Pneus: o atrito com o solo e a resistência ao rolamento

Como é o comportamento dos pneus de baixa resistência à rolagem, utilizados visando a economia de combustível, em situações críticas como mudança brusca de direção ou em chuvas, em comparação aos pneus tradicionais? Best Cars é o melhor site de notícias sobre carros. Parabéns por manter o ótimo nível desde o início!

Eduardo Saito – São Paulo, SP

 

A dúvida é bem comum. Imagina-se que o pneu de baixa resistência ao rolamento, também conhecido como pneu “verde” devido a seu apelo ecológico, tem menor capacidade de aderência ao solo. Afinal, a maioria das pessoas acredita que o maior fator para a resistência ao rolamento do pneu é o atrito da banda de rodagem com o solo. Contudo, esse atrito representa apenas de 5 a 10% de toda a resistência ao rolamento do pneu. Os pneus “verdes” usam composições diferentes da banda e de seus gomos, com mais sílica, para tentar reduzir esse atrito, mas também estruturas retrabalhadas.

Únicos pontos de contato entre o veículo e o solo, os pneus são estruturas bastante complexas com mais de 200 componentes e materiais. Além disso, suspensão e direção do automóvel são desenvolvidas e calibradas para as características do pneu especificado. Isso requer que os fabricantes de pneus atendam a que o fabricante do veículo exige, para que o conjunto suspensão/direção trabalhe da forma pretendida. O problema está na hora da reposição: os novos pneus muitas vezes têm características diferentes dos originais de fábrica, podendo até comprometer o comportamento dinâmico ou o conforto do veículo.

 

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Os pneus têm até 200 componentes e materiais; a histerese é o principal fator de perda de energia e não o atrito com o solo, como muitos supõem

 

A maior parte (até 95%) da resistência ao rolamento está relacionada à histerese dos materiais empregados, sobretudo pela deformação das laterais do pneu, responsável por absorver imperfeições e vibrações oriundas do solo. Quem já andou de bicicleta notou a maior dificuldade de ganhar velocidade ao rodar com o pneu quase “murcho”. No carro pode-se notar esse efeito na temperatura bem mais alta daquele pneu com baixa pressão após rodar alguns quilômetros, proveniente do atrito das estruturas internas da lateral do pneu, responsáveis por dar o suporte necessário em todas as direções — vertical, horizontal e torcional.

Imagine que essas estruturas e tramas esfregam-se umas às outras toda vez que o pneu se deforma, o que gera atrito e, em consequência, calor. Ao se aumentar a pressão de enchimento, reduz-se a deformação e em consequência há menos atrito e resistência ao rolamento — mas o conforto e a absorção de impactos são prejudicados. O “pulo do gato” das engenharias dos fabricantes de pneus está em conseguir manter o nível de rigidez das laterais do pneu e, ao mesmo tempo, diminuir as forças de atritos internos para que haja menor resistência ao rolamento.

A título de curiosidade, saindo um pouco de sua dúvida, pode-se com este fundamento na cabeça imaginar que pneus com perfis diferentes também possuem resistências ao rolamento diversas. Essa resistência é, em geral, tratada na forma mais simples pela equação simplificada de resistência ao rolamento / peso do veículo em toneladas.

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A resistência ao rolamento tende a crescer em pneus de perfil mais baixo, que precisam de laterais mais rígidas

Dois exemplos do mundo real para o mesmo veículo de 1.700 kg, em números arredondados, considerando que os pneus obtêm diâmetro total semelhante:

• Pneu “verde” em medidas 215/60 R 16: 75 N/tonelada ou 127,5 N para o peso do carro (13 kg de força necessária para vencer o atrito do pneu: pense que você está tentando empurrar o carro parado e teria de aplicar tal força só para vencer o atrito dos pneus).

• Pneu em medidas 245/35 R 19: 115 N/tonelada (195,5 N para o peso do carro ou 20 kg de força).

O pneu de 19 pol tem perfil lateral muito menor, o que faz com que necessite de maior rigidez — sentida ao passar por irregularidades do solo — por não haver tanta área para deformação quanto no pneu de 16 pol. Isso obriga o fabricante de pneu a adotar estruturas mais rígidas entre si, o que acarreta maior atrito interno de maneira exponencial. É difícil explicar com mais detalhes sobre esses projetos de estruturas, porém, por serem segredos guardados a sete chaves pelos fabricantes de pneus.

Mas o que representa essa diferença de força de resistência ao rolamento no dia a dia? Digamos que a 100 km/h esse veículo tenha arrasto aerodinâmico de 350 N. Com os citados pneus de 16 pol a força total seria de 477,5 N, que a tal velocidade representa a potência de 18 cv, enquanto com os pneus 19 seria de 545,5 N (consumo de 20,6 cv). Nesse caso pode-se dizer que o uso do pneu de perfil mais estreito e alto, por si só, traria uma redução de potência consumida de 12%, ou seja, possível redução de consumo de 12% em velocidade constante.

 

 

A vantagem seria expressiva também no uso urbano, onde a resistência ao rolamento é muito maior que a resistência aerodinâmica devido às baixas velocidades. Claro, não se espera uma redução de consumo na mesma proporção, pois a resistência ao rolamento dos pneus é apenas um dos fatores que determinam o consumo — outros são o atrito dos componentes mecânicos e as inércias dos conjuntos que giram, incluindo rodas e pneus, e “roubam” a energia produzida pelo motor.

Um fato curioso e contra o senso comum é que pneus de diâmetro maior possuem menor resistência ao rolamento. Um pneu comum (não de uso fora de estrada) típico de utilitário esporte tem menor resistência ao rolamento que um pneu comum típico de sedã, e o de um caminhão ou ônibus, menor ainda. A explicação é que quanto maior o diâmetro de uma roda qualquer, mais facilmente ela passa por uma imperfeição. A influência do diâmetro é tal que as bicicletas de trilhas migraram do aro 26 para o de 29 pol: além de diminuir a resistência ao rolamento, aumenta-se a aderência devido à maior área de contato com o solo.

Contudo, não se deve esquecer que o maior diâmetro da roda e do pneu (como no exemplo do utilitário esporte) eleva também sua massa: em consequência, necessitaremos de maior força para vencer sua inércia, como em aceleração. Esse é o motivo pelo qual ao adotar rodas maiores no mesmo veículo se tem a sensação de que ficou mais lento nas saídas, sobretudo em se tratando de motores de baixa potência.

Por outro lado, o fato de a estrutura lateral ter menos atrito interno não significa que a capacidade de aderência ao solo seja afetada. Há casos de pneus “verdes” com aderência ao solo até maior que a dos pneus comuns, sobretudo no molhado: o motivo é a composição da borracha dos gomos da banda de rodagem com materiais que reduzem seu atrito interno à deformação, mas aumentam a aderência ao solo… e o desgaste do pneu. Ou seja, não fique surpreso se um veículo tiver a distância de frenagem reduzida ao usar pneus de baixa resistência ao rolamento.

Com relação a uma mudança súbita de direção, também não há razão para a deterioração com o pneu “verde”, uma vez que se tenta manter a rigidez lateral e torcional semelhante à do pneu comum ao reduzir a resistência ao rolamento. Contudo, não esqueça que cada pneu tem sua característica própria: não se pode afirmar que todo pneu “verde” seja tão bom nessa condição quanto um comum.

Texto: Felipe Hoffmann – Ilustrações: divulgação