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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS CURITIBA
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE MECÂNICA
ENGENHARIA INDUSTRIAL MECÂNICA
RAFAEL CLAUSEN SIGWALT
THIAGO SANCHES CARDOSO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
CURITIBA
2015
RAFAEL CLAUSEN SIGWALT
THIAGO SANCHES CARDOSO
Projeto e Fabricação de Protótipo
de Veículo para Cicloturismo
Trabalho de Conclusão de Curso de
graduação, apresentado à disciplina Projeto
Final II, do Curso Superior de Engenharia
Industrial Mecânica do Departamento de
Mecânica – DAMEC – da Universidade
Tecnológica Federal do Paraná –UTFPR,
como requisito parcial para aprovação na
disciplina.
Orientador: Prof. Carlos Cziulik, Ph.D.
CURITIBA
2015
TERMO DE APROVAÇÃO
Por meio deste termo, aprovamos a Proposta de Projeto Final que tem por objetivo o Projeto e Fabricação de Protótipo de Veículo para Cicloturismo, realizada pelos alunos Rafael Clausen Sigwalt e Thiago Sanches Cardoso, como requisito parcial para aprovação na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso 2, do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Prof. Carlos Cziulik, Ph.D.
DAMEC, UTFPR Orientador
Prof. Samuel Ansay
DAMEC, UTFPR Avaliador
Prof. Edmar Hinckel
DAMEC, UTFPR Avaliador
Curitiba, 22 de Junho de 2015
RESUMO
O cicloturismo é uma forma de turismo onde o meio de transporte
utilizado no passeio é a bicicleta. Muito praticado em alguns países do
mundo, os percursos, normalmente, são longos e podem durar dias. Isso faz
com que seja necessário bom preparo físico do atleta e uma bicicleta
adequada. Vários modelos podem ser encontrados em oficinas ou fábricas,
principalmente, em países europeus, com diferentes características técnicas
e abrangendo uma grande faixa de preço. No Brasil, a prática do cicloturismo
é recente e o público ainda é reduzido. Um consequência desta baixa
demanda é a pequena disponibilidade de modelos à venda no mercado
nacional. Como alternativa, os cicloturistas ativos recorrem a outros modelos
e adaptam os mesmos com acessórios específicos. Um problema destas
bicicletas adaptadas é que não foram projetadas para o ciclista fazer viagens,
podendo ocorrer lesões e desconforto por má postura ou excesso de esforço.
O objetivo do presente trabalho é desenvolver o projeto e fabricar o protótipo
de um veículo para cicloturismo. Para tanto, foi empregada a metodologia
proposta por Rozenfeld e coautores a fim de se ter informações suficientes
para levantamento de concepções. Deste estas, foi escolhida a que melhor
atenda às necessidades de um cicloturista. Um quadro diferente dos
encontrados em bicicletarias foi desenvolvido, levando em consideração a
ergonomia do ciclista e a resistência mecânica. Este quadro foi fabricado e
uma protótipo foi montado, utilizando peças e acessórios de mercado. Os
testes realizados neste protótipo mostram que o posicionamento do ciclista foi
atendido, resistindo aos esforços quando colocada em prática a bicicleta.
Palavras-chave: desenvolvimento de produto; ciclismo; cicloturismo;
bicicleta.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Linha do tempo da evolução da bicicleta no Brasil................................. 16
Figura 2: Circuitos em Santa Catarina .......................................................................... 23
Figura 3: Estrada cascalhada .......................................................................................... 24
Figura 4: Descida com buracos e valas ........................................................................ 25
Figura 5: Estrada com areia ............................................................................................. 25
Figura 6: Estrada pedregosa ........................................................................................... 26
Figura 7: Estrada lamacenta ............................................................................................ 26
Figura 8: Cartão dos pontos de controle no passeio de Tibagi ............................. 27
Figura 9: Bicicletas carregadas para o cicloturismo ................................................ 28
Figura 10: Cartão dos postos de controle na viagem de Balsa Nova ................... 30
Figura 11: Posicionamento do ciclista durante a viagem ........................................ 31
Figura 12: Bicicleta facilmente encontrada em bicicletarias .................................. 33
Figura 13: Suporte de guidão .......................................................................................... 33
Figura 14: Guidão de moutain bike ................................................................................ 34
Figura 15: Guidão borboleta ............................................................................................ 34
Figura 16: Guidão speed ................................................................................................... 34
Figura 17: Passador de marcha independente ........................................................... 35
Figura 18: Manete e pinça de freio ................................................................................. 35
Figura 19: Manopla ............................................................................................................. 36
Figura 20: Quadro ............................................................................................................... 36
Figura 21: Garfo com suspensão ................................................................................... 37
Figura 22: Canote do selim .............................................................................................. 38
Figura 23: Modelo de selim vazado ............................................................................... 38
Figura 24: Tipos de freio ................................................................................................... 39
Figura 25: Parte interna do movimento central .......................................................... 39
Figura 26: Pedivela e coroa .............................................................................................. 40
Figura 27: Pedal tipo clip .................................................................................................. 40
Figura 28: Câmbio dianteiro Shimano ........................................................................... 41
Figura 29: Câmbio traseiro Shimano ............................................................................. 41
Figura 30: Cassete .............................................................................................................. 42
Figura 31: Elos da corrente .............................................................................................. 42
Figura 32: Cubo com blocagem rápida ......................................................................... 43
Figura 33: Diferentes tipos de pneus ............................................................................ 44
Figura 34: Raios montados no aro e cubo central ..................................................... 45
Figura 35: Bicicleta equipada para cicloturismo ........................................................ 46
Figura 36: Mountain Bike .................................................................................................. 47
Figura 37: Bicicleta de estrada ........................................................................................ 48
Figura 38: Bicicleta hibrida .............................................................................................. 49
Figura 39: Bicicleta elétrica .............................................................................................. 50
Figura 40: Dimensões fixas do quadro ......................................................................... 51
Figura 41: Dimensões ajustáveis ................................................................................... 52
Figura 42: Função global .................................................................................................. 59
Figura 43: Concepção 1 – Bicicleta Padrão ................................................................. 63
Figura 44: Concepção 2 – Bicicleta Rural Completa ................................................. 65
Figura 45: Concepção 3 – Bicicleta europeia .............................................................. 67
Figura 46: Concepção 4 – Bicicleta Custo ................................................................... 69
Figura 47: Concepção 5 – Bicicleta Conforto .............................................................. 71
Figura 48: Concepção 6 – Bicicleta Robusta .............................................................. 74
Figura 49: Propagadores de restrição ........................................................................... 80
Figura 50: Comprimento interno da perna ................................................................... 81
Figura 51: Comprimento do pé ....................................................................................... 81
Figura 52: Comprimento da parte superior da perna ................................................ 81
Figura 53: Comprimento do tronco ................................................................................ 82
Figura 54: Comprimento do braço ................................................................................. 82
Figura 55: Ponto morto inferior ....................................................................................... 84
Figura 56: Recuo do selim ................................................................................................ 84
Figura 57: Posição aero .................................................................................................... 85
Figura 58: Geometria do quadro ..................................................................................... 86
Figura 59: Inclinação das costas .................................................................................... 86
Figura 60: Altura do guidão ............................................................................................. 87
Figura 61: Altura do selim ................................................................................................ 90
Figura 62: Dimensões para cálculo do angulo do tubo do selim .......................... 91
Figura 63: Distância entre o selim e o apoio da mão ................................................ 92
Figura 64: Fator de superfície ......................................................................................... 99
Figura 65: A95 de diferentes seções ............................................................................. 100
Figura 66: Set-up do ensaio de impacto de massa em queda (adaptado) ........ 102
Figura 67: Set-up do ensio de impacto de quadro em queda (adaptado) ......... 103
Figura 68: Set-up do ensaio de fadiga com as forças de pedalada (adaptado)104
Figura 69: Set-up do ensaio de fadiga com forças horizontais (adaptado) ...... 105
Figura 70: Set-up do ensaio de fadiga com forças verticais (adaptado) ........... 105
Figura 71: Teste de força vertical no bagageiro ....................................................... 106
Figura 72: Teste de força horizontal no bagageiro .................................................. 107
Figura 73: Inclinação máxima da bicicleta ................................................................. 108
Figura 74: Localizações dos tubos .............................................................................. 109
Figura 75: Set-up para simulação teste de impacto (massa em queda) ............ 110
Figura 76: Regiões críticas............................................................................................. 111
Figura 77: Set-up simulação de impacto queda do quadro .................................. 112
Figura 78: Resultado da simulação de impacto queda do quadro ...................... 113
Figura 79: Região crítica - ponteira direita ................................................................. 113
Figura 80: Região crítica - junção tubo horizontal com tubo do selim .............. 114
Figura 81: Dispositivo de simulação da corrente .................................................... 114
Figura 82: Dispositivo de suporte do quadro ............................................................ 115
Figura 83: Dispositivo de simulação do pedal .......................................................... 115
Figura 84: Set-up geral de simulação de pedalada .................................................. 116
Figura 85: Resultado geral da simulação de pedalada ........................................... 117
Figura 86: Ponto crítico da simulação de pedalada ................................................ 117
Figura 87: Set-up geral da simulação de forças horizontais................................. 118
Figura 88: Resultado geral da simulação de forças horizontais .......................... 119
Figura 89: Set-up da simulação de forças verticais ................................................ 120
Figura 90: Resultado geral da simulação de forças verticais ............................... 120
Figura 91: Tensões máximas com carregamento de 100kgf................................. 121
Figura 92: Tensões máximas com carregamento de 25kgf ................................... 122
Figura 93: Tensões máximas com carregamento de 32,3 kgf .............................. 123
Figura 94: Tensões máximas com carregamento de 13kgf ................................... 123
Figura 95: Set-up teste estático .................................................................................... 124
Figura 96: Adaptação para teste estático ................................................................... 125
Figura 97: Dispositivo para teste estático.................................................................. 125
Figura 98: Set-up teste de fadiga (adaptado) ............................................................ 126
Figura 99: Adaptação para teste de fadiga ................................................................ 126
Figura 100: Dispositivo para teste de fadiga ............................................................. 127
Figura 101: Fixação do dispositivo ao quadro .......................................................... 128
Figura 102: Resultado da simulação do teste estático ........................................... 128
Figura 103: Resultado da simulação de teste de fadiga......................................... 129
Figura 104: Design do suporte do freio ...................................................................... 130
Figura 105: Calha de proteção ...................................................................................... 131
Figura 106: Fixação da calha no bagageiro traseiro ............................................... 131
Figura 107: Protetor da corrente e coroa ................................................................... 132
Figura 108: Perfil retangular do tubo horizontal ...................................................... 134
Figura 109: Perfil retangular do garfo traseiro .......................................................... 134
Figura 110: Tarugo cilíndrico de alumínio ................................................................. 135
Figura 111: Torno Romi KFF 45 .................................................................................... 136
Figura 112: Usinagem externa do tubo da direção .................................................. 136
Figura 113: Usinagem interna da transmissão central ........................................... 137
Figura 114: Fresadora TOS ............................................................................................ 137
Figura 115: Ferramenta da fresa TOS ......................................................................... 138
Figura 116: Micro retífica Dremel com o tubo marcado onde será o feito o
encaixe ................................................................................................................................. 139
Figura 117: Encaixe do tubo horizontal no tubo do selim ..................................... 139
Figura 118: Encaixe do tubo horizontal no tubo do selim ..................................... 140
Figura 119: Ângulo do tubo superior do garfo traseiro .......................................... 140
Figura 120: Quadro ainda preso na morsa após soldagem .................................. 141
Figura 121: Má penetração na solda ............................................................................ 141
Figura 122: Penetração da solda dentro do tubo do selim .................................... 142
Figura 123: Colagem do bagageiro .............................................................................. 142
Figura 124: Quadro da bicicleta com aplicação de galvite .................................... 143
Figura 125: Quadro da bicicleta com pintura preto fosco ..................................... 144
Figura 126: Dimensões fixas do quadro ..................................................................... 146
Figura 127: Posição mais ereta ..................................................................................... 147
Figura 128: Posição intermediária ............................................................................... 148
Figura 129: Posição mais aerodinâmica ..................................................................... 148
Figura 130: Posicionamento dos alforjes ................................................................... 149
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Lista de necessidade dos clientes ............................................................... 57
Tabela 2: Requisitos de projeto ...................................................................................... 58
Tabela 3: Matriz de funções ............................................................................................. 60
Tabela 4: Levantamento de soluções ............................................................................ 61
Tabela 5: Concepção 1 – Bicicleta Padrão ................................................................... 64
Tabela 6: Concepção 2 – Bicicleta Rural Completa ................................................... 66
Tabela 7: Concepção 3 – Bicicleta europeia................................................................ 68
Tabela 8: Concepção 4 – Bicicleta Custo ..................................................................... 70
Tabela 9: Concepção 5 – Bicicleta Conforto ............................................................... 72
Tabela 10: Concepção 6 – Bicicleta Robusta .............................................................. 75
Tabela 11: Matriz de avaliação relativa ......................................................................... 77
Tabela 12: Dimensões do ciclista de teste ................................................................... 83
Tabela 13: Tabela de correção do pé ............................................................................. 84
Tabela 14: Recuo do selim ............................................................................................... 85
Tabela 15: Variação da altura do selim por quadro ................................................... 89
Tabela 16: Comprimento do pedivela ............................................................................ 89
Tabela 17: Altura do tubo do selim por quadro .......................................................... 90
Tabela 18: Dimensões para cálculo do ângulo do tubo do selim .......................... 91
Tabela 19: Ângulos do tubo do selim ............................................................................ 92
Tabela 20: Dimensões da parte superior do corpo .................................................... 92
Tabela 21: Distância entre o selim e o apoio para as mãos .................................... 93
Tabela 22: Propriedades do aço cromo-molibdênio ................................................. 94
Tabela 23: Propriedades do alumínio 6061 T6 ............................................................ 95
Tabela 24: Propriedades da fibra de carbono ............................................................. 95
Tabela 25: Propriedades da fibra de carbono ............................................................. 96
Tabela 26: Fatores de confiabilidade ............................................................................. 98
Tabela 27: Fatores de tamanho para os tubos do quadro ..................................... 100
Tabela 28: Seções dos tubos......................................................................................... 109
Tabela 29: Dados da malha da simulação de impacto de peso frontal .............. 111
Tabela 30: Dados da malha simulação de impacto queda do quadro ................ 112
Tabela 31: Dados da malha de simulação de pedalada .......................................... 116
Tabela 32: Dados da malha de simulação de forças horizontais ......................... 118
Tabela 33: Dados da malha de simulação de forças horizontais ......................... 122
Tabela 34: Dados da malha de simulação de forças horizontais ......................... 124
Tabela 35: Características da malha de teste estático ........................................... 127
Tabela 36: Fixação do dispositivo ao quadro ........................................................... 145
Tabela 37: Lista de componentes ................................................................................. 146
Tabela 38: Somatório por concepção ......................................................................... 169
Tabela 39: Ordenamento por necessidade do cliente ............................................ 169
Tabela 40: Valor do ordenamento ponderado pelo peso da necessidade do
cliente ................................................................................................................................... 169
LISTA DE SIMBOLOS
A95 área da seção em que as fibras do material estejam sujeitas a
tensões mais de 95% da tensão das fibras externas
as avanço do selim
ccarreg coeficiente de carregamento
cconf coeficiente de confiabilidade
cip comprimento interno da perna
cipmáx máximo comprimento interno da perna
cipmin mínimo comprimento interno da perna
cm centímetro
CNC comando numérico computadorizado
cp constante do comprimento do pé
cpv comprimento do pedivela
cs distância do centro do canote do selim até a parte posterior do
selim
Cst comprimento do tubo do selim
csup coeficiente de superfície
ct comprimento da traseira
ctam coeficiente de tamanho
ctemp coeficiente de temperatura
dequiv diâmetro equivalente
E módulo de elasticidade
g aceleração da gravidade
h altura de soltura da massa
hs altura do selim
hsmáx máxima altura do selim
hsmin mínima altura do selim
Kg quilograma
Kg/m³ quilograma por métro cúbico (densidade)
kgf kilograma-força
km quilômetro
m massa de impacto
m metro
mm milímetro
MPa megapascal
N Newton
n# número
s altura da base do selim até o banco
S’f resistência à fadiga
sec segundo
Sf resistência à fadiga corrigida
Sm resistência média em 1000 ciclos
Sut tensão última de escoamento
T temperatura
v velocidade de impacto
wlat carga lateral no bagageiro
wtot carga total (25kgf)
α ângulo entre a vertical e o tubo do selim
β ângulo entre a horizontal e o tubo do selim
ε deformação
ρ densidade
σe tensão de escoamento
σr tensão última de tração
υ coeficiente de Poison
ângulo de inclinação da bicicleta
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................... 15
1.1 CONTEXTO ............................................................................................................................ 15
1.2 OPORTUNIDADE .................................................................................................................... 17
1.3 OBJETIVOS ............................................................................................................................ 17
1.3.1 Objetivo Geral ............................................................................................................ 17
1.3.2 Objetivos Específicos ................................................................................................ 17
1.4 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................................... 18
1.5 METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO ................................................................................ 18
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO .................................................................................................. 18
2. A PRÁTICA DO CICLOTURISMO ............................................................ 20
2.1 CICLOTURISMO NO BRASIL ................................................................................................... 20
2.1.1 O cicloturista brasileiro .............................................................................................. 20
2.1.2 Locais para prática .................................................................................................... 22
2.1.3 Como é hoje ............................................................................................................... 27
2.2 ESCOLHA DA BICICLETA ........................................................................................................ 31
2.2.1 Partes da bicicleta ..................................................................................................... 32
2.2.1.1 Acessórios de cicloturismo ....................................................................................... 45
2.2.2 Tipos de bicicleta ....................................................................................................... 47
2.2.3 Dimensões da bicicleta e posicionamento do ciclista .......................................... 50
2.3 LESÕES COMUNS ENTRE CICLISTAS ..................................................................................... 52
2.3.1 Tendinite ..................................................................................................................... 52
2.3.2 Bursite ......................................................................................................................... 53
2.3.3 Lombargia ................................................................................................................... 53
3. PROJETO INFORMACIONAL E CONCEITUAL ....................................... 54
3.1 BENCHMARKING .................................................................................................................... 54
3.1.1 Resultados gerais do Benchmarking ...................................................................... 55
3.1.2 Comparação entre modelos nacionais e estrangeiros ......................................... 56
3.2 LEVANTAMENTO DAS NECESSIDADES DO CLIENTE ............................................................... 56
3.2.1 Tabela de necessidade dos clientes ....................................................................... 56
3.3 REQUISITOS DE PROJETO ..................................................................................................... 57
3.4 CASA DA QUALIDADE ............................................................................................................. 57
3.5 ESPECIFICAÇÕES DO PRODUTO ............................................................................................ 58
4. PROJETO CONCEITUAL ......................................................................... 59
4.1 FUNÇÃO GLOBAL ................................................................................................................... 59
4.2 MATRIZ DE FUNÇÕES ............................................................................................................ 60
4.3 LEVANTAMENTO DE SOLUÇÕES ............................................................................................ 61
4.4 SOLUÇÕES CONCEITUAIS ...................................................................................................... 62
4.4.1 Concepção 1 – Bicicleta Padrão ............................................................................. 63
4.4.2 Concepção 2 – Bicicleta Rural Completa ............................................................... 65
4.4.3 Concepção 3 – Bicicleta Europeia .......................................................................... 67
4.4.4 Concepção 4 – Bicicleta Custo ................................................................................ 69
4.4.5 Concepção 5 – Bicicleta Conforto ........................................................................... 71
4.4.6 Concepção 6 – Bicicleta Robusta ........................................................................... 73
4.5 VALORAÇÃO DAS SOLUÇÕES ................................................................................................ 75
4.6 ORDENAMENTO DAS CONCEPÇÕES. ..................................................................................... 76
4.7 MATRIZ DE AVALIAÇÃO RELATIVA .......................................................................................... 77
4.8 ESCOLHA DA CONCEPÇÃO .................................................................................................... 78
5. PROJETO PRELIMINAR ........................................................................... 79
5.1 PROPAGADORES DE RESTRIÇÕES ........................................................................................ 79
5.1 ERGONOMIA .......................................................................................................................... 79
5.1.1 Principais dimensões antropométricas ................................................................... 80
5.1.2 Determinação do posicionamento do ciclista ........................................................ 83
5.1.3 Gama de tamanhos do quadro ................................................................................ 87
5.2 PROJETO ESTRUTURAL ................................................................................................ 93
5.2.1 Seleção do material ................................................................................................... 93
5.3 DESIGN DO QUADRO E DIMENSIONAMENTO DOS TUBOS .................................. 96
5.3.1 Vida em fadiga do alumínio ...................................................................................... 97
5.3.2 Testes normatizados ............................................................................................... 101
5.3.3 Simulações não normatizadas ............................................................................... 106
5.3.4 Resultados das simulações.................................................................................... 109
5.4 ACESSÓRIOS DO QUADRO ......................................................................................... 124
5.4.1 Suporte do freio traseiro ......................................................................................... 124
5.4.2 Protetor da roda traseira (calha) ............................................................................ 130
5.4.3 Protetor da corrente e coroa .................................................................................. 131
5.5 LAYOUT FINAL DO QUADRO ....................................................................................... 132
6 PROTÓTIPO ............................................................................................ 133
6.1 MATERIAIS ........................................................................................................................... 133
6.2 MÁQUINAS E PROCESSOS ................................................................................................... 135
6.2.1 Torno ......................................................................................................................... 135
6.2.2 Fresadora .................................................................................................................. 137
6.2.3 Retífica ...................................................................................................................... 138
6.2.4 Solda .......................................................................................................................... 139
6.2.5 Fixação do bagageiro .............................................................................................. 142
6.2.6 Pintura ....................................................................................................................... 143
6.3 COMPONENTES ................................................................................................................... 144
6.4 VALIDAÇÃO DAS MEDIDAS FIXAS ......................................................................................... 145
6.5 VALIDAÇÃO DO POSICIONAMENTO ...................................................................................... 146
6.6 AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DINÂMICO ..................................................................... 149
6.7 VALIDAÇÃO DAS ESPECIFICAÇÕES DO PRODUTO ............................................................... 150
7 CONCLUSÃO .......................................................................................... 152
7.1 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................................ 153
8 REFERÊNCIAS ....................................................................................... 154
APÊNDICE A – QUESTIONÁRIO .................................................................. 159
APÊNDICE B – QUADRO DE RESULTADOS DO QUESTIONÁRIO ........... 160
APÊNDICE C – TABELA COM AS RESPOSTAS DO QUESTIONÁRIO ...... 161
APÊNDICE D – BENCHMARKING ................................................................ 162
APÊNDICE E – RESULTADO DO BENCHMARKING .................................. 163
APÊNDICE F – CASA DA QUALIDADE ....................................................... 164
APÊNDICE G – ESPECIFICAÇÕES DO PRODUTO .................................... 165
APÊNDICE H – VALORAÇÃO DAS SOLUÇÕES ......................................... 166
APÊNDICE I – TABELAS DE PONTUAÇÃO DA CONCEPÇÃO 1 ............... 168
APÊNDICE J – TABELAS DO ORDENAMENTO DAS CONCEPÇÕES ...... 169
APÊNDICE K – TAMANHO DOS QUADROS ............................................... 170
APÊNDICE L – DESENHO DO QUADRO ..................................................... 171
APÊNDICE M – VALIDAÇÃO DOS REQUISITOS DE PROJETO ................ 172
ANEXO 1 – DIMENSÕES ANTROPOMÉTRICAS DO BRASILEIRO ........... 173
15
1. INTRODUÇÃO
1.1 Contexto
Entre os anos de 1890 e 1920, era muito comum a prática de viagens
de bicicleta na Europa, pois este era o meio de transporte mais rápido e
acessível da época. Após a popularização do veículo automotor, as bicicletas
foram substituídas pelos carros, e o cicloturismo caiu no esquecimento da
maior parte da população, restando apenas alguns grupos de apoio à
bicicleta, como o Cyclists` Touring Club (LAMONT, 2009). Há alguns anos
percebeu-se a volta da prática do cicloturismo, despertando o interesse dos
governos e empreendedores. Estima-se que em 2011 a quantia de 21
milhões de pessoas praticaram o cicloturismo só na Alemanha (CLUBE DE
CICLOTURISMO, 2011 ).
Nos anos 50, o mundo se recuperava da Segunda Guerra Mundial e as
industrias abandonaram o foco bélico. No Brasil, o governo de Juscelino
Kubitschek implantou várias indústrias de bens duráveis. Nesta época, a
principal marca de bicicleta era a Monark, que dominava o mercado com o
modelo de barra circular. A Caloi também crescia na época com seu modelo
de barra paralela. No começo dos anos 70, estas duas marcas detinham 95%
do mercado brasileiro de bicicletas (ALCORTA, SD).
Um novo momento na história do ciclismo brasileiro começa nos anos
80. Bicicletas importadas chegam às ruas no fim dos anos 70 com novos
desenhos de quadro e acessórios diferentes, as mountain bikes (VIEIRA,
2007). Agora os ciclistas poderiam, além de desfrutar de pedaladas pela
cidade, se aventurar descendo várias trilhas nos morros próximos. Aos
poucos as pessoas começaram a fazer modificações em modelos nacionais
para poder aproveitar essas aventuras. Uma demanda para um novo produto
foi criada e os importados ainda eram poucos. Novos modelos começaram a
ser lançados pela Caloi e Monark, mas ainda com qualidade inferior
(ALCORTA, SD).
O ciclismo no Brasil toma um rumo totalmente diferente nos anos 90.
Logo no início do governo de Fernando Collor, medidas de flexibilização das
16
importações foram adotadas. Até então o mercado brasileiro era muito
fechado para produtos importados. Além do preço, era muito difícil adquirir
um produto estrangeiro devido a burocracia (SÁ, SD). O principal impacto
deste novo cenário econômico para o ciclismo brasileiro foi o contato com
novas tecnologias e peças de excelente qualidade. A Figura 1 ilustra a
evolução das bicicletas no Brasil com o passar do tempo.
Figura 1: Linha do tempo da evolução da bicicleta no Brasil1
Recentemente o Brasil vem adotando diversas práticas mais
sustentáveis, seguindo uma tendência mundial. Uma delas é o uso de
bicicletas e o avanço nos direitos a ciclistas. Isso impulsionou ainda mais o
comércio e o desenvolvimento desse segmento.
O cicloturismo vem ganhando espaço no Brasil, aliando a prática
esportiva, à aventura e à possibilidade de conhecer diversos locais e culturas,
além da procura de locais calmos, longe do caos urbano (FERNANDES;
MAGANHOTO; MIARA, 2008). Este aumento é recente, e tem chamado a
atenção dos governos estaduais e municipais, o que levou à criação do
primeiro circuito de cicloturismo no Brasil, o circuito do Vale Europeu em
Santa Catarina em 2006. Em 2010 chegou a registrar 4.000 visitações, desde
então foram criados diversos outros, sendo mais dois em Santa Catarina
(CARVALHO; RAMOS; SYDOW, 2013).
O cicloturismo pode ser definido segundo Lamont (2009) como a
prática do ciclismo longe da casa do turista, sendo o ciclismo o ponto central
da viagem, de forma ativa e não competitiva, e a viagem deve ser feita como
forma de lazer ou relaxamento, podendo durar um ou mais dias. Esta prática
1 Todas as Figuras, Tabelas e Quadros sem indicação explícita da fonte foram
produzidas pela equipe
17
está inclusa dentro do ecoturismo, pois possui baixo impacto ambiental e
propicia um grande contato com a natureza.
1.2 Oportunidade
Apesar de existirem na Europa e na América do Norte bicicletas
específicas para a prática do cicloturismo, estas são normalmente do tipo
híbridas (adaptadas, com características de diferentes tipos de bicicleta), que
não são adequadas para o uso em estradas de terra com barro, pedras e
areia, usualmente utilizadas para a prática desta modalidade no Brasil
(CLUBE DE CICLOTURISMO, 2011). Isto leva os cicloturistas brasileiros a
comprarem bicicletas de competição ou mobilidade urbana e adaptarem, com
resultados muitas vezes insatisfatórios, podendo gerar desconforto,
alterações posturais e até mesmo lesões. Além disso, as adaptações de
acessórios podem colocar em risco a integridade da bicicleta. Como o
número de praticantes desta modalidade está aumentando, seguindo a
tendência mundial, mostra-se necessário o desenvolvimento de uma bicicleta
que atenda aos anseios deste público.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo Geral
O objetivo deste trabalho é o projeto e construção de um protótipo
funcional de um veículo específico para a prática do cicloturismo rural,
reduzindo as lesões devido ao posicionamento inadequado do ciclista e os
custos com adaptações.
1.3.2 Objetivos Específicos
Para o desenvolvimento deste trabalho será necessário;
a) caracterização do perfil do cicloturista;
b) caracterização dos circuitos de cicloturismo no Paraná e Santa
Catarina;
c) análise das lesões comuns na prática do ciclismo;
18
d) determinação do melhor posicionamento dos ciclistas
recreacionais sobre a bicicleta;
e) determinação e escolha de concepções;
f) desenvolvimento de um quadro e fabricação do protótipo;
1.4 Justificativa
As bicicletas mais utilizadas hoje para a prática do cicloturismo no
Brasil são, normalmente, adaptações das bicicletas competitivas ou de
mobilidade urbana. Estas adaptações são realizadas tanto no posicionamento
do ciclista quanto na instalação de equipamentos que possibilitem o
transporte de bagagem, luzes e outros acessórios. Ao sanar a necessidade
destas adaptações com um projeto específico para este nicho, será
minimizada a ocorrência de lesões, desconforto e quebras no equipamento.
1.5 Metodologia de Desenvolvimento
Será aplicada para o desenvolvimento do veículo a metodologia de
Rozenfeld et al. (2005) adaptada a este projeto, sendo o projeto dividido em
quatro fases:
a) projeto informacional, quando será coletado o maior número de
informações possíveis sobre o tema, visando entender o
consumidor e o mercado atual de produtos relacionados;
b) projeto conceitual, quando será desenvolvido o conceito de
produto, ainda sem detalhamento em desenhos;
c) projeto detalhado, onde será feito o dimensionamento do produto
para as características levantadas nas fases anteriores;
d) fabricação de um protótipo, visando validar principalmente o
dimensionamento.
1.6 Estrutura do Trabalho
Este trabalho é composto de sete capítulos.
No Capitulo 1 apresenta-se o tema, oportunidade, objetivos,
justificativa para o desenvolvimento do produto e a metodologia que será
19
utilizada neste trabalho. No Capítulo 2, encontra-se a caracterização do
cicloturismo, os locais para esta atividade e seus praticantes. São relatadas
duas experiências de como o cicloturismo é realizado hoje. Na sequência,
são abordados os tópicos para a escolha de uma bicicleta e caracterizadas
suas partes, tipos e principais dimensões. Por fim, tem-se um estudo para
entender as principais lesões em ciclistas. A partir destes dados, ocorre a
caracterização da oportunidade de desenvolvimento. No Capítulo 3,
apresenta-se um estudo de mercado, englobando um benchmarking com
modelos nacionais e importados, o levantamento da necessidade dos
clientes, os requisitos de projeto e a Casa da Qualidade, relacionando os
requisitos e necessidades. No Capítulo 4 são apresentadas as funções do
produto, as concepções geradas e a escolha do layout. O dimensionamento
do quadro ocorre no Capítulo 5. Primeiramente determina-se o
posicionamento do ciclista para, na sequência, definir as dimensões dos
tubos. No capítulo 6 descreve-se a fabricação do protótipo e as principais
considerações. Por fim, no Capítulo 7 são apresentadas as conclusões do
projeto e sugestões de trabalhos futuros.
20
2. A prática do cicloturismo
Segundo Macedo (2011) o cicloturismo não possuí regras quanto à
distância a ser percorrida ou localidades a serem visitadas. Também, não há
preocupação com o desempenho, pois o que importa é o prazer de pedalar.
A bagagem que o ciclista irá carregar varia conforme as necessidades do
percurso, sendo que, para viagens que contarão com hospedagem em hotéis
e pousadas, é muito menor do que viagens por locais mais desolados. Estas
viagens devem contar com um bom planejamento, permitindo alterações em
casos de imprevistos e propiciando maior segurança ao cicloturista.
De acordo com a Rede Catarinense se Mobilidade Ciclística (2011), o
cicloturismo apresenta diversos efeitos positivos, tanto sobre o atleta quanto
sobre as comunidades visitadas, como a diversificação da economia regional,
valorização da cultura local, intercâmbio cultural entre locais e os ciclistas,
aumento da movimentação turística fora de temporada entre outros.
2.1 Cicloturismo no Brasil
2.1.1 O cicloturista brasileiro
Não é difícil encontrar fóruns e blogs sobre cicloturistas europeus.
Contudo, por esta modalidade do ciclismo não ser tradicional no Brasil, as
informações disponíveis sobre o cicloturista brasileiro não são suficientes
para um bom entendimento. A fim de caracterizar melhor este público, foi
desenvolvido um questionário. Nele, busca-se coletar informações relevantes
sobre o praticante, os circuitos e a bicicleta. As perguntas aplicadas estão
contidas no Apêndice A. Os dados coletados serão utilizados para identificar
as diretrizes do desenvolvimento deste projeto.
2.1.1.1 Descrição da coleta de dados
Foi elaborado um questionário com composto de cinco partes. A
primeira foca em entender as características básicas do cicloturista. Nas
próximas duas, as perguntas buscam informações sobre a bicicleta e os
21
percursos praticados. Na sequência, tenta-se entender a ergonomia e saúde
do ciclista. Até então, todas as perguntas são objetivas. Por fim, foi inserido
um quadro para o entendimento da necessidade dos clientes, onde o
entrevistado classifica o nível de importância dado ao quesito, sendo 1 o
menos importante e 5 o mais importante.
O questionário desenvolvido em formulário eletrônico aplicou-se via
rede social (no caso Facebook) para clubes de cicloturismo e cicloturistas,
contando com a divulgação destes para os demais praticantes. O
questionário ficou disponível de 22 a 29 de novembro de 2014.
2.1.1.2 Resultados do questionário
Da totalidade de 23 questionários respondidos, 19 participantes dizem
ser praticantes de cicloturismo. Isso garante que os dados coletados sejam
próximos da realidade. Praticamente, todos são adultos e dizem ter preparo
físico entre médio e alto.
Quanto à distância dos percursos de cicloturismo, a maior
porcentagem dos entrevistados pedala no total mais de 150km, dificilmente
passando de 100km por dia. A duração do percurso ficou mais fragmentada,
mas mostra que metade dos passeios é de apenas um dia. Quando há
necessidade de permanência, hotéis e pousadas são as principais opções.
Quase sempre é preciso levar bagagem e o peso varia bastante, podendo
passar de 15kgf.
Praticamente todos os participantes consideram o nível de desconforto
entre leve e moderado. Dor muscular é a reclamação em 65% dos casos.
Como dizem ser as costas a região mais afetada, entende-se que a causa
principal do desconforto é devido à postura do ciclista e ao exercício.
Além do uso nos percursos de cicloturismo, uma grande parte dos
questionários respondidos mostra que as bicicletas também servem para
deslocamento urbano e lazer. O preço que estão dispostos a pagar é acima
de R$2.500,00 em quase 70% dos casos. Além da bicicleta, estão dispostos
ainda a comprar a parte de bagageiros, luzes, bomba de ar e alforjes. Alguns
22
itens extras foram acrescentados a esta lista, se destacando principalmente
pezinho e kit de reparo. A tabela com as respostas está descrita no Apêndice
B e os gráficos estão apresentados no Apêndice C.
2.1.2 Locais para prática
A prática do cicloturismo nas grandes estradas brasileiras costuma ser
evitada, pois o elevado tráfego de veículos associado à má conservação das
estradas que, muitas vezes, não possuem acostamento, tornam estes locais
muito perigosos. Além da segurança, outro ponto que leva o cicloturista a
procurar mais as estradas rurais, é o contato com o meio-ambiente e a
aventura proporcionada pelas pequenas estradas não pavimentadas. De
acordo com Paupitz (2008), 53% dos cicloturistas brasileiros preferem andar
por estradas de terra.
Os deslocamentos diários são previstos de acordo com o trajeto a ser
percorrido, o tempo disponível para a viagem e a capacidade física do atleta.
Porém, segundo resultados do Apêndice B, na maioria dos casos (57%) os
ciclistas preferem percursos diários entre 50 e 100km, já que com estas
distâncias, é possível aproveitar bem todo o trajeto e o destino, com paradas
para tirar fotos, conhecer pontos turísticos e alimentação.
O cicloturismo pode ser praticado de forma autônoma, quando o
cicloturista define sua rota e leva sua própria bagagem ou com a contratação
de uma agência de cicloturismo, que disponibiliza carros de apoio, peças de
manutenção e carrega as bagagens. Segundo Pauptiz (2008) 71% dos
cicloturistas preferem a primeira opção, e os que procuram as agências o
fazem principalmente por questões de segurança (49%).
Os circuitos de cicloturismo são propostas de rotas, normalmente
promovidos pelos governos locais. Estas rotas são demarcadas, indicando os
caminhos a serem seguidos. No início do percurso, o cicloturista pode retirar
um mapa do percurso e, ao longo dele, existem pontos de controle, onde o
ciclista recebe carimbos, comprovando sua passagem pelo ele. Além da
demarcação, também há infraestrutura para receber este público (REDE
CATARINENSE DE MOBILIDADE CICLÍSTICA, 2011).
23
O sistema de circuitos de cicloturismo é novo no Brasil, e a sua
implantação iniciou-se em Santa-Catarina, onde hoje já existem pelo menos
três circuitos implantados (CLUBE DE CICLOTURISMO, 2011):
a) Circuito do Vale Europeu, que foi o primeiro planejado
especialmente para ser percorrido por bicicletas, tendo 300km de
extensão. Inicia e termina na cidade de Timbó;
b) Circuito das Araucárias, passando por áreas de serra, planície e
planaltos. Apresenta um elevado nível de dificuldade;
c) Costa Verde e Mar, que percorre a planície de SC, passando por
praias e cidades próximas ao litoral. Percorre um total de 270km.
Estes três circuitos dão preferência por estradas secundárias,
passando o mínimo possível pelas principais rodovias da região. Todos
utilizam estradas de terra, cascalho e areia, dificultando muito a prática com
bicicletas de estrada. (CLUBE DE CICLOTURISMO, 2012). A Figura 2
apresenta roteiros de cicloturismo em Santa Catarina.
Figura 2: Circuitos em Santa Catarina
24
2.1.2.1 Caracterização das estradas utilizadas para o cicloturismo
Para o levantamento dos tipos de terreno encontrados em passeios de
cicloturismo, passou-se por alguns lugares onde ocorrem esta atividade.
Nestes caminhos, encontrou-se estradas asfaltadas, de terra, cascalho e
areia, além dos mais variados estados de conservação, nas Figuras 3, 4, 5, 6
e 7 pode-se observar alguns dos tipos de terreno. As subidas e descidas tem
inclinações muito variadas, chegando em alguns momentos a mais de 15%.
Como, durante a viagem, pode ocorrer chuva, algumas das estradas
tornar-se escorregadias ou lamacentas. Nestas estradas, a ocorrência de
erosões é comum, principalmente em aclives ou declives, podendo existir
valas atravessando a estrada.
Figura 3: Estrada cascalhada
25
Figura 4: Descida com buracos e valas
Figura 5: Estrada com areia
26
Figura 6: Estrada pedregosa
Figura 7: Estrada lamacenta
27
2.1.3 Como é hoje
Para o entendimento de como o cicloturismo é praticado hoje,
participou-se de dois passeios com perfis diferentes. O primeiro foi em Tibagi
– PR, percorrendo um circuito dimensionado para ser percorrido em um dia,
com 39km de extensão, organizado pelo Anda Brasil. O caminho foi todo
demarcado com placas, e os pontos de referência indicados em um mapa. O
percurso foi realizado com uma bicicleta moutain bike SOUL SL300. A
comida foi acomodada nos bolsos da camisa de ciclismo, e a água foi
acondicionada em mochilas de hidratação com capacidade para 1,5 litro.
Sendo um passeio curto, não houve necessidade de carregar bagagem na
bicicleta. Para este caso, a bicicleta de competição supriu as necessidades
adequadamente exceto pelo selim, que gerou incômodo na região do glúteo.
A Figura 8 mostra o cartão de controle do passeio realizado em Tibagi.
Figura 8: Cartão dos pontos de controle no passeio de Tibagi
O segundo passeio foi realizado durante o primeiro encontro de
cicloturismo. Este encontro foi organizado visando proporcionar a experiência
do cicloturismo tradicional, quando o ciclista é responsável por levar sua
bagagem, incluindo barracas, sacos de dormir e comida para o percurso.
Para esta viagem transportou-se aproximadamente 23 kgf de bagagem,
28
incluindo três litros de água, para duas pessoas, sendo a bagagem composta
por uma barraca para quatro pessoas, uma muda de roupa para cada
participante, dois sacos de dormir, isolantes térmicos, comida para dois dias
de pedalada, ferramentas e material de higiene. O peso foi distribuído entre
as bicicletas considerando o condicionamento físico dos dois ciclistas, sendo
que um ficou com a barraca e uma mochila de hidratação, carregando
aproximadamente 6,7kgf e o restante ficou com o outro (16,3kgf). Para o
transporte, fez-se necessário adquirir os equipamentos para carregar a
bagagem e para sinalização. Neste caso, o bagageiro traseiro, os alforjes e
as luzes, num custo de R$ 738,00 para uma bicicleta. A Figura 9 mostra a
bicicleta carregada para a viagem.
Figura 9: Bicicletas carregadas para o cicloturismo
O percurso iniciou-se na loja Bike Tech situada em Curitiba, indo até
Balsa Nova, no topo da serra de São Luiz do Purunã, em um dia, percorrendo
65km para ir. A volta ocorreu no dia seguinte, percorrendo um total de 140km
em dois dias.
29
Entre Curitiba e o topo da serra de São Luiz do Purunã, optou-se por
percorrer a BR-277, estrada com acostamento em boas condições de uso,
exceto pelas saídas de estradas não pavimentadas, onde são encontradas
pedras e terra trazidas pelos veículos que saem destas. Considerando as
bicicletas utilizadas, estes pontos representaram a necessidade de maior
atenção para evitar quedas por escorregamento, mas não representaram
grande risco de furo do pneu. No decorrer do trajeto, realizaram-se paradas
para reabastecimento de água, alimentação e reagrupamento, totalizando
três até o topo da serra. No topo da serra, adotou-se um caminho alternativo
em direção ao camping onde foi planejada a estadia. Esta estrada apresentou
basicamente dois tipos de solo, sendo o primeiro de terra, e o segundo uma
areia grossa. Novamente, as bicicletas utilizadas, com pneus para fora de
estrada, se mostram uma boa opção, oferecendo aderência nestes solos
mesmo no período em que estava chovendo.
A volta fez-se por estradas secundárias, sendo a descida da serra toda
em estradas de terra. Neste ponto os freios a disco hidráulicos mostraram-se
de grande valia, reduzindo o esforço necessário para acionamento e
permitindo o melhor manejo da bicicleta na descida. Ao longo de toda
descida, os buracos e valas estavam presentes, e, muitas vezes, sem a
possibilidade de serem desviados, causavam grandes impactos na roda
traseira (roda com maior carga devido à bagagem). O caminho entre o pé da
serra e Campo Largo realizou-se por estradas secundárias e asfaltadas,
porém sem acostamento. Neste ponto a atenção aos carros teve de ser
redobrada. A ausência de retrovisores foi sentida, sendo necessário desviar o
olhar do caminho para ver os carros que vinham por trás. O passeio foi
encerrado antes do fim, devido ao grande desconforto dos dois ciclistas.
Algumas subidas no caminho se mostraram um grande desafio,
principalmente, com a carga, que estava concentrada atrás do eixo traseiro, o
que gera uma grande tendência de a bicicleta levantar a roda da frente. Em
uma das subidas, houve uma queda de um dos ciclistas devido a este efeito.
A Figura 10 mostra o cartão utilizado neste percurso de cicloturismo.
30
Figura 10: Cartão dos postos de controle na viagem de Balsa Nova
O desconforto gerado pelas bicicletas utilizadas foi sentido pelos dois
ciclistas, como: i/ dores nos punhos e costas; e ii/ dormência nas mãos;
gerados pelo posicionamento competitivo destas bicicletas, com as costas
mais arqueadas, sobrecarregando os braços, e impedindo que as curvaturas
da coluna cumprissem o seu papel de absorver os impactos. O desconforto
nos glúteos apareceu novamente, devido ao selim duro e mais estreito,
normalmente utilizado em competições. Em descidas, o deslocamento dos
alforjes para frente fazia com que estes batessem nos pés (Figura 11)
quando o pedal estava na parte mais recuada, atrapalhando a pedalada. Nas
subidas, com a carga concentrada sobre o eixo traseiro, o “pedalar de pé” foi
dificultado, gerando a tendência de a roda da frente levantar. O reparo do
pneu traseiro, em caso de furo, é dificultado pelo bagageiro que é preso ao
eixo da roda, sendo necessário retirar os alforjes do bagageiro para fazer o
reparo. Durante o trajeto houve um período de chuva, durante a parte não
asfaltada do percurso. Isto fez com que a areia aderisse na corrente, gerando
assim grande desgaste do conjunto de transmissão. Isto encurtou a vida da
31
corrente em cerca de 500km, trocada com cerca de 300km percorridos,
quando o normal é trocar com 800km.
Figura 11: Posicionamento do ciclista durante a viagem
Durante o trajeto, obteve-se relatos de outros participantes a respeito
de bagageiros que quebram quando passam por buracos. Estes afirmam ser
muito comum a falha próximo das pontas do suporte. Estes ciclistas estavam
com pneus de uso misto, o que se mostrou uma grande vantagem na parte
asfaltada do percurso. Porém, quando em subidas íngremes na parte não
pavimentada ou em regiões mais pedregosas, os pneus se mostraram
inadequados, havendo reclamações por parte dos usuários em relação à
aderência. Em alguns momentos, os ciclistas que estavam com estes tipos de
pneus tiveram de empurrar suas bicicletas para poder continuar a viagem.
Por sua vez, os pneus fora de estrada utilizados nas outras bicicletas
passaram por todos os terrenos sem maiores dificuldades.
2.2 Escolha da Bicicleta
A bicicleta mais indicada para o cicloturista brasileiro é a moutain bike
(bicicleta de montanha), pois é a mais robusta e adequada a todos os tipos
de terreno. Mesmo em viagens planejadas somente em asfalto, ela tem a
32
preferência pois as estradas brasileiras não são bem conservadas,
apresentando buracos e muita sujeira. Isso pode ocasionar furos em pneus
de bicicletas de estradas, além de danos aos aros, permitindo desvios de rota
caso faça-se necessário (CLUBE DE CICLOTURISMO, 2011).
As bicicletas de moutain bike disponíveis no mercado nacional não
atendem às necessidades do cicloturista, necessitando adaptações como a
colocação de bagageiros, iluminação, descanso lateral e, até mesmo, no
posicionamento do ciclista (geometria da bicicleta). Já as bicicletas
disponíveis na Europa e Estados Unidos, apesar de possuírem todos os
equipamentos e a geometria mais favorável para esta prática, têm limitações
nos terrenos de uso, pois, normalmente, são bicicletas de uso misto
(terra/asfalto) adaptadas à realidade local de estradas bem conservadas,
diferente do encontrado no Brasil. Outro inconveniente são os preços
cobrados devidos aos impostos sobre produtos importados.
As indicações quanto à bicicleta começam pelo formato do quadro,
sendo que a tendência é que os preferidos sejam os com geometria
tradicional. Ou seja, o tubo superior praticamente paralelo ao piso. Outro
ponto, levando em consideração na escolha da bicicleta, é a reparabilidade
desta, pois como as viagens, muitas vezes, passam em locais isolado ou
cidades com menos estrutura, é necessário que os componentes possam ser
reparados ou encontrados com facilidade, reduzindo o risco de ter a viagem
interrompida por uma quebra (REDE CATARINENSE DE MOBILIDADE
CICLÍSTICA, 2011).
2.2.1 Partes da bicicleta
O conceito e componentes básicos de uma bicicleta atual são
semelhantes às bicicletas antigas. Muita tecnologia foi desenvolvida para
aprimorar estes componentes, mas poucos conceitos foram implementados.
Isso faz com que os diferentes modelos possuam características conceituais
praticamente iguais. Uma bicicleta convencional, mostrada na Figura 12,
pode ser desmembrada nos seguintes componentes:
33
Figura 12: Bicicleta facilmente encontrada em bicicletarias
Fonte: Cannondale Bycicle (2015)
a) Espigão, mesa ou avanço (steam): esta peça faz a conexão entre o
tubo circular do garfo e o guidão. Além disso, é a mesa que faz os
últimos ajustes dimensionais, regulando altura do guidão e distância
entre este o selim. Isso é muito importante pois define a postura do
ciclista e a distribuição de peso na bicicleta (ver Figura 13).
Figura 13: Suporte de guidão
Fonte: PRO bike gear (2015)
b) Guidão (handle bar): tubo circular fixado pela mesa ao garfo. Nele
são acoplados a manopla, trocadores de velocidade e manetes de
freio. Possui diferentes geometrias dependendo do uso e influencia
diretamente na distribuição de peso e postura do ciclista. Exemplos de
guidões são mostrados nas Figuras 13, 14 e 15.
34
Figura 14: Guidão de moutain bike
Fonte: PRO bike gear (2015)
Figura 15: Guidão borboleta
Fonte: Ergotec (SD)
Figura 16: Guidão speed
Fonte: PRO bike gear (2015)
35
c) Passador de marcha (shifter): componente responsável por
mudança manual na tensão dos cabos, mudando a posição dos
câmbios e alterando a relação de transmissão. Pode ser independente
ou integrado ao manete de freio. Quando utilizado independentemente,
pode ser fixado tanto no guidão quanto no quadro, dependendo da
bicicleta (ver Figura 17).
Figura 17: Passador de marcha independente
Fonte: Shimano (2015)
d) Manete de freio (brake lever): alavanca que tenciona manualmente
os cabos para acionamento dos freios. Pode apresentar diferentes
formatos dependendo do tipo de guidão no qual vai ser fixado (ver
figura 18).
Figura 18: Manete e pinça de freio
Fonte: Shimano (2015)
36
e) Manopla (grip): peça de borracha colocada na extremidade do guidão
para maior conforto do ciclista (ver Figura 19).
Figura 19: Manopla
Fonte: PRO bike gear (2015)
f) Quadro (frame): o quadro é o que vai unir todos os componentes da
bicicleta. Representando em média 25% do peso total, ele deve ser ao
mesmo tempo leve e resistente. Podem ser manufaturados de
diferentes materiais, sendo muito comum o uso de ligas de aço ou
alumínio. Contudo, vem aumentando o uso da fibra de carbono com
resina. O quadro pode ser dividido em partes e seus tubos e
acessórios são mostrados na Figura 20.
Figura 20: Quadro
Fonte: Noret, Bailly (1991)
1. Tubo do selim;
2. Tubo horizontal;
3. Tubo obliquo;
37
4. Transmissão central;
5. Tubo da direção;
6. Garfo posterior;
7. Garfo anterior.
g) Garfo (fork): peça responsável pela direção da bicicleta, conectada à
mesa e ao cubo da roda dianteira. Pode ser rígido ou com
amortecedor (ver Figura 21).
Figura 21: Garfo com suspensão Fonte: Rockshox (2015)
h) Canote do selim (seat post): faz o suporte do selim no quadro. Seu
posicionamento influencia diretamente no posicionamento do ciclista.
O ajuste vertical é feito no quadro e o ajuste horizontal é feito no
carrinho do selim. O desempenho e conforto estão diretamente ligados
em como o selim será posicionado em relação do guidão e ao eixo do
movimento central. Podem ser encontrados em diversos comprimentos
e diâmetros e alguns modelos possuem amortecedores (ver Figura
22).
38
Figura 22: Canote do selim
Fonte: PRO bike gear (2015)
i) Selim (saddle): como suporta a maior parte do peso do ciclista, a
escolha do selim afeta diretamente no conforto. Para longos períodos
de pedalada é recomendável uso de materiais mais duros e dimensões
reduzidas, para evitar atrito com virilha e pernas. Já para trajetos mais
curtos, normalmente prefere-se usar um selim mais macio e largo.
Para um exemplo, ver Figura 23.
Figura 23: Modelo de selim vazado
Fonte: Bikemagazine (2011)
j) Freio (brake): os mais comuns são os sistemas de sapata. Podem ser
tipo cantilever ou V-brake, dependendo do tipo de acionamento da
centragem. Ambos realizam a frenagem pelo atrito da sapata com o
aro, a partir do acionamento do cabo. Alguns modelos V-brake podem
ter acionamento hidráulico. Outro sistema de encontrado é o freio a
disco. A frenagem é feita pelo atrito da pastilha com o disco. O
acionamento neste caso pode ser por cabo ou hidráulico. A Figura 24
contém alguns exemplos de freios para bicicletas.
39
Figura 24: Tipos de freio
Fonte: Pedal (SD)
k) Movimento central (bottom bracket): localizado na parte inferior
(jogo da transmissão central), é formado por um cubo fixo no quadro e
um cubo móvel. Esta parte móvel normalmente rotaciona por
movimentação de esferas rolantes e é acionado pela rotação do
pedivela (ver Figura 25).
Figura 25: Parte interna do movimento central
Fonte: Pedala Ceara (2015)
l) Pedivela e coroa (crank): o pedivela é a conexão entre o pedal e o
eixo do movimento central. Varia de tamanho de acordo com o
tamanho do ciclista e não é ajustável. Ele é acoplado à coroa e ficam
concêntricos ao movimento central. Caso a bicicleta tenha sistema de
troca de velocidades frontal, o pedivela se acopla a um conjunto de
coroas (ver Figura 26).
40
Figura 26: Pedivela e coroa
Fonte: Angeli (1994)
m) Pedal: é o componente onde o ciclista vai aplicar a força para gerar
movimento. Portanto, necessita máxima eficiência. Os dois tipos são
encaixe ou plataforma. O pedal de encaixe possui um mecanismo que
prende o pé do ciclista. Isso permite que ele não só empurre o pedal
como também o puxe, melhorando seu desempenho. O de plataforma
são apenas uma base para apoio do pé. A vantagem é que não
precisam de sapatilha especial para pedalar. Pode-se usar junto
presilhas ou firma-pés, acessórios que auxiliam na fixação do pé no
pedal de plataforma (ver Figura 27).
Figura 27: Pedal tipo clip
Fonte: Shimano (2015)
n) Câmbio dianteiro (front derailleur): mecanismo com movimentação
paralela ao quadro e acionado pelo cabo do trocador dianteiro. Por ela
passa a corrente e seu posicionamento define em qual coroa será feita
41
a transmissão. A passagem da corrente entre as coroas é feita quando
o câmbio dianteiro se move para reposicioná-la. Para um exemplo, ver
Figura 28.
Figura 28: Câmbio dianteiro Shimano
Fonte: Shimano (2015)
o) Câmbio traseiro (rear derailleur): também chamado de macaquinho,
possui o mesmo acionamento do câmbio dianteiro e é responsável
pela mudança da velocidade através da passagem da corrente pelos
anéis dentados do cassete. O câmbio traseiro é formado por uma parte
superior, presa ao quadro da bicicleta, e um desviador. O desviador é
responsável pelo posicionamento e tensionamento da corrente (ver
Figura 29).
Figura 29: Câmbio traseiro Shimano
Fonte: Shimano (2015)
p) Cassete: conjunto de anéis dentados que realizam a troca da relação
da transmissão de acordo com a posição da corrente. São montados
na roda livre do cubo da roda traseira (ver Figura 30).
42
Figura 30: Cassete
Fonte: Shimano (2015)
q) Roda livre (freewheel): peça que vai fixada no cubo da roda traseira e
permite o giro da roda quando o ciclista para de pedalar.
r) Corrente (chain): formada de elos unidos por cilindros metálicos. A
corrente é responsável por transmitir o movimento da coroa para o
cassete (ver Figura 31).
Figura 31: Elos da corrente
Fonte: Shimano (2015)
43
g) Cubo (hub): o cubo é o elemento central que se fixa no garfo e gira
junto com a roda. É dele que saem os raios. Podem ser pequenos ou
grandes, dependendo se a finalidade é redução de peso ou rigidez (ver
Figura 32).
Figura 32: Cubo com blocagem rápida
Fonte: Shimano (2015)
h) Pneu (tire): o pneu é uma parte muito importante da bicicleta. É ele
que vai estar em contato com o solo e será responsável por suportar
todo o peso da bicicleta, ciclista e bagagem, dar aderência na
frenagem, tracionar nas subidas, segurar nas curvas e absorver
impactos de irregularidades do terreno (PEQUINI, 2000). Podem ser
tipo pneu ou tipo tubular. A principal diferença entre estes é que o
tubular é mais caro e mais leve. Para reparo, o pneu troca-se apenas a
câmara interna, o que demanda ferramentas. Já o tubular troca-se o
conjunto completo por um reserva. O desenho na superfície de contato
(ver Figura 33) com o terreno varia conforme a aplicação e uso.
Longas distâncias em superfícies regulares requerem superfície lisa e
dura. Já para trilhas, emprega-se um pneu com ranhuras largas.
44
Figura 33: Diferentes tipos de pneus
Fonte: Faz Fácil (SD)
i) Raio (spoke): barra de metal altamente resistente que liga o aro ao
cubo. A boa colocação dos cabos influencia diretamente no
rendimento, equilíbrio e resistência da roda. Em provas de ciclismo,
onde se busca extrema performance e a aerodinâmica influencia,
pode-se usar raio lenticular ou rodas compactas.
j) Aro (rim): os aros devem ser leves e resistentes. Podem ser de três
modelos: clincher, tubeless e tubulares. Normalmente são encontrados
em quatro tamanhos para o uso adulto, sendo três para moutain bike e
um para bicicletas de estrada. Os aros de moutain bike são 26”, 27,5”
e 29”, o aro de bicicleta de estrada normalmente é encontrado na
medida 700, com 27” de diâmetro. O diâmetro do aro influênca na
agilidade, ângulo de ataque à obstáculos, estabilidade e manutenção
da velocidade em regiões planas, sendo que quanto maior o aro,
menor as duas primeiras características, e maior as demais. A Figura
34 exemplifica um aro tubular.
45
Figura 34: Raios montados no aro e cubo central
Fonte: Shimano (2015)
Os componentes básicos de uma bicicleta foram descritos nesta
seção. Diferentes aplicações podem requerer acessórios específicos. Na
sequência serão apresentados alguns específicos para o cicloturismo.
2.2.1.1 Acessórios de cicloturismo
Nas bicicletas de cicloturismo há um conjunto típico de acessórios
utilizados. Na Figura 35 está representada uma bicicleta equipada para o
cicloturismo.
Na sequência, tem-se uma rápida descrição dos elementos:
a) Bagageiros dianteiro e traseiro: tem por função suportar a bagagem
alocada em alforjes ou apenas amarradas em sua estrutura. Os
bagageiros para alforjes possuem barras nas laterais impedindo que a
bagagem entre em meio aos raios das rodas;
b) Farol dianteiro: existe uma grande variedade de modelos de faróis.
Alguns servem apenas com o intuito de sinalização do ciclista, mais
utilizados em ambiente urbano, onde a iluminação por postes é
comum. Para o cicloturismo existem modelos mais potentes,
proporcionando a adequada iluminação do caminho em estradas sem
iluminação pública;
46
Figura 35: Bicicleta equipada para cicloturismo
Fonte: Adaptado de Biciclub (2013)
Na sequência, tem-se uma rápida descrição dos elementos:
c) Lanterna traseira: na cor vermelha, tem como único objetivo a
sinalização da presença do ciclista em ambientes escuros;
d) Suporte lateral: tem como função manter a bicicleta de pé enquanto
parada. Existem modelos instalados na roda traseira e alguns
instalados próximo ao pedivela;
e) Paralamas dianteiro e traseiro: tem como função evitar que detritos e
sujeira da estrada levantados pelas rodas da bicicleta atinjam o ciclista
e a carga;
f) Bomba: utilizado em caso de necessidade de reparo do pneu ou para
manter a calibragem ideal deste.
Além dos acessórios citados, são comuns a utilização de suportes para
mapas, celulares ou GPS, bolsas diversas espalhadas pelo quadro, no
guidão e sob o selim.
No questionário aplicado, levantou-se a necessidade de acessórios na
bicicleta, sendo que os mais recorrentes foram a bomba de ar (61%), os
alforjes (61%), o bagageiro traseiro (65%) e as luzes (78%). O bagageiro
a a
d
c b e
e
f
47
dianteiro apareceu apenas em 26% das respostas, mostrando que este não é
um acessório necessário para o cicloturismo.
2.2.2 Tipos de bicicleta
Existem diversas categorias de bicicletas no mercado com suas
subdivisões. Todavia, no cicloturismo as mais utilizadas são as mountain
bikes, seguidas das bicicletas de estrada e as bicicletas de lazer/mobilidade
urbana.
2.2.2.1 Mountain bikes
Também conhecidas como bicicletas de montanha, foram criadas nos
anos 70 como adaptações das bicicletas urbanas da época para andar em
trilhas, montanhas e estradas lamacentas e esburacadas. Ganharam maior
importância no início dos anos 90, quando se iniciou o desenvolvimento de
tecnologias específicas para a modalidade (SATOSHI, 2000).
As principais características da bicicleta de montanha são os pneus
largos, com cravos para uso em terrenos irregulares e sem pavimentação e o
guidão reto. Outros pontos característicos são amortecedores dianteiros e
traseiros e freios a disco hidráulicos ou mecânicos. A geometria do quadro e
dimensões das rodas estão entre os itens que ainda são testados nas mais
diversas condições para definição de qual tecnologia se adapta melhor a
cada situação. A Figura 36 mostra um exemplo deste tipo de bicicleta.
Figura 36: Mountain Bike
Fonte: Cannondalle Bicycle (2015)
48
2.2.2.2 Bicicletas de estrada
Também conhecidas como speed, são bicicletas que apresentam o
conjunto roda/pneu finos e o pneu é liso, privilegiando a aerodinâmica e
leveza, com aro de 27” de diâmetro, conforme mostrado na Figura 37. O
guidão apresenta uma parte reta perpendicular à roda e nas pontas uma
parte curvada para baixo, paralela às rodas. Estas bicicletas são para uso em
estradas pavimentadas. Devido a sua aplicação, não se tem grande absorção
de impactos gerados por buracos. Todo o conjunto da bicicleta é projetado
para maior leveza, o que torna a bicicleta frágil quando colocada em
situações de maior carga, como carregando alforjes ou em estradas
esburacadas.
Como variação da bicicleta de estrada, também é encontrada a
bicicleta de ciclocross, que é uma bicicleta de estrada com pneus para andar
na lama. Esta bicicleta é utilizada em competições da modalidade, que é
disputada em circuitos criados em terra e grama.
Figura 37: Bicicleta de estrada
Fonte: Cannondalle Bicycle (2015)
49
2.2.2.3 Bicicletas de lazer/ mobilidade urbana
São bicicletas que visam, em primeiro lugar, o conforto, colocando o
ciclista numa posição mais ereta no selim com seu guidão mais alto que as
bicicletas anteriores e o quadro mais curto. São usadas normalmente para
pequenos deslocamentos nas cidades e para os passeios nos parques.
Como a performance é colocada como último requisito nestas bicicletas,
percursos que exijam mais do ciclista, com mais subidas ou maiores
distâncias, são inviáveis.
Nas bicicletas de lazer estão inclusas, também, as bicicletas de uso
misto, muito comuns na Europa. Estas bicicletas são muito bem adaptadas
ao cicloturismo europeu, sendo as mais utilizadas para este fim naquele
continente. Estas bicicletas possuem uma geometria favorável para o uso em
viagens, ficando no meio termo entre as bicicletas de competição e de lazer.
Possuem, normalmente, pneus mistos, com uma faixa lisa no meio, para
conforto e eficiência no asfalto, e ranhuras ou cravos nas bordas, para melhor
aderência em pisos de terra. Um modelo é apresentado na Figura 38.
Figura 38: Bicicleta hibrida
Fonte: Cannondalle Bicycle (2015)
50
2.2.2.4 Bicicleta elétrica
São bicicletas que são auxiliadas por um motor elétrico e o ciclista
pode escolher tanto pedalar em conjunto com o motor elétrico quanto deixar o
motor fazer o trabalho. Existem bicicletas elétricas em todas as categorias já
citadas, sendo mais comum encontrá-las nos modelos de lazer e mobilidade
urbana, como mostra a Figura 39.
Figura 39: Bicicleta elétrica
Fonte: Sense Bike (SD)
2.2.3 Dimensões da bicicleta e posicionamento do ciclista
É muito comum praticantes de ciclismo reclamarem de dores
musculares e fadiga. Um dos motivos deste desconforto é o mau
dimensionamento na bicicleta. De acordo com Martins et al. (2007), a maior
parte dos ciclistas apresentam erros de posicionamento na bicicleta. Assim,
82% dos ciclistas recreacionais apresentam erros nos ajustes do selim e 12%
na altura do guidão. Estes desajustes podem causar diversas formas de
lesão. Já GembarowskI (2009) faz uma comparação entre a postura de
ciclistas competitivos e pessoas sedentárias e demonstra que há alterações
posturais nos ciclistas que podem estar relacionadas ao posicionamento
durante o gesto esportivo. Conforme Salai (1999 apud PEQUINI, 2005), entre
51
30 e 70% dos ciclistas sofrem dores lombares, e estas podem ser
ocasionadas pelos ângulos da região lombar na posição sentada. Há diversos
fatores que influenciam estes ângulos, como formato e altura do selim,
guidão, distância entre os dois, formato e tamanho do quadro, tamanho do
pedivela e características pessoais.
2.2.3.1 Quadro e periféricos
O dimensionamento de uma bicicleta se caracteriza por dois conjuntos
de medidas: as medidas fixas e as ajustáveis.
2.2.3.2 Medidas fixas do quadro
Estas são as dimensões do quadro da bicicleta e determinam quais as
medidas finais, independente dos demais componentes e acessórios. A
representação destas medidas encontra-se na Figura 40:
Figura 40: Dimensões fixas do quadro
Fonte: Hinault, Genzling (1988)
2.2.3.3 Medidas ajustáveis
As medidas ajustáveis são dimensões relativas e fazem o ajuste fino
para que a bicicleta fique adequada ao ciclista. As dimensões, conforme a
Figura 41, são definidas a seguir.
52
Figura 41: Dimensões ajustáveis
Fonte: Hinault, Genzling (1988)
2.3 Lesões comuns entre ciclistas
Apesar da bicicleta já existir há mais de cem anos, sendo datada de
1879, há poucos estudos sobre as patologias advindas da prática deste
esporte. Porém as pesquisas existentes mostram um quadro preocupante
neste aspecto: o ciclismo como um fator gerador de diversas alterações
posturais e patologias.
Em estudo realizado por Martins et al. (2007) com ciclistas
recreacionais e competitivos, os erros de posicionamento estavam presentes
em 82% dos ciclistas do primeiro grupo, sendo que a maioria apresentou
erros na altura do selim, mostrando que os ciclistas recreacionais estão mais
suscetíveis à má postura sobre a bicicleta. Este é um fator que pode levar às
lesões como tendinites e bursites, afetando quadril, joelho e tornozelo, e
lombalgia (dores nas costas). Segue o descritivo destas lesões:
2.3.1 Tendinite
A tendinite é uma inflamação que acontece nos tendões, estruturas
que ligam o músculo aos ossos e possibilitam a movimentação. Por serem
partes muito pouco irrigadas pelo sistema circulatório do corpo, os tendões
têm uma recuperação muito lenta e necessitam cuidados especiais. O
principal motivo pelo aparecimento de tendinite no ciclismo está ligado ao
53
mau posicionamento sobre a bicicleta e erros de treino, ocorrendo a maior
parte das vezes a lesão nos tendões dos membros inferiores (CICLISMOBR,
2011).
2.3.2 Bursite
A bursite é o nome que se dá ao processo inflamatório da bursa, uma
pequena bolsa líquida que envolve as articulações etem função de amortecer
impactos. Normalmente causada em ciclistas por fortes e repetitivos
impactos, traumatismos e excesso de esforço ou movimentos repetitivos nas
articulações. Seu tratamento se dá por medicação e, em casos mais graves,
por processo cirúrgico (VARELLA, 2011).
2.3.3 Lombargia
Usabiaga et al. (1997 apud PEQUINI, 2005) mencionam que mais de
75% dos jovens atletas relatam lombalgia em seu estudo sobre a adaptação
biomecânica da coluna lombar no posicionamento em diferentes tipos de
bicicletas. Essas lombalgias podem ser causadas pela inversão da curvatura
da coluna lombar, devido ao posicionamento do ciclista. Outros fatores, como
o relaxamento dos músculos abdominais, que ocorre durante a prática do
ciclismo, podem sobrecarregar os músculos da coluna, contribuindo desta
forma para o surgimento da lordose. Salai (1999 apud PEQUINI, 2005) cita
que a dor na coluna já foi reportada em vários estudos sobre o assunto,
atingindo sempre entre 30% e 70% dos entrevistados, dor que pode levar
muitos ciclistas a abandonarem o esporte. Gembarowski (2009) mostra que,
num grupo de ciclistas, as alterações posturais são muito mais pronunciadas
que num grupo de sedentários.
54
3. PROJETO INFORMACIONAL E CONCEITUAL
Nesta parte do trabalho são descritos os mecanismos para
levantamento de dados necessários para desenvolvimento do projeto.
Primeiramente, realizou-se um estudo de Benchmarking para identificar quais
os produtos são hoje oferecidos para quem procura a prática do cicloturismo.
Foram coletadas informações técnicas e comerciais de bicicletas brasileiras e
estrangeiras. Um estudo mais detalhado, foi desenvolvido, comparando o que
é oferecido ao cicloturista no mundo e no Brasil para entender melhor o
mercado onde se pretende atuar. Na sequência, um questionário foi
desenvolvido e aplicado buscando entender qual o perfil do cicloturista e as
características que ele busca numa bicicleta. Com isso, tornou-se possível
levantar as necessidades do cliente e traduzir este resultado para os
requisitos do projeto. Por fim, produziu-se a Casa da Qualidade para
identificar quais os requisitos do projeto devem ser priorizados durante o
desenvolvimento.
3.1 Benchmarking
Existem inúmeros modelos de bicicletas para as mais diversas
aplicações. Como o cicloturismo requer acessórios muito específicos, poucos
modelos atendem “de fábrica” a todas as necessidades do ciclista. Por isso, o
estudo de benchmarking levou em consideração modelos de bicicleta que
possam ser adaptadas para esta finalidade.
O benchmarking foi dividido em duas partes para melhor entendimento
do cenário atual. A primeira, contempla as bicicletas disponíveis em todo
mundo. Entre estas, foram selecionadas bicicletas de moutain-bike, passeio,
estrada e cicloturismo. A segunda parte, contempla apenas as bicicletas
presentes no mercado nacionais, evidenciando a lacuna existente nesse
nicho.
Foram levados em consideração: o preço, características gerais da
bicicleta e os diferenciais que a tornam mais adequadas ao cicloturismo. A
relação completa dos modelos pode ser encontrada no Apêndice D e o
resultado compilado das informações, no Apêndice E.
55
3.1.1 Resultados gerais do Benchmarking
Foram selecionados diversos modelos para compor o benchmarking.
Como vários deles não tinham as características técnicas de uma bicicleta
para prática de cicloturismo, uma pré-seleção foi realizada a fim de se
conseguir informações mais direcionadas e úteis. Ficou-se então com 20
modelos diferentes, destes sete disponíveis facilmente no mercado nacional.
Para analisar o preço, foi considerado o valor de venda ao cliente final
de um produto novo. Nos casos de bicicletas não disponíveis no Brasil, o
preço foi considerado como conversão monetária por valor médio da moeda
do local no qual o produto está sendo vendido. Não foram considerados no
preço destes modelos, possíveis custos logísticos e tributários. A maioria das
bicicletas podem ser compradas por menos de R$5.000,00. Contudo, nota-se
que há uma diferença muito grande no preço final de venda e não foi possível
fazer uma correlação direta com o grupo de componentes ou características
técnicas. Isso mostra que o preço de venda de uma bicicleta está mais
relacionado com as vantagens que a mesma oferece ao cliente do que
necessariamente o custo de manufatura e montagem da mesma.
Considerando as características técnicas das bicicletas analisadas,
quase metade delas utiliza sistema de freios a disco com acionamento
hidráulico. Freios a disco manual e V-brake dividem a outra metade. Os
modelos com suspensão dianteira também representam quase metade do
total. Quanto ao material do quadro, em 60% dos casos é empregado ligas de
alumínio. Outras opções são ligas de aço e fibra de carbono.
Outro ponto examinado é a possibilidade de adaptação da bicicleta
para circuitos de cicloturismo. Em 65% dos casos há o bagageiro, sendo que
apenas duas são nacionais, e estas, devido à falta de apoio lateral do
bagageiro, não permitem o transporte de alforjes laterais. As demais,
estrangeiras, são bicicletas de uso principalmente em asfalto. A maioria
oferece guidões retos, tradicionais de mountain bikes, sendo que apenas
duas oferecem o guidão tipo borboleta, que permite múltiplas posições na
bicicleta. Apenas cinco já vêm equipadas com faróis dianteiros e lanternas ou
56
refletores traseiros. Os quadros das bicicletas destinadas ao cicloturismo
tendem seguir um formato mais tradicional, privilegiando o espaço para água
ou bagagem no interior do quadro, e o guidão mais próximo do selim em
relação às bicicletas competitivas.
3.1.2 Comparação entre modelos nacionais e estrangeiros
Das 20 bicicletas analisadas no benchmarking, sete delas estão
disponíveis no mercado brasileiro. Uma seção foi reservada no trabalho para
analisar separadamente estes modelos. É importante saber o que pode ser
facilmente encontrado por um potencial comprador no Brasil e quais
características podem gerar demanda.
Nas características técnicas da bicicleta, quase 60% dos sistemas de
freio são a disco, divididos igualmente os modelos com acionamento
mecânico e hidráulico. Para o material do quadro há uma tendência para o
alumínio.
Como o público brasileiro não é acostumado com a prática do
cicloturismo, os modelos nacionais apresentam menor quantidade de
acessórios como para-lamas e bagageiro. Somente o pé de apoio foi visto
com uma frequência maior no mercado nacional.
3.2 Levantamento das necessidades do cliente
O levantamento das necessidades do cliente foi realizado com a
aplicação de questionário, conforme exposto na seção 2.1.1.1.
3.2.1 Tabela de necessidade dos clientes
As notas da lista de necessidade dos clientes foram obtidas a partir da
nota média das respostas do questionário. Entre os pontos de maior valor,
tem-se: o conforto, a reparabilidade, a frequência de manutenção e a
resistência do equipamento, que deve poder passar por diversos tipos de
terrenos. Os pontos notadamente menos importantes são a adaptabilidade a
diferentes ciclistas e o design diferenciado (ver Tabela 1).
57
Tabela 1: Lista de necessidade dos clientes
Necessidades do cliente Nota
Ser confortável 4,48
Ser leve 3,78
Ter boa performance 4,09
Ser fácil de reparar 4,52
Ter baixa manutenção 4,52
Ter manutenção barata 4,04
Ser resistente 4,70
Ser fácil de guardar 3,91
Ter espaço para bagagem 3,65
Ter boa sinalização 4,39
Ser utilizável em diversos tipos de terreno 4,35
Ser de fácil limpeza 3,43
Ter design diferenciado 2,22
Ser de fácil transporte 3,57
Ser adaptável a diferentes ciclistas 2,74
3.3 Requisitos de projeto
Com base na lista de necessidade dos clientes, foram derivados os
requisitos de projeto conforme a Tabela 2.
3.4 Casa da qualidade
Com as necessidades do cliente e os requisitos de projeto em mãos,
relacionou-se estes na casa da qualidade, disponível no Apêndice F. Com as
relações estabelecidas, a matriz fornece os requisitos considerando a visão
do cliente, e estes devem ser priorizados de acordo com a ordem do maior
para o menor.
Da casa da qualidade, é perceptível que os sistemas de
amortecimento, proteções aos componentes, tanto do tempo quanto de
danos e o posicionamento do ciclista são os principais pontos a serem
abordados durante a concepção do projeto.
58
Tabela 2: Requisitos de projeto
Características de projeto Tendência Unidade
Tamanho da Roda ↗ in2
Sistemas de amortecimento ↗ n#
Largura do assento = mm
Força para acionar o pedal ↘ N
Força para acionar os freios ↘ N
Entre eixos = mm
Altura relativa entre guidão e selim = mm
Distância horizontal entre guidão e selim = mm
Distância entre o selim e o pedal = mm
Materiais leves ↘ kg/m3
Largura do Pneu = mm
Tempo de troca do Pneu ↘ sec
Número de ferramentas para montar a bike ↗ n#
Componentes protegidos do tempo ↗ n#
Componentes padronizados ↗ n#
Proteções aos componentes ↗ n#
Componentes desmontáveis ↗ n#
Sistemas para transporte de carga ↗ n#
Espaço para água ↗ n#
Sistema de sinalização ↗ n#
Parâmetros reguláveis ↗ n#
3.5 Especificações do produto
Somente os requisitos de projeto e as necessidades dos clientes não
fornecem condições suficientes para seguir com o desenvolvimento. Para
isso foram definidas as especificações do produto. Cada requisito foi listado
de acordo com sua relevância na Casa da Qualidade e recebeu um objetivo a
ser atendido no projeto. As especificações do produto são mostradas no
Apêndice G.
2 Polegada é a unidade padrão de medida do aro de mountain bikes.
59
4. PROJETO CONCEITUAL
De acordo com a metodologia de Rozenfeld et al. (2005), a segunda
etapa do desenvolvimento do produto é o Projeto Conceitual. Nesta fase,
busca-se soluções que atendam aos requisitos do projeto e satisfaçam as
necessidades dos clientes. Para este trabalho, foi utilizada esta metodologia
de maneira adaptada.
Inicialmente, foi apresentada a função global do produto em
desenvolvimento. Foi, também, desenvolvida uma matriz de funções, a qual
servirá como base para definições das soluções. As concepções foram
definidas pelo método de brainstorm levando em consideração uma pré-
seleção de soluções apresentadas. Estas receberam notas de acordo com as
necessidades dos clientes a fim de determinar a melhor concepção. Uma
matriz de avaliação relativa foi desenvolvida para comprovar a escolha da
concepção.
4.1 Função global
Para se entender o problema num contexto mais amplo e conseguir
melhores resultados com o projeto, é determinada a Função Global do
produto. Ela trata de maneira genérica suas principais funcionalidades. É
representada visualmente por uma caixa que recebe na entrada sinal,
componentes e energia, transformando-os e devolvendo na saída sinal
componentes e energia modificados, conforme apresentado na Figura 40.
Figura 42: Função global
60
4.2 Matriz de funções
A função global foi utilizada como referência para se determinar uma
lista de funções num nível mais detalhado. Devido à complexidade da
estrutura funcional da bicicleta, foi escolhido representar os grupos de
funções numa tabela, conforme a Tabela 3.
Tabela 3: Matriz de funções
Nível Função
F1 Acomodar ciclista e bagagem
F1.1 Receber ciclista em uma posição eficiente e confortável
F1.1.1 Permitir ajustes do posicionamento
F1.2 Acomodar bagagem
F2 Permitir movimento
F2.1 Receber força humana
F2.2 Transmitir torque
F2.3 Permitir seleção da redução
F2.3.1 Receber comando manual do ciclista
F2.3.2 Tencionar cabos
F2.3.3 Movimentar trocadores de marcha
F2.3.3.1 Posicionar corretamente a corrente
F2.3.4 Permitir a rotação das rodas em torno do eixo
F2.3.4.1 Receber torque do conjunto de transmissão
F3 Permitir direcionar movimento
F3.1 Receber comando do ciclista
F3.2 Transmitir comando para a roda
F4 Permitir desaceleração
F4.1 Receber comando do ciclista
F4.2 Transmitir comando para sistema de freios
F4.3 Atritar componentes do freio
F4.4 Dissipar energia cinética
F4.5 Reduzir a velocidade
F5 Permitir visibilidade
F.5.1 Iluminar o caminho
F.5.1.1 Receber comando do ciclista
F.5.1.2 Alterar modo da lanterna
F5.2 Permitir visibilidade do ciclista
F6 Permitir reparo em campo
F7 Proteger da sujeira
F7.1 Proteger ciclista e bagagem
F7.2 Proteger componentes
F8 Impedir danos aos componentes
61
4.3 Levantamento de soluções
A partir da Matriz de Funções, é possível levantar soluções para os
problemas do projeto. Foram definidos componentes e funcionalidades
inerentes a uma bicicleta adaptada para o cicloturismo. Para cada item,
possíveis soluções são apresentadas, levando em consideração os requisitos
do projeto e as necessidades dos clientes. Estas informações são
apresentadas na Tabela 4.
Tabela 4: Levantamento de soluções
COMPONENTE/FUNCIONADIDADE SOLUÇÃO
Selim
Largo
Estreito
C/ Amortecedor
S/ Amortecedor
Ajuste de Posicionamento
Vertical
Horizontal
Inclinação
Guidão
Guidão de mtb
Guidão de estrada
Guidão Borboleta
Posicionamento Mesa ajustável
Mesa fixa com espaçadores
Transporte de água
Garrafa no garfo
Garrafa no tubo obliquo
Garrafa no tubo horizontal
Garrafa no tubo do selim
2 Garrafas no selim
Transporte de bagagem
Bagageiro fixo
Bagageiro removível
Bagageiro dianteiro
Transporte no interior do quadro
Pedal S/ pedal
Conjunto transmissão Marchas internas
Marchas externas
Rodas
26"
29"
700cc
(continua)
62
Tabela 4: Levantamento de soluções
(continuação)
COMPONENTE/FUNCIONADIDADE SOLUÇÃO
Freios
V-brake
Disco mecânico
Disco hidráulico
Caixa de direção Caixa de direção integrada
Suspenção dianteira
Elastômero
Hidráulica
Ar
Rígido
Traseira Rígida
Amortecedores
Descanso da bicicleta Apoio lateral
Cavalete
Proteções para os componentes
Cabos internos
Capas plásticas para corrente e câmbios
Para lamas
Proteção contra impactos Protetores metálicos em partes frágeis
Lanternas Lanterna fixa
Lanterna removível
Refletores Laterais
Traseiros
Farol Farol fixo
Farol removível
Comandos dos componentes Central de botões de fácil acesso
Botões nos componentes
4.4 Soluções conceituais
O processo de criação dos conceitos foi dividido em duas etapas. Num
primeiro momento, foram montadas alternativas de produtos com base na
combinação das soluções apresentadas na Tabela 4. Cada alternativa, então,
possuia uma ou mais solulção para cada funcionalidade ou componente.
Na segunda parte, determinou-se quais alternativas apresentavam um
conjunto de soluções mais alinhados com as necessidades do público
cicloturista. Foram escolhidos seis conjuntos de soluções para dar sequência
nas concepções. Com as características básicas de cada bicicleta, foi
63
aplicado o mátodo de brainstorm para levantamento de informações
complementares e definição do design.
4.4.1 Concepção 1 – Bicicleta Padrão
Esta concepção foi desenvolvida levando em consideração um mix de
componentes que seja ofertado no mercado e faça a bicicleta apta à pratica
do cicloturismo. Pontos negativos desta concepção é a baixa performance, a
dificuldade de uso em diferentes terrenos e a dificuldade no transporte devido
ao longo entre eixos. O custo desta bicicleta pode ser considerado como
baixo, mesmo com acessórios que não vêm de fábrica. Outros pontos
positivos a serem citados são o baixo custo de manutenção e fácil
reparabilidade. O principal diferencial nesta concepção é a iluminação fixa no
tubo da direção. A Figura 43 ilustra uma bicicleta padrão de cicloturismo.
Figura 43: Concepção 1 – Bicicleta Padrão
Este conceito foi desenvolvido com selim largo, garantindo maior
conforto, e sem amortecedor, permitindo o ajuste de altura do selim. Isso faz
com que atenda a pequenas variações do tamanho do ciclista.
Para o transporte de carga utilizou-se um bagageiro traseiro removível
preso no engate da roda traseira e na parte superior do tubo do selim. Para
que não haja interferência na fixação do bagageiro, foi considerado um
desvio no tubo horizontal. O transporte de água será feito por meio de
garrafas fixadas no tubo do selim e no tubo obliquo.
64
Foi considerada transmissão com corrente padrão e troca de
velocidades externa. O sistema de escolha da velocidades e acionamento de
freio serão integrados numa manopla acoplada ao guidão. O acionamento de
ambos será por meio de cabos de aço com fixação externa. O sistema de
freio escolhido foi do tipo V-brake.
A parte traseira da bicicleta será fixa (sem sistema de amortecimento).
O garfo é equipado com sistema de amortecedor por elastômeros, garantindo
nível de conforto médio sem grande custo. Esta escolha compensa o uso de
roda aro 26”, que apresenta maior ângulo de impacto quando se depara com
obstáculos e menos momento de inércia.
A Tabela 5 mostra os componentes e funcionalidades deste conceito.
Tabela 5: Concepção 1 – Bicicleta Padrão
Componente/funcionalidade Solução
Selim Largo
S/ Amortecedor
Ajuste de Posicionamento
Vertical
Horizontal
Inclinação
Guidão Guidão de mountain bike
Posicionamento Mesa fixa com espaçadores
Transporte de água Garrafa no tubo obliquo
Garrafa no tubo do selim
Transporte de bagagem Bagageiro removível
Pedal S/ pedal
Conjunto transmissão Marchas externas
Rodas 26"
Freios V-brake
Caixa de direção Caixa de direção integrada
Suspenção dianteira Elastômero
Traseira Rígida
Descanso da bicicleta Apoio lateral
Proteções para os componentes Paralamas
Proteção contra impactos Sem proteção
Lanternas Lanterna fixa
Refletores Sem refletores
Farol Farol fixo
Comandos dos componentes Botões nos componentes
65
Para proteger os componentes móveis, utilizou-se para-lamas nas
duras rodas. Como foram considerados componentes de fácil aquisição no
mercado, optou-se por não utilizar protetores contra impacto. A visibilidade se
dá por meio de lanterna traseira fixa na parte superior do tubo do selim, e
farol fixo no tubo da direção, ambos com botão de acionamento no
componente. Não serão utilizados refletores nesta concepção.
4.4.2 Concepção 2 – Bicicleta Rural Completa
Nesta concepção, optou-se por agregar todos as soluções para
cicloturismo em uma única bicicleta. Nem todas as funcionalidades podem
ser atendidas com componentes encontrados em bicicletarias, alguns até
devem ser desenvolvidos para aplicação. Isso gera um custo adicional ao
produto e dificulta a manutenção, assim como seu transporte. Em
contraponto, pode-se dizer que esta concepção oferece ao ciclista maior
conforto e garantia que a bicicleta não falhe durante o passeio. Esta
concepção é mostrada na Figura 44 e seus componentes e funcionalidades
apresentados na Tabela 6.
Figura 44: Concepção 2 – Bicicleta Rural Completa
O transporte de bagagem se se dá por meio de um bagageiro fixo,
soldado no quadro. Neste design do bagageiro se faz necessário uso de
braços de apoio que serão fixados no tubo do selim junto com a parte
66
superior do garfo traseiro. O design da traseira desta concepção é bastante
diferente do que normalmente se encontra no mercado.
Com o uso de sistema de marchas interno, é possível utilizar correia
no lugar da tradicional corrente, alternado significativamente o design da
bicicleta. A escolha da velocidade será feita no guidão, juntamente com o
acionamento do freio. Este será do tipo disco hidráulico.
Tabela 6: Concepção 2 – Bicicleta Rural Completa
Componente Solução
Selim Largo
S/ Amortecedor
Ajuste de Posicionamento Horizontal
Inclinação
Guidão Guidão Borboleta
Posicionamento Mesa fixa com espaçadores
Transporte de água Garrafa no tubo horizontal
Garrafa no tubo do selim
Transporte de bagagem Bagageiro fixo
Pedal S/ pedal
Conjunto transmissão Marchas internas
Rodas 26"
Freios Disco hidráulico
Caixa de direção Caixa de direção integrada
Suspenção dianteira Hidráulica
Traseira Rígida
Descanso da bicicleta Cavalete
Proteções para os componentes
Cabos internos
Capas plásticas para corrente e câmbios
Paralamas
Proteção contra impactos Protetores metálicos em partes frágeis
Lanternas Lanterna fixa
Refletores Laterais
Farol Farol fixo
Comandos dos componentes Central de botões de fácil acesso
A parte dianteira apresenta no garfo amortecedor hidráulico,
garantindo maior conforto ao ciclista. A traseira será sem sistema de
amortecedor.
67
Destaca-se ainda nesta concepção os cabos passando no interior do
quadro, protetores metálicos protegendo as partes frágeis, capa plástica
protegendo correia e câmbio e os para-lamas.
4.4.3 Concepção 3 – Bicicleta Europeia
Na concepção 3, foram utilizadas como referência as bicicletas
disponíveis para cicloturismo na Europa. Elas tendem a ser mais leves e
voltadas para performance. Isso é possível devido as condições do terreno,
na maioria dos casos, exigirem menor robustez dos componentes. No
contexto brasileiro, isto pode implicar em problemas, pois esta concepção
pode ser pouco resistente para alguns tipos de terreno. A Figura 45 ilustra
esta concepção, seguida da Tabela 7 com a listagem das soluções.
Figura 45: Concepção 3 – Bicicleta europeia
A alteração das dimensões variáveis nesta concepção é menos
flexível. Visando redução do peso, as braçadeiras que possibilitam ajustes
rápidos na altura do selim e da mesa foram substituídas por fixadores
soldados ao quadro. A principal desvantagem é que a bicicleta se torna
exclusiva para as dimensões do ciclista. Há possibilidade de ajuste da
posição horizontal e da inclinação do selim. O guidão de estrada permite
68
alteração da inclinação do ciclista durante a pedalada, podendo este se
posicionar de maneira mais inclinada, para aumentar performance, ou mais
ereta, visando maior conforto.
Pelo posicionamento mais inclinado do ciclista, o transporte de água se
dá no tubo obliquo. A bagagem é alocada num bagageiro fixo, soldado ao
tubo do selim. Este se apresenta como uma viga em balanço, tendo
capacidade de carga bastante reduzida.
Tabela 7: Concepção 3 – Bicicleta europeia
Componente Solução
Selim Estreito
S/ Amortecedor
Ajuste de Posicionamento Horizontal
Inclinação
Guidão Guidão Speed
Posicionamento Mesa fixa com espaçadores
Transporte de água Garrafa no tubo obliquo
Transporte de bagagem Bagageiro fixo
Pedal S/ pedal
Conjunto transmissão Marchas externas
Rodas 700c
Freios V-brake
Caixa de direção Caixa de direção integrada
Suspenção dianteira Rígido
Traseira Rígida
Descanso da bicicleta Apoio lateral
Proteções para os componentes
Cabos internos
Proteção contra impacto Sem proteção
Lanternas Lanterna removível
Refletores Sem refletores
Farol Farol removível
Comandos dos componentes Botões nos componentes
A seleção da velocidade ocorre por trocadores fixados no tubo obliquo,
configuração comum em quadros para bicicleta de estrada. As marchas serão
externas, com transmissão por corrente. As rodas serão fixadas com engate
rápido para facilitar a retirada em caso de necessidade de manutenção. Este
tipo de roda tende a ser mais frágil e a troca do pneu é comum em viagens.
69
Para evitar quebra do aro e raios, foi selecionada a montagem em roda de
carbono, dando um design diferenciado para a bicicleta.
No aspecto estético, nota-se a passagem dos cabos por dentro do
quadro. Além do design do cabeamento, esta configuração protege o cabo
que vai para parte traseira da bicicleta.
A visibilidade se dá por meio de lanterna e farol com acionamento do
botão no componente. Não serão utilizados refletores nesta concepção.
Tanto o garfo dianteiro quanto o traseiro são fixos. O uso de
suspensão foi descartado devido ao acréscimo de peso que isso traria. Por
este mesmo motivo optou-se por freios do tipo V-brake.
4.4.4 Concepção 4 – Bicicleta Custo
O principal diferencial da concepção 4 é o custo da bicicleta. Optou-se
por componentes fáceis de serem encontrados em bicicletarias e cujos
preços sejam baixos. Conforto e performance não foram priorizados, ficando
como diferencial, além do preço, a facilidade de transporte e manutenção. A
Figura 46 mostra este conceito, cujas características estão listadas na Tabela
8.
Figura 46: Concepção 4 – Bicicleta Custo
A escolha de um modelo de selim largo e com amortecedor compensa
o desconforto decorrente das suspensões rígidas dianteira e traseira. Ele
também possui ajuste de posicionamento da horizontal, vertical e inclinação.
70
Contudo, o posicionamento do ciclista ainda é limitado, pois o guidão reto de
mountain bike é preso a uma mesa fixa com espaçadores.
O transporte de carga se dá por meio de um bagageiro removível
preso na parte traseira da bicicleta. Para hidratação, seja fixada uma garrafa
de água no tubo obliquo.
Tabela 8: Concepção 4 – Bicicleta Custo
Componente Solução
Selim Largo
C/ Amortecedor
Ajuste de Posicionamento
Vertical
Horizontal
Inclinação
Guidão Guidão de mtb
Posicionamento Mesa fixa com espaçadores
Transporte de água Garrafa no tubo obliquo
Transporte de bagagem Bagageiro removível
Pedal S/ pedal
Conjunto transmissão Marchas externas
Rodas 26"
Freios V-brake
Caixa de direção Caixa de direção integrada
Suspenção dianteira Rígido
Traseira Rígida
Descanso da bicicleta Sem apoio
Proteções para os componentes Sem protetores
Proteção contra impacto Sem proteção
Lanternas Sem lanterna
Refletores Sem refletores
Farol Sem farol
Comandos dos componentes Não se aplica
A transmissão por corrente será com troca de marcha externa e o
sistema de freio do tipo V-brake. Isso possibilita que o ciclista pratique
cicloturismo sem gastar muito com a bicicleta se comparado a outras opções
de troca de velocidade e sistema de freio encontrados no mercado. As rodas
aro 26” seguem esta mesma tendência, uma vez que esta medida utilizada a
mais tempo no ciclismo e tendem a ser mais baratas.
71
4.4.5 Concepção 5 – Bicicleta Conforto
Nesta concepção, foi priorizado do conforto do ciclista. Por mais que o
custo desta bicicleta seja elevado, os diferenciais a tornam muito atrativa. A
seleção de componentes foi além do que normalmente se encontra em lojas
do ramo. Além do custo, esta concepção apresenta massa superior se
comparado as outras concepções. Contudo, o desenho do quadro é um
diferencial, apresentando uma montagem final com design não convencional.
Na Figura 47 mostra um modelo desta bicicleta. A listagem dos componentes
e das funcionalidades encontram-se na Tabela 9.
Figura 47: Concepção 5 – Bicicleta Conforto
Para maximizar o conforto na pedalada, optou-se por usar um selim
largo. Não se faz necessário amortecedor no selim, uma vez que tanto a
parte frontal quanto a traseira apresentam sistema de amortecimento. Este
possui ainda ajuste de posicionamento na vertical, horizontal e na inclinação.
Além destas medidas ajustáveis, pode-se corrigir a altura do guidão com a
mesa regulável.
No guidão de mountain bike foi acoplado um bar end para reduzir o
desconforto nos braços durante a viagem. Nele, também, foram instalados,
72
além do acionamento do freio e trocadores de velocidade, uma central de
botões para controle dos componentes elétricos.
Devido à suspensão traseira, o quadro da bicicleta precisa permitir
movimentação dos tubos. O garfo traseiro é fixado no tubo do selim e na
transmissão central de modo que se movimente conforme o quadro sofra
esforço rotacionando na junção. Isso impossibilita a utilização de bagageiro
na parte traseira. Como solução, optou-se pela utilização de bagageiro
dianteiro e no interior do quadro.
Tabela 9: Concepção 5 – Bicicleta Conforto
Componente Solução
Selim Largo
S/ Amortecedor
Ajuste de Posicionamento
Vertical
Horizontal
Inclinação
Guidão Guidão MTB
Posicionamento Mesa ajustável
Transporte de água Garrafa no tubo obliquo
Transporte de bagagem
Bagageiro dianteiro
Transporte no interior do quadro
Pedal S/ pedal
Conjunto transmissão Marchas externas
Rodas 29"
Freios Disco hidráulico
Caixa de direção Caixa de direção integrada
Suspenção dianteira Ar
Traseira Amortecedores
Descanso da bicicleta Cavalete
Proteções para os componentes
Cabos internos
Proteção contra impactos Protetores metálicos em partes frágeis
Lanternas Lanterna fixa
Refletores Laterais
Farol Farol fixo
Comandos dos componentes Central de botões de fácil acesso
73
Com o bagageiro dianteiro preso ao garfo, não é possível utilizar
sistema de amortecedor convencional. Portanto, optou-se pelo
desenvolvimento de um sistema de amortecimento a ar dentro do tubo da
direção para absorver impactos. É importante a dissipação de energia na
parte frontal, pois o carregamento será maior, aumentando a chance de falha
da roda.
O peso da bicicleta será maior do que outros modelos encontrados no
mercado. Isso dificulta o manuseio da mesma quando estiver parada. Para
isso, será utilizado um sistema de cavalete para permitir que ela fique de pé
sem precisar de apoio externo. O peso é também um problema caso a
bicicleta venha a cair. Para isso, é proposto um sistema de proteção metálico
para partes frágeis.
A visibilidade desta concepção ocorre por meio de uma lanterna fixa no
bagageiro frontal e farol traseiro de sinalização. Ambos serão acionados por
uma central de botões acoplada ao guidão. Além disso, os aros terão uma fita
refletora em seu contorno, permitindo melhor visibilidade lateral.
4.4.6 Concepção 6 – Bicicleta Robusta
A concepção 6 busca maximizar a resistência do quadro e a segurança
do ciclista e da bicicleta. Utilizou-se tubos mais robustos de modo que o
cordão de solda ficasse maior se comparado a tubos normais. Isso faz com
que o design do quadro fique bastante diferenciado, principalmente pela
maneira como o bagageiro está integrado ao garfo traseiro. A principal
desvantagem desta configuração de tubos é o aumento do peso da bicicleta.
Esta concepção pode ser vista na Figura 48. A lista de componentes e
funcionalidades é apresentada na Tabela 10.
74
Figura 48: Concepção 6 – Bicicleta Robusta
Por mais que a escolha dos tubos torne esta bicicleta mais pesada que
o comum, ela possibilita maior carregamento carga devido a sua elevada
resistência. Pode-se transportar bagagem tanto no bagageiro interno,
localizado atrás do tubo do selim, quanto na parte superior. Os tubos de
apoio do bagageiro permitem ainda prender alforjes de modo que não se
desloquem em direção ao ciclista durante pedalada em descidas.
O posicionamento pode ser ajustado conforme tamanho do ciclista
devido a movimentação do selim na horizontal, vertical e na inclinação. A
mesa é fixada com espaçadores, mas ainda é possível ajustar o
posicionamento do ciclista sem necessidade de interrupção o passeio. Isso é
possível devido ao guidão borboleta, que permite o ciclista segurá-lo em
diversas partes, cada uma conferindo um novo posicionamento. Ainda no
guidão serão fixadas as manoplas de freio, que acionam um sistema a disco
hidráulica, e os trocadores de marcha.
O bagageiro da parte traseira torna possível utilizar suspensão
somente na parte dianteira. Para maior conforto, optou-se por utilizar um
sistema hidráulico no garfo.
Os componentes móveis serão protegidos por capas plásticas e para-
lamas. Além disso, as partes frágeis terão proteção metálica para evitar
quebra no caso de queda da bicicleta.
75
Tabela 10: Concepção 6 – Bicicleta Robusta
Componente Solução
Selim Largo
S/ Amortecedor
Ajuste de Posicionamento
Vertical
Horizontal
Inclinação
Guidão Guidão Borboleta
Posicionamento Mesa fixa com espaçadores
Transporte de água Garrafa no tubo horizontal
Transporte de bagagem
Bagageiro fixo
Transporte no interior do quadro
Pedal S/ pedal
Conjunto transmissão Marchas externas
Rodas 29"
Freios Disco hidráulico
Caixa de direção Caixa de direção integrada
Suspenção dianteira Hidráulica
Traseira Rígida
Descanso da bicicleta Apoio lateral
Proteções para os componentes
Capas plásticas para corrente e câmbios
Paralamas
Proteção contra impactos Protetores metálicos em partes frágeis
Lanternas Lanterna fixa
Refletores Laterais
Traseiros
Farol Farol fixo
Comandos dos componentes Botões nos componentes
Lanterna e farol fixos com botões no componente serão utilizados para
garantir visibilidade do ciclista durante a viagem. Além disso, serão instalados
refletores laterais e traseiros para aumentar a segurança.
4.5 Valoração das soluções
Para definir qual concepção será utilizada, e continuar o
desenvolvimento, foi produzida uma tabela na qual as linhas são as soluções
e as colunas são as necessidades dos clientes. Desta maneira é possível
76
analisar a influência da solução para cada necessidade levantada com o
questionário.
Valores de -1 a 3 foram atribuídos então para cada combinação de
solução/necessidade, sendo -1 para influência negativa, 0 quando irrelevante
e 1 a 3 quando a influência for de mínima a máxima. Desta forma, cada uma
das 51 soluções utilizadas nas concepções terá um valor quantitativo de sua
influência em cada uma das 14 necessidades dos clientes. A tabela, com
todos os valores preenchidos, está no Apêndice H.
A utilização de suspensão traseira com amortecedor, por exemplo,
influencia diretamente no conforto, recebendo assim valor 3. Por outro lado,
esta solução influencia negativamente o espaço da bicicleta para bagagem,
recebendo então -1 nesta necessidade. Como a sinalização não depende da
suspensão traseira, recebe o valor 0.
4.6 Ordenamento das concepções.
Para cada uma das concepções escolhidas para desenvolvimento, foi
elaborada uma tabela, para somar os pontos de cada uma das soluções em
cada uma das necessidades do cliente. Um exemplo destas tabelas é
encontrado no Apêndice I.
Os resultados das tabelas de pontuação das concepções foram
compilados na tabela 38 encontrada no apêndice J. Esta tabela apresenta a
classificação das concepções em cada um dos requisitos, de 1 a 6, sendo 1 a
pior e 6 a melhor. A classificação é mostrada no Apêndice J, tabela 39. Para
obter-se a classificação final, e a definição da concepção a ser desenvolvida,
é feita a multiplicação dos resultados do questionário de necessidades dos
clientes com o posicionamento de cada uma das concepções nas respectivas
necessidades. Somando-se os resultados das multiplicações, obtém-se a
pontuação total de cada concepção. Aquela que apresentar a maior
pontuação é a que atende melhor às necessidades dos clientes, mesmo não
sendo a melhor em todas as necessidades, por exemplo, a concepção 6 é a
pior no requisito facilidade de limpeza, porém a pontuação final a define como
77
a melhor. A tabela 40 do apêndice J mostra as pontuações parciais e totais
das concepções.
4.7 Matriz de avaliação relativa
Percebe-se que os resultados da tabela 38 não foram repetidos na
tabela 40. As concepções 3 e 5 não mantiveram suas posições. Para validar
as concepções, uma terceira análise foi conduzida nos resultados através de
uma matriz de avaliação relativa híbrida.
As concepções foram analisadas entre si de acordo com as
necessidades dos clientes. Utilizando a concepção 1 como referência, as
demais foram avaliadas levando em consideração as características da
primeira. Cada concepção recebeu nota -1 caso a bicicleta de referência
atenda melhor a necessidade do cliente, 0 se for igual ou irrelevante e 1 caso
a concepção comparada atenda melhor que a referência. Cada valor é então
multiplicado pela nota apresentada na Tabela 1 e feito o somatório por
concepção. O resultado pode ser visto na Tabela 11.
Tabela 11: Matriz de avaliação relativa
Concepção
Necessidades do cliente Peso 1 2 4 4 5 6
Ser confortável 4,5 0 1 -1 -1 1 1
Ser leve 3,8 0 1 -1 -1 1 1
Ter boa performance 4,1 0 0 1 1 0 1
Ser fácil de reparar 4,5 0 -1 1 -1 -1 1
Ter baixa manutenção 4,5 0 1 1 -1 1 1
Ter manutenção barata 4,0 0 1 1 -1 0 1
Ser resistente 4,7 0 1 1 1 1 1
Ser fácil de transportar/guardar 3,9 0 -1 1 1 -1 1
Ter espaço para bagagem 3,7 0 1 1 -1 1 1
Ter boa sinalização 4,4 0 1 0 -1 1 1
Ser utilizável em diversos tipos de terreno 4,3 0 1 1 -1 1 1
Ser de fácil limpeza 3,4 0 -1 1 1 -1 1
Ter design diferenciado 2,2 0 1 -1 -1 1 1
Ser adaptável a diferentes ciclistas 2,7 0 -1 -1 0 0 0
Total 0 21,52 24 -19,83 20,22 52,09
78
4.8 Escolha da concepção
Analisando os resultados das tabelas do Apêndice J e a tabela 11,
percebe-se que cada avaliação gerou um ordenamento diferente para as
concepções. Contudo, em todas a concepção 6 ficou em primeiro lugar.
Portanto, esta será utilizada no desenvolvimento do Projeto Preliminar.
Os principais pontos que contribuíram para esta concepção se
destacar perante as demais foi a capacidade de transporte de bagagem,
sinalização e o design diferenciado. O principal ponto negativo foi a facilidade
de limpeza, que fica prejudicada devido a configuração dos tubos e a escolha
com componentes. Outra desvantagem em comparação com as demais
concepções é o alto custo das manutenções. Contudo, este problema é
minimizado devido a robustez da bicicleta e dos componentes selecionados e
a baixa demanda de manutenção.
79
5. PROJETO PRELIMINAR
O projeto foi dividido em três partes: i/ identificação dos propagadores
de restrição; ii/ projeto para ergonomia, definindo-se o melhor posicionamento
do ciclista e as dimensões básicas; iii/ projeto estrutural.
5.1 Propagadores de restrições
É muito importante no desenvolvimento de um projeto saber quais os
propagadores de restrições. Na Figura 49 pode ser visto os propagadores de
restrições do projeto.
5.1 Ergonomia
O posicionamento do ciclista sobre a bicicleta deve aliar três aspectos:
i/ bom aproveitamento muscular; ii/ bom aproveitamento aeróbico; e iii/
conforto. O primeiro está intimamente ligado ao posicionamento das pernas,
o segundo ao posicionamento do tronco, e o último, ao posicionamento global
do ciclista. Sendo assim, para o projeto ergonômico, deve-se trabalhar de
forma a encontrar o melhor custo-benefício para cada um destes aspectos,
considerando-se sua interferência mútua.
Primeiramente, definiu-se as principais medidas antropométricas que
influenciam o ciclismo e qual o posicionamento adequado sobre a bicicleta.
Em seguida, foi necessário encontrar tabelas de medidas antropométricas
que descrevam a população masculina brasileira adulta. A partir do
cruzamento das três informações anteriores, foi possível definir o número de
tamanhos diferentes de quadros para atender à esta população. Por fim, fez-
se o dimensionamento do quadro.
Como as dimensões da população masculina é diferente das
dimensões da população feminina, fez-se o dimensionamento do quadro
somente para o primeiro caso. Para o dimensionamento do quadro que
atenda o público feminino, seque-se a mesma metodologia de
desenvolvimento. Contudo, não será abordado neste trabalho.
80
Figura 49: Propagadores de restrição
5.1.1 Principais dimensões antropométricas
Pode-se dividir o corpo em duas partes: i/ a inferior, composta pelos
membros inferiores; e ii/ superior, composta pelo tronco, membros superiores
e cabeça.
81
A parte inferior define a altura e o recuo do selim e o comprimento do
pedivela, as medidas desta parte são:
a. Altura interna da perna (Figura 50);
Figura 50: Comprimento interno da perna
Fonte: Vey Mestdagh (1998)
b. Comprimento do pé (Figura 51);
Figura 51: Comprimento do pé
Fonte: Vey Mestdagh (1998)
c. Comprimento da parte superior da perna (Figura 52);
Figura 52: Comprimento da parte superior da perna
Fonte: Vey Mestdagh (1998)
82
A parte superior define o posicionamento do guidão em relação ao
selim, e as medidas desta parte são:
a. Comprimento do tronco (Figura 53);
Figura 53: Comprimento do tronco
Fonte: Vey Mestdagh (1998)
b. Comprimento dos braços (Figura 54);
Figura 54: Comprimento do braço
Fonte: Vey Mestdagh (1998)
83
5.1.1.1 Dimensões do ciclista de teste
Devido à fabricação de apenas um protótipo, foi necessário determinar
as dimensões do ciclista responsável pelo teste. Estas dimensões encontram-
se na Tabela 12.
Tabela 12: Dimensões do ciclista de teste
Seção medida Comprimento
(m)
Comprimento interno da perna 0,81
Comprimento da parte superior da perna 0,59
Comprimento do tronco 0,60
Comprimento do braço 0,70
Comprimento do pé 0,23
5.1.1.2 Dimensões antropométricas do brasileiro
Para definir a gama de tamanhos dos quadros e para o correto
dimensionamento destes tamanhos, foi necessário utilizar tabela do Anexo 1
com as medidas antropométricas do brasileiro.
5.1.2 Determinação do posicionamento do ciclista
O posicionamento da parte inferior do corpo ocorreu visando a melhor
relação resistência versus potência produzida, de forma a permitir que o
ciclista empregue potência suficiente para movimentar a bicicleta com a
bagagem durante todo o percurso. O posicionamento de membros inferiores
para ciclistas de estrada descrito por Vey Mestdagh (1998), atende a estes
requisitos. Esta proposta descreve que a altura do selim em relação ao ponto
morto inferior do pedal (Figura 55) deve ser determinada pela equação 1.
(1)
onde:
a) hs – Altura do selim
b) cip – Comprimento interno da perna
c) cp – Constante do comprimento do pé
A cp é encontrada na Tabela 13.
84
Tabela 13: Tabela de correção do pé
Comprimento do pé (cm)
Altura do selim (cm)
23 -0.8
24 -0.6
25 -0.4
26 -0.2
27 0.2
28 0.4
29 0.6
30 0.8
Figura 55: Ponto morto inferior
Fonte: Adaptado de Race Consultoria de esportes (2011)
O avanço do selim (Figura 56) é determinado com o comprimento da
parte superior da perna, de acordo com a Tabela 14.
Figura 56: Recuo do selim
Fonte: Vey Mestdagh (1998)
85
Tabela 14: Recuo do selim
Parte superior da perna (cm)
Recuo do selim (cm)
56 31
58 32
60 33
62 34
64 35
66 36
Para o posicionamento da parte superior do corpo, considerou-se o
estudo realizado por Asche et al. (2003), comparando os efeitos na
capacidade aeróbica da posição aero (Figura 57) em bicicletas de estrada
com a posição ereta do tronco. Este estudo demonstra que nos diversos
fatores fisiológicos analisados, a posição de tronco ereto promove melhor
aproveitamento cardiovascular.
Desta forma, considerando-se todos os efeitos benéficos do
posicionamento ereto em comparação ao posicionamento aero, optou-se por
manter o ciclista com a coluna o mais próximo possível de 90º com o solo.
Figura 57: Posição aero
Fonte: Vey Mestdagh (1998)
Para posicionar o ciclista perfeitamente ereto sobre a bicicleta, esta
deveria apresentar pelo menos uma de duas características indesejáveis: i/ o
quadro muito curto ou; ii/ o angulo de inclinação do garfo muito pequeno,
86
angulo B da Figura 58. O primeiro reduz a estabilidade da bicicleta, enquanto
o segundo reduz a eficiência da suspensão, ambos aumentando o risco de
quedas, principalmente com a bicicleta carregada, quando o centro de
gravidade é deslocado para trás. Desta forma, realizaram-se testes de
posicionamento, para determinar o a posição mais confortável do guidão em
relação ao selim. A Figura 59 e a Figura 60 mostram os ângulos e dimensões
obtidos nos testes.
Figura 58: Geometria do quadro
Figura 59: Inclinação das costas
87
Figura 60: Altura do guidão
O ângulo da coluna foi de aproximadamente 10º sendo o ângulo
máximo aceitado em projeto. A altura do guidão foi de 65mm em relação ao
selim, e deve ser considerada como a mínima diferença entre os dois.
5.1.3 Gama de tamanhos do quadro
Iniciou-se o dimensionamento da geometria básica do quadro pela
dimensão do tubo do selim, passando-se a seguir para o dimensionamento
do comprimento do quadro. O Apêndice K mostra os tamanhos de quadro
com suas respectivas medidas.
5.1.3.1 Dimensionamento do tubo do selim
Primeiramente, foi necessário obter os comprimentos internos da
perna, máximo e mínimo (Cipmax e Cipmin) com a equação 2.
(2)
onde:
a) Cip – comprimento interno da perna;
b) 2.10 – Item 2.10 do Anexo 1
c) 1.8 – Item 1.8 do Anexo 1
88
Desta forma, os comprimentos máximo e mínimo podem ser
calculados segundo as equações 3 e 4 respectivamente.
Cipmax = 2.10max – 1.8min (3)
e
Cipmin = 2.10min – 1.8max (4)
Assim, substituindo os valores nas equações 3 e 4 tem-se:
e
A seguir foram coletados os comprimentos máximo e mínimo do pé e
aplicado juntamente com Cip na equação 1:
e
A variação da altura do selim foi de Δhs = 27,5 cm. Optou-se pela
divisão desta variação em cinco tamanhos de quadro. Para trabalhar com
dimensões inteiras, utilizou-se uma variação de 30cm ao invés dos 27,5
calculados, considerando-se assim hsmin = 68cm e hsmax = 98cm. A Tabela 15
relaciona os quadros com a variação de altura de selim que estes devem
abranger.
89
Tabela 15: Variação da altura do selim por quadro
Quadro hsmin
(cm) hsmax
(cm)
1 68 74
2 74 80
3 80 86
4 86 92
5 92 98
Para este trabalho, demanda-se a construção da bicicleta para o
ciclista de testes. O quadro mais compatível com o perfil do ciclista é o
quadro de tamanho 3. O cálculo do comprimento do tubo do selim foi
realizado com a equação 5.
(5)
Onde:
a) Cst – Comprimento do tubo do selim;
b) cpv – comprimento do pedivela obtido da tabela 16;
c) s – altura da base do selim até o banco (Figura 61)
Tabela 16: Comprimento do pedivela
Comprimento interno da perna
(cm)
Comprimento do pedivela (cm)
≥75 16.50
≥78 16.75
≥81 17.00
≥84 17.25
≥87 17.50
≥90 17.75
≥93 18.00
90
Figura 61: Altura do selim
A maior medida do conjunto selim/dispositivo de fixação encontrada foi
de 12cm. Substituindo os valores encontrados na equação 6, obtém-se o
comprimento do tubo do selim para o quadro 3.
(6)
A Tabela 17 mostra o comprimento para o tubo do selim para todos os
quadros.
Tabela 17: Altura do tubo do selim por quadro
Quadro Altura do tubo do selim (cm)
1 40
2 45
3 51
4 57
5 62
Além do comprimento é importante determinar a angulação correta
para o tubo, devido à regulagem de recuo do selim, permitindo o correto
ajuste para todos os ciclistas. A equação 7 mostra a forma de cálculo para
este parâmetro e a Figura 62 mostra quais são as dimensões.
(7)
Onde
as – avanço do selim
91
cs – distância do centro do canote do selim à parte posterior do selim
α – ângulo entre a vertical e o tubo do selim
O ângulo β pode ser calculado conforme a equação 8.
(8)
Onde
β – ângulo entre a horizontal e o tubo do selim
Figura 62: Dimensões para cálculo do angulo do tubo do selim
A Tabela 18 mostra os parâmetros para o cálculo do ângulo β e a
Tabela 19 mostra os ângulos β obtidos para cada tamanho de quadro.
Tabela 18: Dimensões para cálculo do ângulo do tubo do selim
Comprimento parte superior da perna (cm)
Avanço do selim (cm)
Altura do selim (cm)
cpv (cm)
min max min max min max
Quadro 1 55.4 57.22 30.5 31.5 68 74 16.5
Quadro 2 57.22 59.04 31.5 32.5 74 80 16.5
Quadro 3 59.04 60.86 32.5 33.5 80 86 17
Quadro 4 60.86 62.68 33.5 41.5 86 92 17
Quadro 5 62.68 64.5 34.5 35.5 92 98 17.5
92
Tabela 19: Ângulos do tubo do selim
Ângulos (°)
α Β β de projeto
Quadro 1 19.75 70.24 70.5
Quadro 2 18.73 71.26 71.5
Quadro 3 18.02 71.97 72.0
Quadro 4 17.30 72.69 73.0
Quadro 5 16.80 73.19 73.5
5.1.3.2 Dimensionamento do comprimento da dianteira
Utilizando-se as relações de medidas obtidas na seção 5.1.2, pode-se
obter o comprimento para cada quadro. A Tabela 20 mostra os comprimentos
das costas e do braço máximos e mínimos para cada quadro.
Tabela 20: Dimensões da parte superior do corpo
Quadro
95 % do comprimento
do braço mínimo (cm)
95 % do comprimento
do braço máximo (cm)
Comprimento das costas
mínimo (cm)
Comprimento das costas
máximo (cm)
1 62,7 65,2 56 58
2 65,2 67,6 58 60
3 67,6 70,1 60 62
4 70,1 72,6 62 64
5 72,6 75 64 66
A Figura 63 contém a determinação gráfica da distância do selim até o
apoio mais próximo para a mão.
Figura 63: Distância entre o selim e o apoio da mão
93
A Tabela 21 mostra a relação distâncias do selim até o apoio da mão
nos quadros.
Tabela 21: Distância entre o selim e o apoio para as mãos
Quadro Distância
selim/apoio mãos (cm)
1 50
2 51
3 53
4 55
5 57
5.1.3.3 Dimensionamento do comprimento da traseira
O comprimento da parte traseira da bicicleta foi determinado com base
em dois fatores: i/ tamanho da roda; e ii/ espaço para o bagageiro.
Para garantir o espaço para a roda de 29” de diâmetro, o comprimento
necessário é de 14,5” (368,3 mm) mais um espaço adicional para instalação
de acessórios como para-lamas e apoio lateral. O espaço adicional, que foi
obtido de uma bicicleta comercial, é de 120mm e para o bagageiro mais
100mm. Desta forma, o comprimento da traseira é de
= 588,3 mm
Utilizou-se como comprimento o valor arredondado de 590mm.
5.2 PROJETO ESTRUTURAL
Na primeira parte do projeto estrutural são apresentados os principais
materiais utilizados em quadros de bicicleta e suas informações técnicas.
Com estas informações, selecionou-se o melhor conjunto de materiais
compatíveis.
5.2.1 Seleção do material
Atualmente, pode-se encontrar os mais diversos tipos de quadros de
bicicleta. Avanços em estudos de materiais, aliados à criatividade de
projetistas, faz com que as mais inusitadas ideias se tornem realidade.
94
Contudo, as bicicletas produzidas em larga escala são projetadas para
atender uma demanda de mercado. Por isso, acabam oferecendo modelos
não muito inovadores. Os principais materiais utilizados são o aço, alumínio,
titânio e carbono.
5.2.1.1 Aço
O aço foi o primeiro metal a ser utilizado nos quadros de bicicleta. Com
o passar dos anos, estudos direcionados para seu uso no ciclismo
possibilitaram entender quais as ligas resultariam nos melhores projetos. A
maioria dos quadros hoje utiliza ligas de aço cromo-molibdênio.
Por mais que o aço seja um metal denso, suas propriedades permitem
que a resistência seja garantida com menores dimensões de peso. Além
disso, possuem excelente resistência à fadiga e suporta cargas torcionais
sem danificar a estrutura. Outra vantagem de utilizar o aço na fabricação do
quadro é a fácil soldabilidade deste metal. Falhas podem ser corrigidas sem
necessidade de mão-de-obra especializada, o que reflete também no custo
de manufatura. A Tabela 22 mostra as principais propriedades da liga
Reynold 531 (SILVA et. al., 2014).
Tabela 22: Propriedades do aço cromo-molibdênio
Principais propriedades mecânicas
ρ [kg/m3] E [Gpa] υ σe [MPa] σr [MPa] ε [%]
7800 210 0,29 540 770 10
onde,
Ρ = densidade;
E = módulo de elasticidade;
υ = coeficiente de Poison
σe = tensão de escoamento
σr = tensão última de tração
ε = deformação
95
5.2.1.2 Alumínio
O alumínio é um material cujas propriedades variam muito dependendo
de sua composição química e tratamento térmico. A maioria das ligas são
inviáveis tecnicamente para construção de quadros de bicicleta. O mais
utilizado é a liga 6061 com tratamento térmico T6. Este é um tipo de alumínio
muito utilizado também para funções estruturais e na indústria aeronáutica e
automotiva (DWYER et al, 2012).
Por apresentar baixa densidade, pode-se utilizar perfis mais robustos
para fabricação do quadro sem afetar o peso final. Isso é de fato necessário,
pois a resistência a fadiga é baixa para este material. Além disso, o projeto
deve garantir a vida útil do produto, uma vez que o alumínio não possui vida
infinita para fadiga. A Tabela 23 apresenta as propriedades mecânicas da liga
6061 T6 (DWYER et al, 2012).
Tabela 23: Propriedades do alumínio 6061 T6
Principais propriedades mecânicas
ρ [kg/m3] E [Gpa] υ σe [MPa] σr [MPa] ε [%]
2700 310 0,33 276 310 17
5.2.1.3 Fibra de carbono
A fibra de carbono não é um termo tecnicamente correto, pois além da
fibra é utilizado resina na fabricação do quadro. A principal vantagem é a
extrema resistência e baixa densidade, possibilitando que o quadro seja
muito leve. Contudo, o preço da matéria-prima e o custo de manufatura é
muito superior ao dos metais. A Tabela 24 apresenta as propriedades
mecânicas da fibra de carbono com resina epóxi de cura a 120ºC (SILVA et.
al., 2014).
Tabela 24: Propriedades da fibra de carbono
Principais propriedades mecânicas
ρ [kg/m3] E [Gpa] υ σe [MPa] σr [MPa] ε [%]
1600 135 0,30 - 1500 0,6
96
5.2.1.4 Titânio
O titânio é o metal com as melhores propriedades mecânicas utilizado no
ciclismo. Ele permite espessura de tubos muito reduzidas, resultando em
quadros inferiores a 1kgf. Contudo, a disponibilidade de matéria-prima e a
complexidade dos processos de fabricação exigidos, faz do titânio uma opção
muito cara. A Tabela 25 apresenta as propriedades mecânicas da liga de
titânio Ti-3Al-2.5V
Tabela 25: Propriedades da fibra de carbono
Principais propriedades mecânicas
ρ [kg/m3] E [Gpa] υ σe [MPa] σr [MPa] ε [%]
4500 110 0,30 724 860 15
5.2.1.5 Seleção do material
O material escolhido no projeto do quadro foi o alumínio 6061 T6. A
escolha se deu pela baixa densidade do material, possibilitando um quadro
robusto com baixo peso. Por este motivo a liga de aço cromo-molibdênio foi
descartada. Buscando processos de fabricação simples e um custo final
dentro do que o cliente está disposto a pagar, o titânio e a fibra de carbono
não seriam uma opção viável.
5.3 DESIGN DO QUADRO E DIMENSIONAMENTO DOS TUBOS
Com base na concepção 6 (selecionada para desenvolvimento), nos
propagadores de restrição, nas dimensões de quadros comerciais e em
catálogos de tubos de alumínio, criou-se o primeiro modelo. Foram realizadas
as simulações dos testes previstos na norma DIN 14766 (2006), utilizada
como referência. Os resultados de cada simulação foram analisados, e
mudanças na estrutura realizadas. Estas mudanças seguiram sempre a
seguinte ordem: primeiramente, realizou-se a mudança de espessura de
parede dos tubos, seguido por mudanças nas dimensões como altura e
largura ou diâmetro e por fim, a seleção de outro formato de seção
transversal, sempre seguindo os padrões comerciais.
97
5.3.1 Vida em fadiga do alumínio
Foi necessário levantar a curva de S x N (tensão x número de ciclos)
do alumínio para realização das simulações. Segundo Norton (2004), a curva
pode ser levantada obtendo-se os pontos de resistência à fadiga (Sf’) e a
resistência média em 1.000 ciclos (Sm). A equação 9 e a equação 10
mostram os cálculos de Sm e Sf’ respectivamente.
(9)
(10)
Onde:
Sut: Limite de ruptura na tração
Assim:
e
Ainda a resistência à fadiga deve ser corrigida segundo fatores de:
a) Carregamento (ccarreg);
b) Confiabilidade (cconf);
c) Superfície (csup);
d) Tamanho (ctam);
e) Temperatura (ctemp).
A correção é feita segundo a equação 11.
(11)
98
5.3.1.1 Fator de carregamento
O fator de carregamento utilizado deve ser um para flexão e torção e
0,7 para tração, conforme Norton (2004). Como o quadro deve apresentar
tanto tensões de flexão quanto de tração, optou-se por utilizar o pior caso.
Desta forma:
5.3.1.2 Fator de confiabilidade
O fator de confiabilidade é obtido da tabela 26, considerou-se para
este caso, a confiabilidade de 99,99%.
Tabela 26: Fatores de confiabilidade
Confiabilidade (%) cconf
50 1,000
90 0,897
99 0,814
99,9 0,753
99,99 0,702
99,999 0,659
5.3.1.3 Fator de superfície
O fator de superfície foi determinado considerando o gráfico mostrado na
Figura 64. O acabamento superficial laminado a quente e resistência à tração
de 310Mpa (45kpsi). A resistência à tração do material utilizado não é
apresentada no gráfico. Desta forma, utilizou-se o fator da menor tensão
mostrada (60kspi). Com isso, tem-se:
99
Figura 64: Fator de superfície
Fonte: Norton (2004)
5.3.1.4 Fator de tamanho
O fator de tamanho é calculado com base na equação 12, conforme
Norton (2004).
(12)
Onde d é o diâmetro equivalente dado em milímetros. O diâmetro
equivalente em polegadas pode ser calculado segundo a equação 13.
√
(13)
A95 é a área da seção em que as fibras do material estejam sujeitas a
tensões mais de 95% da tensão das fibras externas. O parâmetro A95 pode
ser obtido a partir de equações propostas por Shigley apud Norton (2004)
100
para diversas seções transversais. Deve-se notar que, para o caso das
seções retangulares, fez-se a aproximação para o perfil em “I” proposta por
Shigley. A Figura 65 mostra as equações para diversas seções transversais.
Figura 65: A95 de diferentes seções Fonte: Norton (2004)
A Tabela 27 mostra as dimensões de todos os tubos utilizados no
quadro, assim como o fator de tamanho para cada tubo.
Tabela 27: Fatores de tamanho para os tubos do quadro
Tipo de seção Dimensões A95 Dequiv Ctam
Circular 1 3/4 x 1/8 pol 20.67 16.43 0.91
Circular 2 x 1/8 pol 27.00 18.77 0.89
Circular 1 1/4 x 1/16 pol 10.55 11.73 0.94
Circular 3/8 x 1/16 pol 0.95 3.52 1.00
Retangular 1 x 2 pol x 2mm 64.52 29.02 0.86
Retangular 1 x 3 pol x2mm 96.77 35.54 0.84
Retangular 1 x 1/2 x 1/16 pol 2.02 5.13 1.00
Devido à limitação do programa de simulação em designar apenas
uma curva de vida em fadiga x tensão para todo o modelo, optou-se por
utilizar o menor fator de tamanho dos tubos do quadro. Desta forma, tem-se
que:
101
5.3.1.5 Fator de temperatura
O fator de temperatura foi determinado conforme proposto por Shigley
e Mitchell apud Norton (2004), conforme a equação 14.
para T ≤ 450°C
(14)
para 450°C < T ≤ 550°C
Sedo a utilização da bicicleta à temperatura ambiente, esta deve ficar
abaixo dos 50°C, assim:
5.3.1.6 Cálculo da resistência à fadiga corrigida
Substituindo-se os valores dos fatores obtidos, e a resistência à fadiga
não corrigida na equação 8, tem-se:
5.3.2 Testes normatizados
A norma DIN 14766 (2006) prevê a realização de cinco testes, sendo
dois de impacto e três de fadiga. Foram realizadas simulações
computacionais, utilizando-se o software Solidworks 2013, para o
dimensionamento do quadro.
5.3.2.1 Montagem do quadro e garfo – teste de impacto (massa em
queda)
Deve-se montar um rolo com massa menor que 1kg num garfo rígido,
montado no quadro. O conjunto quadro-garfo deve ser engastado, pelo ponto
de montagem do eixo traseiro, na vertical, conforme a Figura 66.
Deve-se medir o entre-eixos do quadro com uma massa de 22,5kg
apoiada no rolo do garfo. Posteriormente, a massa deve ser suspensa a
102
360mm de altura em relação ao rolo e solto, após a massa entrar em
repouso, deve-se medir novamente o entre-eixos. A diferença de medidas do
entre-eixos deve ser no máximo de 10mm e não podem haver trincas
aparentes.
Figura 66: Set-up do ensaio de impacto de massa em queda (adaptado)
Fonte: DIN 14766 (2006)
5.3.2.2 Montagem do quadro e garfo – teste de impacto (quadro em
queda)
Deve-se replicar a montagem do teste de impacto com peso em
queda, porém fixando-o com uma junta rotativa pela região de fixação do eixo
traseiro. Deve-se posicionar uma bigorna para o impacto do rolo montado no
garfo, no momento do impacto o quadro deve ter os dois eixos alinhados com
a horizontal. Com a montagem realizada, carregam- os pesos necessários, e
faz-se a medição do entre eixos do quadro. Após a medição, levanta-se o rolo
103
de impacto a 300mm e então solta-se o quadro para o impacto. Deve-se
realizar o teste com o mesmo quadro duas vezes, e então aferir alteração do
entre-eixos, com a bicicleta ainda carregada. A diferença da dimensão do
entre-eixos antes do teste e após não pode exceder 60mm, e não podem
haver trincas visíveis nem peças podem se soltar. A Figura 67 mostra o set-
up do teste.
Figura 67: Set-up do ensio de impacto de quadro em queda (adaptado)
Fonte: DIN 14766 (2006)
5.3.2.3 Quadro – teste fadiga com forças de pedalada
Deve-se montar o quadro com o dispositivo que simula a montagem
pedivela, corrente e roda. Com a montagem realizada, deve-se aplicar forças
de cada lado do dispositivo de teste, alternadamente. Deve-se certificar que a
força em um “eixo do pedal” caia a menos de 5% do total antes de iniciar a
aplicação do outro lado. A montagem e o dispositivo são mostrados na Figura
104
68. O quadro deve suportar 100.000 ciclos de carregamento ser apresentar
fraturas ou trincas visíveis.
Figura 68: Set-up do ensaio de fadiga com as forças de pedalada (adaptado)
Fonte: DIN 14766 (2006)
5.3.2.4 Quadro – teste fadiga com forças horizontais
Deve-se montar o quadro em sua posição normal de uso, preso pelo
ponto de fixação do eixo traseiro, de forma que permita a livre rotação em
torno deste eixo. Deve-se garantir que os centros dos eixos dianteiro e
traseiro estejam em linha. Deve-se limitar o deslocamento do eixo dianteiro
por uma fixação de rolos, permitindo apenas o deslocamento horizontal no
plano longitudinal do quadro. Então, aplica-se 50.000 ciclos de força
alternada entre 1200N e 600N, conforme a Figura 69.
105
Figura 69: Set-up do ensaio de fadiga com forças horizontais (adaptado)
Fonte: DIN 14766 (2006)
5.3.2.5 Quadro – teste fadiga com forças verticais
Deve-se montar o quadro na posição normal de uso, fixado pelo ponto
de fixação do eixo traseiro, permitindo a rotação em torno do eixo. Deve-se
montar um rolo na ponta do garfo, permitindo a livre flexão do quadro. Um
dispositivo deve ser montado no tubo do selim, e nele aplica-se uma força
cíclica variando entre 0 e 1200N, conforme a Figura 70.
Figura 70: Set-up do ensaio de fadiga com forças verticais (adaptado)
Fonte: DIN 14766 (2006)
106
5.3.3 Simulações não normatizadas
Foi estipulado para o bagageiro traseiro uma capacidade de carga de
25kgf, a mesma encontrada usualmente no mercado. Para a validação desta
carga, foram realizadas duas simulações de carregamentos estáticos: i/ com
carregamento vertical na parte posterior do bagageiro; e ii/ com cargas
horizontais, na lateral do bagageiro.
5.3.3.1 Bagageiro – força vertical
Esta simulação foi utilizada para estipular a maior carga suportada pelo
bagageiro quando exposto a um carregamento de forças verticais na região
posterior do bagageiro. A fixação ocorre por juntas rotativas na região de
engate do eixo traseiro e por suporte deslizante na face inferior do tubo da
direção conforme mostrado na Figura 71. Esta simulação visa entender
quanta carga pode ser aplicada na parte posterior do bagageiro, simulando o
ciclista apoiando-se nesta região. O mínimo aceitável é a carga relativa à
uma bagagem com massa de 25kg.
Figura 71: Teste de força vertical no bagageiro
5.3.3.2 Bagageiro – força horizontal
Esta simulação foi utilizada para estipular a maior carga suportada pelo
bagageiro quando exposto a um carregamento de forças horizontais na
107
lateral do bagageiro. Tanto a região de engate do eixo traseiro quanto a face
inferior do tubo da direção foram fixadas, sem permitir translação nem
rotação, conforme mostrado na Figura 72. Esta simulação visa certificar de
que o bagageiro aguente a carga lateral sofrida durante curvas com a
bicicleta inclinada, e cargas geradas pelo próprio usuário no dia a dia de uso
da bicicleta. Como parâmetro de resistência mínima, considerou-se a carga
de uma massa distribuída na lateral do bagageiro, referente à um alforje com
25kg de massa, e com a bicicleta inclinada ao máximo, sem que o pedal
toque o chão. O pedal deve estar no ponto morto inferior (Figura 73).
Figura 72: Teste de força horizontal no bagageiro
108
Figura 73: Inclinação máxima da bicicleta
A carga lateral no bagageiro pode ser calculada, então, pela equação
15.
(15)
Onde:
wlat – carga lateral no bagageiro
wtot – carga total (25kgf)
ϒ – ângulo de inclinação da bicicleta
Sendo:
(
)
Assim
109
Portanto a carga lateral mínima que o bagageiro deve resistir é de 13,0
kgf.
5.3.4 Resultados das simulações
Nesta seção, são apresentados o set-up de cada simulação assim
como os resultados obtidos. Os resultados mostrados são os produzidos com
o design final do quadro, utilizando os tubos conforme listados na Tabela 28.
Estes tubos foram selecionados levando em consideração as dimensões
comerciais facilmente encontradas em fornecedores. A Figura 74 mostra
onde cada tipo de seção de tubo foi utilizado.
Tabela 28: Seções dos tubos
Seção Tipo de seção Dimensões
1 Retangular 3” x 1” x 2mm
2 Retangular 2” x 1” x 2mm
3 Retangular 1” x 1/2” x 1/16”
4 Circular 3/8” x 1/16”
5 Circular 1 ¼” x 1/8”
6 Circular 1 ¾” x 1/8”
7 Circular 2” x 1/8”
Figura 74: Localizações dos tubos
110
5.3.4.1 Montagem do quadro e garfo – teste de impacto (massa em
queda)
O set-up desta simulação foi realizado considerando-se o quadro
travado pelo ponto de fixação do eixo traseiro, a massa de impacto em
condição inicial encostada no rolo com velocidade inicial calculada pelo
método de conservação de energia dado equação 6, e fixada de forma a
permitir apenas a translação na direção horizontal conforme a Figura 75. As
características da malha utilizada são descritas na Tabela 29.
(16)
Onde
m – massa de impacto
g – aceleração da gravidade
h – altura de soltura da massa
v – velocidade de impacto
Desta forma:
√ √
Figura 75: Set-up para simulação teste de impacto (massa em queda)
111
Tabela 29: Dados da malha da simulação de impacto de peso frontal
Característica Valor
Malha baseada em curvatura -
Maior elemento 10mm
Menor elemento 2mm
Taxa de variação de tamanho máxima 3
Número mínimo de elementos em um círculo 8
Como não foi possível medir o entre eixos antes e após o impacto com
a massa apoiada sobre o garfo, devido ao grande tempo computacional
exigido para obter estes resultados, para este trabalho, considerou-se que o
quadro apresentando tensões máximas durante o impacto menores que as
tensões de escoamento, o quadro estaria aprovado. A Figura 76 mostra o
resultado da simulação. A tensão máxima obtida foi de 255MPa, mantendo-
se abaixo do limite de escoamento do material selecionado.
Figura 76: Regiões críticas
112
5.3.4.2 Montagem do quadro e garfo – teste de impacto (quadro em
queda)
O set-up desta simulação ocorreu considerando-se o quadro fixado
pelo ponto de fixação do eixo traseiro, mantendo a liberdade de rotação em
torno deste eixo. Como o quadro deveria sofrer uma rotação para que o rolo
de impacto atingisse a altura prevista pela norma de 300mm e o software
utilizado não consegue recriar esta condição, optou-se por inclinar o plano de
impacto e deslocá-lo para baixo, de forma que no momento do impacto este
esteja paralelo à linha que passa pelos eixos dianteiro e traseiro da bicicleta.
As massas da transmissão central e do tubo do selim foram criadas como
carregamento remoto, e posicionadas exatamente no centro de cada tubo. A
massa do tubo da direção foi substituída por sua força equivalente aplicada
sobre a face superior do tubo da direção. A Figura 77 mostra o arranjo pronto
para o ensaio. Deve-se notar que a gravidade foi estipulada como
perpendicular ao plano de impacto. A Tabela 30 mostra os parâmetros da
malha utilizada.
Figura 77: Set-up simulação de impacto queda do quadro
Tabela 30: Dados da malha simulação de impacto queda do quadro
Característica Valor
Malha baseada em curvatura -
Maior elemento 10mm
Menor elemento 2mm
Taxa de variação de tamanho máxima 3
Número mínimo de elementos em um círculo 8
113
Como na simulação de impacto de massa em queda, não foi possível
medir a deformação permanente como previsto em norma, assim como não
foi possível repetir o impacto duas vezes numa mesma simulação. Desta
forma, foi considerado como na simulação anterior que a tensão máxima
encontrada em um único impacto deve ser menor que a tensão de
escoamento do material utilizado. A Figura 78 mostra a distribuição geral de
tensões máximas no quadro. A Figura 79 e a Figura 80 mostram as regiões
críticas 1 e 2, respectivamente, marcadas na Figura 78.
Figura 78: Resultado da simulação de impacto queda do quadro
Figura 79: Região crítica - ponteira direita
114
Figura 80: Região crítica - junção tubo horizontal com tubo do selim
5.3.4.3 Quadro – teste fadiga com forças de pedalada
Todos os dispositivos foram modelados conforme requisitado em
norma. A Figura 82 mostra o suporte para o eixo traseiro, com uma fixação
por junta esférica em sua base. A Figura 81 contém o dispositivo que simula
a corrente, que foi fixado nas duas extremidades e na junção intermediária
pinos, criando juntas rotativas. Por fim, a Figura 83 ilustra o dispositivo de
simulação do pedal, que foi fixado ao quadro por pino.
Figura 81: Dispositivo de simulação da corrente
115
Figura 82: Dispositivo de suporte do quadro
Figura 83: Dispositivo de simulação do pedal
A montagem final do conjunto (Figura 84) inclui a fixação que permite a
rotação em torno do eixo dianteiro no garfo. A Tabela 31 mostra os
parâmetros de malha utilizados.
116
Tabela 31: Dados da malha de simulação de pedalada
Característica Valor
Malha baseada em curvatura -
Maior elemento 8mm
Menor elemento 1,6mm
Taxa de variação de tamanho máxima 3
Número mínimo de elementos em um círculo 8
A simulação das forças alternadas ocorreu em dois passos.
Primeiramente, uma simulação estática da força no pedal esquerdo. Após,
outra simulação estática da força no pedal direito. Essas simulações serviram
de base para a criação dos eventos na simulação de fadiga. Devido à
existência de dois eventos nesta simulação, o único resultado disponibilizado
pelo software foi o de dano percentual no material, que foi comparado aos
das outras simulações de fadiga para definição de aceitação, ou não do
resultado.
Figura 84: Set-up geral de simulação de pedalada
A simulação de fadiga mostrou que o quadro, de modo geral apresenta
boa resistência à fadiga neste tipo de carregamento, com dano máximo em
cerca de 0,063% do material. A Figura 85 mostra o resultado de danos
percentuais no material, enquanto a Figura 86 mostra o detalhe no encontro
117
entre o tubo superior do garfo posterior e o tubo do selim, região mais crítica
do conjunto.
Figura 85: Resultado geral da simulação de pedalada
Figura 86: Ponto crítico da simulação de pedalada
118
5.3.4.4 Quadro – teste fadiga com forças horizontais
A Figura 87 mostra o set-up da simulação. O quadro foi fixado na
traseira com uma junta rotativa e na superfície inferior do garfo por fixadores
de roletes. A força foi aplicada na face plana frontal do garfo. A Tabela 32
mostra os parâmetros de malha utilizados.
Figura 87: Set-up geral da simulação de forças horizontais
Tabela 32: Dados da malha de simulação de forças horizontais
Característica Valor
Malha baseada em curvatura -
Maior elemento 8mm
Menor elemento 0,5mm
Taxa de variação de tamanho máxima 3
Número mínimo de elementos em um círculo 8
O resultado contido na Figura 88 mostra o fator de carregamento, ou
coeficiente de segurança, para 50.000 ciclos, que neste caso apresentou o
mínimo de aproximadamente 13,1, confirmando a robustez deste quadro
nesta solicitação.
Junta rotativaForça horizontal
Fixação por rolos
119
Figura 88: Resultado geral da simulação de forças horizontais
5.3.4.5 Quadro – teste fadiga com forças verticais
O set-up desta simulação foi realizado considerando-se o quadro
fixado pelo ponto de fixação do eixo traseiro, mantendo a liberdade de
rotação em torno deste eixo. A base o garfo foi fixada com rolos, permitindo o
deslocamento livre no plano horizontal, direção longitudinal do quadro. O
dispositivo do selim, modelado seguindo a norma de referência, foi fixado no
tubo do selim, considerando-se a adesão perfeita das superfícies de contato.
A Figura 89 mostra o set-up da simulação
120
.
Figura 89: Set-up da simulação de forças verticais
O resultado, mostrado na Figura 90, mostra a concentração de tensões
próximo à junção do tubo horizontal com o tubo do selim e próximo à junção
do tubo superior do garfo posterior com o tubo do selim. O resultado é o fator
de segurança considerando-se 50.000 ciclos de carregamento. Para este
caso o menor coeficiente de segurança foi de 3,08, sendo considerado
aceitável.
Figura 90: Resultado geral da simulação de forças verticais
121
5.3.4.6 Bagageiro –força vertical
Foram executadas simulações com diferentes cargas até que o
carregamento resultasse em tensões próximas às de tensões escoamento do
material. Como ponto de início, optou-se por utilizar 25 kgf, que é a carga
máxima recomendada para a maioria dos bagageiros comerciais. O
carregamento máximo foi de 113,5 kgf, que gerou tensões próximas à tensão
de escoamento do material. O resultado sob o carregamento máximo é
mostrado na Figura 91. O resultado de tensões com carregamento é
mostrado na Figura 92.
Como a recomendação para este projeto é de que a carga no
bagageiro não exceda 25kgf, tem-se, desta forma, um coeficiente de
segurança de 4,55. Enquanto o teste de carregamento máximo, mostra que o
bagageiro aguentaria caso o usuário se apoiasse na parte traseira do
bagageiro.
Figura 91: Tensões máximas com carregamento de 100kgf
122
Figura 92: Tensões máximas com carregamento de 25kgf
A Tabela 33 mostra os parâmetros de malha utilizados.
Tabela 33: Dados da malha de simulação de forças horizontais
Característica Valor
Malha baseada em curvatura -
Maior elemento 10 mm
Menor elemento 1 mm
Taxa de variação de tamanho máxima 3
Número mínimo de elementos em um círculo 8
5.3.4.7 Bagageiro – força horizontal
Este set-up foi realizado com diversas cargas, iniciando-se pela carga
mínima aceitável de 13 kgf, que aumentada gradativamente, até atingir uma
carga que gerasse tensões máximas próximas da tensão de escoamento. A
Figura 93 mostra o resultado com a carga máxima, de 32,3 kgf. Isto mostra
que o bagageiro resistiria ao ciclista levemente apoiado na sua lateral, além
de ser possível manusear a bicicleta pelo bagageiro sem deformá-lo. Para o
carregamento com 13 kgf, a tensão máxima foi de 110,9 Mpa (Figura 94), o
que gera um coeficiente de segurança de 2,5.
123
Figura 93: Tensões máximas com carregamento de 32,3 kgf
Figura 94: Tensões máximas com carregamento de 13kgf
A Tabela 34 mostra os parâmetros de malha utilizados.
124
Tabela 34: Dados da malha de simulação de forças horizontais
Característica Valor
Malha baseada em curvatura -
Maior elemento 10 mm
Menor elemento 1 mm
Taxa de variação de tamanho máxima 3
Número mínimo de elementos em um círculo 8
5.4 ACESSÓRIOS DO QUADRO
5.4.1 Suporte do freio traseiro
Como não foi encontrada na norma DIN 14766 (2006) nenhum
requerimento específico para o freio traseiro, optou-se por utilizar os testes
exigidos para o suporte de freio a disco dianteiro, visto que este é o principal
freio e sofre a maior carga durante as frenagens. Desta forma, garante-se
que no mínimo o suporte traseiro esteja superdimensionado.
5.4.1.1 Teste estático
O teste estático prevê a aplicação de uma força de 1000N a uma
distância de 330mm do centro do eixo da roda, conforme Figura 95. O garfo
deve ser preso pelo seu canote, em um suporte rígido. Como, para este
trabalho, o teste foi adaptado para o dimensionamento do suporte de freio
traseiro, optou-se por realizar a fixação do eixo traseiro por juntas rotativas e
a parte inferior do tubo da direção por fixadores de roletes (ver Figura 96). O
dispositivo adaptado é mostrado na Figura 97, e foi considerado como corpo
rígido para a simulação.
Figura 95: Set-up teste estático
Fonte: DIN 14766 (2006)
125
Figura 96: Adaptação para teste estático
Figura 97: Dispositivo para teste estático
5.4.1.2 Teste de fadiga
Utilizando a mesma fixação do teste estático, a norma prevê a
aplicação de uma força de 600N cíclica, vaziando de zero a 600N, num
dispositivo conforme mostrado na Figura 98. Novamente, o teste foi adaptado
para o suporte do freio traseiro. A fixação do quadro (ver Figura 99) foi a
mesma da simulação do teste estático, alterando-se apenas o dispositivo,
mostrado na Figura 100.
126
Figura 98: Set-up teste de fadiga (adaptado)
Fonte: DIN 14766 (2006)
Figura 99: Adaptação para teste de fadiga
127
Figura 100: Dispositivo para teste de fadiga
5.4.1.3 Resultados da simulação estática
Para a simulação do teste estático, as regiões de contato entre o
dispositivo e o quadro e as regiões de contato entre o dispositivo e o suporte
do freio foram configuradas sem penetração. Desta forma, não há a adesão,
simulando uma região apenas de contato. A região de contato entre o suporte
do freio e o quadro foi considerada como colada, simulando uma solda nesta
região. A fixação do dispositivo ao suporte ocorreu por meio de parafusos
virtuais M6, com diâmetro de cabeça de 9,3mm. A fixação do dispositivo ao
quadro foi se dá através de um pino virtual, de moto a permitir a livre rotação
deste em torno do eixo. Os detalhes da fixação são mostrados na Figura 101.
A Tabela 35 mostra os parâmetros utilizados para criação da malha.
Tabela 35: Características da malha de teste estático
Característica Valor
Malha baseada em curvatura -
Maior elemento 10 mm
Menor elemento 1 mm
Taxa de variação de tamanho máxima 3
Número mínimo de elementos em um círculo 8
128
Figura 101: Fixação do dispositivo ao quadro
O resultado desta simulação é mostrado na Figura 102. A máxima
tensão foi de 210 Mpa, o que gera um coeficiente de segurança de 1,3.
Figura 102: Resultado da simulação do teste estático
129
5.4.1.4 Resultados da simulação de fadiga
A simulação de fadiga ocorreu com mesmas condições utilizadas na
simulação do teste estático, alterando-se apenas o dispositivo. Como os
pontos de fixação do dispositivo deste teste são os mesmo do teste estático,
a fixação utilizada foi a mesma.
A Figura 103 mostra a distribuição de fatores de carregamento para
cada região do quadro. O menor fator de carregamento atingindo na
simulação foi de 1,46.
Figura 103: Resultado da simulação de teste de fadiga
5.4.1.5 Design final do suporte
A Figura 104 contém o design final do suporte do freio traseiro. Este foi
obtido após repetidas execuções da simulação, sempre alterando o design.
130
Figura 104: Design do suporte do freio
5.4.2 Protetor da roda traseira (calha)
Um dos problemas encontrados no percurso de cicloturismo é o
acúmulo de sujeira na corrente, cassete e coroa. Isso reduz
consideravelmente a vida útil da corrente, sendo necessário trocá-la ao
retornar. Outras peças podem vir a falhar por esse mesmo motivo, tornando a
bicicleta irreparável para continuar o passeio e afetando a segurança do
ciclista.
A maior parte da sujeira que entrou na corrente estava presa no pneu
e foi jogada conforme o mesmo girava. Como o conjunto é lubrificado com
graxa, areia e outros abrasivos ficam grudados quando entram em contato.
Uma maneira de minimizar o desgaste da corrente, cassete e coroa é
protegê-los da sujeira jogada pelo pneu. Para isso, foi desenvolvida uma
calha envolvendo a roda. Ela cobre a maior parte do pneu, deixando uma
abertura suficiente para possibilitar a retirada da roda. A Figura 105 mostra a
parte traseira da bicicleta com a calha.
A calha será fixada no bagageiro superior se modo que não atrapalhe
o carregamento de carga ou a fixação dos alforjes, conforme a Figura 106.
Para maior sustentação, dois raios saindo das extremidades da calha serão
fixados nas ponteiras do garfo traseiro.
131
Figura 105: Calha de proteção
Figura 106: Fixação da calha no bagageiro traseiro
5.4.3 Protetor da corrente e coroa
A calha protetora da roda traseira previne que sujeira jogada pelo pneu
traseiro se misture a graxa da corrente e danifique o conjunto. Contudo, o
pneu dianteiro apresenta o mesmo problema. O uso de calha dianteira
depende do garfo utilizado, pois nem todos os modelos possuem local para
fixação.
Para garantir que o conjunto de transmissão não venha a falhar devido
ao desgaste por sujeira presa na graxa de lubrificação, foi desenvolvido um
132
protetor que previne o acesso de sujeira na coroa e corrente jogada pelo
pneu dianteiro. Este protetor é fixado ao quadro e se estende concêntrico a
coroa de modo que impeça o acesso de sujeira vinda da parte dianteira da
bicicleta. Ele pode ser visto na Figura 107.
Figura 107: Protetor da corrente e coroa
5.5 LAYOUT FINAL DO QUADRO
Com o projeto do quadro finalizado, tem-se no Apêndice L o projeto
detalhado do quadro e a geometria dos diversos tamanhos. Nele estarão as
principais dimensões fixas. Na sequência, será fabricado um protótipo para
validação das dimensões variáveis e posicionamento do ciclista.
133
6 PROTÓTIPO
Por mais que tenham sido realizados testes e simulações virtuais para
validar o projeto, faz-se necessário a fabricação de um protótipo. No caso da
bicicleta desenvolvida neste trabalho, percebeu-se que seria inviável a
validação de todos os testes apresentados. Para que fossem conduzidas,
seria necessário fabricar vários quadros e ter tempo suficiente para fazer
testes de fadiga.
Portanto, algumas alterações foram implementadas, as quais serão
apresentadas na sequência. A principal finalidade do protótipo desenvolvido é
validar o posicionamento do ciclista e apresentar, na prática algumas, das
soluções encontradas.
6.1 Materiais
O material selecionado para o projeto do quadro foi a liga de alumínio
6061 com tratamento térmico T6. As dimensões dos tubos se basearam em
catálogos de possíveis fornecedores. Contudo, a quantidade mínima de
fornecimento tornaria o projeto inviável financeiramente e o prazo de entrega
não atenderia o cronograma.
Como uma alternativa, buscou-se materiais em varejistas de matéria-
prima e sucateiros. Estes estabelecimentos forneceram quantidade menores
com preços acessíveis. Contudo, não foi possível a utilização do alumínio
selecionado para o projeto.
Os tubos de perfil retangular e redondo, com exceção dos utilizados no
garfo traseiro, transmissão central e tubo da direção, foram comprados na
Belmetal. O fornecimento mínimo é de barra de seis metros e o material é
alumínio 6361 T5. Este foi também o fornecedor para os tubos do bagageiro.
A Figura 108 mostra o tubo utilizado para o tubo horizontal antes de ser
usinado.
134
Figura 108: Perfil retangular do tubo horizontal
Os tubos do garfo traseiro não estavam disponíveis para venda na
Belmetal. Por serem dimensões comerciais bastante utilizadas em estruturas
de janelas, buscou-se fabricantes de esquadrias que tivessem esse perfil à
venda. Foram adquiridos então da Alumifix. Contudo, devido a aplicação ser
bastante diferente, o tubo que puderam fornecer possuía pintura em tinta
branca esmaltada e reforços internos, conforme mostrado na Figura 109.
Figura 109: Perfil retangular do garfo traseiro
Para a transmissão central e tubo da direção, foram utilizados tarugos.
Estes foram torneados interna e externamente para que atendessem as
dimensões necessárias. As ponteiras também foram produzidas a partir de
tarugos. Todavia para estas foram comprados tarugos retangulares. O
fornecedor deste material foi o Barranco Ferro e Aço e não tinham
informações da liga do alumínio. A Figura 110 mostra o tarugo redondo
comprado.
135
Figura 110: Tarugo cilíndrico de alumínio
6.2 Máquinas e processos
Os tubos, para fabricação do protótipo, passaram pelos processos de
usinagem e soldagem. A preparação do material seria realizada por uma
empresa terceira, que recusou o serviço. Utilizou-se então o laboratório da
UTFPR para usinagem, junto de algumas máquinas e ferramentas próprias. A
soldagem foi executada por uma oficina externa.
6.2.1 Torno
Como os tubos para a transmissão central e tubo da direção não foram
encontrados nas dimensões desejadas, tarugos de alumínio foram torneados
internamente e externamente para se conseguir as dimensões desejadas.
Para isso foi utilizado o torno Romi modelo KFF 45 do laboratório de
usinagem da UTFPR. A Figura 111 mostra o torno utilizado.
O alumínio é um metal fácil de usinar. Não foram precisas ferramentas
robustas nem cuidados especiais. O principal problema encontrado durante
esta etapa da usinagem foi o torneamento do diâmetro interno. Como não
havia broca grande o suficiente para fazer um pré-furo para a ferramenta do
laboratório, foi necessário buscar alternativas. Primeiramente foi comprada
uma ferramenta de torneamento interno menor. Contudo a qualidade da
mesma era muito inferior, fazendo com que a peça vibrasse muito e o
acabamento ficasse ruim. Foi então afiado um bit nas angulações
necessárias e utilizado no porta ferramentas disponível. A vibração foi
reduzida e o acabamento melhorou consideravelmente, mas o deslocamento
do avanço foi bastante reduzido, aumentando o tempo utilizado no set-up. A
136
Figura 112 mostra a o tubo da direção sendo usinado externamente e a
Figura 113 mostra a usinagem interna da transmissão central com o bit
afiado.
Figura 111: Torno Romi KFF 45
Figura 112: Usinagem externa do tubo da direção
137
.
Figura 113: Usinagem interna da transmissão central
6.2.2 Fresadora
Para fabricação das ponteiras foi necessário utilizar a fresadora. O
modelo disponível no laboratório da UTFPR é uma TOS. A Figura 114 mostra
o equipamento.
Figura 114: Fresadora TOS
138
Para faceamento foi utilizado um cabeçote de 80mm de diâmetro com
pastilhas. Como o alumínio é se fácil usinagem e dissipa rapidamente o calor,
não foi necessário fluido lubrificante ou de arrefecimento. O mesmo pode se
dizer para os detalhes da ponteira, que foram realizados com uma fresa de
topo com 9mm de diâmetro. Esta parte da usinagem foi bastante complicada,
o que seria facilmente simplificado se usada uma fresadora CNC. A Figura
115 mostra a fabricação das ponteiras utilizando as ferramentas
apresentadas.
Figura 115: Ferramenta da fresa TOS
6.2.3 Retífica
Para soldagem do quadro, foi necessário que os tubos estivessem com
os encaixes usinados. Para isso utilizou-se uma micro retífica Dremel modelo
3000 com ponta tipo EZ lock e discos de corte. Com giro máximo de 33000
rpm, esta máquina foi utilizada tanto para corte dos tubos quanto para
acabamento dos encaixes. Para que estes fossem garantidos, os desenhos
dos tubos foram impressos em tamanho real e colados sobre as peças a
serem usinadas. A Figura 116 mostra como foi isso foi feito. A Figura 117
mostra a junção do tubo horizontal no tubo do selim.
139
Figura 116: Micro retífica Dremel com o tubo marcado onde será o feito o encaixe
Figura 117: Encaixe do tubo horizontal no tubo do selim
6.2.4 Solda
O alumínio é um metal de difícil soldabilidade e exige experiência do
soldador. Por essa dificuldade e importância deste processo, decidiu-se que
uma empresa faria o serviço. Foi escolhida a oficina Jaime Soldas Especiais,
especializada em soldas especiais e com vários reparos de bicicleta
realizados.
As principais dificuldades encontrada na solda dos tubos foi a falta de
gabarito e a imprecisão no encaixe dos tubos. Este segundo se deu pelos
encaixes terem sido feitos à mão com a Dremel. Utilização de corte dos tubos
de alumínio em CNC teria melhorado o resultado. Já a falta do gabarito se
justifica pelo fato de que um único protótipo seria fabricado.
140
Como não estava sendo usado gabarito, havia possibilidade do
dimensional não ser atendido após a solda. Para evitar isso, os tubos foram
primeiramente ponteados e medido. Caso a junção não estivesse correta, o
ponto de solda seria cortado e as tubos ponteados novamente. A Figura 118
mostra os mesmos tubos da Figura 117 com os pontos de solda e a Figura
119 mostra a verificação do ângulo do tubo superior do garfo traseiro.
Figura 118: Encaixe do tubo horizontal no tubo do selim
Figura 119: Ângulo do tubo superior do garfo traseiro
O resultado final do quadro soldado pode ser visto na Figura 120.
141
Figura 120: Quadro ainda preso na morsa após soldagem
Um problema encontrado foi a qualidade da solda. Por mais que os
parâmetros estivessem corretos e o soldador fosse habilidoso, não foi
possível fazer o set-up correto com peças piloto. Além disso, as paredes dos
tubos eram muito finas, exigindo parâmetros extremamente precisos. Defeito
por má penetração da solda é mostrado na Figura 121 e problema de
penetração da solda no tubo é visto na Figura 122. Para este último, a
penetração da solda dentro do tubo do selim impediu a entrada do canote.
Foi necessário retirar o excesso em local bem pouco acessível.
Figura 121: Má penetração na solda
142
Figura 122: Penetração da solda dentro do tubo do selim
6.2.5 Fixação do bagageiro
De acordo com o projeto, o bagageiro deveria ser soldado no quadro.
Contudo, este é um processo caro e, uma vez que a escolha dos materiais do
protótipo não permita a validação completa da bicicleta, decidiu-se que
validar somente a funcionalidade do bagageiro.
A primeira opção de fixação foi com super bonder, mas não fixou bem.
Poucos tubos continuavam no local após algum tempo. Decidiu-se então pelo
uso de durepoxi. Por mais que represente um considerável peso a mais no
quadro da bicicleta, esta foi uma maneira eficiente e barata de fixar o
bagageiro. A Figura 123 mostra os primeiros tubos sendo fixados com um
gabarito.
Figura 123: Colagem do bagageiro
143
6.2.6 Pintura
Antes da pintura, foi necessário limpar a superfície do alumínio.
Algumas partes estavam com a superfície queimada pela soldagem e o garfo
traseiro estava com pintura branca. O processo mais fácil seria jatear com
areia para limpar a superfície por completo. Contudo, o alumínio pode
apresentar microtrincas quando jateado, comrpometendo a rigidez do quadro.
Portanto, utilizou-se uma lixadeira rotativa para preparar a superfície e lixa
manual em locais de difícil acesso.
Com a superfície do alumínio livre de tinta, óxidos, gorduras ou
sujeiras, foram aplicadas duas camadas de galvite. A aplicação deste produto
é necessária para garantir a aderência da tinta no alumínio. A Figura 124
mostra o quadro com aplicação de galvite.
Figura 124: Quadro da bicicleta com aplicação de galvite
A cor escolhida para pintura foi preto fosco. Utilizou-se a tinta Colorgin
Alumen Spray devido a compatibilidade com o galvite. Foram aplicadas três
camadas de tinta. Esta pintura é somente estética, pois não garante
resistência à corrosão e seria facilmente danificada. A Figura 125 mostra o
quadro pintado.
144
Figura 125: Quadro da bicicleta com pintura preto fosco
6.3 Componentes
O custo dos componentes para montagem do protótipo é muito
elevado. Desta forma, optou-se por utilizar ao máximo os componentes
desmontados da bicicleta utilizada para a cicloviagem, mostrada na seção
2.1.3. Componentes não compatíveis, de uso exclusivo do protótipo ou
componentes que deveriam ser modificados para o uso na bicicleta foram
comprados, sempre procurando manter o menor custo possível. A não
compatibilidade deveu-se ao uso de aros de 29”, sendo necessário a
aquisição de novo garfo, pneus, câmaras de ar, aros e raios. Componentes
como caixa de direção e movimento central, foram adquiridos novos, pois
estes são montados por interferência, dificultando a desmontagem sem
danificá-los. O guidão foi comprado novo, pois o projeto prevê o uso do
guidão borboleta. Canote de selim e mesa foram comprados pois foram
necessárias alterações para o correto encaixe destes componentes no
quadro. Os demais componentes foram reaproveitados. A Tabela 36
descreve todos os componentes utilizados para a montagem do protótipo.
145
Tabela 36: Fixação do dispositivo ao quadro
Componente Marca Modelo Novo
Garfo RST Blaze 100mm Sim
Aros VZAN Vnine Sim
Cubos KT Quando Não
Pneus Lotus N/A Sim
Câmaras Bruto Butílica 29” valvula presta Sim
Cassete Shimano CS-HG30 9V 11-32D Não
Câmbio dianteiro Shimano Shimano Alívio 9v Não
Câmbio traseiro Shimano Shimano Alívio 9v Não
Mesa FSA OS 190 Sim
Guidão Ergotec Borboleta Sim
Canote de selim GTA Alum 27.2X Sim
Selim Prologo Kappa evo Não
Corrente Shimano CN-HG53-11008 Sim
Pedivela Shimano FC-M430 Alivio 42/32/22 Não
Movimento central N/A N/A Sim
Freios Shimano BR-M445 Não
6.4 Validação das medidas fixas
Após fabricação do protótipo, faz-se necessário uma análise
dimensional para verificar se as dimensões estão de acordo com o projeto. A
figura 124 mostra as dimensões fixas do projeto e a Tabela 37 apresenta um
comparativo entre o projetado e o fabricado.
Como não utilizou-se gabaritos para soldagem, não foi possível
garantir as angulações. Contudo, todos os tubos foram medidos e estavam
de acordo com a dimensão projetada. O final o protótipo apresentou leve
diferença nas medidas finais devido às alterações da angulação.
As dimensões, ainda que um pouco diferentes do projeto, podem ser
corrigidas com os parâmetros reguláveis da bicicleta. A única que pode
apresentar problema para o posicionamento é a cota “A” da Figura 126, pois
146
não pode ser ajustada com os componentes e afeta diretamente a angulação
das costas.
Figura 126: Dimensões fixas do quadro
Tabela 37: Lista de componentes
Dimensão Projeto Protótipo
A 550mm 580mm
B 570mm 560mm
C 70o 76o
D 73o 78o
E 590mm 610mm
6.5 Validação do posicionamento
A escolha do guidão modelo borboleta possibilita ao ciclista três
opções de posicionamento. A posição principal é segurando na parte inferior
do guidão, onde estão posicionados os trocadores e manetes de freio. As
costas ficam menos inclinadas, o que proporciona maior conforto na
pedalada, conforme mostrado na Figura 127.
A inclinação encontrada para este posicionamento no protótipo foi de
16º, acima da inclinação definida no projeto. Isso ocorreu devido ao aumento
147
na medida do selim ao guidão (cota “A” na Figura 124). Caso as angulações
estivessem corretas, garantidas pelo uso de um gabarito por exemplo, a
angulação de 10º seria atendida.
Figura 127: Posição mais ereta
Como o projeto previa posição das costas muito ereta, o ciclista pode
se desequilibrar no caso de subida íngreme. O peso da bagagem ajuda a
deixar o centro de gravidade mais para trás. Este problema pode ser
resolvido segurando o guidão na lateral, conforme a Figura 128.
No caso de vento contrário ou necessidade de maior performance
aerodinâmica em parte do percurso, o ciclista pode se posicionar segurando
na parte posterior do guidão. O braço fica apoiado na parte inferior do guidão,
o que confere maior estabilidade. Esta posição não deve ser utilizada a
qualquer momento, pois as costas do ciclista ficam muito inclinadas e não há
fácil acesso aos trocadores de marcha e manetes de freio. Este
posicionamento é mostrado na Figura 129.
148
Figura 128: Posição intermediária
Figura 129: Posição mais aerodinâmica
149
Outro ponto atendido pelo projeto, foi o afastamento da bagagem do
pé (ver Figura 130), evitando assim a interferência entre os alforjes e o pé
durante o ciclo do pedal, um incomodo recorrente nas bicicletas utilizadas na
cicloviagem da seção 2.1.3.
Figura 130: Posicionamento dos alforjes
Mesmo numa posição mais arcada do ciclista do que o previsto em
projeto, em um teste de 30 minutos, o aumento do conforto foi perceptível,
aliviando a carga nas costas e nos braços. Outro ponto que gerou maior
conforto, foi a possibilidade de variar a posição com os diversos pontos de
apoio que o guidão borboleta fornece.
6.6 Avaliação do comportamento dinâmico
Para avaliação do comportamento dinâmico, foram realizados dois
testes, um de ciclística em um piso de boa qualidade, no parque Barigui, e
outro nas ciclovias das ruas Getulio Vargas e Engenheiro Rebouças, pois
estas apresentam irregularidades como, raízes de arvores e meio fio nas
esquinas.
150
No teste no parque Barigui, foi perceptível o aumento de estabilidade da
bicicleta em detrimento da agilidade, quando comparada às bicicletas
utilizadas nas cicloviagens da seção 2.1.3. Considerando a utilização primária
desta bicicleta em estradas, tanto rurais quanto asfaltadas, a perda de
agilidade não se torna crítica, porém dificulta o uso do equipamento em
trilhas. O ganho de estabilidade é benéfico para a segurança do ciclista,
principalmente com a bicicleta carregada.
Apesar de não apresentar problemas para parar a bicicleta, o freio
utilizado, com disco de 160mm de diâmetro exigiu um esforço maior do
ciclista no manete para parar a bicicleta, desta forma, seria mais adequado
de discos de freio maiores, principalmente com a bicicleta carregada.
Devido ao movimento central mais baixo no protótipo, o pedal
impactou com o chão durante o ciclo em curvas e na transposição de
obstáculos, como raízes e buracos, este ponto torna o uso da bicicleta
desconfortável, e gera grande risco de queda, principalmente em regiões
mais acidentadas. Porém a correta avaliação deste quesito é vinculada a um
novo protótipo, fabricado com gabaritos de solda para atingir as dimensões
previstas em projeto.
6.7 Validação das especificações do produto
Com o protótipo completo é possível validar as especificações do
produto, apresentados no apêndice G. Para isso foi utilizada a mesma tabela,
omitindo as colunas “Sensor” e “Saída indesejável” e incluindo as colunas
“Atende ao requisito” e “Comentário”. Esta nova tabela está no Apêndice M.
Os dois requisitos que não foram atendidos foram os componentes
protegidos do tempo e o número de ferramentas para montar a bicicleta. O
primeiro se deu pelo fato da opção de componentes protegidos do tempo
representaria um custo muito elevado. Já as ferramentas, são necessárias
mais de três devido aos componentes selecionados.
Alguns requisitos foram atendidos parcialmente. A força para
acionamento do pedal e dos freios não foi testada por um dinamômetro.
151
Contudo, nos testes realizados notou-se satisfatória a força utilizada para
acionamento destes componentes.
Outro requisito atendido parcialmente foi a proteção dos componentes.
Este foi um requisito previsto em projeto, mas não foi implementada no
protótipo devido ao foco da validação. O uso de materiais diferentes do
especificado no projeto não garante que o quadro resista os esforços de um
circuito de cicloturismo. Portanto, não haveria como validar para sua devida
função.
152
7 CONCLUSÃO
O objetivo deste trabalho foi o projeto e fabricação de um protótipo de
veículo adaptado para cicloturismo. Ele deve assegurar os requisitos técnicos
para oferecer eficiência e resistência, assim como atender as necessidades
do cliente.
Para isso, o primeiro passo foi caracterizar o contexto do trabalho.
Levantou-se informações referentes aos percursos do cicloturismo existentes
no Paraná e Santa Catarina. Através de pesquisa e participação em eventos.
Em paralelo, foi elaborado um questionário para entender melhor o público
cicloturista. Um estudo foi realizado também para um maior entendimento das
características técnicas da bicicleta.
Na sequência, foi elaborado um estudo de benchmarking. Nele foi
possível obter informações referentes aos modelos disponíveis para o
mercado cicloturista do Brasil e do mundo. Foram também levantadas as
necessidades dos clientes. Com isso, os requisitos do projeto puderam ser
identificados.
O projeto conceitual começou com a dafinição das funções que o
produto deve atender. Essas funções foram utilizadas para o
desenvolvimento de um conjunto de seis concepções e, posteriormente,
foram quantificadas para determinar qual seguiria com o desenvolvimento.
A concepção seis (bicicleta robusta) foi, então, devidamente
dimensionada. Alguns ajustes e modificações foram necessárias para que os
requisitos comerciais e técnicos fossem atendidos. Como resultado, obteve-
se cinco tamanhos de quadros.
Na sequência, com base num ciclista de referência, um desses
quadros foi escolhido para fabricação do protótipo. Adaptações foram
necessárias por questões comerciais, como a utilização de liga de alumínio
diferente da prevista no projeto por exemplo. Foi possível concluir fabricação
do quadro e montagem final do protótipo.
153
Com base nos parágrafos anteriores, pode-se dizer que o objetivo
desde trabalho foi atingido. O posicionamento do ciclista foi validado com
teste prático e a bicicleta se mostrou ergonomicamente confortável. Há
possibilidade de execução de outros testes, assim como uma viagem de
cicloturismo, os quais não foram realizados neste trabalho.
7.1 Recomendações para trabalhos futuros
A fabricação do protótipo foi muito importante para identificar pontos de
melhorias. Em alguns momentos no decorrer do trabalho, deparou-se com
dificuldades as quais não seria viável dar a devida atenção.
Uma oportunidade bastante interessante é o detalhamento dos
processos de fabricação do produto. Isso é fundamental caso venha a ser
comercializado. Definição de instruções de trabalho e confecção de gabaritos
se mostratam fundamentais se considerado processo de fabricação em séria
e com garantia de qualidade.
A validação completa do protótipo também não foi possível. Um estudo
bastante interessante pode ser feito utilizando a matéria-prima selecionada.
Para isso, seria necessário bastante tempo de fabricação e alto investimento,
uma vez que os testes de fadiga seriam muito demorados e condenariam
vários quadros. Seria possível também testar a bicicleta num circuito de
cicloturismo e validar os protetores de componentes móveis.
154
8 REFERÊNCIAS
ANGELI, Masimiliano. Curso de Ciclismo Desportivo. Barcelona: Editorial
de Venecchi, 1994.
ALCORTA, Arturo. A História da Bicicleta no Brasil. SD. Disponivel em:
<http://www.escoladebicicleta.com.br/historiabicicletaBrasilA.html>. Acesso
em: 05 fev. 2015.
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VIEIRA, Silvia. O que é Ciclismo. Rio de Janeiro: Casa da Palavra, 2007.
159
Apêndice A – Questionário
Este apêndice contém o questionário desenvolvido para caracterização do cicloturismo e seu praticante. Ele foi aplicado
virtualmente no mês de novembro e resultou em 23 respostas.
Questionário
160
Apêndice B – Quadro de resultados do questionário
Este apêndice contém um quadro com a compilação dos gráficos dos resultados do questionário.
Dados resultantes da coleta de dados via questionário
161
Apêndice C – Tabela com as respostas do Questionário
Este apêndice apresenta uma compilação das respostas fornecidas no questionário
Respostas do questionário
162
Apêndice D – Benchmarking
Neste apêndice apresenta-se um quadro comparativo das bicicletas.
Quadro do Benchmarking
163
Apêndice E – Resultado do Benchmarking
Este apêndice apresenta um quadro com a compilação dos resultados comparativos do benchmarking. A primeira coluna
contém os resultados numéricos, a segunda os gráficos com os resultados gerais e a terceira os gráficos referente ao
modelos disponíveis no mercado brasileiro.
Gráficos gerados com o resultado do benchmarking
164
Apêndice F – Casa da qualidade
Neste apêndice apresenta-se a casa da qualidade.
Nú
mer
o d
a lin
ha
Máx
Rel
acio
nam
ento
da
linh
a
Imp
ort
ânci
a re
lati
va
Imp
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Requisitos de projeto
Tam
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Sist
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Larg
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Esp
aço
par
a ág
ua
Sist
ema
de
sin
aliz
ação
Par
amet
ros
regu
láve
is
Necessidade do cliente
1 9 8,2 4,5 Ser confortável ˅ ˄ = ˅ = ˄ ˄ ˄ ˅ ˅ = ˄
2 9 6,9 3,8 Ser leve ˅ ˄ = = ˄ ˅ ˅ = = ˅ ˅ ˅
3 9 7,5 4,1 Ter boa performance ˄ ˄ ˅ ˄ ˅ = = = ˄ ˄ ˄ ˅ =
4 9 8,2 4,5 Ser fácil de reparar ˅ ˄ ˄ ˄ = = = ˅ =
5 9 8,2 4,5 Ter baixa manutenção ˅ ˅ ˄ ˄ ˅
6 9 7,4 4,0 Ter manutenção barata = = ˄ = ˄ ˅ ˅ ˅
7 9 8,6 4,7 Ser resistente ˅ = = = ˅ ˄ ˄ = ˅
8 9 7,1 3,9 Ser fácil de transportar/guardar = ˅ ˄ ˄ ˄ ˅ = ˄ =
9 9 6,7 3,7 Ter espaço para bagagem ˅ ˄ ˄ ˅ ˄ ˄ ˅
10 9 8 4,4 Ter boa sinalização ˄
11 9 7,9 4,3 Ser utilizável em diversos tipos de terreno ˄ ˄ ˄ ˄ = ˅ ˄ = =
12 9 6,3 3,4 Ser de fácil limpeza ˄ = ˄ = ˄ = =
13 9 4 2,2 Ter design diferenciado = ˄ = ˄ ˄ ˄ ˄ = ˄ = = ˅ ˄ = ˄ ˅
15 9 5 2,7 Ser adaptável a diferentes ciclistas = = ˅ ˅ ˄ ˄ ˄ ˅ ˄
Máx. Coluna 9 9 5 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
Peso ou importância 158,0 297,6 51,3 83,1 68,3 172,6 105,3 220,2 121,7 145,2 100,7 40,7 65,4 202,2 70,1 183,0 123,4 156,0 70,1 71,8 96,5
Importância relativa 6,3 11,9 2,0 3,3 2,7 6,9 4,2 8,8 4,9 5,8 4,0 1,6 2,6 8,1 2,8 7,3 4,9 6,2 2,8 2,9 3,8
Ordem de atuação 6 1 20 14 18 5 11 2 10 8 12 21 19 3 17 4 9 7 16 15 13
Forte 9 ˄
Médio 5 =
Fraco 1 ˅
Relacinamento
165
Apêndice G – Especificações do produto
Neste apêndice apresenta-se as especificações do produto.
Requisito do Projeto QFD Tipo Objetivo Sensor Saída indesejável
Sistemas de amortecimento 1 Demanda Sim Booleano Desconforto
Distância horizontal entre gidão e selim 2 Demanda 480 ~ 600 mm Trena Alteração postural
Componentes protegidos do tempo 3 Desejo Sim Booleano Redução da vida útil
Proteções aos componentes 4 Desejo Sim Booleano Evitar danos ao produto
Entre eixos 5 Demanda 1,10 ~ 1,1,25 Trena Alteração na dirigibilidade
Tamanho da roda 6 Demanda 26'', 29'' ou 700cc Especificação Alteração na dirigibilidade
Sistemas para transporte de carga 7 Demanda > 1 sistema Visual Impossibilidade de transportar carga
Materiais leves 8 Desejo Máx 3kg (quadro) Balança Excesso de força
Componentes desmontáveis 9 Desejo > 2 componentes Visual Dificuldade no transporte
Distância entre o selin e o pedal 10 Demanda 380 ~ 650 mm Trena Alteração postural
Altura relativa entre gidão e Selin 11 Demanda > 65mm Trena Alteração postural
Largura do Pneu 12 Demanda > 40mm Paquímetro Dificuldade de uso em alguns terrenos
Parametros reguláveis 13 Desejo > 2 componentes Visual Alteração postural
Força para acionar o pedal 14 Demanda < 500 N Dinamômetro Excesso de força
Sistema de sinalização 15 Desejo > 1 Visual Baixa visibilidade
Espaço para água 16 Demanda > 1 Visual Necessidade de hidratação
Componentes padronizados 17 Desejo > 3 tipos Especificação Dificuldade para reposição de peça
Força para acionar os freios 18 Demanda < 150 N Dinamômetro Excesso de força
Número de ferramentas para montar a bike 19 Desejo < 3 ferramentas Visual Dificuldade na manutenção
Largura do assento 20 Demanda > 70mm Paquímetro Diminuição do conforto
Tempo de retirada da roda 21 Desejo < 3 min Cronômetro Demora no reparo
166
Apêndice H – Valoração das soluções
Neste apêndice apresenta-se a valoração das soluções.
Função Componente Solução Ser
confortável Ser leve
Ter boa performance
Ser fácil de reparar
Ter baixa manutenção
Ter manutenção
barata
Ser resistente
Ser fácil de transportar/guardar
Ter espaço para bagagem
Ter boa sinalização
Ser utilizável em diversos
tipos de terreno
Ser de fácil limpeza
Ter design diferenciado
Ser adaptável a diferentes
ciclistas
1
F1
F1.1 Selim
Largo 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 Estreito 1 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
3 C/ Amortecedor 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
4 S/ Smortecedor 1 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0
5
F1.1.1 Ajuste de Posicionamento
Vertical 0 1 0 0 0 0 -1 3 0 0 0 -1 0 3
6 Horizontal 0 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 -1 0 3
7 Inclinação 0 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 -1 0 3
8
F1.2 Guidão
Guidão de mtb 1 2 2 0 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0
9 Guidão de estrada 2 3 3 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0
10 Guidão Borboleta 3 3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0
11 F1.2.1 Posicionamento
Mesa ajustável 0 2 1 0 0 0 -1 0 0 0 0 1 0 2
12 Mesa fixa com espaçadores 0 1 2 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 2
13
F2
F2.1 Transporte de água
Garrafa no garfo 1 1 1 0 0 0 0 0 -1 0 0 -1 2 -1
14 Garrafa no tubo obliquo 2 1 2 0 0 0 0 0 -1 0 0 -1 1 0
15 Garrafa no tubo horizontal 3 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 2 0
16 Garrafa no tubo do selim 2 1 2 0 0 0 0 0 -1 0 0 -1 1 0
17 2 Garrafas no selim 3 2 2 0 0 0 0 0 -1 0 0 -1 2 0
18
F2.2 Transporte de bagagem
Bagageiro fixo 0 2 1 2 0 0 3 1 3 0 0 2 2 0
19 Bagageiro removivel 0 3 1 1 0 0 1 2 3 0 0 1 1 0
20 Bagageiro dianteiro 0 3 1 1 0 0 1 2 2 0 0 1 2 0
21 Trasporte no interior do quadro 0 1 2 3 0 0 3 3 1 0 0 3 3 0
22
F3
F3.1.1 Pedal S/ pedal 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
23 F3.2.1
Conjunto transmissão
Marchas internas 0 3 1 1 3 3 3 3 0 0 3 3 2 0
24 Marchas externas 0 1 3 3 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0
25
F3.2.2 Rodas
26" 2 2 1 0 1 0 3 3 0 0 2 0 1 0
26 29" 3 3 2 0 2 0 2 1 0 0 3 0 2 0
27 700c 1 1 3 0 3 0 1 2 0 0 1 0 2 0
28
F4 F4.1 Freios
V-brake 1 1 1 3 1 1 1 0 0 0 1 3 1 0
29 Disco mecânico 2 2 2 2 2 3 2 0 0 0 3 1 2 0
30 Disco hidraulico 3 3 3 1 3 2 3 0 0 0 3 1 2 0
Continua
167
Continuação
Função Componente Solução Ser
confortável Ser leve
Ter boa performance
Ser fácil de reparar
Ter baixa manutenção
Ter manutenção
barata
Ser resistente
Ser fácil de transportar/guardar
Ter espaço para bagagem
Ter boa sinalização
Ser utilizável em diversos
tipos de terreno
Ser de fácil limpeza
Ter design diferenciado
Ser adaptável a diferentes
ciclistas
31 F5 F5.1
Caixa de direção
Caixa de direção integrada 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
32
F6 F6.1
Suspeção dianteira
Elastomero 2 2 1 2 2 2 1 2 0 0 2 1 1 0
33 Hidráulica 2,5 3 2 1 2 1 2 1 0 0 3 1 1 0
34 Ar 3 2 2 1 1 1 2 1 0 0 3 1 1 0
35 Rígido 1 1 3 3 3 3 3 3 0 0 1 3 0 0
36 Traseira
Rígida 1 1 3 3 3 3 3 3 0 0 1 3 1 0
37 Amortecedores 3 3 1 1 1 1 1 1 -1 0 3 1 3 0
38 F7 F7.1
Descanso da bicicleta
Apoio lateral 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0
39 Cavalete 1 2 0 2 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0
40
F8 F8.1 Proteções para os componetes
Cabos internos 0 1 0 -1 3 0 1 0 1 0 3 3 1 0
41 Capas plásticas para corrente e cambios 0 2 0 -1 3 0 2 1 0 0 3 -1 2 0
42 Para lamas 0 2 0 -1 2 0 1 0 0 0 1 -1 2 0
43 F9 F9.1
Proteção contra impactos
Protetores metálicos em partes frágeis 0 1 0 -1 3 0 3 1 0 0 0 -1 0 0
44
F10
F10.1 Lanternas Lanterna fixa 0 1 0 1 0 1 0 -1 0 1 0 -1 3 0
45 Lanterna removível 0 2 0 3 0 2 0 1 0 1 0 -1 1 0
46 F10.2 Refletores
Laterais 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 -1 1 0
47 Traseiros 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 -1 1 0
48 F11 F11.1 Farol
Farol fixo 0 1 0 1 0 1 0 -1 0 1 0 -1 3 0
49 Farol removível 0 2 0 3 0 2 0 1 0 1 0 -1 1 0
50 F12 F12.1
Comandos dos componentes
Central de botões de fácil acesso 3 3 0 1 1 3 1 -1 0 0 1 1 1 0
51 Botões nos componentes 1 1 0 3 3 1 3 1 0 0 0 3 0 0
168
Apêndice I – Tabelas de pontuação da concepção 1
Neste Apêndice, é apresentada a tabela de pontuação da concepção 1.
Solução Ser
confortável Ser leve Ter boa
performance
Ser fácil de
reparar Ter baixa
manutenção
Ter manutenção
barata Ser
resistente
Ser fácil de
transportar / guardar
Ter espaço
para bagagem
Ter boa sinalização
Ser utilizável
em diversos tipos de terreno
Ser de fácil
limpeza Ter design
diferenciado
Ser adaptável
a diferentes ciclistas
2 1 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
4 1 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0
5 0 1 0 0 0 0 -1 3 0 0 0 -1 0 3
6 0 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 -1 0 3
7 0 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 -1 0 3
8 1 2 2 0 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0
12 0 1 2 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 2
14 2 1 2 0 0 0 0 0 -1 0 0 -1 1 0
16 2 1 2 0 0 0 0 0 -1 0 0 -1 1 0
19 0 3 1 1 0 0 1 2 3 0 0 1 1 0
22 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
24 0 1 3 3 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0
25 2 2 1 0 1 0 3 3 0 0 2 0 1 0
28 1 1 1 3 1 1 1 0 0 0 1 3 1 0
31 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
32 2 2 1 2 2 2 1 2 0 0 2 1 1 0
36 1 1 3 3 3 3 3 3 0 0 1 3 1 0
38 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0
42 0 2 0 -1 2 0 1 0 0 0 1 -1 2 0
44 0 1 0 1 0 1 0 -1 0 1 0 -1 3 0
48 0 1 0 1 0 1 0 -1 0 1 0 -1 3 0
51 1 1 0 3 3 1 3 1 0 0 0 3 0 0
Somatório 15 26 22 17 13 10 12 16 1 2 8 9 16 11
169
Apêndice J – Tabelas do ordenamento das concepções
Neste Apêndice são apresentadas as tabelas da seção 4.6.
Tabela 38: Somatório por concepção
Ser confortável
Ser leve Ter boa
performance Ser fácil de
reparar Ter baixa
manutenção Ter manutenção
barata Ser resistente
Ser fácil de transportar/guardar
Ter espaço para bagagem
Ter boa sinalização
Ser utilizável em diversos tipos de
terreno
Ser de fácil limpeza
Ter design diferenciado
Ser adaptável a diferentes
ciclistas TOTAL
Concepção 1 15 26 22 17 13 10 12 16 1 2 8 9 16 11 178
Concepção 2 22,5 37 22 9 24 14 24 11 3 3 20 8 25 8 230,5
Concepção 3 12 23 25 23 17 13 15 14 3 2 8 17 11 8 191
Concepção 4 14 20 20 13 9 8 10 18 2 0 6 12 6 11 149
Concepção 5 23 36 22 13 15 10 14 13 2 3 17 8 24 11 211
Concepção 6 21,5 34 24 16 22 10 24 15 4 4 15 7 26 11 233,5
Tabela 39: Ordenamento por necessidade do cliente
Ser confortável
Ser leve Ter boa
performance Ser fácil de
reparar Ter baixa
manutenção Ter manutenção
barata Ser resistente
Ser fácil de transportar/guardar
Ter espaço para bagagem
Ter boa sinalização
Ser utilizável em diversos tipos
de terreno
Ser de fácil limpeza
Ter design diferenciado
Ser adaptável a diferentes
ciclistas
Concepção 1 3 3 2 5 2 2 2 5 1 2 2 4 3 3
Concepção 2 5 6 2 1 6 6 5 1 4 4 6 2 5 1
Concepção 3 1 2 6 6 4 5 4 3 4 2 2 6 2 1
Concepção 4 2 1 1 2 1 1 1 6 2 1 1 5 1 3
Concepção 5 6 5 2 2 3 2 3 2 2 4 5 2 4 3
Concepção 6 4 4 5 4 5 2 5 4 6 6 4 1 6 3
Tabela 40: Valor do ordenamento ponderado pelo peso da necessidade do cliente
Ser confortável
Ser leve Ter boa
performance Ser fácil de
reparar Ter baixa
manutenção Ter manutenção
barata Ser resistente
Ser fácil de transportar/guardar
Ter espaço para bagagem
Ter boa sinalização
Ser utilizável em diversos tipos de
terreno
Ser de fácil limpeza
Ter design diferenciado
Ser adaptável a diferentes
ciclistas TOTAL
Concepção 1 13,43 11,34 8,17 22,60 9,04 8,08 9,39 19,56 3,65 8,78 8,69 13,73 6,65 8,21 151,39
Concepção 2 22,39 22,69 8,17 4,52 27,13 24,26 23,47 3,91 14,60 17,56 26,08 6,86 11,08 2,73 215,52
Concepção 3 4,47 7,56 24,52 27,13 18,08 20,21 18,78 11,73 14,60 8,78 8,69 20,60 4,43 2,73 192,39
Concepção 4 8,95 3,78 4,08 9,04 4,52 4,04 4,69 23,47 7,30 4,39 4,34 17,17 2,21 8,21 106,26
Concepção 5 26,86 18,91 8,17 9,04 13,56 8,08 14,08 7,82 7,30 17,56 21,73 6,86 8,86 8,21 177,13
Concepção 6 17,91 15,13 20,43 18,08 22,60 8,08 23,47 15,65 21,91 26,34 17,39 3,43 13,30 8,21 232,00
170
Apêndice K – Tamanho dos quadros
A (mm) B (mm) C (°) D (°) E (mm)
Quadro 1 500 400 70 70.5 590
Quadro 2 510 450 70 71.5 590
Quadro 3 530 510 70 72 590
Quadro 4 550 570 70 73 590
Quadro 5 570 620 70 73.5 590
171
Apêndice L – Desenho do quadro
Neste Apêndice é apresentado o desenho técnico do quadro da bicicleta com as principais medidas fixas.
172
Apêndice M – Validação dos requisitos de projeto
Neste Apêndice é apresentada a validação dos requisitos de projeto.
Requisito do Projeto QFD Tipo Objetivo Atende ao requisito Comentário
Sistemas de amortecimento 1 Demanda Sim SIM Amortecimento no garfo frontal
Distância horizontal entre guidão e selim 2 Demanda 480 ~ 600 mm SIM Distância atendida no projeto
Componentes protegidos do tempo 3 Desejo Sim PARCIALMENTE Previsto no projeto, mas não foi validado no protótipo
Proteções aos componentes 4 Desejo Sim PARCIALMENTE Previsto no projeto, mas não foi validado no protótipo
Entre eixos 5 Demanda 1,10 ~ 1,25 SIM Distância atendida no projeto
Tamanho da roda 6 Demanda 26'', 29'' ou 700cc SIM Utilização de roda tamanho 29"
Sistemas para transporte de carga 7 Demanda > 1 sistema SIM Bagageiro traseiro com suporte para alforjes e bagageiro interno
Materiais leves 8 Desejo Máx. 3kg (quadro) SIM Utilização de alumínio
Componentes desmontáveis 9 Desejo > 2 componentes SIM
Engate rápido nas rodas e no selim permitem desmontagem sem utilização de ferramentas
Distância entre o selim e o pedal 10 Demanda 380 ~ 650 mm SIM Distância atendida no projeto e com possibilidade de fácil regulagem
Altura relativa entre guidão e Selim 11 Demanda > 65mm SIM Distância atendida no projeto e com possibilidade de fácil regulagem
Largura do Pneu 12 Demanda > 40mm SIM Utilização de pneu com largura superior a 40mm
Parâmetros reguláveis 13 Desejo > 2 componentes SIM
Possível regulagem do posicionamento do selim, inclinação e altura da mesa, posicionamento do ciclista no guidão e pré-carga do amortecedor
Força para acionar o pedal 14 Demanda < 550 N PARCIALMENTE Medição não realizada no protótipo, mas atendeu as expectativas no teste
Sistema de sinalização 15 Desejo > 1 SIM Farol e sinalizador
Espaço para água 16 Demanda > 1 SIM Garrafa de água presa ao quadro
Componentes padronizados 17 Desejo > 3 tipos SIM Todos os componentes comprados são de fácil acesso no mercado
Força para acionar os freios 18 Demanda < 150 N PARCIALMENTE Medição não realizada no protótipo, mas atendeu as expectativas no teste
Número de ferramentas para montar a bike 19 Desejo < 3 ferramentas NÃO
Devido a seleção dos componentes, mais de 3 ferramentas são necessárias para manutenção da bicicleta
Largura do assento 20 Demanda > 70mm SIM Especificação do selim
Tempo de retirada da roda 21 Desejo < 3 min SIM Tempo reduzido com uso de engate rápido
173
Anexo 1 – Dimensões antropométricas do brasileiro
Neste Anexo são apresentadas as principais dimensões antropométricas do brasileiro, tanto para homens quanto
para mulheres.