Os materiais mais utilizados atualmente para a fabricação de bicicletas, são o aço, o alumínio e a fibra de carbono. Existem também outros materiais que são usados em menor proporção, como é o caso do titânio.
Comparativamente, a fibra de carbono com respeito ao aço, alumínio e titânio, é o material mais vantajoso, já que possui menos peso, maior rigidez, maior resistência e maior limite à fadiga. A fibra de carbono reúne as melhores condições para ser o material adequado para a construção de bicicletas, no entanto não é usado em larga escala devido seu preço ser muito alto e portanto resultaria em bicicletas muito caras para a maioria dos ciclistas.
Um outro bom material é o titânio. Leva vantagem sobre o aço por ser mais leve, ter maior limite a fadiga e suportar a mesma resistência, ainda que a rigidez seja inferior a do aço.
O aço por sua parte, dentro deste estudo comparativo, supera ao alumínio por ter maior rigidez, maior resistencia e maior limite a fadiga.
E por último, o aluminio, que pesa menos que o aço e o titãnio, mas é menos rígido, menos resistente e menor limite a fadiga de todos os anteriores.
Estudemos as características de cada um destes materiais:
A fibra de carbono é o mais resistente de todos os materiais citados e 1/3 mais rígido que o próprio aço. Outra qualidade importante é que se caracteriza por ser anticorrosivo e o procedimento de construção do quadro enquanto ao sistema de união ou solda dos tubos exige certa precisão, mas nenhuma dificuldade, procedendo o sistema de solda da tecnologia aeroespacial.
Os quadros construídos com a fibra de carbono e a resina que une as fibras recebe o nome de "composites"
Se os quadros construídos a base de fibra de carbono se reforçam com fibra de vidro, aumentam ainda mais a rigidez. Esta conjunção se utiliza para construir também os garfos da bicicleta e a caixa do pedal mediante a fibra "boron"
O titânio poderia configurar-se como um material perfeito para a construção das bicicletas se não fosse, como ocorre com a fibra de carbono, por seu alto preço. Pelo demais, é anticorrosivo e oferece um índice de dureza muito superior ao aço, assim como resistencia a fadiga e ademais possui quase dois terços menos de peso que a liga mais leve do aço.
A vantagem que tem sobre outros materiais, é a solda, pois o calor produzido não afeta em nada a estrutura molecular, como no caso do aço e aluminio que podem ocorrer trincas.
No entanto, tem um grande inconveniente a hora de trabalhar com ele, devido a seu grau de dureza e é que as ferramentas com as que normalmente se trabalha são menos duras que o proprio titanio, pelo que é muito complexo moldá-lo.
O aço tem demonstrado que a liga com cromo-molibidemio ou com carbono-maganês está dando resultados que não tem que invejar ao resto dos elementos como os composites e outros materiais mais sofisticados em uso no mercado atual.
A resistência do aço está mais que comprovada a nível industrial, sendo mais fácil que se dobre do que se deforme, a que se parta um tubo de bicicleta construído com este metal. Assim mesmo, tem um alto índice de resistencia a fadiga, isto é, tem uma boa capacidade de absorção de forças externas antes de romper-se. No entanto, tem dois grandes inconvenientes com respeito aos demais: sua capacidade para corroer-se e seu grande peso.
O Aluminio, atualmente tem sido um material bastante empregado na fabricação de quadros, sendo responsável por uma grande parcela de bicicletas que são vendidas.
Sua resistencia é relativamente parecida a do aço. No entanto, sua rigidez é bastante inferior em relação ao aço CR-MO, assim como sua resistencia a fadiga. A espessura da parede do tubo de aluminio é bem maior que a espessura de um tubo de aço. Ao ter que engrossar a espessura, se aumenta logicamente a rigidez e em contrapartida aumenta o peso, isto é, o que se ganha por um lado se perde por outro, ainda que o peso adquirido não é exagerado. A grande vantagem do aluminio é que oxida bem menos que o aço.
Além destes materiais, podemos encontrar no mercado bicicletas, a combinação da fibra de vidro e o carbono. Igualmente, se fazem quadros considerados exóticos com elementos como o boro e aramida. Tanto o aluminio, como o aço, permitem numerosas ligas que utilizam algumas marcas comerciais com o fim de melhorar, lograr e reforçar alguma característica dos metais.
Assim por exemplo, o aço de liga com o molibdemio e magnesio se faz resistente a corrosão e melhora sua resistencia mecânica a quente. Também o aço se liga com o silicio, enxofre e fósforo e fazendo-o com o carbono aumenta a resistencia a oxidação.
Assim mesmo, o aço pode se combinar com o aluminio, utilizando o aluminio para o triângulo principal e o cromo-molibdeno (aço) para o garfo dianteiro e o triângulo traseiro, permitindo uma maior eficácia da força na roda traseira. De igual forma, a liga aço-titanio permite a construção de quadros.
Os desenhos da forma do tubo empregado para a construção do quadro passa por tubos de seção circular com um desenho tipo, conhecido por triângulo duplo ou diamante configurando-se como a estrutura ideal para construir um quadro.
A solução adotada pelos construtores de bicicletas é que os extremos dos tubos sejam mais grossos e a parte central mais fina. Com isso evitam o problema de que a solda possa afetar ao tubo.
São vários os sistemas que se empregam para unir ou soldar os diversos tubos ou peças componentes do quadro. Vejamos os sistemas mais importantes em função do material empregado:
- União direta de tubos: método empregado em bicicletas de mediana qualidade e de série; consiste em fundir ambos metais até misturar-se, utilizando entre eles outro material de similares características; exige experiencia e habilidade.
- Solda TIG (solda com gás inerte ao tungstenio): solda de muito poder calorífico; se utiliza o argão, dando lugar a ausencia de oxigenio e demais gases atmosféricos para evitar que se debilite o metal fundido; este método requer grande experiencia e técnica.
- Solda MIG: sistema automatizado de características similares ao método TIG; a solda se faz ao vazio mediante robot; exige uma grande industria e se faz com aço de maior calibre.
- Solda de plasma: tecnologia mais avançada que o sistema TIG; não da lugar a estragar um quadro por debilidade da zona como passava com o sistema TIG.
- Mediante racores pegados: se utiliza para a fibra de carbono e outros composites; o sistema consiste basicamente em unir mediante adesivos os racores com époxi; depois se mete no forno até que consolide a solda.
Além dos materiais citados a bicicleta tem outros componentes.
Os selins, por exemplo, costumam ser normalmente de couro, plástico injetável e gel.
O material dos pneus é geralmente a borracha e dependendo da qualidade e dos fins aos que este destinada a roda, se compõe de distintas capas. Algumas levam uma capa protetora em kevlar.
Sua composição é:
- banda de rolamento (goma)
- lona de borracha.
- lona de nylon.
- lona de kevlar.
Enquanto a materiais plásticos que leva a bicicleta, a nova tecnologia se dirige a fabricação dos tecnopolímeros nos componentes como pedais, manetas de freio e correias.
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