UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ...

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 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


Figura 15: Guidão borboleta

Fonte: Ergotec (SD)

Figura 16: Guidão speed


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


36

e) Manopla (grip): peça de borracha colocada na extremidade do guidão

para maior conforto do ciclista (ver Figura 19).

Figura 19: Manopla


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


Vertical

Horizontal

Inclinação

Guidão Guidão de mountain bike

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


Suspenção dianteira Elastômero

Traseira Rígida


Proteções para os componentes Paralamas

Proteção contra impactos Sem proteção


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


Transporte de água Garrafa no tubo horizontal


Transporte de bagagem Bagageiro fixo

Pedal S/ pedal

Conjunto transmissão Marchas internas

Rodas 26"

Freios Disco hidráulico


Suspenção dianteira Hidráulica

Traseira Rígida

Descanso da bicicleta Cavalete


Cabos internos


Paralamas



Refletores Laterais

Farol Farol fixo


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


Selim Estreito

S/ Amortecedor

Ajuste de Posicionamento Horizontal

Inclinação

Guidão Guidão Speed



Transporte de bagagem Bagageiro fixo

Pedal S/ pedal


Rodas 700c

Freios V-brake


Suspenção dianteira Rígido

Traseira Rígida



Cabos internos

Proteção contra impacto Sem proteção

Lanternas Lanterna removível


Farol Farol removível


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


Selim Largo

C/ Amortecedor


Vertical

Horizontal

Inclinação

Guidão Guidão de mtb



Transporte de bagagem Bagageiro removível

Pedal S/ pedal


Rodas 26"

Freios V-brake


Suspenção dianteira Rígido

Traseira Rígida

Descanso da bicicleta Sem apoio

Proteções para os componentes Sem protetores

Proteção contra impacto Sem proteção

Lanternas Sem lanterna


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


Selim Largo

S/ Amortecedor


Vertical

Horizontal

Inclinação

Guidão Guidão MTB

Posicionamento Mesa ajustável



Bagageiro dianteiro


Pedal S/ pedal


Rodas 29"



Suspenção dianteira Ar

Traseira Amortecedores

Descanso da bicicleta Cavalete


Cabos internos



Refletores Laterais

Farol Farol fixo


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


Selim Largo

S/ Amortecedor


Vertical

Horizontal

Inclinação

Guidão Guidão Borboleta


Transporte de água Garrafa no tubo horizontal


Bagageiro fixo


Pedal S/ pedal


Rodas 29"



Suspenção dianteira Hidráulica

Traseira Rígida




Paralamas



Refletores Laterais

Traseiros

Farol Farol fixo


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


c. Comprimento da parte superior da perna (Figura 52);

Figura 52: Comprimento da parte superior da perna


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


b. Comprimento dos braços (Figura 54);

Figura 54: Comprimento do braço


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


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


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



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



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



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



Maior elemento 10mm

Menor elemento 2mm



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



Maior elemento 8mm

Menor elemento 1,6mm



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



Maior elemento 8mm

Menor elemento 0,5mm



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


A Tabela 33 mostra os parâmetros de malha utilizados.




Maior elemento 10 mm

Menor elemento 1 mm



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


A Tabela 34 mostra os parâmetros de malha utilizados.

124





Menor elemento 1 mm



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




Menor elemento 1 mm



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

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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

ort

ânci

a o

u p

eso

Requisitos de projeto

Tam

anh

o d

a ro

da

Sist

emas

de

amo

rtec

ime

nto

Larg

ura

do

ass

en

to

Forç

a p

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a p

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os

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e ei

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rel

ativ

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e gi

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elin

Dis

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l en

tre

gid

ão e

sel

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Dis

tân

cia

en

tre

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elin

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ped

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Mat

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Larg

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do

Pn

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Tem

po

de

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ca d

o P

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Nú

mer

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e

Co

mp

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ente

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rote

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Co

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ente

s p

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Pro

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com

po

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Co

mp

on

ente

s d

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on

táve

is

Sist

emas

par

a tr

ansp

ort

e d

e ca

rga

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 utilizável em diversos

tipos de terreno




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


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 utilizável em diversos tipos de

terreno




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


reparar Ter baixa






Ser utilizável em diversos tipos

de terreno




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


reparar Ter baixa






Ser utilizável em diversos tipos de

terreno




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.

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