneu...

Continuando no nosso teste de pista. Agora, um exemplo de cambagem negativa:

Conforme mostrado no desenho, como o pneu apóia mais na banda interna do carro, a pressão na borracha é maior ali. Maior temperatura na região, portanto. Isso é bom? Depende. Se o seu projeto de suspensão for desenhado para isso, tudo bem. Verifiquem nos Millikens e Reimpells da vida. 

Mas uma coisa a mais, também explicada na literatura: Andar com esta configuração desgasta mais os pneus. Conclusão meio óbvia, mais pressão na borracha, maior temperatura, a borracha fica mais mole, esquenta mais, fica mais mole, vai gastando, e por aí vai. No carro de rua o mecanismo é mais ou menos parecido, por isso pneus murchos levam a desgaste maior no lado de fora da banda de rodagem, e excessivamente cheios desgastam o centro. Crianças, não façam isso com seus carros de rua: os seus pneus e suspensão foram desenhados para trabalhar em uma faixa específica de pressão. Mudar isso significa mudar as suas condições de segurança!

E, pra acabar, a lição de casa. O seu carro foi pra pista e voltou assim:

A cambagem é de projeto, e não, não está com pneu com pressão menor que o indicado. O tempo não veio, cerca de meio segundo mais lento. O piloto reclama que sente o carro mole na entrada de curva, depois fica meio solto, instável até a saída. O que pode estar errado? O carro é de turismo, de uma spec series, não é um fórmula, não. O que está errado?

Pneu Parte 1 – INTRODUÇÃO E MÉTODOS DE MEDIÇÃO

ATENÇÃO: Pneu não é uma coisa simples. Pneu de competição é mais complicado ainda. Existem muitas teorias para tentar explicar como funciona o pneu, e como modelar o sistema. Eu não vou entrar em nenhuma teoria. É uma abordagem totalmente prática, que pode não funcionar para todos os casos. E os especialistas de suspensão deste blog, se quiserem fazer alguma correção ou esclarecimento, por favor, me ajudem.

Há mais de ano estou devendo esta série de posts. As imagens estão prontas faz um ano, mas escrever é que é o problema. E agora, já tem tanto tempo que não mexo com isso, que pode acontecer de eu esquecer alguma coisa chave pra vocês entenderem. Perguntem. Mas o objetivo aqui é vocês pegarem o jeito da coisa, para ajudar a entender como funcionam as corridas de F1 com esses pneus diferentes. Vou jogar tudo pro alto, não vai fazer tanto sentido, mas no final eu amarro tudo. E no meio disso vou colocar mais informações interessantes de corrida.


Bão, por onde começar? Pelo jeito mais prático de você saber o que está acontecendo no pneu: lendo as temperaturas da banda de rodagem. O pneu, sabemos, é feito de borracha, que ao girar, sofre carga de compressão quando está em contato com o chão. Fora isso, nas curvas, sofre com o cisalhamento. Os 4 leitores do blog sabem o que quero dizer, então essa nem tem desenho. Mas o fato é que a borracha absorve um pouco da energia usada na sua compressão. Essa energia absorvida, vira calor.

Hum, pronto. Agora já dá pra colocar uma figurinha:

Este aqui é o pneu padrão, que vou usar para explicar tudo daqui pra frente. Neste caso, o pneu é novo, e está parado. A temperatura vou indicar pelos triângulos, e pra simplificar, a tomada de temperatura vai só em 3 pontos: nas laterais da banda de rodagem, e no seu centro. Beleza? Muito fácil até aqui? Então vamos colocar esse pneu pra rodar:

Este aqui é o mundo ideal. O pneu volta pro box e a leitura de temperatura está igual em toda banda de rodagem (pra ajudar, o mesmo tamanho de triângulos).  Significa que a pressão está boa, carro alinhado, tudo certinho.

Antes de ir para os próximos passos, um pouco de método de medição. É o seguinte, o piloto vai pra pista, aquece o pneu, dá as voltas rápidas (ou simula corrida), pega as suas impressões e volta pro box. Mas não tira o pé quando cruza a linha de chegada e vem se arrastando na volta de desaceleração. Não, ele vem num ritmo forte, mas sem forçar, pra não errar e rodar. Rodar na volta de retorno ao box, claro, detona todas estas voltas do teste. Então o cara volta rápido, mas andando na pista limpa, e para no box. Imediatamente o cara da temperatura do pneu entra em ação.

A medição da temperatura do pneu assim que ele chega no box é tão crítica que tem que ser feita seguindo um padrão. Você escolhe o padrão: lado interno, centro, externo. E a ordem dos pneus também não pode mudar. Começou medindo dianteiro direito, e terminou com o traseiro direito, vai assim até o fim. Cada segundo perdido a temperatura cai e você perde informação valiosa.

Então, são necessárias 12 medidas que precisam ser tiradas o mais rápido possível. Melhor se tiver 2 caras pra fazer o serviço: um faz a leitura, outro anota.  Se tiver um terceiro cara, melhor ainda: ele vai fazer a leitura das pressões do pneu, outro item fundamental para o acerto do carro. Se tiver só 2, meça a temperatura, depois volte na mesma ordem dos pneus medindo a pressão. Agora, são 16 medidas que precisam ser tiradas em no máximo 1 minuto depois que o carro parou.

Pô, mas nunca vi ninguém medindo temperatura de pneu em lugar nenhum. Nem na F1. Certo, mas na F1 os sensores já estão lá, medindo as temperaturas em tempo real. Olha só onde os sensores dos pneus traseiros ficam:

Foto: divulgação CaterhamF1.com

E nas outras categorias? Nunca vi no Brasil alguém fazer isso. Pois é... Qualquer equipe séria deveria fazer. Mas ás vezes não dá, ou porque não tem gente pra isso, ou porque pneu é coisa exclusiva do fornecedor, ou porque não sabe, mesmo. Mas olha só uma gambiarra bem feita e super funcional:

Isso aqui é num FSAE, foto tirada em Silverstone/2011. Não passou de primeira na inspeção, precisaram melhorar a coisa, mas depois serviu para os propósitos, e fizeram a leitura da temperatura durante o enduro.

A pressão do pneu é crítica, também, mas sobre ela eu falo nos próximos posts da série.  E o próximo vai ser mais ou menos sobre isso, como a pressão influencia as temperaturas. Tá escrito, com figuras, mas só depois coloco. Agora é hora de GP da Malásia!