Engenharia da Motocicleta

Feb 24th, 2014 | By | Category: Divulgação, Engenharia & Estudos, Outros Textos, Posts

Como já está virando tradição, tenho muito orgulho de anunciar que agora no início de abril irão começar as aulas da quarta edição de “Engenharia da Motocicleta”, disciplina que oferecemos no Curso de Graduação em Engenharia Mecânica da UFPE. Como das outras vezes, será ministrada por dois professores – Fábio Magnani e Ramiro Willmersdorf -, e dividida em quatro partes principais: Tecnologia, Propulsão, Ciclística e Quadro.

Ao ministrar essa disciplina, nosso objetivo principal é que o futuro engenheiro mecânico saiba como a moto funciona, possa estimar a sua velocidade máxima e quanto consome de combustível, entenda como ela se equilibra, em que condições o pneu continuará agarrado ao chão, e como projetar um quadro ao mesmo tempo leve, resistente e com um custo razoável.

Claro que é uma disciplina introdutória dentro de um curso geral em engenharia mecânica, então ninguém vai sair projetando uma motocicleta completa. No entanto, acreditamos que, se o estudante somar o conhecimento adquirido aqui em “Engenharia da Motocicleta” com o que aprendeu nas outras 50 e tantas disciplinas do Curso de Engenharia Mecânica, terá então uma ótima base para percorrer estudos mais avançados, seja no TCC, no mestrado, no doutorado, na indústria convencional de motos ou, melhor ainda, no setor de P&D (pesquisa e desenvolvimento) da sua própria fábrica de motocicletas.

Engenharia da Motocicleta

Como dito aí em cima, a disciplina tem quatro partes bem definidas. As primeiras aulas são dedicadas à descrição dos vários subsistemas da moto: quadro, carenagem, rodas, suspensão, direção, sistema elétrico, motor e transmissão. Vemos também os vários tipos de motocicleta, cada um voltado para um tipo de uso específico. Depois apresentamos em detalhes os vários subsistemas do motor: configuração, mecanismos internos, admissão de ar, alimentação de combustível, escape dos gases, câmara de combustão, ignição, lubrificação, arrefecimento e controle eletrônico. Pronto, nesse momento o estudante já entendeu pelo menos superficialmente como as motos convencionais funcionam.

Depois passamos para uma parte mais quantitativa, onde estudamos como os fatores internos do motor (número de cilindros, comprimento da biela, tipo de combustível, etc.) podem influenciar o comportamento das motos no mundo real. Para isso é necessário usar um modelo matemático que reproduza o comportamento do motor. Vamos usar dois modelos: um simplificado, que vamos construir nas aulas, e outro mais avançado, disponível em um pacote comercial. A vantagem do modelo que vamos desenvolver é a sua simplicidade, que nos permite compreender a essência dos fenômenos – mas sem muita precisão. Já o software comercial considera um número maior de fenômenos – mas por outo lado não temos acesso às equações utilizadas. Um bom exemplo dos estudos que faremos nas aulas está no texto Influência das Válvulas, onde usamos o pacote comercial para estudar como a forma do came aumenta a potência do motor em uma determinada rotação, mas diminui em outra.

Mas de nada adianta ter um motor super potente se toda essa potência é usada para vencer a resistência aerodinâmica, do atrito interno, e de rolagem do pneu. Queremos uma moto para nos movimentar gastando o mínimo de energia possível, não para fazer ventinho, para fazer barulho ou para aquecer o mundo. Para avaliar como a potência do motor é usada, nessa parte do curso nós desenvolvemos um modelo energético da moto em linha reta, para ver quanto da energia do motor é usado para movimentar o piloto (bom) e quanto é usado para vencer as resistências (ruim).

Para ter uma ideia de como isso é feito, recomendo o texto Dinâmica da Bicicleta, no qual aplicamos esse modelo energético em uma “motocicleta com propulsão humana”. Ok, tudo bem que uma bicicleta não é uma moto no mundo real, mas para a termodinâmica elas são sim máquinas muito parecidas. Assim como o motor de combustão interna de uma moto converte a energia do combustível em movimento no virabrequim, o corpo humano converte a energia do alimento em movimento no pedal.

A terceira parte da disciplina trata da ciclística. O que faz a moto ficar mais estável? Bem, basta aumentar o trail normal e a distância entre eixos. Mas será que é bom ter uma moto estável ou é melhor fazê-la mais arisca para entrar rápido nas curvas? Em que condições a moto empina? Qual é a máxima velocidade na qual ela pode fazer uma curva? O que é esse tal de contra esterço? O motoqueiro faz curvas com o guidão ou com o corpo? Bem… todas essas questões são muito interessantes, mas talvez o que importe mesmo seja sempre deixar as duas rodas agarradas ao chão, e para isso é preciso de um bom sistema de suspensão e um ótimo atrito entre o pneu e o piso. Se for isso mesmo, por que então alguns pilotos fazem o powerslide nas curvas? Para saber as respostas para essas e outras perguntas, só assistindo às aulas do professor Ramiro Willmersdorf. Aliás, por que as motos não caem?

Legal, agora sabemos que não adianta ter só um motor potente, mas sim, principalmente, baixa resistência aerodinâmica, suspensão bem ajustada e geometria perfeita. Só que está faltando um detalhe importante. Afinal, ao fazer qualquer manobra em uma moto, das mais simples às mais radicais, uma restrição sempre deve ser satisfeita: as partes precisam continuar juntas. Esse é o papel do quadro, que é uma espécie de esqueleto das motocicletas. Tem que ser resistente, leve, barato e com a flexibilidade exata – nem muito mole, nem muito rígido.

Para esse estudo sobre os quadros o Ramiro faz uma breve introdução ao método dos elementos finitos, que permite pelo menos compreender os princípios básicos da análise computacional de tensões em estruturas metálicas (construção da geometria, propriedades dos materiais, malhas, convergência, exatidão e análise dos resultados). Em outras palavras, nessa parte da disciplina aprendemos o mínimo para pelo menos ter certeza da validade dos resultados ao usar um pacote comercial. Pois uma coisa é sair com um resultado numérico ao usar esses programas, outra coisa bem diferente é sair com um resultado correto. Literalmente e numericamente diferente.

Além de todas essas questões técnicas, ao longo do curso discutimos também alguns aspectos mais amplos do mundo das motocicletas, como história, acidentes e a indústria em geral. Isso é muito importante por duas razões. Primeiro porque o estudante sempre precisa pensar nos desafios e nas oportunidades da área que está estudando. No caso das motos, os desafios são os acidentes, poluição, monopólio e congestionamentos. As oportunidades são a mobilidade no trânsito, inclusão social e geração de empregos.

A segunda razão para estudar aspectos não técnicos, olhando agora só do ponto de vista do engenheiro, é o fato das motos atuais terem um projeto extremamente antigo e ineficiente e inseguro. Há muito espaço para o desenvolvimento de novas concepções. Portanto, ao juntar o conhecimento da tecnologia atual, da ciência da propulsão e da ciclística, e das condições socioeconômicas em que vivemos, o engenheiro mecânico empreendedor estará mais bem preparado para produzir as motocicletas que as pessoas realmente precisam, desejam e merecem.

Estudos em Duas Rodas

A disciplina “Engenharia da Motocicleta”, além de ser a porta de entrada para os estudantes que querem se especializar nessa área, também marcou o início de um conjunto de ações que realizamos no Departamento de Engenharia Mecânica da UFPE. Gosto de chamar essa linha de “Estudos em Duas Rodas”.

Engenharia da Motocicleta. Tudo começou em 2010, quando oferecemos “Engenharia da Motocicleta” pela primeira vez, coisa que repetimos em 2012 e 2013. Ela só não ocorreu em 2011, por uma falha administrativa na hora de ofertar a disciplina no sistema da universidade. O plano é continuar oferecendo essa disciplina uma vez por ano, sempre no primeiro semestre.

Estudos da Motocicleta. Como já dito, certos aspectos do mundo das motocicletas são tão importantes quanto a ciência e a tecnologia: acidentes, cultura, preconceito, história, indústria, mercado, trabalho, custos e poluição. Por isso criamos, na pós-graduação, a disciplina “Estudos da Motocicleta”, aberta também a profissionais de outras áreas. Foi oferecida em 2011 e 2012. O curioso é que ela apareceu em 2011 exatamente por causa daquela falha em registrar a disciplina da graduação. Assim, o problema de não poder oferecer a disciplina da graduação acabou se tornando a oportunidade de criar uma nova disciplina na pós. Legal.

Estudos da Bicicleta. Acontece que, ao estudar as motocicletas, sempre aparecem as bicicletas. As duas têm a mesma história, a mesma dinâmica, a mesma fragilidade e a mesma mobilidade no trânsito. Nada mais natural, então, que as bicicletas entrarem na roda com suas duas rodas. Em 2012 foi ofertada na graduação a disciplina Estudos da Bicicleta, que falava sobre história, tecnologia, ciência do ciclismo, cultura, trânsito, mercado e política.

Estudos Sobre Bicicletas e Motocicletas. Em 2013, juntamos as duas disciplinas de “estudos” (uma de moto, outra de bicicleta) no que viemos a chamar de Estudos Sobre Bicicletas e Motocicletas, disciplina essa que pretendemos oferecer anualmente na pós-graduação, sempre no segundo semestre. Nada impede que “Estudos da Bicicleta” volte na graduação, ou então sozinha na pós-graduação, mas isso depende da demanda dos estudantes. Por enquanto ficam os dois veículos em uma mesma disciplina, o que eu acho muito legal, pois essa categorização das pessoas (motoqueiros, motociclistas, bicicleteiros, pedaleiros, ciclistas, carangueiros, motoristas e por aí vai) cria mais problemas do que ajuda.

Propulsão de Bicicletas e Motocicletas. Agora, se por um lado, ao ministramos a disciplina “Engenharia da Motocicleta”, sentimos a necessidade de uma disciplina mais ampla (“Estudos Sobre Bicicletas e Motocicletas”), que envolvesse também as bicicletas e aspectos socioculturais dos veículos de duas rodas, por outro lado também precisávamos de mais espaço para discutir com mais calma certos aspectos técnicos desses veículos. Nasceu então Propulsão de Bicicletas e Motocicletas na pós-graduação, onde aprofundamos o que é visto na segunda parte de “Engenharia da Motocicleta”: modelagem do motor (de combustão interna, elétrico ou o próprio corpo humano), da dinâmica da bicicleta/moto, e do trânsito como um todo.

Resumindo as disciplinas, depois de um tempo para a evolução, hoje em dia oferecemos todos os anos: “Engenharia da Motocicleta” na graduação (no primeiro semestre), “Propulsão de Bicicletas e Motocicletas” para mestrado e doutorado (primeiro semestre), e “Estudos Sobre Bicicletas e Motocicletas” também na pós-graduação (segundo semestre).

Orientações de Graduação, Mestrado e Doutorado. Outro conjunto de atividades que podem interessar aos estudantes são os trabalhos de TCC, mestrado e doutorado, que começamos a oferecer em meados de 2012.

Atualmente são cinco estudantes de graduação (projeto de quadro de motocicleta; projeto de quadro de bicicleta; otimização da estratégia de mudança de marchas; motocicletas com propulsão elétrica; e comportamento das motocicletas no trânsito urbano), dois mestrandos (metodologia de comparação entre ônibus, carros, motos e bicicletas; e estudo das motocicletas no trânsito urbano), e dois doutorandos (acidentes de motocicleta; e bicicletas no trânsito urbano).

A ideia é termos sempre uma equipe de cinco estudantes de graduação, três mestrandos e três doutorandos. O que significa que há vagas para quem estiver interessado.

Divulgação

Segue abaixo um detalhamento oficial da disciplina, com datas, horários, programa, ementa e que tais. No mais, convidamos todos para passarem em nossas salas para conversar sobre motos e bicicletas, e pedimos, como sempre, que ajudem na divulgação da disciplina.

[ Informações Gerais ]

Curso de Graduação em Engenharia Mecânica da UFPE
Disciplina: Engenharia da Motocicleta (ME497 – Tópicos Especiais em Energia I)
Professores: Fábio Magnani e Ramiro Willmersdorf
Dia e horário: 3as e 5as, das 10 às 12
Carga horária: 60 horas
Contato: motomagnani@gmail.com

[ Objetivo ]

Ao final da disciplina, o estudante será capaz de compreender o funcionamento dos principais subsistemas das motocicletas, modelar um motor de combustão interna, calcular as resistências ao movimento do veículo, pré-dimensionar um quadro, selecionar os parâmetros da suspensão e prever o efeito das escolhas geométricas sobre o comportamento dinâmico da motocicleta.

[ Ementa ]

História. Tecnologia. Propulsão. Ciclística. Quadro. Suspensão.

[ Pré-Requisitos Recomendados ]

Termodinâmica Aplicada e Mecanismos

[ Bibliografia Básica ]

Modern Motorcycle Technology – Massimo Clarke
Sportbike Performance Handbook – Kevin Cameron
Internal Combustion Engine Fundamentals – John Benjamin Heywood
Motorcycle Dynamics – Vittore Cossalter
Motorcycle Design and Technology – Gaetano Cocco

[ Programa ]

Parte 1 – Tecnologia

  • Introdução
  • Sistemas da Motocicleta
  • Sistemas do Motor
  • Tópicos especiais: História, Trânsito, Mercado e Indústria
  • Parte 2 – Propulsão

  • Teoria do Motor
  • Modelagem do Motor
  • Modelagem da Moto em Linha Reta
  • Avaliação I
  • Parte 3 – Ciclística

  • A Moto em Linha Reta: Estabilidade, Aceleração e Frenagem
  • A Moto em Curva
  • Suspensão
  • Pneu
  • Parte 4 – Quadro

  • Tipos de Quadro
  • Introdução ao Método dos Elementos Finitos
  • Análise das Tensões em um Quadro de Motocicleta
  • Avaliação II
  • [ Datas Importantes ]

    21 a 26.03.2014: matrícula
    01.04.2014: início das aulas
    31.03 a 01.04.2014: matrícula como disciplina isolada

    [ Cartaz de Divulgação ]

    Leave a Comment

    This blog is kept spam free by WP-SpamFree.