Funcionamento detalhes dos pneus automobilísticos

Os pneus de um automóvel são, sem dúvida alguma, os componentes mais importantes para o bom funcionamento deste. São os únicos componentes em contato com a superfície, e através destes ocorre toda transmissão de força que o veículo necessita para acelerar, frear e contornar curvas.

A superfície de contato do pneu com a pista é o ponto no qual o atrito entre estas superfícies promovem as forças necessárias para o veículo ser plenamente operável. Esse atrito é dependente do material do pneu e do tipo de superfície, ou seja, o atrito possui uma determinada faixa de variação. O ponto de contato do pneu com a pista é uma área do tamanho aproximado da palma de uma mão.

Devido ao contato dos pneus com o solo, o veículo fica vulnerável as variações de rugosidade deste, assim os pneus acabam também admitindo uma função de absorção de vibrações. Podemos então perceber que além de sua função principal, os pneus possuem outras funções de importância bastante significativa. Este artigo tem como objetivo destacar as normas e requisitos, detalhes dimensionais, medidas, e funcionamento dos pneus.

Requisitos e normas

Os pneus utilizados nos automóveis diferem devido à própria variação de aplicação dos automóveis. Entretanto não é viável para um fornecedor de pneus fabricar um tipo pneu para cada categoria de veículos, os pneus devem ter requisitos que sejam comuns entre os mais variados tipos de veículos, embora as medidas possam variar. Para que isso seja possível, são estabelecidas normas.

As normas são um conjunto de requisitos determinados por órgãos técnicos com o objetivo de garantir que os requisitos estão sendo cumpridos pelos fabricantes. Muitos países possuem normas próprias devido ao tamanho e variedade do seu mercado, mas que em geral obedecem a um órgão maior, de cunho internacional. Os órgãos e departamentos mais importantes são:

  • DOT (Departamento dos transportes) – Estados Unidos;
  • DIN (Instituto Alemão de Normas) – Alemanha;
  • Federal Office of Road Safety /Australian Motor Vehicle Certification Board – Austrália;
  • ETRTO (Organização Técnica Europeia de Pneus e Aros) – Europa;
  • ABNT – Agência Brasileira de Normas e Técnicas – Brasil;
  • ISO (International Organization for Standardization) – Internacional.

Embora muitos países possuam seu conjunto de próprio conjunto de normas, estas possuem requisitos com finalidades em comum. Basicamente, esses requisitos são resumidos a seis categorias:

  • Segurança;
  • Dirigibilidade;
  • Conforto;
  • Vida útil;
  • Economia;
  • Meio ambiente.

Segurança

Os requisitos de segurança dos pneus visão garantir a maior resistência possível contra furos e vazamentos de ar. Entretanto, para que isso seja possível é necessário um alto nível de engenharia, principalmente devido ao fato de que o pneu não é fabricado com apenas um tipo de borracha.

Assim sendo, algumas partes do pneu se destacam no atendimento dos requisitos de segurança, uma delas é o talão (bead) e a banda de rodagem (Cap of the tyre). A banda de rodagem é a parte do pneu que está em contato com a pista, portanto está exposta aos obstáculos que houver nesta. O talão é uma parte interna do pneu, uma espécie de cinta na da borda deste, ou seja, a região que está em contato com a borda interna do aro. Tanto o talão, como a borda do aro são responsáveis pela selagem do pneu, o talão promovendo o perfeito contato da borda de borracha com a roda e a redução de pequenas brechas pelas quais o ar escaparia.

Os requisitos e as normas visam determinar testes sobre estes componentes, como por exemplo, se o talão permanece firme na roda mesmo sob elevadas cargas laterais, se o talão permanece íntegro mesmo quando exposto a choques diretos sobre o mesmo, e até o quanto de ar o pneu perde em um eventual furo. Todos estes testes são feitos para avaliar se os pneus projetados atendem aos requisitos de segurança, que em resumo são:

Garantir que o pneu promova boa dirigibilidade em qualquer situação, sendo o próprio insensível às cargas impostas ao mesmo e o mais resistente possível a furos.

Dirigibilidade

A dirigibilidade é uma característica do veículo que é determinada por diversos fatores, o atrito dos pneus com a pista é um destes, o mais importante inclusive. Isso se deve ao fato de que diversos parâmetros que determinam uma boa dirigibilidade são obtidos pelos pneus. A força de atrito, promovida devido ao contato dos pneus com a pista, determina o quanto estes são capazes de lidar com as cargas impostas sem derrapar, ou seja, o atrito além de estar relacionado a dirigibilidade, também é fator importante no requisito segurança.

Além disso, também está relacionado com o tempo de resposta dos pneus às solicitações do motorista. A resposta a estas solicitações deve ser rápida, porém os pneus não podem, em situações de variação de carga, alterar seu comportamento de forma súbita, o que levaria a uma dirigibilidade prejudicada. Além disso, seus compostos devem ser os mais resistentes possíveis contra as deformações provocadas pelas cargas laterais e a velocidades que os veículos são capazes de atingir.

Conforto

As irregularidades da pista devem absorvidas ao máximo, porém essa é função primária do sistema de suspensão, o que não retira dos pneus certa responsabilidade sobre a mesma. Os pneus devem agir como um primeiro filtro para absorção de vibrações e ruídos, ou seja, devem ter uma função de amortecimento com nível controlado de deformação.

Os pneus emitem ruídos ao girar, grande parte da emissão de ruídos de um automóvel em tráfego se deve aos pneus. Os ruídos dos pneus devem ser atenuados a partir de uma estrutura com o mínimo de rugosidade, porém sem que esta prejudique o atrito com a pista.

As manobras de estacionamento são as mais críticas para o sistema de direção, os pneus devem auxiliar este sistema nessas manobras reduzindo o esforço. Consequentemente a força que o motorista exerce no volante em manobras de estacionamento deve estar dentro de uma faixa determinada de esforço, esta é obtida através de estudos que mostram o quais os extremos de um volante muito leve ou muito pesado para girar.

Vida útil

A vida útil de um pneu é um parâmetro difícil de ser mensurado, uma vez que diversos fatores podem determinar o quanto um pneu pode durar. Entretanto, a velocidade de giro do pneu é uma variável que, à medida que cresce, aumenta os esforços no pneu. O projeto de um pneu visa garantir uma velocidade máxima que este opere sem se desintegrar, bem como uma alta resistência a velocidade média obtida dentro do perímetro que o veículo irá trafegar.

Dessa forma, outro detalhe se destaca na vida útil, a durabilidade de longo prazo, que é, basicamente, a capacidade deste durar o maior tempo possível dentro do regime de uso normal de um automóvel, no caso, uma mescla entre ciclos urbanos e rodoviários, porém com velocidade de giro da roda abaixo da velocidade máxima suportada. Os requisitos para durabilidade são determinados e testados em bancada, onde o pneu é posto para girar em tambores, que simulam as velocidades nas quais o pneu irá operar.

Economia

Alguns fatores definem os requisitos econômicos que os pneus devem atender, estes não apenas dizem respeito a seu valor de compra, mas também a faixas de operação e processo de fabricação.

O preço de um pneu é um dos principais fatores que podem viabilizar ou inviabilizar o início do seu projeto. A padronização de componentes, medidas e normas ajuda a reduzir os custos do projeto. As dimensões de um pneu são normatizadas, uma vez que estes influenciam no tamanho das caixas de rodas do veículo, que devem comportar a roda, bem como permitir seu total esterçamento.

Como o pneu está contido no plano de manutenção do automóvel, a quilometragem média que este deve durar é um fator econômico de elevada importância. Embora este fator esteja conectado a boa manutenção do veículo, um pneu deve prover elevada quilometragem de modo a reduzir suas trocas durante a vida útil do veículo, uma vez que o custo de um pneu é relativamente alto.

Em casos de aplicações especiais, como veículos pesados e extra pesados, como caminhões de manobra de aviões (push-back), caminhões de minério e veículos de bombeiros e resgate, é comum que o projeto dos pneus já considere a possibilidade de recapeamento do pneu devido ao elevado custo de substituição e produção desse tipo de pneu.

Outro requisito econômico dos pneus é a redução das perdas quanto à rolagem. Os chamados “pneus verdes” são pneus que reduzem resistência ao movimento do veículo, isso é feito com um projeto focado na melhoria elástica e mecânica do pneu, que reduz a força contrária ao movimento para frente do veículo.

Além destes fatores, a capacidade de carga de um pneu define, também, que tipo de aplicação esse pneu terá. Isso torna mais fácil definir categorias para os pneus, adequando estes as propostas de utilização dos veículos.

Meio ambiente

Os requisitos ambientais são referentes ao impacto que a fabricação e o uso dos pneus fazem no meio ambiente. Quando nos referimos a meio ambiente, estamos analisando o que a utilização dos pneus provocam em motoristas e pedestres, por exemplo, o ruído devido a rolagem. Não seria adequado que os pneus emitirem ruídos elevados, ou o dia-a-dia nas cidades ficaria insuportável.

Os resíduos e o impacto da extração da borracha do meio ambiente devem estar regulamentados, para que não haja a perda de controle sobre os custos de fabricação, e claro, do impacto no meio ambiente. No fim da vida útil do pneu, o processo de reutilização deste através do recapeamento ou da reciclagem, reduz o impacto sobre o meio ambiente.

Identificação e nomenclatura

Os pneus de um automóvel são identificados por códigos, estes são inscritos em alto relevo na parede lateral dos pneus e estão de acordo com a norma europeia ETRTO. Essa norma determina um padrão de identificação para pneus de automóveis da linha leve, chamada de passenger cars (carros de passeio) e para veículos comerciais leves, todos estes com velocidades máximas até 270 km/h. Basicamente, as regras quanto à identificação dos pneus determinam que:

  1. A largura dos pneus seja especificada milímetros (mm);
  2. A relação altura/largura dos pneus seja especificada em porcentagem (%);
  3. O código do tipo de pneu informe se este é radial ou diagonal;
  4. O diâmetro da roda em polegadas ou milímetros (in ou mm);
  5. O limite de carga;
  6. O limite de velocidade.

Os códigos de identificação de pneus mais antigos, no caso, até o começo dos anos noventa, apresentavam algumas diferenças em relação aos códigos utilizados atualmente. As diferenças eram a ausência da informação da relação altura/largura, bem como da informação da capacidade máxima de carga do pneu.

Algumas aplicações para veículos de alto desempenho apresentavam uma nomenclatura diferente, a letra referente à velocidade máxima suportada aparecia junto da letra que informa o tipo do pneu. Além disso, alguns pneus de origem estadunidense apresentam a letra “P” antes do código, informando que a aplicação daquele tipo de pneus é voltada para veículos leves, ou de passeio.

Veículos que se enquadram na categoria de utilitários leves (light comercial vehicles) apresentavam um código diferente em relação à linha de veículos de passeio, no caso o código omitia a informação de largura do pneu enquanto apresentava a letra “C” e em seguida a resistência da banda de rodagem, ou apenas a palavra reinforced.

Exemplos de nomenclaturas descontinuadas:

  • 155 S R 13;
  • 185 SR 14 Reinforced;
  • 185 R 14 C 6 PR.

Exemplos da nomenclatura atual dos pneus para veículos leves e utilitários comerciais leves:

  • 175 / 65 R 14 82 H;
  • 175 / 80 R 14 88 T;
  • 195 / 65 R 15 91 V;
  • 205 / 55 R 16 91 W;
  • 225 / 45 ZR 17;
  • 275 / 45 R 21 110 Y M+S.

Largura do pneu (Width)

Especificada em milímetros, é a largura do pneu quando novo medida com este montado no aro e no carro com uma calibração de pressão de 1,8 BAR. Essa calibração de pressão também pode ser de 2,3 BAR em pneus de classificação de velocidade tipo V, W e ZR. A largura do pneu é o primeiro parâmetro que aparece no código do pneu, quando não, é geralmente precedida pela letra P (passenger) em algumas aplicações. Os valores mais comuns para largura de pneus utilizados em veículos de passeio e comerciais leves são 155, 175, 190, 205, 225 e 275 mm.

Relação altura e largura do pneu (H/W) ou perfil do pneu

Mais conhecido como perfil do pneu, essa relação é um quociente entre o valor da altura do pneu, que é a distância entre a borda interna e a borda externa do pneu, e a largura. Quanto mais próxima de 100, mais estreito será o pneu, analogamente, quanto menor a relação, mais distante o valor do perfil estará de 100 e mais largo será o pneu.

O perfil do pneu é calculado com o pneu calibrado com 1,8 BAR utilizando a seguinte fórmula:

P = H/W * 100

Para determinar o valor da altura do pneu, basta ter a informação do diâmetro do aro (Da) e do pneu (Dp):

H = (Dp + Da)/2

Essa relação determina algumas características importantes no quesito dirigibilidade. Em termos gerais, pneus equipados com perfil maior que 70 não desenvolvem grandes forças laterais, porém conseguem operar bem em situações de pista molhada, reduzindo as chances de aquaplanagem. Além disso, são conhecidos por absorver melhor, em relação aos pneus de perfil de alto, os impactos da pista.

Em contrapartida os pneus de perfil baixo, menor que 70, tornam a resposta ao comando do volante mais rápida e direta, mas perdem parte de sua capacidade de absorção de vibrações, deixando passar uma parte maior destas, provenientes das irregularidades da pista, para o volante. Além disso, a maior largura traz como consequência uma maior exposição do pneu a aquaplanagem.

Tipo de pneu

Os pneus utilizados em automóveis são caracterizados pelo tipo de construção, no caso, na forma como as fibras metálicas estão dispostas ao longo da sua circunferência. Dessa forma, dois tipos de pneus são fabricados:

  • Radiais;
  • Diagonais.

Os pneus radiais são assim conhecidos, pois suas fibras estão dispostas no sentido do raio do pneu. Estes são indicados no código do pneu pela letra R. Os pneus diagonais possuem suas fibras dispostas na diagonal, se cruzando em ângulo com as demais fibras. São indicados, ou pela letra D, ou por um hífen.

Outra classificação dos pneus também aparece gravada nas laterais dos pneus, apesar desta ser antiga e não estar mencionada no código pneu é comumente encontrada em determinado local da lateral do pneu. Trata-se da indicação de pneus com câmara ou sem câmara.

  • Com câmara (tubed);
  • Sem câmara (tubeless).

O primeiro tipo, uma câmara de ar preenche o espaço entre o pneu e a roda. A presença da câmara torna a montagem do pneu mais complicada, bem como menos resistente a possíveis furos, pois a borracha da câmara é diferente da utilizada na banda de rodagem.

No evento de um furo, o pneu com câmara perde pressão rapidamente em relação a um pneu sem câmara. Dessa forma, o pneu com câmara gradativamente abandona o mercado, pois não atende mais aos requisitos de seguranças cada vez mais rigorosos.

Os pneus sem câmara possuem a inscrição tubeless, na sua lateral, e embora não possuam câmara de ar, o revestimento interno do pneu é desenvolvido para funcionar como tal. A diferença é que este revestimento aceita reparações quanto a furos, simplificando a manutenção dos pneus. Dessa forma, pneus sem câmara detém, praticamente, todo o mercado de pneus para veículos comerciais leves e de passeio.

Diâmetro do aro

O parâmetro seguinte no código de um pneu, é o diâmetro do aro. Este dado é comumente informado em polegadas (in), mas há literaturas que informam o diâmetro do aro em milímetros (mm). Esse parâmetro tem importância na determinação do diâmetro total da roda (aro + pneu), que é determinado no projeto do sistema de transmissão do veículo. Além disso, trata-se de uma medida com influência nos valores medidos pelo velocímetro.

Capacidade de carga do pneu

É um índice que, através de dois números, informam a capacidade de carga que um pneu deve suportar. O índice de carga (load index) está posicionado logo após a indicação do tipo de pneu. Esse índice está relacionado com a velocidade que o veículo é capaz de atingir, basicamente a capacidade de carga de um pneu é a carga máxima que este pode suportar em velocidades de até 210 Km/h, para pneus de código V ou inferior, e de até 240 Km/h para pneus de código W ou ZR.

Para velocidades a partir de 240 Km/h, os pneus sofrem uma redução da sua capacidade de carga. No caso de pneus com código V, a 240 Km/h a carga suportada por este pneu é de 91% da capacidade nominal, pneus de código W, capazes de suportar uma velocidade máxima de 270 Km/h, possuem sua capacidade de carga reduzida para 85% da capacidade nominal. Com estes valores, é válido utilizar uma interpolação para deduzir a capacidade de carga a uma velocidade entre 210 e 240 Km/h.

Por exemplo, um pneu de código V girando a uma velocidade linear de 220 Km/h, teria sua capacidade de carga reduzida para 97% da capacidade nominal.

Para pneus com índice de velocidade superiores a 270 Km/h, a interpolação também pode ser utilizada, porém apenas entre 240 e 270 Km/h. Para velocidades superiores a 270 Km/h deve-se respeitar as indicações do fabricante de pneus e do veículo, visto que são condições críticas e os esforços no pneus são extremos. A tabela abaixo indica os códigos de capacidade de carga:

Índice Carga máxima Índice Carga máxima
0 45 kg ≈ 99 lbf
100 800 kg ≈ 1764 lbf
71 345 kg ≈ 761 lbf 101 101 825 kg ≈ 1819 lbf
72 355 kg ≈ 783 lbf 102 102 850 kg ≈ 1874 lbf
73 365 kg ≈ 805 lbf 103 103 875 kg ≈ 1929 lbf
74 375 kg ≈ 827 lbf 104 104 900 kg ≈ 1984 lbf
75 387 kg ≈ 853 lbf 105 105 925 kg ≈ 2039 lbf
76 400 kg ≈ 882 lbf 106 950 kg ≈ 2094 lbf
77 412 kg ≈ 908 lbf 107 975 kg ≈ 2149 lbf
78 425 kg ≈ 937 lbf 108 1000 kg ≈ 2205 lbf
79 437 kg ≈ 963 lbf 109 1030 kg ≈ 2271 lbf
80 450 kg ≈ 992 lbf 110 1060 kg ≈ 2337 lbf
81 462 kg ≈ 1019 lbf 111 1090 kg ≈ 2403 lbf
82 475 kg ≈ 1047 lbf 112 1120 kg ≈ 2469 lbf
83 487 kg ≈ 1074 lbf 113 1150 kg ≈ 2581 lbf
84 500 kg ≈ 1102 lbf 114 1180 kg ≈ 2601 lbf
85 515 kg ≈ 1135 lbf 115 1215 kg ≈ 2679 lbf
86 530 kg ≈ 1163 lbf 116 1250 kg ≈ 2806 lbf
87 545 kg ≈ 1201 lbf 117 1285 kg ≈ 2833 lbf
88 560 kg ≈ 1235 lbf 118 1320 kg ≈ 2910 lbf
89 580 kg ≈ 1279 lbf 119 1360 kg ≈ 3074 lbf
90 600 kg ≈ 1323 lbf 120 1400 kg ≈ 3086 lbf
91 615 kg ≈ 1356 lbf 121 1450 kg ≈ 3197 lbf
92 630 kg ≈ 1389 lbf 122 1500 kg ≈ 3368 lbf
93 650 kg ≈ 1433 lbf 123 1550 kg ≈ 3417 lbf
94 670 kg ≈ 1477 lbf 124 1600 kg ≈ 3527 lbf
95 690 kg ≈ 1521 lbf 125 1650 kg ≈ 3690 lbf
96 710 kg ≈ 1565 lbf 126 1700 kg ≈ 3748 lbf
97 730 kg ≈ 1609 lbf 127 1750 kg ≈ 3858 lbf
98 750 kg ≈ 1653 lbf 128 1800 kg ≈ 3968 lbf
99 775 kg ≈ 1709 lbf
199 13600 kg ≈ 30000 lbf

Fonte: Reza N Jazar , “Vehicle Dynamics. Theory and Application”, Springer, 2008;

Alguns fabricantes informam na lateral de seus pneus um código de identificação alternativo, no qual o índice de carga está omitido. Nestes casos, está implícito que o índice de carga do pneu é 100. Por exemplo, um pneu de código 255/50 V R17 pode ser interpretado como um pneu de código 255/50 R17 100 V ou P 235/70 H R15, que é semelhante ao 235/70 R15 100 H.

Classificação de velocidade

Trata-se da indicação da velocidade máxima que o pneu consegue suportar durante dez minutos sem parar. Geralmente a letra que representa a classificação de velocidade do pneu encontra-se por último, no código de identificação do pneu. A tabela abaixo sumariza os índices de velocidade atuais.

Index Maximum speed Index Maximum speed
B 50 km/h ≈ 31 mi/h P 150 km/h ≈ 93 mi/h
C 60 km/h ≈ 37 mi/h Q 160 km/h ≈ 100 mi/h
D 65 km/h ≈ 40 mi/h R 170 km/h ≈ 106 mi/h
E 70 km/h ≈ 43 mi/h S 180 km/h ≈ 112 mi/h
F 80 km/h ≈ 50 mi/h T 190 km/h ≈ 118 mi/h
G 90 km/h ≈ 56 mi/h U 200 km/h ≈ 124 mi/h
J 100 km/h ≈ 62 mi/h H 210 km/h ≈ 130 mi/h
K 110 km/h ≈ 68 mi/h V 240 km/h ≈ 150 mi/h
L 120 km/h ≈ 75 mi/h W 270 km/h ≈ 168 mi/h
M 130 km/h ≈ 81 mi/h Y 300 km/h ≈ 188 mi/h
N 140 km/h ≈ 87 mi/h Z +240km/h ≈ +149 mi/h

Fonte: Reza N Jazar , “Vehicle Dynamics. Theory and Application”, Springer, 2008;

É importante ressaltar que, os valores F, M, VR e ZR são identificações de pneus sobressalentes (F e M) e antiga nomenclatura para pneus de alto desempenho (VR e ZR).

No parágrafo de capacidade de carga foi citado como exemplo dois tipos de pneus, o 255/50 R17 100 V e o 235/70 R15 100 H. Ambos podem ser representados de forma simplificada, no qual é omitida a capacidade de carga. Contudo, isso não significa dizer que a capacidade de carga máxima na velocidade máxima desses pneus seja a mesma. Perceba que, os dois exemplos possuem índices V e H, que correspondem as velocidades de 240 e 210 Km/h. Contudo, apenas o pneus do tipo V são capazes de suportar a carga máxima a 210 Km/h, enquanto o tipo H terá sua carga máxima reduzida nessa velocidade.

Outra informações encontradas nos pneus

Além da identificação do código de medidas do pneu, conforme detalhado nos parágrafos acima, os pneus também possuem outras informações na sua lateral. São estas:

  • Identificação de capacidade off-road;
  • Código de regulamentação e rastreamento padrão DOT;
  • Código de regulamentação e rastreamento padrão europeu (E-Mark);
  • Tipo de pneu;
  • País de origem;
  • Sentido de montagem;
  • Indicação de desgaste.

Os fabricantes de pneus, cientes de que em alguns mercados as condições climáticas requerem pneus com capacidades para lidar com a neve e a lama, e também serem usados em estradas pavimentadas, desenvolvem pneus adequados a essa realidade. Dessa forma, é possível encontrar alguns modelos de pneus com as inscrições “M/S”, “M+S”, “MS” ou “M&S”, que significa as palavras lama e neve (mud and snow).

Os fabricantes de pneus estadunidenses e canadenses adicionam um código extra na lateral de seus pneus, é a numeração DOT (Department of transportation). O código DOT significa que o respectivo pneu atende aos requisitos impostos pela DOT. Esse código é composto pelos seguintes dígitos:

DOT DNZE ABCD 1309

O código acima é utilizado em pneus fabricados nos Estados Unidos. Os dígitos DN significam o código à fábrica no qual o pneu foi fabricado, no caso a planta da Goodyear-Dunlop localizada na cidade de Wittlich, Alemanha. Após vemos os dígitos ZE, que significa o molde utilizado na fabricação dos pneus, assim, os próximos dígitos são referentes ao rastreamento do pneu, sendo ABCD o tipo de material e o número 1309 mostra que o pneu foi fabricado na décima terceira semana do ano de 2009.

Pneus fabricados no Canadá também possuem uma marcação DOT gravada nas laterais, porém com algumas diferenças.

DOT B3CD E52X 2112

De maneira análoga ao código estadunidense, a código DOT acima começa com os dígitos B3CD, onde B3 informa o local de fabricação, no caso a planta da Michelin localizada em Bridgewater, Nova Scotia, Canadá. Os dígitos E52X são códigos opcionais que podem ser ou não utilizados pelo fabricante, de acordo com as informações que estes utilizam. Por exemplos, existem fabricantes que informa o turno no qual o pneu fabricado, necessitando então de um código maior. O código seguinte, 2112, significa que o pneu foi fabricado na vigésima primeira semana de 2012. Por último, após o código é gravada a bandeira do Canadá.

Para pneus fabricados no continente europeu, os códigos de rastreamento seguem outro padrão. Por exemplo:

E1101254

O código acima é um exemplo de código utilizados em países europeus e pertencentes a União Europeia. A letra “E”, que inicia o código, significa que o pneu em questão obedece às exigências da ECE, órgão regulamentador para as nações da união europeia. O número de seguinte a letra define o país no qual o pneu foi fabricado (E11 – Reino Unido), e pode se apresentar dentro de um círculo ou retângulo. Após este, os próximos dois dígitos representam qual regulamentação da ECE (01) os pneus estão obedecendo, enquanto que os dígitos seguintes representam o rastreamento do pneu (254). Quando o referido pneu foi exposto a requisitos mais rigorosos quanto a ruídos, é comum o código acima vir acompanhado da letra “S”, que significa “sound” (som).

Além de vir inscrito no código de identificação do pneu, o tipo do pneu também está gravado em outros pontos da banda de rodagem representado por letras. Estas identificam o pneu como:

  • TL – Pneu sem câmara (Tubeless);
  • TT – Pneu com câmara (Tubed);
  • C – Pneu para veículos utilitários (Commercial tire);
  • P – Pneu para veículo de passeio (Passenger tire);
  • R – Pneu radial (Radial tire);
  • B – Pneu diagonal (Bias ply tire).

O país no qual o pneu foi fabricado é indicado pela expressão “made in country” gravada na lateral do pneu. Como as laterais dos pneus são muito parecidas, quase idênticas em alguns casos, e na maioria das aplicações não é possível identificar o sentido de giro do pneu através da banda de rodagem, o pneu possui as inscrições “este lado para dentro” ou “este lado para fora” (“side facing inwards” ou “side facing outwards”) para auxiliar na montagem deste.

Próxima à banda de rodagem, mais precisamente no ombro do pneu, encontra-se a sigla “TWI” e uma pequena seta. Esta indicação é uma referência que indica o grau de desgaste no qual o pneu não consegue mais produzir o mesmo nível fricção, consequentemente perdendo desempenho.

Componentes

O pneu, embora não pareça, possui muitos componentes e não necessariamente todos feitos em borracha. Os principais componentes de um pneu são:

Fonte: Reza N Jazar , “Vehicle Dynamics. Theory and Application”, Springer, 2008;
  • Carcaça – Body plies;
  • Parede lateral – Sidewall;
  • Cabo de selagem – Bead bundle;
  • Camadas internas – Inner layers;
  • Cinta de estabilização – Belt buffer;
  • Revestimento interno – Inner liner;
  • Banda de rodagem – Cap/Base tread.

Carcaça do pneu

É o principal componente do pneu, uma série de cabos de aço revestidos por camadas de borracha. Estes cabos eram dispostos na diagonal conectando um lado ao outro do talão, e nesse caminho cruzando com outros cabos diagonalmente opostos, assim os pneus eram chamados de diagonais. Atualmente os cabos de aço conectam um lado ao outro do talão em linha reta, sendo então os pneus chamados de radiais. Os cabos da carcaça são fixados nos cabos de selagem, que também são chamados de arame do talão, de forma que o sentido no qual estão dispostos formam um ângulo 90° com a banda de rodagem. Dessa forma as fibras que compõe a carcaça conectam um talão ao outro. Os cabos são revestidos com borracha, para auxiliar na fixação desta com os demais componentes do pneu. Embora a configuração diagonal tenha entrado em desuso para veículos de passeio, sua função no pneu era a mesma dos atuais pneus radiais, suportar as tensões geradas pela pressão do ar interno.

Parede lateral

A parede lateral, também chamada de flanco, é a região do pneu onde estão as informações deste. Além disso, é uma camada de borracha que protege o talão e os cabos de aço da carcaça que por ali passam. Outra função importante é conferir rigidez ao pneu frente às cargas laterais, consequentemente ajudando a evitar a fuga de ar em momentos de alta exigência.

Cabo de selagem

Trata-se de um cabo fabricado em aço e revestido com borracha. Esse cabo possui a importante função de manter o pneu fixo na roda e evitar vazamentos de ar. Portanto é razoável complementar que o cabo de selagem está bastante ligado ao fluxo de forças que passa do pneu para o aro, permitindo que o pneu mantenha-se firme na roda em qualquer situação.

Camadas internas

São camadas de fibras aço localizadas logo abaixo da banda de rodagem, e costurados em cima da carcaça e das cintas. Basicamente as camadas internas tem a função de manter a estrutura do pneu sem deformações. Em alguns pneus para veículos de alto desempenho outra camada interna, de nylon, é adicionada, esta é posicionada sobre todas as outras com a função de resistir aos esforços provocados no pneu quando este está em alta velocidade, ou seja, impedir que os componentes do pneu sejam arrancados deste.

Cinta de estabilização

É uma cinta feita de borracha com camadas de aço, polyester, nylon, Kevlar e outros materiais similares. Essa cinta localiza-se sobre as lonas da carcaça conferindo-as estabilidade, seu uso aumenta a resistência do pneu a cargas laterais, reduzindo o dobramento deste, bem como melhora o contato da banda de rodagem com a pista e a resistência deste quanto a possíveis objetos penetrantes.

Revestimento interno

O revestimento interno ou forro, estando implícito que se trata de um pneu sem câmara, é uma camada interna de borracha com a função auxiliar os cabos de selagem e o talão quanto a vazamentos de ar e reduzir ao máximo o fluxo de ar para fora do pneu quando este estiver furado. O revestimento interno também simplificou a reparação do pneu quando furado.

Banda de rodagem

A banda de rodagem é, basicamente, uma capa que cobre a carcaça do pneu, cintas de estabilização e demais camadas de borracha estanque. Essa capa também está contato com a pista, motivo pelo qual possui uma função tão crítica. Ser insensível aos obstáculos da pista, proteger os componentes internos, prover o contato constante do pneu com a pista e boa fricção com esta mesmo em situações de piso molhado e transferir as cargas para os demais componentes do pneu.

Os materiais da banda de rodagem englobam uma mistura de tipos de borracha sintética e natural, para conferir ao pneu características como rigidez e baixo nível de ruídos. A banda de rodagem possui blocos de formatos variados afastados um do outro por uma distância determinada. Os chamados sulcos (tyre groove) estão ali para auxiliar o pneu em condições de pista molhada, drenando a água na superfície. O formato dos blocos e a direção dos sulcos são determinados em projeto focando o direcionamento da água para fora da zona de contato do pneu com a pista.

Funcionamento

O pneu possui três funções fundamentais para operação do automóvel. São estas:

  • Suportar a carga vertical e absorver pequenos impactos, sem que estes cheguem a acionar os amortecedores;
  • Desenvolver forças de frenagem e aceleração;
  • Desenvolver forças laterais para contornar curvas.

Para entender completamente como um pneu funciona, é importante compreender que estes possuem como característica a viscoelasticidade da borracha. Por sua vez, esta confere ao pneu duas propriedades, o amortecimento e a fricção (damping and friction). A fricção possui dois mecanismos fundamentais para o funcionamento do pneu, a adesão e a histerese. A adesão é o que segura o pneu na pista, a ligação intermolecular entre a borracha do pneu e as cristas e vales da superfície da pista. A histerese é a perda de energia da borracha ao deslizar pelas cristas e vales da superfície da pista. Esses dois mecanismos variam de intensidade de acordo com as condições da pista.

Então para analisar o funcionamento de um pneu, vamos considerar a situação na qual o pneu está em contato com a pista, estático e sobre a ação de uma carga vertical, no caso, representando o esforço do pneu quando enquanto sustenta o peso do próprio veículo parado. O ponto de contato do pneu com a pista encontra-se deformado. Visto que o pneu está parado, a pressão e a deformação na banda de rodagem é simétrica e constante. Não há, portanto, nenhuma força resultante nessa situação.

Quando o veículo começa a se movimentar, a deformação deixa a simetria e muda sensivelmente, pois a pressão da pista sobre o pneu não é mais simétrica nem constante. A pressão é maior e atinge o seu máximo a frente da linha de eixo da roda. Em um carga que age sobre o pneu, este se deforma como forma de reação ao carregamento, quando a carga cessa, o pneu retorna ao seu estado sem deformação. Contudo ao retornar a esse ponto, o pneu não responde a ausência de carga com a mesma energia que recebeu ao ser carregado, há uma perda de energia, que chamamos de histerese. Assim, com o pneu girando as consequências da histerese devem ser compensadas de alguma forma.

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A perda de energia está ligada ao tempo no qual o pneu é carregado e descarregado. E se está relacionada ao tempo, está também relacionada à frequência. Dessa forma percebemos que o pneu ao girar está continuamente sendo carregado e descarregado, ou seja, um ciclo de carga e descarga em apenas uma zona, o ponto de contato da banda de rodagem com o solo. Em outras palavras, essa zona é comprimida, atinge uma pressão máxima e então é descomprimida, continuamente. Nesse ciclo, o fluxo de energia perdida devido a deformação e posterior recomposição do material, por ocorrer de forma desigual, mostra que a pressão que age na zona de contato com a pista, é desigual. Ocorrendo a máxima pressão frente do eixo da roda.

Essa diferença de pressão no ponto de contato com a pista gera uma força de reação, que por estar a uma determinada distância do eixo roda, cria um torque que se opõe ao giro da roda. A força de resistência à rolagem é causada pelo próprio material do pneu, é proporcional à quantidade de carga que o pneu está exposto. Portanto, os pneus de um automóvel em movimento, giram gerando forças opostas ao seu movimento, que variam de acordo com a velocidade do veículo, carga e do tipo de borracha utilizada na fabricação do pneu.

Funcionamento sobre pista molhada

A resposta do veículo quando conduzido sobre pista molhada muda drasticamente, isso ocorre pois os mecanismos de adesão e histerese possuem suas proporções invertidas. Enquanto em superfícies secas prevalece a adesão, nas superfícies molhadas a histerese é o mecanismo mais atuante. Portanto, um pneu com alta histerese, ou seja, mais macio, teria um melhor desempenho na chuva.

Entretanto, o desempenho do pneu em uma superfície molhada não está ligado apenas à histerese, existe uma série de fatores que determinam o quão eficiente o pneumático será em condições de chuva. A aderência do pneu em pista molhada destes principais fatores:

  • Velocidade do veículo;
  • Altura da película de água;
  • Carga sobre a roda;
  • Largura do pneu;
  • Profundidade dos sulcos;
  • Desenho dos sulcos;
  • Distribuição de pressão na zona de contato;
  • Composto do pneu;
  • Superfície da pista.

Para entender como fatores afetam a aderência, é preciso entender primeiramente como o pneu lida com uma superfície molhada. Uma situação de pista molhada ocorre em três etapas. A primeira etapa é o encontro do pneu com a película de água, esta se acumula na frente do pneu formando uma pequena cunha de água que empurra o resto para frente, isso é chamado de zona de deslocamento (1).

A segunda etapa ocorre quando parte da água começa a escoar para dentro dos sulcos do pneu, enquanto que o excedente empurrado abre caminho para o pneu. Chamamos de zona de transição (2), o ponto no água da cunha se divide na parte que escapa pelos lados pneu e que escoa pelos sulcos.

A terceira e última etapa, é o momento no qual o pneu consegue escoar e empurrar toda a água a sua frente, de forma que consegue contato com a superfície da pista, e não com a película de água. Essa é a chamada zona de contato (3), ponto no qual a banda de rodagem está em contato com a pista, mas sem a película de água.

Os fatores citados parágrafos acima afetam o desempenho desse processo. Primeiramente, a velocidade do veículo é importante, uma vez que a água será empurrada e parte desta escoará para dentro dos sucos a uma velocidade natural e constante, se o veículo estiver excessivamente rápido, esse processo não terá tempo suficiente para acontecer. Assim a cunha de água vai aumentar, e passar para debaixo da banda de rodagem se estendendo por toda a zona de contato do pneu, e então o veículo estará sob aquaplanagem.

A dificuldade do pneu em superar a película de água aumenta quando a altura dessa película também aumenta, a cunha de água atinge um tamanho excessivo impedindo o pneu de sequer tocar no solo. Em algumas situações, chega a gerar forças no sistema de direção esterçando as rodas. Trata-se de uma condição perigosa, pois ao passar dessa sessão molhada o pneu recupera aderência quase que instantaneamente podendo causar acidentes.

Como o pneu não está em pleno contato com a pista, quando mais carga estiver sobre a roda, maior será o deslizamento do pneu, pois devido ao contato com a pista estar precário, a distribuição de pressão sobre a zona de contato do pneu é menor e mais irregular.

A largura do pneu, desenho e profundidade dos sulcos são parâmetros da banda de rodagem e, talvez, os mais influentes no desempenho do pneu em pistas molhadas. Isso se deve ao fato da largura ser determinante na formação da cunha de água a frente do pneu, ou seja, maior largura maior a cunha. Depois disso temos capacidade desse pneu escoar a água, e essa se deve ao desenho da banda de rodagem e da profundidade dos sulcos. Para esses fatores não há segredo, o desenvolvimento deste em softwares de simulação de CFD (Dinâmica dos fluidos computacional) é determinante para um bom projeto de pneu.

Outro fator importante é a distribuição de pressão, porém este é um fator que está ligado intimamente a parâmetros como a estrutura, desenho e banda de rodagem do pneu, além da configuração da suspensão, que com um ângulo de camber pode definir o ponto de contado do pneu com a pista, e quão uniforme este será.

Portanto, esses fatores influenciam em diferentes momentos, a velocidade, altura de água, carga sobre a roda e a largura do pneu influenciam no primeiro contato, a zona de acúmulo. A profundidade dos sulcos, o desenho da banda de rodagem, distribuição de pressão e o composto do pneu estão mais ligados às zonas de transição e de contato, além disso, são os que realmente promovem a aderência em condições de pista molhada, embora o tipo de asfalto também.

Funcionamento em pista escorregadia (condições de gelo e/ou neve)

O funcionamento dos pneus em condições de pista escorregadia ocorre de forma similar ao funcionamento do mesmo no asfalto seco. Entretanto os fatores que influenciam no mecanismo de adesão estão bastante ligados a temperatura do gelo e da neve, ao histórico da formação da camada de gelo, o tempo e o grau de sujeira desta. Além disso, os compostos do pneu possuem participação importante, mas não abrangem de forma significativa as duas situações, gelo e neve.

A temperatura do superficial do gelo é determinante para as forças desenvolvidas pelos pneus, entretanto esta precisa estar muito baixa (abaixo de 0°C) para que seja possível o bom funcionamento dos pneumáticos para gelo. O que se pode aferir disso é, quando o gelo ou a neve estão em condições de temperatura superficial muito baixa, estão mais propensos a se manterem em estado sólido, enquanto que a aproximação da temperatura de 0°C, aproxima da fase líquida da água, fazendo aderência cair drasticamente.

Os pneus por sua vez possuem fatores antagônicos para funcionarem nas duas condições, sulcos profundos e alta pressão no contato da banda de rodagem com a pista são excelentes para condução na neve, porém pioram a dirigibilidade em superfícies escorregadias, ou seja, no gelo. Neste caso a baixa pressão é mais interessante, bem como uma banda de rodagem pontas de aço para melhorar a aderência.

Influência da pressão no funcionamento

Os automóveis sempre indicam a pressão nominal de funcionamento dos pneus, este dado é frequentemente mostrado em pequenas tabelas que relacionam o diâmetro da roda, a carga transportada e a pressão dos pneus.

Essa relação indica que a pressão de trabalho está ligada a carga que o veículo é capaz de carregar. Como visto nos parágrafos de identificação de um pneu, este possui um índice de carga, que é a sua capacidade máxima de carga a até 210 Km/h. Entretanto essa carga varia com a pressão, esta deve ser maior, quanto mais carga for imposta no veículo. Esse é o motivo pelo qual as tabelas no automóvel indicam que, quando completamente carregado, re-calibrar o pneu com uma pressão maior que nominal.

Porém, o aumento da carga sobre o pneu impõe uma redução na velocidade máxima suportada por este. Da mesma forma que conforme a velocidade máxima do veículo aumenta, sua capacidade de carga reduz.  Assim um veículo carregado não necessariamente poderá trafegar na sua velocidade máxima. Dependendo dos índices do pneu, terá que, ou reduzir a velocidade, ou reduzir a carga.

Portanto, a pressão de trabalho dos pneus é determinada primeiro pela carga que o veículo irá suportar. Sendo esse veículo equipado com pneus que possuem índice de velocidade de “R” até “V”, sua capacidade de carga e a pressão utilizada para esta permanecem inalteradas a até 160 Km/h. Quando o veículo é capaz de atingir a barreira dos 210 Km/h, a capacidade máxima de carga é reduzida, conforme indicado no respectivo parágrafo.

Enquanto isso a pressão segue o raciocínio inverso, para cada índice acima do H, 0,3 bar (ou 0,1 bar para cada 17 Km/h) de pressão deve ser incluído na pressão estipulada pelo fabricante.

Em pneus de índice de velocidade “W”, as pressões tabeladas são utilizadas até a velocidade de 190 Km/h, após essa barreira a pressão dos pneus deve ser incrementada em 0,1 bar para cada 10 Km/h até os 240 Km/h. Após essa velocidade, a carga sobre o pneu deve ser reduzida conforme indicada no respectivo parágrafo.

Além de toda essa preocupação com a carga sobre os pneus e sua relação com a pressão e a velocidade máxima do veículo, a pressão dos pneus deve ser determinada também levando em consideração o fator dirigibilidade. O objetivo de se chegar a um valor de pressão ideal, é obter a melhor dirigibilidade do veículo nas condições de carga que o veículo foi projetado para operar.

A pressão máxima que um pneu é capaz de suportar varia de acordo com seu índice de velocidade. Portanto, para os seguintes índices de velocidade a pressão será:

Q e T: 3,2 bar;

H a W (e ZR): 3,5 bar.

Para pneus de qualquer índice de velocidade que apresentarem as inscrições M+S, aumentar os valores acima em 0,3 bar.

Influência do pneu no velocímetro

O velocímetro de um automóvel foi projetado para informar um valor de velocidade maior que a real. De forma alguma um automóvel terá um velocímetro que informa uma velocidade menor que a real, caso contrário este encontra-se defeituoso.

O objetivo fundamental desta forma de conceber o velocímetro, a segurança do condutor e dos pedestres. O velocímetro deve equivaler às variações do pneu devido ao seu desgaste, derrapagem, variações dimensionais no diâmetro da roda e diferentes perfis dos pneus que o projeto do veículo permite utilizar. Todos esses fatores são capazes de alterar a informação do velocímetro para valores abaixo da velocidade real do veículo, sendo então mais um motivo para os velocímetros serem configurados para mostrar um valor maior.

Por exemplo, um pneu desgastado, com de cerca de 3 mm de diferença para o diâmetro nominal da roda, requer um reajuste de 1% na velocidade informada no velocímetro.

O diâmetro do pneu sofre variações quando em operação, quanto maior a velocidade maior será a variação. Essa variação é chamada de circunferência de rolagem dinâmica (Rolling Circunference), e pode variar de 1,5% a 2,5% a 60 Km/h. Ela ocorre devido a força centrífuga provocada no pneu devido ao seu giro, quanto maior a velocidade, maior os esforços. A velocidade é relacionada a circunferência dinâmica pelo fator de velocidade, que varia a cada 30 Km/h. Dessa forma é possível determinar o diâmetro do roda em cada velocidade e calibrar o velocímetro para lidar com essas variações.

Outro detalhe que os velocímetros devem equivaler é a utilização de pneus com classificação M+S. Como esse tipo de pneu pode ter seu diâmetro levemente maior, essa pequena variação irá resultar em uma maior variação final da velocidade, que deve ser compensada no velocímetro.

A diretiva 75/443 do EC Council está vigente desde 1991, e determina que diferença entre a velocidade no velocímetro e a real (v) obedeça a seguinte equação:

V < 0,1 * v + 4 (km/h)

Manutenção

A manutenção dos pneus requer dois cuidados que podem prolongar sua vida útil, são estes:

  1. Alinhamento;
  2. Pressão de operação.

O alinhamento é o correto posicionamento das rodas de acordo com os parâmetros de fábrica, ele garante que as rodas estarão posicionadas de forma a ter mínimo de resistência ao deslocamento do veículo, bem como ao perfeito controle direcional. Entretanto, é natural que o alinhamento seja perdido com o uso do veículo, a folga dos componentes de suspensão provocam desalinhamento das rodas e estas passam a se arrastar na pista gerando resistência extra ao deslocamento do veículo.

O desalinhamento provoca o desgaste prematuro dos pneus, geralmente concentrado em apenas um ponto da banda de rodagem. É fácil de perceber, pois seu principal sintoma é o volante desalinhado. Além do desgaste dos pneus, provoca o aumento no consumo de combustível, devido a maior resistência ao deslocamento e mudanças no comportamento do veículo.

A pressão dos pneus é tabelada pelo fabricante do veículo com apoio técnico do fornecedor de pneus no qual o veículo projetado. Essa informação está no manual do veículo e em uma etiqueta em pontos estratégicos do mesmo, geralmente na portinhola do tanque de combustível.

Os valores indicados pelo fabricante deve ser seguidos pois foram estabelecidos para garantir a melhor dirigibilidade do veículo dentro do limite de carga e velocidade que o pneu é capaz de suportar. Dessa forma um veículo com pressão abaixo do normal, apresenta uma deformação exagerada da banda de rodagem, de forma que esta passa a apoiar-se no solo através dos ombros do pneu, ou seja, nas bordas, gerando desgaste prematuro neste ponto. A dirigibilidade torna-se prejudicada pois as respostas do veículo são mais lentas, além disso, os componentes do sistema de direção passam a lidar com esforços excessivos para esterçar as rodas.

Quando a pressão está acima do valor recomendado, o veículo pode até apresentar melhor dirigibilidade, porém o pneu irá perder um pouco de suas características de amortecimento, absorvendo menos vibrações da pista. A banda de rodagem, neste caso, estará apoiada na sua porção central, gerando maior desgaste neste ponto.

Os pneus possui uma marcação de desgaste máximo chamado TWI (Tyre Wear Indicator). Embora não pareça, quando o desgaste do pneu alcança o TWI, é o momento no qual o pneu deve ser trocado, pois a partir daquele nível de desgaste não haverá mais garantia de que o pneu desempenhará suas funções com eficiência. Tanto a aderência é menor, bem como os sulcos do pneu já não conseguem escoar água de uma superfície molhada com vazão adequada para garantir boa aderência em superfícies molhadas.

Referências

  • GILLESPIE, Thomas D, Fundamentals of Vehicle Dynamics, Warrendale, Society of Automotive Engineers, 1992. 470p;
  • N. JAZAR, Reza, Vehicle Dynamics: Theory and Application, New York, Springer, 2008. 1015p;
  • GENTA, Giancarlo, MORELLO, Lorenzo, The Automotive Chassis Volume 1 Components Design, Torino, Editora Springer, 2009. 633p;
  • Foto de capa: http://meconstructionnews.com/9888/tyre-technology-on-the-right-track