Pneu

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Antecedentes

Um pneu é uma carcaça de borracha forte e flexível presa ao aro de uma roda. Os pneus fornecem uma superfície de aderência para tração e servem como almofada para as rodas de um veículo em movimento. Pneus são encontrados em automóvel s, caminhões, ônibus, trens de pouso de aeronaves, tratores e outros equipamentos agrícolas, veículos industriais como empilhadeiras e meios de transporte comuns, como carrinhos de bebê, carrinhos de compras, cadeiras de rodas, bicicletas e motocicletas.

Os pneus para a maioria dos veículos são pneumáticos; o ar é mantido sob pressão dentro do pneu. Até recentemente, os pneus pneumáticos tinham um tubo interno para manter a pressão do ar, mas agora os pneus pneumáticos são projetados para formar uma vedação de pressão com o aro da roda.

O inventor escocês Robert Thomson desenvolveu o pneu com câmara de ar em 1845, mas seu projeto estava à frente de seu tempo e atraiu pouco interesse. O pneu pneumático foi reinventado na década de 1880 por outro escocês, John Boyd Dunlop, e tornou-se imediatamente popular entre os ciclistas.

A borracha natural é a principal matéria-prima utilizada na fabricação de pneus, embora a borracha sintética também seja utilizada. Para desenvolver as características adequadas de força, resiliência e resistência ao desgaste, no entanto, a borracha deve ser tratada com uma variedade de produtos químicos e, em seguida, aquecida. O inventor americano Charles Goodyear descobriu o processo de fortalecimento da borracha, conhecido como vulcanização ou curando, por acidente em 1839. Ele fazia experiências com borracha desde 1830, mas não conseguira desenvolver um processo de cura adequado. Durante um experimento com uma mistura de borracha da Índia e enxofre, Goodyear colocou a mistura em um fogão quente. Uma reação química ocorreu e, em vez de derreter, a mistura borracha-enxofre formou um caroço duro. Ele continuou seus experimentos até que pudesse tratar folhas contínuas de borracha.

Hoje, fábricas grandes e eficientes com trabalhadores qualificados produzem mais de 250 milhões de pneus novos por ano. Embora a automação oriente muitas das etapas do processo de fabricação, trabalhadores qualificados ainda são necessários para montar os componentes de um pneu.

Matérias-primas

A borracha é a principal matéria-prima utilizada na fabricação de pneus, sendo utilizada borracha natural e sintética. A borracha natural é encontrada como um líquido leitoso na casca da seringueira, Hevea Brasiliensis. Para produzir a borracha bruta usada na fabricação de pneus, o látex líquido é misturado com ácidos que fazem com que a borracha se solidifique. As prensas espremem o excesso de água e transformam a borracha em lâminas, e então as lâminas são secas em fumódromos altos, prensadas em enormes fardos e enviadas para fábricas de pneus em todo o mundo. A borracha sintética é produzida a partir dos polímeros encontrados no petróleo bruto.

O outro ingrediente principal da borracha para pneus é o negro de fumo. O negro de fumo é um pó fino e macio criado quando o petróleo bruto ou gás natural é queimado com uma quantidade limitada de oxigênio, causando combustão incompleta e criando uma grande quantidade de fuligem fina. Tanto o negro de fumo é necessário para a fabricação de pneus que os vagões o transportam e enormes silos armazenam o negro de fumo na fábrica de pneus até que seja necessário.

Enxofre e outros produtos químicos também são usados ​​em pneus. Produtos químicos específicos, quando misturados com borracha e depois aquecidos, produzem características específicas do pneu, como alta fricção (mas baixa quilometragem) para um pneu de corrida ou alta quilometragem (mas menor atrito) para um pneu de carro de passageiros. Alguns produtos químicos mantêm a borracha flexível enquanto ela está sendo moldada em um pneu, enquanto outros produtos químicos protegem a borracha da radiação ultravioleta da luz solar.

Design

As principais características de um pneu de carro de passageiros são a banda de rodagem, a carroceria com as paredes laterais e os talões. O piso é o padrão elevado em contato com a estrada. O corpo suporta a banda de rodagem e dá ao pneu sua forma específica. As contas são feixes de arame de metal cobertos de borracha que prendem o pneu na roda.

Os sistemas de computador agora desempenham um papel importante no projeto de pneus. Um software de análise complexo que atua com base em anos de dados de teste permite que os engenheiros de pneus simulem o desempenho do projeto da banda de rodagem e outros parâmetros do projeto. O software cria uma imagem colorida tridimensional de um possível projeto de pneu e calcula os efeitos de diferentes tensões no projeto de pneu proposto. As simulações de computador economizam dinheiro para os fabricantes de pneus porque muitas limitações de projeto podem ser descobertas antes que um pneu protótipo seja realmente montado e testado.

Além dos testes de projeto da banda de rodagem e construção do corpo do pneu, os computadores podem simular os efeitos de diferentes tipos de compostos de borracha. Em um pneu moderno de automóvel de passageiros, até vinte tipos diferentes de borracha podem ser usados ​​em diferentes partes do pneu. Um composto de borracha pode ser usado na banda de rodagem para uma boa tração em climas frios; outro composto é usado para dar maior rigidez nas paredes laterais do pneu.

Depois que os engenheiros de pneus estão satisfeitos com os estudos de computador de um pneu novo, engenheiros de fabricação e montadores de pneus qualificados trabalham com os projetistas para produzir protótipos de pneus para teste. Quando os engenheiros de projeto e fabricação estão satisfeitos com um novo projeto de pneu, as fábricas de pneus começam a produção em massa do novo pneu.

A máquina de fabricação de pneus inventada pela WC State of Goodyear Tire Company em 1909 aumentou drasticamente a produtividade dos trabalhadores .

A história dos pneus é um excelente exemplo de como as inovações em uma indústria podem causar mudanças massivas em outra. Simplificando, a "decolagem" da indústria automobilística transformou a indústria da borracha nos Estados Unidos durante os primeiros anos do século XX. A indústria da borracha do final do século XIX concentrava-se na produção de calçados e pneus para bicicletas e carruagens. Na Primeira Guerra Mundial, borracha e pneus de automóveis eram virtualmente sinônimos na mente do público. Sete mil vendas de carros novos em 1901 foram acompanhadas pela venda de 28.000 pneus como equipamento original (OE) e 68.000 pneus de substituição adicionais. Em 1918, com os pneus formando cerca de cinquenta por cento das vendas de borracha, as vendas de pneus originais ultrapassaram os quatro milhões para o milhão de carros novos produzidos e a produção total de pneus atingiu 24,5 milhões.

Este vasto aumento na produção foi acompanhado pelo surgimento de empresas agora conhecidas como Goodyear, Goodrich e Firestone, e pela formação do centro da indústria em Akron, Ohio. E enquanto o emprego disparava, o aumento da produção só era possível com a ajuda da tecnologia. A inovação fundamental foi a mecanização da construção do núcleo. Antes de 1910, os pneus eram fabricados por trabalhadores que esticavam, cimentavam e costuravam cada camada e contas em torno de um núcleo de ferro. Em 1909, a empresa W. C. State of the Goodyear patenteou uma máquina que transportava as camadas, contas e piso em rolos transportados em uma torre central. O trabalhador puxava o material apropriado sobre o núcleo enquanto o motor elétrico da máquina mantinha a tensão adequada para que o trabalhador pudesse terminar de cimentar e costurar. Habilidade e destreza permaneceram importantes, mas a máquina de construção de núcleo simplificou e acelerou a produção de seis para oito pneus por dia por trabalhador para vinte a quarenta por dia, dependendo do tipo.

William S. Pretzer

O processo de fabricação

Um pneu de carro de passageiros é fabricado envolvendo várias camadas de borracha especialmente formulada em torno de um tambor de metal em uma máquina formadora de pneus. Os diferentes componentes do pneu são transportados para a máquina de formação, onde um montador habilidoso corta e posiciona as tiras para formar as diferentes partes do A primeira etapa no processo de fabricação do pneu é a mistura de matérias-primas - borracha, negro de fumo, enxofre e outros materiais - para formar o composto de borracha. Após o preparo da borracha, ela é enviada para uma máquina de fabricação de pneus, onde um trabalhador acumula as camadas de borracha para formar o pneu. Neste ponto, o pneu é chamado de "pneu verde". pneu, chamado de "pneu verde" neste ponto. Quando um pneu verde é concluído, o tambor de metal desaba, permitindo que o montador remova o pneu. O pneu verde é então levado a um molde para cura.

• 1 A primeira etapa no processo de fabricação do pneu é a mistura das matérias-primas para formar o composto de borracha. Os vagões fornecem grandes quantidades de borracha natural e sintética, negro de fumo, enxofre e outros produtos químicos e óleos, que são armazenados até serem necessários. Os sistemas de controle de computador contêm várias receitas e podem medir automaticamente lotes específicos de borracha e produtos químicos para mistura. Misturadores gigantes, pendurados como misturadores de cimento verticais, misturam a borracha e os produtos químicos em lotes que pesam até 1.100 libras.
• 2 Cada mistura é então remisturada com aquecimento adicional para amolecer o lote e misturar os produtos químicos. Em uma terceira etapa, o lote passa novamente por um misturador, onde produtos químicos adicionais são adicionados para formar o que é conhecido como mistura final. Durante todas as três etapas de mistura, calor e fricção são aplicados ao lote para amolecer a borracha e distribuir uniformemente os produtos químicos. A composição química de cada lote depende da peça do pneu - certas formulações de borracha são usadas para o corpo, outras fórmulas para os talões e outras para o piso.

Corpo, contas e banda de rodagem

• 3 Depois que um lote de borracha é misturado, ele passa por poderosos laminadores que comprimem o lote em folhas grossas. Essas folhas são então usadas para fazer as peças específicas do pneu. O corpo do pneu, por exemplo, consiste em tiras de tecido tipo pano que são cobertas com borracha. Cada tira de tecido emborrachado é usada para formar uma camada chamada camada no corpo do pneu. Um pneu de carro de passageiros pode ter até quatro camadas no corpo.
• 4 Para os talões de um pneu, feixes de arame são formados em uma máquina de embrulhar arame. Os feixes são então formados em anéis, e os anéis são cobertos com borracha.
• 5 A borracha da banda de rodagem e das paredes laterais do pneu viaja do misturador de lote para outro tipo de máquina de processamento chamada extrusora. Na extrusora, o lote é ainda misturado e aquecido e, então, forçado a sair por uma matriz - um orifício moldado - para formar uma camada de borracha. A borracha da parede lateral é coberta com uma folha de plástico protetora e enrolada. A borracha da banda de rodagem é fatiada em tiras e carregada em grandes caixas de metal chatas chamadas livros.

Máquina para fabricar pneus

• 6 Os rolos de borracha da parede lateral, os livros contendo borracha de piso e as prateleiras de Depois que o pneu verde é feito, ele é colocado em uma forma para cura. Com a forma de um molusco, o molde contém um balão grande e flexível. O pneu é colocado sobre o balão (bexiga) e o molde fecha. Em seguida, o vapor é bombeado para dentro do balão, expandindo-o para moldar o pneu contra as laterais do molde. Após o resfriamento, o pneu é inflado e testado. os talões são todos entregues a um montador habilidoso em uma máquina de fabricação de pneus. No centro da máquina está um tambor giratório dobrável que segura as peças do pneu. O montador de pneus começa a construir um pneu envolvendo as lonas de tecido revestidas de borracha da carroceria ao redor do tambor da máquina. Depois que as pontas dessas lonas são unidas com cola, os talões são adicionados e travados no lugar com outras lonas do corpo do pneu colocadas sobre os talões. Em seguida, o montador usa ferramentas elétricas especiais para moldar as bordas das lonas do pneu. Finalmente, as camadas de borracha extrudada para as paredes laterais e a banda de rodagem são coladas no lugar, e o pneu montado - o pneu verde - é removido da máquina de fabricação de pneus.

Cura

• 7 Um pneu verde é colocado dentro de um grande molde para o processo de cura. O molde de um pneu tem a forma de uma monstruosa concha de metal que se abre para revelar um grande balão flexível chamado bexiga. O pneu verde é colocado sobre a bexiga e, conforme o molde em concha fecha, a bexiga se enche de vapor e se expande para dar forma ao pneu e forçar a borracha da banda de rodagem contra o interior elevado do molde. Durante este processo de cura, o vapor aquece o pneu verde até 280 graus. O tempo no molde depende das características desejadas no pneu.
• 8 Após a cura ser concluída, o pneu é removido do molde para resfriamento e teste. Cada pneu é completamente inspecionado quanto a defeitos, como bolhas ou vazios na borracha da banda de rodagem, parede lateral e interior do pneu. Em seguida, o pneu é colocado em uma roda de teste, inflado e girado. Sensores na roda de teste medem o equilíbrio do pneu e determinam se o pneu roda em linha reta. Por causa do design e montagem de um pneu moderno, raramente um é rejeitado. Depois que o pneu é inspecionado e colocado na roda de teste, ele é movido para um depósito para distribuição.

Controle de qualidade

O controle de qualidade começa com os fornecedores das matérias-primas. Hoje, um fabricante de pneus busca fornecedores que testam as matérias-primas antes de serem entregues na fábrica de pneus. Um fabricante freqüentemente firma acordos de compra especiais com alguns fornecedores que fornecem certificação detalhada das propriedades e composição das matérias-primas. Para garantir a certificação dos fornecedores, os químicos das empresas de pneus fazem testes aleatórios das matérias-primas à medida que são entregues.

Ao longo do processo de mistura em lote, amostras da borracha são retiradas e testadas para confirmar diferentes propriedades, como resistência à tração e densidade. Cada montadora de pneus é responsável pelos componentes dos pneus utilizados. Números de código e um sistema de registro de computador abrangente permitem que os gerentes de fábrica rastreiem lotes de borracha e componentes específicos de pneus.

Quando um novo projeto de pneu está sendo fabricado pela primeira vez, centenas de pneus são retirados do final da linha de montagem para testes destrutivos. Alguns pneus, por exemplo, são abertos em fatias para verificar se há bolsas de ar entre as lonas da carroceria, enquanto outros são pressionados em pregos de metal para determinar a resistência à perfuração. Ainda outros pneus são girados rapidamente e forçados para baixo em tambores de metal para testar a quilometragem e outras características de desempenho.

Uma variedade de técnicas de avaliação não destrutiva também é usada no controle de qualidade do pneu. A videografia de raios-X fornece uma visão rápida e reveladora através de um pneu. Em um teste de pneu de raio-X, um pneu é selecionado aleatoriamente e levado para uma cabine de radiação, onde é bombardeado com raios-X. Um técnico de teste visualiza a imagem de raio-X em uma tela de vídeo, onde os defeitos dos pneus são facilmente detectados. Se um defeito aparecer, os engenheiros de manufatura revisam as etapas específicas da montagem do componente do pneu para determinar como a falha foi formada.

Além dos testes internos, o feedback dos consumidores e revendedores de pneus também está relacionado ao processo de fabricação para identificar melhorias no processo.

O Futuro

Melhorias constantes na química da borracha e no design dos pneus estão criando novos pneus incríveis que oferecem maior quilometragem e melhor desempenho em condições climáticas extremas. Os fabricantes agora oferecem pneus com durabilidade estimada em até 80.000 milhas. As bandas de rodagem, projetadas e testadas por computador, agora apresentam bandas assimétricas exclusivas para melhor tração e segurança em estradas molhadas ou com neve.

Os engenheiros de projeto de pneus também estão experimentando pneus não pneumáticos que nunca vazam porque não contêm ar sob pressão. Um desses pneus não pneumáticos é simplesmente uma placa de plástico grosso preso ao aro da roda. O plástico se curva para fora da borda até um ponto onde um piso de borracha é preso ao plástico para entrar em contato com a estrada. Esse pneu oferece menor resistência ao rolamento para maior economia de combustível e manuseio superior devido a uma maior área de contato entre a banda de rodagem e a estrada.