CONSTRUÇÃO DE EMBARCAÇÃO SOLAR DE ALTO DESEMPENHO
PARA COMPETIÇÃO
Alexandre da Silva Machado
Projeto de Graduação apresentado ao
Curso de Engenharia Naval e Oceânica,
Escola
Politécnica,
da
Universidade
Federal do Rio de Janeiro, como parte
dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro Naval e Oceânico.
Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes
Rio de Janeiro
Janeiro de 2015
CONSTRUÇÃO DE EMBARCAÇÃO SOLAR DE ALTO DESEMPENHO
PARA COMPETIÇÃO
Alexandre da Silva Machado
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DOCURSO DE
ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS
PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO NAVAL E OCEÂNICO.
Examinado por:
Orientadora: Prof. ªD. Sc. Marta Cecilia Tapia Reyes
Prof. Alexandre Alho
Prof. D. Sc. Severino Fonseca da Silva Neto
RIO DE JANEIRO, RJ- BRASIL
JANEIRO DE 2015
Machado, Alexandre da Silva
Construção de embarcação Solar de alto desempenho
para Competição/ Alexandre da Silva Machado - Rio de
Janeiro: UFRJ/ ESCOLA POLITÉCNICA, 2014
VIII, 41 p.: il.: 29,7 cm.
Orientador: Marta Cecilia Tapia Reyes
Projeto de Graduação - UFRJ/ POLI/ Engenharia Naval e
Oceânica, 2014
Referências Bibliográficas: p.41.
1. A competição 2. Projeto da embarcação 3. Modelação
Computacional 4. Construção da embarcação 5. Analises Finais
I. Tapia Reyes, Marta Cecilia. II. Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Naval e
Oceânica. III. Construção de embarcação Solar de alto
desempenho para Competição.
iii
AGRADECIMENTOS
Grande agradecimento ao querido professor Fernando Amorim, que apesar de não
estar mais conosco, deixou um imenso legado de conhecimentos e praticas para
muita gente.
Em segundo lugar, porem não menos importante, professora Marta Tapia e
professor Alexandre Alho por estarem dando continuidade aos projetos do professor
Amorim e por terem me proporcionado fazer esse trabalho de projeto, analise e
construção da embarcação até o final do processo.
Professor Severino e professor Luiz Vaz, sempre despostos
incondicionalmente, sempre, sem palavras, muito obrigado.
a
ajudar
Agradecimento especial para minha família que me apoiou por toda minha longa
trajetória na UFRJ, sempre fazendo o possível e o impossível para me apoiar.
Obrigado também especial para minha companheira e apoiadora Nathally Milese,
sempre dando forças quando mais foi preciso.
Por final, agradeço ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico (CNPq), que patrocinou todo o projeto e construção da embarcação
que foi objeto de analise desse relatorio.
iv
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval e
Oceânico.
CONSTRUÇÃO DE EMBARCAÇÃO SOLAR DE ALTO DESEMPENHO
PARA COMPETIÇÃO
Alexandre da Silva Machado
Janeiro/2015
Orientadora: Marta Cecília Tapia Reyes
Curso: Engenharia Naval e Oceânica
O barco solar construído e analisado nesse projeto tem a função de participar do
desafio solar Brasil, competição com o objetivo de desenvolver tecnologia em
energia renovável. O projeto e construção da embarcação mais eficiente, faz toda
diferença na competição, associado com uma boa estratégia de consumo da energia
solar disponível. O projeto do barco teve como expectativas mais importantes: A
maior velocidade media (garantindo a menor resistência ao avanço) e ser o mais
leve possível (tanto o casco como todos os equipamentos utilizados). O processo de
construção escolhido para que a embarcação fique com o menor peso possível, será
explanado nesse trabalho, e algumas das características finais do casco e da sua
laminação serão analisadas no final do mesmo.
v
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Naval Engineer.
SOLAR BOATBUILDING HIGH PERFORMANCE
FORCOMPETITION
Alexandre da Silva Machado
January/2015
Advisor: Marta Cecília Tapia Reyes
Graduation: Naval Engineering
The boat that was built and studied in this project is powered by solar energy. The
boats purpose is to take part in the Solar Challenge Brazil, a competition aimed at
developing technology in renewable energy. The construction of a more efficient solar
boat, coupled with a better strategy for solar energy capture, makes all the difference
in the competition. The boat project has important expectations like: the fastest
cruising speed (ensuring the least resistance moving forward) and the lightest weight
possible (minimizing the weight of the hull and all equipment used).
The construction process was chosen to ensure the vessel has the lightest possible
weight. In this paper the construction and completed characteristics of the hull will be
explained.
vi
Sumário
1
INTRODUÇÃO.............................................................................................................................. 1
2
A COMPETIÇÃO........................................................................................................................... 2
3
2.1
REGRAS E RESTRIÇÕES DO CAMPEONATO ....................................................... 3
2.2
EQUIPAMENTOS UTILIZADOS E SISTEMA ELÉTRICO .................................... 4
O PROJETO DA EMBARCAÇÃO .................................................................................................... 7
3.1
4
EXPECTATIVAS DE PROJETO ................................................................................... 8
3.1.1
Forma ....................................................................................................................... 8
3.1.2
Posição E Peso Dos Equipamentos ................................................................ 9
3.1.3
Performance E EstratégiaEnergética ..........................................................11
3.1.4
Embarcação Projetada .....................................................................................11
3.1.5
Estrutura ...............................................................................................................12
A CONSTRUÇÃO DA EMBARCAÇÃO ..........................................................................................16
4.1
PLANEJAMENTO DA CONSTRUÇÃO .....................................................................17
4.1.1
5
4.2
LAMINAÇÃO DO PLUGUE. .......................................................................................20
4.3
Laminação da Forma ................................................................................................23
4.4
Laminação do Barco..................................................................................................26
4.5
Laminação do convés e Flutuadores ..................................................................28
RESULTADOS E CONCLUSÕES ...................................................................................................33
5.1
6
Plano de laminação ...........................................................................................19
CONCLUSÕES ..............................................................................................................34
Bibliografia................................................................................................................................35
vii
1 INTRODUÇÃO
Trata-se do projeto e construção da embarcação mono casco, para participar do
Desafio Solar Brasil que aconteceu em Setembro de 2014, em Búzios. A referida
embarcação foi construída com a ajuda de 4 alunos do curso de Construção Naval da
Escola Técnica Henrique Lage, patrocinada pelo CNPQ, e usada na competição pela
equipe Henrique Lage.
Durante a competição, as embarcações são movidas com a energia solar, tendo
apenas o piloto a bordo, que se comunica em tempo real com o resto da equipe para
navegar com estratégia. Todas as equipes recebem o mesmo conjunto de placas
solares, esse é o único equipamento que iguala as equipes, todos os outros
equipamentos podem ser escolhidos livremente, dando prioridade aos equipamentos
mais leves e eficientes, destacando-se aquela equipe que alcançar uma melhor
estratégia energética e um melhor desempenho casco/motor, conseguindo finalizar
todas as corridas sem parar no meio dela.
No projeto da embarcação visualizasse as expectativas que acreditamos fazer o barco
vencer. As qualidades principais para esse barco serão projetadas e analisadas, dentro
das restrições da regra que guia o campeonato. Algumas dessas qualidades são: a
forma, que deve ser a mais fina e esbelta possível, para ter menor atrito com a água,
os equipamentos serão analisados, escolhidos e alocados no barco para garantir o
equilíbrio e segurança da embarcação e seus equipamentos.
Como algumas equipes do departamento de Engenharia Naval já participaram desta
competição antes, existem algumas referências de projeto de casco que atendem as
restrições da regra da competição e buscam minimizar a resistência ao avanço. Esses
barcos de referencia (Ipanema e Copacabana) nos fornecem algumas informações de
desempenho que são comparadas entre eles, e nos mostram a direção melhor para
onde variar as medidas da embarcação que vai gerar melhor resultado, com isso
chegamos nas medidas e no desenho do casco a ser construído.
Depois de projetada e analisada, a embarcação será construída, porem o
procedimento de construção vai influenciar no peso da embarcação final diretamente
e na precisão que a embarcação vai ter em relação ao desenho projetado. Existem
inúmeros métodos diferentes de construir um barco, sendo ele de qualquer tamanho e
para qualquer função, só precisamos atender da melhor maneira possível as
expectativas projetadas para a embarcação.
O procedimento de construção a ser escolhido irá garantir a melhor precisão em
relação ao barco projetado e também deve proporcionar a construção do barco mais
leve possível. Todo o procedimento de construção foi registrado e será explicado no
decorrer do relatório com fotos de todo processo.
Analisando o barco pronto e os dados registrados durante a construção da
embarcação, podemos chegar a conclusões que podem ajudar na construção de
outras embarcações iguais, o objetivo desse campeonato é realmente desenvolver
tecnologia.
1
2 A COMPETIÇÃO
A competição solar tem como maior objetivo e motivação o desenvolvimento do uso
da energia solar, para ser usada cada vez mais no nosso cotidiano e quem sabe um
dia substituir completamente os combustíveis foceis e nucleares. Está sendo visto
diariamente que nosso clima ficou descontrolado principalmente por conta do
aquecimento global, os combustíveis foceis tem grande percentual dessa culpa, novas
saídas estão sendo propostas.
Como se sabe a energia limpa tem sido cada vez mais procurada por empresas que
querem desenvolver tecnologia renovável e se associar com essa imagem, dessas
empresas que serão solicitados os equipamentos do barco, como patrocínios para
equipar essa embarcação, com as devidas propagandas coladas no casco.
O campeonato tem quatro percursos diferentes, com distancias também diferentes,
que são escolhidos na hora de acordo com as condições do tempo e do mar,
demarcados por boias (10, 15, 25, 30km). O vencedor de uma determinada classe é a
equipe que completar a distância total com o menor somatório de tempos. As corridas
são realizadas de manha 9h podendo ser a tarde de acordo com o tempo..
Outros eventos como esse acontecem em vários lugares do mundo, com o mesmo
objetivo de desenvolver meios limpos de energia, são como exemplos a pioneira Dong
Energy Solar Challenge no Norte da Holanda, Dutch Open Solar Challenge no sul da
Holanda e norte da Bélgica, Solar Splash nos Estados Unidos da América e Desafio
Solar Brasil organizado pelo Polo Náutico da UFRJ.
A competição é dividida em duas classes de embarcações: Classe catamarã A e Classe
monocasco B. A embarcação monocasco é capaz de operar de maneira bem eficiente
na condição de semi-planeio e deslocamento, podendo ter a ajuda de flutuadores
laterais para garantir a estabilidade, porem os flutuadores não podem tocar na agua,
pois seria um trimarã. O monocasco possuir a menor área molhada entre as
alternativas de casco, com isso menos resistência que o catamarã. Além de não ser
necessário comprar os seus próprios painéis solares é a mais numerosa e competitiva
classe.
Figura 1 – Local da Competição em Búzios
2
2.1 REGRAS E RESTRIÇÕES DO CAMPEONATO
Na regra as equipes são divididas em 2 classes (A e B):
Classe catamarã (A):A classe catamarã é indicada para equipes iniciantes e menos
experientes, por serem embarcações com dois cascos podemos garantir maior
segurança na estabilidade, garantindo que nunca vá virar, por outro lado são
embarcações que arrastão mais na água por conta dos dois cascos, é mais pesada e
tem menor manobrabilidade.
Classe monocasco (B): A classe monocasco exige mais experiência e conhecimento da
equipe, porque como é uma embarcação com apenas um casco, o barco pode se
tornar instável em varias situações, podendo até girar e virar no mar, causando um
grande problema para os equipamentos em geral.
A classe B monocasco foi a escolhida para esse projeto, porque com apenas um casco
podemos construir uma embarcação mais leves e esbelta, com menos área molhada,
podendo diminuir bastante a resistência ao avanço e permitindo alcançar maiores
velocidades
com
a
mesma
energia.
Como o casco construído é bastante esbelto e trabalha no limite da sua estabilidade,
ele possui flutuadores laterais, um em cada bordo, que não podem tocar a água ao
mesmo tempo, apenas nas curvas mais acentuadas, por restrição da regra da classe
monocasco e para garantir a segurança da embarcação. Todas as características da
embarcação e o porque foram escolhidas, serão apresentadas no próximo tópico,
projeto.
O campeonato tem quatro percursos diferentes, com distancias também diferentes,
que são escolhidos na hora de acordo com as condições do tempo e do mar,
demarcados por boias. O vencedor de uma determinada classe é a equipe que
completar a distância total com o menor somatório de tempos. As corridas são
realizadas de manha 9h podendo ser a tarde de acordo com o tempo.
No item 2.1 do regulamento são estabelecidos o comprimento total máximo de 6
metros, boca máxima de 2.4 metros e altura acima da linha d’água máxima acima de
1.3 metros, além do número de tripulantes limitado em um, apenas o piloto.
No item 4.2 do regulamento o piloto com seu equipamento de salvatagem deve ter
um peso de pelo menos 70 Kg, caso o piloto esteja abaixo deste peso a diferença
deve ser compensada por lastro. Para melhorar o desempenho da embarcação o piloto
escolhido terá no máximo os 70 Kg e para fins de análise de equilíbrio e peso dele
será considerado esse.
O item 2.2.14 do regulamento estabelece uma borda livre mínima de 25 cm para os
primeiros 2m de comprimento da região da proa e de 20 cm para o resto da
embarcação.
O regulamento no item 2.2.5 estabelece um critério de estabilidade estática a ser
atendido pela embarcação. Este critério é avaliado durante um teste de estabilidade
em que um aparato de alumínio é fixado na cabine na posição do piloto e seu peso
produz um momento de 150 N*m, em seguida o angulo de banda é medido e deve
ser inferior ao valor de 12,5º.
No regulamento item 2.2.3.Nas baterias temos uma carga inicial garantida no inicio
da prova, e cada equipe pode usar a sua própria bateria, com isso as mais leves são
3
as preferidas. O regulamento apenas restringe a capacidade de energia em
1000w*h.A.
2.2 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS E SISTEMA ELÉTRICO
O sistema energético é composto por equipamentos elétricos e eletrônicos, com o
propósito de desenvolver o maior aproveitamento energético, desenvolver a maior
velocidade da embarcação através do percurso, no menor tempo possível,
armazenando e transmitindo os dados de desempenho instantâneo da embarcação.
Figura 2 – Sistema Elétrico
MPPT: Aparelho eletrônico que recebe a tensão das placas solares e das baterias,
estabilizando todo o sistema durante o funcionamento do motor, que ao funcionar
gera uma queda de tensão natural no sistema, e o mppt estabiliza e monitora as
informações de carga e descarga da bateria, e a tensão nas placas. As informações
são enviadas para o monitor que fica na cabine do piloto, e também são transmitidas
em uma frequência pré ajustada, assim a equipe em terra consegue receber os dados,
o software fazer os cálculos de quanto resta de bateria com a insolação naquele
momento, melhor orientar o piloto se ele pode acelerar ou se deve diminuir a
velocidade para economizar energia e não parar. Esta embarcação tem de ser capaz
de gastar toda a energia que tiver disponível, ou seja, durante longos percursos em
tempo nublado deve economizar energia, porém deve possuir um sistema propulsivo
capaz de utilizar toda a energia disponível em pequenos espaços de tempo com altos
valores de potência sendo produzidos pelos painéis solares.
4
Figura 3 - MPPT
Bomba: A bomba é um equipamento de segurança obrigatório para todas as
embarcações, ela é automática e funciona assim que o nível da água sobe.
Figura 4 - Bomba
Placas Solares: São fornecidas pela organização do campeonato, todas as equipes
recebem 6 unidades da mesma placa solar que tem a função de receber e transformar
os raios solares em impulsos elétricos enviados para o MPPT. Cada placa tem a
potencia de 240w, da marca Kyocera modelo KD240GH-2PB.
Figura 5 – Placas Solares
Ventilação: A ventilação é obrigatória e faz parte do sistema de segurança para
refrigerar e ventilar o compartimento das baterias e mppt, os aparelhos geram calor e
as baterias normalmente trocam gases, por ser uma reação química.
5
Figura 6 – Ventilação das caixas
Motor: Cada equipe é responsável pelo seu próprio motor e transmissão caso precise
usar. Analisando os motores mais usados podemos ver alto torque e transmissão
mecânica, baixa rotação por terem maior eficiência, facilidade de manutenção (por
ficar fora da água) e maior eficiência hidrodinâmica. Isso se compararmos aos
motores capsulados que ficam submersos. O motor da marca Brushless DC motors
modelo hpm500b, tem sido muito usado pela alta eficiência de 91% e alto
desempenho.
Figura 7 - Motor
Baterias: Nas baterias temos uma carga inicial garantida no inicio da prova, e cada
equipe pode usar a sua própria bateria, com isso as mais leves são as preferidas. A
função das baterias é absorver flutuações no valor de potência produzida pelos painéis
devido a variações instantâneas da irradiação solar incidente neles e armazenar uma
pequena quantidade de energia captada pelo painel antes da largada de cada etapa.
Com o banco de baterias ligado em paralelo com os painéis fotovoltaicos, a potência
exigida pelo motor vem dos painéis e bateria caso esta seja maior do que a potência
produzida pelos painéis. No caso dos painéis estarem produzindo mais energia do que
o motor está consumindo, o excedente de energia é armazenado na bateria até que
esta atinja a sua capacidade máxima.
Figura 8 – Bateria de ÍonLítio
6
3 O PROJETO DA EMBARCAÇÃO
No projeto da embarcação são definidas suas funções e de que maneira isso vai
acontecer, definindo expectativas e respeitando as restrições já comentadas. A
embarcação projetada (monocasco) deve navegar usando apenas energia solar
captada pelas placas solares e uma bateria totalmente carregada, somada com a
estratégia da equipe e uma embarcação leve, construída com novos procedimentos e
matérias mais leves.
A velocidade de projeto que garante a melhor performance da embarcação, deve ser a
máxima que permita que o casco permaneça na agua todo o tempo, não queremos
que o barco plane (descolar o fundo do barco da agua), porque isso gera um gasto
maior de energia e ainda diminui bastante a manobrabilidade. Analisando os barcos
semelhantes e os resultados de arrasto do casco final, temos que 12 nós será uma
ótima velocidade dentro da restrição do fundo permanecer molhado.
As placas solares e o piloto são os equipamentos mais pesados e importantes da
embarcação, e esse peso precisa ser distribuído da melhor maneira possível,
começando pelo piloto que precisa ter boa visão do mar na sua frete, sendo
posicionado o mais a frete possível da embarcação, ajudando também na sua entrada
e saída da cabine, por ser a parte do barco com menor largura. Já as placas solares
começam a ser posicionadas logo atrás do piloto, uma ao lado da outra, posicionadas
transversalmente ao barco, com seus pesos tabelados e equilibrados sobre o convés
da embarcação sempre com uma folga para o ar passar por baixo das placas solares e
esfria-las, aumentando bastante a sua eficiência. Todos os pesos e posições estão na
tabela apresentada mais a frete e foram calculadas no software hidromax.
Uma outra estratégia permite ficar com a embarcação ainda mais leve e com menos
arrasto na água, porem diminuindo também a estabilidade da embarcação, por isso
essa embarcação conta com dois flutuadores, um em cada bordo, presos embaixo da
placa solar, porem os dois flutuadores devem ficar fora da água durante a navegação,
primeiramente porque a regra é clara, se os cascos tocarem na agua teremos um
trimarã e não um monocasco, por isso os flutuadores devem tocar na agua apenas
nas curvas mais acentuadas, garantindo a estabilidade.
Com tudo definido, é confeccionada uma planilha, com todos os equipamentos
utilizados na embarcação e seus devidos pesos, apresentado mais a frente. Com a
posição das placas e do piloto definidas, podemos distribuir os equipamentos pela
embarcação de acordo com os seus pesos, sempre calculando o melhor equilíbrio para
a embarcação no software hidromax.
No projeto iniciasse a estratégia de visualizar o melhor barco possível, usando dados e
conceitos já observados em outras embarcações, porem para qualquer embarcação de
competição, a velocidade e o peso são as principais características para ser
competitivo, porem aqui também temos a estratégia energética, ou seja, como vamos
trabalhar com a energia captada durante a operação da embarcação, com sistema de
transmissão de dados gps, temos em terra as informações gerais e instantâneas dos
medidores de consumo e captação de energia, podendo fazer uma planilha que calcule
a velocidade ótima instantânea de acordo com as medições naquele momento. Essa
estratégia faz com que a embarcação use o máximo da energia disponível sem que
tenha problemas de ficar sem energia no meio da corrida por gastar tudo de uma vez
7
só, o objetivo é passar pela linha de chegada zerando a bateria, tendo um
aproveitamento total da energia.
3.1 EXPECTATIVAS DE PROJETO
Após a explanação das atividades da embarcação e suas restrições, serão definidas as
expectativas que acolhem as qualidades requisitadas, para uma melhor visualização,
dai podemos realmente começar a definir valores a serem calculados, testados e
comparados para chegarmos as medidas e conceitos da melhor embarcação para essa
função.
- A embarcação deve se locomover apenas com a energia captada pelas placas
solares,
- Flutuadores laterais permitem um casco mais fino e garantem a estabilidade, (porem
os flutuadores não podem tocar na água durante a navegação, citado antes)
- A velocidade media da embarcação deve ser máxima, aproximadamente 12 nós,
- O casco e equipamentos devem ter o peso mínimo,
- Sempre terminar a corrida zerando o total de energia, aproveitamento máximo,
- Sistema de telemetria para transmissão dos dados para terra em tempo real,
- Procedimento de construção com foco na otimização do peso,
- Piloto deve ter visão ampla e condições boas para acessar a cabine, por isso será
alocado no inicio da proa, onde é mais fino, facilitando o acesso e a visibilidade.
- As quatro placas solares serão alocadas logo depois do piloto, onde a embarcação já
começa a alargar e ter maior flutuabilidade para apoia-las sem gerar trim nem banda,
posicionadas lado a lado, transversalmente a embarcação.
3.1.1 Forma
A forma é analisada como principal característica para termos uma embarcação
rápida nesse projeto. Para atender a expectativa associada velocidade ser máxima, é
preciso estabelecer características principais para forma, e testar a resistência ao
avanço de algumas embarcações com pequenas variações dessa forma, com objetivo
de chegar no casco com menor resistência ao avanço calculada pelo software CFD,
sempre respeitando as restrições e as características físicas projetadas e podem ser
citadas como:
-Proa Fina (Baixa resistência de onda),
-Seções do fundo arredondadas (diminuindo a área molhada e por consequência
diminuindo a resistência friccional),
8
- Borda livre mínima e forma bem fina, diminuindo o peso (a estabilidade é garantida
pelos flutuadores),
Com o software CFD, Computational Fluid Dynamics,que por sua vez faz uma analise
hidrodinâmica do escoamento da agua pelo casco e seus efeitos de resistência
friccional, resistência de onda, dependendo de como for configurado. Com isso podese analisar as ondas geradas por cada determinado casco e saber se o barco vai
arrastar mais ou menos na agua. Com isso conseguimos determinar a velocidade de
cruzeiro que o barco deve ter para navegar nessas condições.
Para o casco permitir a maior velocidade, partindo das características já citadas da
forma do casco, foram feitas algumas pequenas variações de casco, criadas e
analisadas, o casco que apresentou os melhores resultados dentro das restrições já
vistas e com os equipamentos embarcados, após avaliados pelo software está
representado.
Figura 9 – Resultado Analise CFD
Na imagem anterior temos o resultado da melhor embarcação avaliada no CFD, com
uma legenda com uma variação de cores de azul escuro (resistência
negativa),passando pelo verde (resistência zero) indo até vermelho escuro
(resistência positiva). Assim podemos analisar a imagem, na proa da embarcação
temos o corte da agua com a proa fina e uma pequena resistência friccional
representada em vermelho e amarelo, logo depois podemos ver um par de ondas
azuis que ajudam no embalo da embarcação e logo depois da popa temos um par de
ondas vermelhas afastadas da embarcação, mostrando a resistência de onda gerada
por ele, uma curto período de onda em vermelho. Esse foi o casco com os melhores
resultados na resistência ao avanço.
3.1.2 Posição E Peso Dos Equipamentos
Para atender a expectativa da embarcação de ser movida a energia solar, temos
muitos equipamentos elétrico eletrônicos responsáveis pela gestão da energia da
embarcação e pelo funcionamento de todo o sistema, por conta disso foi feito uma
tabela com os pesos e posições de todos os equipamentos da embarcação, para ser
9
analisado no mesmo momento que o casco, verificando estabilidade e equilíbrio,
lembrando que temos os flutuadores garantindo a estabilidade.
Tabela 01 - Tabela de pesos
Item
Equipamento Salvatagem
Piloto +Colete +Roupas
Motor e Transmissão
Sistema de direção
Painéis e estrutura
Bomba de porão
Casco e convés
Bateria e caixa
Fios elétricos
Assento
Extintor
MPPT
GPS
Radio
Remo
Peso e Centro de Gravidade total
Peso
[Kg]
Cx [m]
Cy [m]
Cz [m]
0,65
76,00
16,00
1,00
80,00
1,00
23,00
8,50
23,00
0,60
1,00
5,80
0,40
0,20
0,20
232,35
3,44
3,44
0,40
4,24
2,67
2,00
2,76
1,25
2,50
3,24
3,94
2,10
3,64
3,84
3,84
2,71
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0,45
0,34
-0,15
0,35
0,40
0,05
0,25
0,10
0,05
0,10
0,25
0,20
0,20
0,35
0,35
0,28
As placas solares também são fatores muito importantes, são instaladas no convés da
embarcação, logo atrás do piloto, são quatro placas no total com o peso considerável
de 80kg, e por isso a preocupação com o posicionamento dos equipamentos da
embarcação, no software hidromax foi feita essa distribuição de pesos e averiguado o
equilíbrio da embarcação sem gerar banda nem trim.
Com o equilíbrio de todos os pesos testados e analisados, e por ser uma barco de
competição, precisamos trabalhar nos limites, por isso a estabilidade é a mínima
garantida pelo software, consequentemente por esse motivo temos os flutuadores
garantindo que a embarcação não vire nas manobras.
Figura 10 – Configuração placas e piloto
10
3.1.3 Performance E Estratégia Energética
A performance desejada para embarcação depende de atender a todas as
expectativas já citadas e também que todos os sistemas funcionem em perfeita
comunhão entre eles, sem falhas nem quebras, juntamente com a estratégia
energética e com a maior eficácia possível.
A estratégia energética é muito importante, conseguindo monitorar em tempo real a
energia instantânea que entra na placa solar, a energia que está sendo consumida e a
energia que está sendo armazenada na bateria (sobrando), podemos fazer uma
estratégia para aproveitar ao máximo a energia disponível, lembrando que quanto
mais acelera a embarcação, a resistência ao avanço cresce exponencialmente,
portanto só vale a pena acelerar ao máximo se tiver muita certeza que a captação de
energia solar naquele momento está sendo máxima.
Levando em consideração que todo equipamento utilizado tem eficiência máxima e
peso mínimo, podemos fazer um calculo de energia consumida e energia captada
somada a bateria, com isso consideramos que o piloto deve cruzar a linha de chegada
zerando a carga da bateria e andando apenas com a captação da placa.
Normalmente esse estratégia é instantânea, a equipe desenvolve um programa no
software excel, que vai calcular a velocidade ideal instantânea, todos os dados são
enviados do barco para terra em tempo real (telemetria), e em terra a equipe recebe
esses dados que são analisados e inseridos
no programa, que faz as contas
automaticamente de qual velocidade o piloto pode acelerar naquele momento com
aquela insolação. Isso acontece em terra porque seria muita função para o piloto fazer
sozinho no barco, em terra a equipe com computadores podem gerar resultados muito
melhores, confiáveis e discutível entre os integrantes da equipe.
3.1.4 Embarcação Projetada
Com a embarcação definida, dentro das expectativas projetadas e analisadas,
chegamos aos valores principais de forma e algumas outras características da
embarcação, que podem ser observadas a seguir.
Tabela02 – Dimensões principais
Comprimento – L
6,00
m
Boca – B
0,71
m
Espelho de popa – Bt
0,60
m
Calado – T
0,15
m
Área Molhada – Wsa
0,66
m²
Resistencia ao avanço (4m/s)
121,45
N
11
O desenho da embarcação modelado no software Rhino3D, Rhinoceros, atendeu as
expectativas da analises de resistência ao avanço, que foi feita com a ajuda
ferramenta software CFD,Computational Fluid Dynamics, como já foi explicado no
item anterior quando foi feita essa analise de forma.
Já a distribuição de pesos e arranjo geral dos equipamentos, apresentados na figura
11, com todas as coordenadas de todos os equipamentos da embarcação definidos,
foram analisados com a ajuda da ferramenta Maxsurf, Modeler advanced software,
com resultados analisados garantindo o equilíbrio e a estabilidade, com a ajuda dos
flutuadores laterais, assim como já foi explicado na analise dos pesos dos
equipamentos.
Figura 11 – Desenho do barco balizado
3.1.5 Estrutura
O tipo de estrutura escolhido para o caso desta embarcação é a estrutura de
compósitos em sanduiche com núcleo de espuma de alta densidade. Este é um dos
tipos de estrutura mais eficientes que existe, garantindo rigidez com um baixíssimo
peso, comumente usado em embarcações de competição a remo.
Por se tratar de um tipo de estrutura de altíssima rigidez e a forma do casco ser bem
favorável a resistência estrutural do mesmo.
De modo a garantir a rigidez local do painel laminado, utilizamos como referência os
requisitos da regra para Fiber Reinforced Plastics da sociedade classificadora ABS[12]
para estruturas do fundo com os seus parâmetros definidos nesta planilha.
12
[ABS – Reinforced Plastic Vessels – 1978- pg68]
7.1.3 Sandwich Panels
b - Planing Vessels
Where sandwich construction is used for a bottom shell in a planing
vessel, the moment of inertia of both skins of a strip of the sandwich
panel 25 mm (1 in.) wide is to be not less than the moment of inertia
of an equal-width strip of a single-skin laminate that satisfies 7.1.2.b.
The total thickness of the sandwich panel is to be not less than
obtained from the following equations.
1 Where speed of vessel is less than or equal to 31 knots
d = 0.00041*k2*V*s/u mm
d 0.586*k2*V*s/u in.
d = total thickness in mm or in.
k2 = coefficient that varies inversely to the relative thickness of the
core as shown in Figure 7.8, where t and t1 are the thicknesses in mm
or in. of the outer and inner skins
v = sea speed of vessel in knots
S = span of shorter side of sandwich panel in mm or in.
u = shear strength of plastic core in kg/mm² or psi
Figura12 – Parâmetros da Regra da ABS– Reinforced Plastic Vessels – 1978- pg68
Para estes valores dos parâmetros, encontramos a espessura requerida de 4,71mm
(Core+Skin).
Tabela 03 – Espessura do tecido
s
k
v
u
710 mm
0,028 16 Kts
1,05 N/mm²
0,11 kg/mm²
De moda a garantir que o projeto se adapte perfeitamente a construção, foi
construída uma tabela de espessuras comerciais para podermos visualizar melhor as
opções e suas características físicas de espessura real.
13
Tabela 04 - Espessuras de Espuma Comercial
Espessura de Espuma
Comercial (Core – d1)
4 mm
6 mm
8 mm
10 mm
f
K2
4,60
6,90
9,20
11,50
d
0,78
0,75
0,73
0,71
0,569mm
0,547mm
0,532mm
0,518mm
Porém a regra determina que a inércia do sanduiche deve ser ao mínimo igual à
inercia equivalente de uma estrutura de casca com a espessura determinada pela
regra 7.1.2b
[ABS – Reinforced Plastic Vessels – 1978- pg69]
7.1.2 Single-Skin Laminates
b. Planing Vessels
The thickness of the bottom shell plating in planing vessels is to be not
less than either required by 7.1.2a or obtained from the following
equations.
1 Where speed of vessel is less than or equal to 31 knots
t = 0.0384*s*(k*V)^1/3 mm or in.
t = thickness in mm or in.
s = span of shorter side of plating panel in mm or in.
k = coefficient that varies with bottom shell plating panel aspect ratio
as shown in Table 7.1
V = sea speed of vessel in knots
u = shear strength of plastic core in kg/mm² or psi
Figura 13 - Parâmetros Regra ABS– Reinforced Plastic Vessels – 1978- pg69
Na tabela conseguimos observar melhor os valores calculados de inercia requerida.
Tabela05 - Inércia Requerida
s
k
v
u
710 mm
0,028 16 Kts
1,05 N/mm²
t
Inercia/L
4,71 mm
5,624 mm³
0,11 kg/mm²
14
Logo o plano de laminação calculado e escolhido que atende a esses dois requisitos
está mostrado na tabela a seguir:
Tabela06 - Inércia do Laminado
Peso Específico
Plano de Laminação [g/m²]
Espessura
[mm]
T120
351,66
0,323
Divinycell H80 6mm
930,00
6,000
T120
351,66
0,323
Acabamento
600,00
Total
-
2243,32 g/m²
Inércia/L
6,512 mm³
Como o plano de laminação foi dimensionado com a orientação de uma regra, que por
sua vez oferece um modelo para dimensionamento da espessura necessária de cada
camada do painel para garantir sua rigidez, espero que esta escolha estrutural possua
a resistência estrutural local necessária para toda a embarcação.
O peso de projeto da embarcação pode ser calculado, sabendo que a embarcação tem
13,5 m²e que a densidade da laminação foi calculada como 2243,33g/m². Com isso o
peso da embarcação deverá ser de 27,4 kg.
Tabela 07– Peso Calculado do laminado
Local
Casco
Convés
Anteparas
Flutuadores
Total Calculado
Área [m²]
6,0
2,5
1,0
4,0
13,5
Peso especifico
[g/m²]
2243,32
2243,32
2243,32
1283,32
-
Espessura
[mm]
6,60
6,60
6,60
0,64
-
Peso Total
[kg]
13,45
5,60
2,24
6,00
27,40
15
4 A CONSTRUÇÃO DA EMBARCAÇÃO
Para construir uma embarcação de pequeno porte em fibra de vidro, existem algumas
maneiras diferentes de fazer esse mesmo barco, porem com características finais de
peso
e
fidelidade
ao
desenho
projetado
diferentes,
por
exemplo:
- Plugue +forma: Com esse método temos como resultado uma embarcação muito
leve, também consegue ter uma ótima precisão entre o casco final e o desenho inicial.
Porem é o mais trabalhoso e demorado, onde é preciso primeiro construir um plugue
com a forma do barco idêntica a do desenho projetado, depois precisa-se construir
uma forma desse plugue, que quando pronta terá a negativa da forma do software e
dentro dela é laminado o casco do barco sem precisar de madeira nenhuma, apenas
fibra de vidro e divinicel. Porem é preciso construir 3 coisas ao invés de apenas uma.
Porem com a forme bem estruturada, podemos retirar outras embarcações dessa
mesma forma.
Figura 14 – Plugue, Forma e barco
- Streep Plank : Onde o negativo do esqueleto do barco é impresso em compensados,
e montado como uma forma, com tiras finas longitudinais que são montadas sobre
esse esqueleto, ligadas e presas por arames, depois de unidas recebem um
filetamento de massa em todas as fendas e conexões entre as tiras de madeira, que
quando curada, devesse retirar os arames com alicates e finalizar com a laminação de
fibra de vidro para selar a forma e garantir a estanqueidade e distribuição dos
esforções estruturais pelo tecido laminado nele. Faltando apenas o acabamento e a
pintura.
Figura 15 – Streep Plank
16
- Placas Planas: Muito parecido com o método acima, porem não se usa tiras de
compensado, e sim placas perfeitamente cortadas do tamanho das seções. Primeiro é
montado o picadeiro com todas as balizas estruturais ligadas formando o esqueleto
principal, que recebem as placas planas presas com pregos e coladas com resina e
massa nas frestas entre as placas, depois as cabeças dos pregos podem ser retiradas
com o esmeril, finalizando com a laminação de fibra de vidro para selar a forma e
garantir a estanqueidade e distribuição dos esforções estruturais pelo tecido laminado
nele. Faltando apenas o acabamento e a pintura para o barco ficar pronto.
Figura 16 – Placas Planas
Observando os métodos de construção citados, e considerando que o barco é para
competição, temos uma forte preocupação que o casco final seja o mais fiel ao casco
projetado, por isso o método de construção escolhido é o terceiro (plugue, forma e
braço), além de fiel, com esse processo podemos ter uma embarcação final muito
mais leve, com casco bem fino e sem emendas, porque a laminação do barco é feita
toda de uma só vez, usando vácuo para retirar o excesso de resina pontual e garantir
uma ótima colagem das placas e a fibra de vidro.
4.1 PLANEJAMENTO DA CONSTRUÇÃO
O método de construção escolhido é dividido em três etapas: Plugue, forma e barco.
Esse método tem o resultado final mais próximo e fiel possível à embarcação
projetada, nos garante que a embarcação terá uma ótima precisão em relação ao
desenho modelado e testado.
Com o método de construção definido, é feito o planejamento da obra, que consta da
sequencia: Desenho, Plano de laminação (plugue, forma e casco), lista de material,
construção do plugue, construção da forma, construção do casco, acabamento e
pintura.
A construção possui as seguintes etapas, nesta ordem: Construção do plugue,
construção da forma e construção do barco. Cada uma delas tem o seu próprio plano
de laminação de acordo coma necessidade de cada parte da obra. Para melhor
visualização das etapas da construção foi feito um fluxograma onde podemos observa
a sequencia de todo trabalho e o tempo que durou cada etapa do processo de
construção, planejamento e projeto.
17
Figura 17 – Fluxograma da obra
O plugue é a primeira etapa a ser construída, existindo mais de uma possibilidade
para fazer isso, podendo usar um modelo esculpido em isopor por uma maquina
ligada ao computador, com grande precisão das medidas por ser uma peça inteira e
precisa ser idêntico a embarcação projetada, firme e rígido para não torcer nem
deformar.
Outra maneira de construir o plugue é com a ajuda de um picadeira e balizas cortadas
com precisão no laser, alinhadas e completas com espuma de poliuretano entre elas,
lixado até que fique bastante liso formando a superfície do casco para receber três
camadas de laminação. Finalizando, quando pronto é polido para não prender quando
a forma for laminada sobre ele. Não precisamos nos preocupar com o peso, apenas
com a rigidez.
A forma é laminada sobre o plugue, ela precisa ser bem firme para não torcer, por
isso recebe laminação extra e estruturas externas para garantir que não deforme,
também são instalados suportes para ela fica em uma boa altura de trabalhar, não
precisa se preocupar com o peso e quanto mais resistente for mais ela vai durar e
mais barcos podem ser feitos nela.
O barco precisa ser o mais leve possível, com o formato idêntico da forma, por isso foi
laminado usando procedimento de laminação a vácuo, diminuindo o peso, as
emendas, os pontos duros com acumulo de resina, uma laminação regida sem bolhas.
O casco tem estrutura como um sanduiche, uma camada de divinicel entre duas
camadas de fibra de vidro, formando uma superfície muito resistente e leve. Além das
aplicações de alta performance em estruturas e barcos pelo processo de vacum bag,
essas matérias são matérias primas em vários setores industriais, tais como a
indústria eletrônica, de embalagens e construção civil.
18
Figura 18 – Desenho das balizas no hinoceros
4.1.1 Plano de laminação
O plano de laminação garante que a embarcação seja resistente e leve, para garantir
as normas de segurança com o mínimo de reforçadores necessários para fica mais
leve. O plano de laminação foi calculado e definido junto com a estrutura da
embarcação.
A fibra de vidro utilizada é leve e resistente o suficiente para garantir a estrutura com
apenas duas camadas, fazendo um sanduiche com uma espuma de divinicel no
centro, formando uma estrutura bem forte e muito conhecida na engenharia, assim
como já explicado quando a estrutura foi analisada.
A laminação do barco, feita usando procedimento de vácuo, com objetivo de
minimizar ainda mais o peso final e otimizar a qualidade da laminação, onde todo ar
da laminação é retirado (onde geraria bolhas e com isso pontos de retrabalho ou
falha) e também retirando todos os pontos de excesso de resina (onde geraria pontos
duros onde se iniciam as trincas). E como nosso procedimento envolve três
construções, é apresentado na imagem o plano de laminação de cada parte da
construção.
Tabela08 – Plano de laminação
Plano de
Laminação
123456-
Plugue
Forma
Flutuador
Barco
Áreas
m²
Manta 300
Manta 450
Tecido 600
Manta 300
Manta 450
Tecido 600
Manta 450
Tecido 600
Manta 300
Tecido 120
Manta 300
Tecido 120
Divinicel
Tecido 120
Casco=
Convés=
Anteparas=
Flutuador=
6,0
2,5
1,0
2,0
19
A laminação do plugue consiste em uma camada de manta 300, manta 450 e tecido
600 para representar as linhas do plugue com bastante fidelidade.
Já a laminação da forma consiste em 5 camadas na seguinte ordem: manta 300,
manta 450, tecido 600, manta 450 e tecido 600, a fim de manter uma boa estrutura
para aguentar sua reutilização para novos barcos a partir desta forma.
Para finalizar, a laminação do barco consiste em apenas duas camadas bem finas de
tecido 120 com uma camada de divinicel entre os tecidos, deixando a estrutura leve.
O tempo de cada laminação, temperatura e umidade do ar são cronometrados e
registrados para as devidas análises.
Para melhor visualização das etapas da construção e o tempo gasto em cada uma
delas, feito um cronograma, onde podemos observa a sequencia de todo trabalho, o
tempo que durou cada etapa do processo de construção, planejamento e projeto.
Figura 19 – Cronograma
4.2 LAMINAÇÃO DO PLUGUE.
Finalizando o desenho, inicia-se o procedimento de construção do Plugue. Primeiro
passo consiste em cortar as balizas em uma máquina com precisão de milímetros,
corte feito a laser. Montado e alinhado um picadeiro com distância entre balizas de
0,50cm assim como foi projetado. Com todas as balizas alinhadas presas com
madeira e parafuso, uma por uma conferindo o nível em todas.
Figura 20 – Montagem das balizas no picadeiro
20
Com as balizas posicionadas, blocos de poliuretano são encaixados entre elas, um por
um. Após todos eles encaixados, ocorre o corte e o lixamento dos excessos de
poliuretano até chegar na madeira das balizas que são a referência da forma. Para
lixar, são utilizados tacos de madeira com lixas (granulação 50) coladas, tendo assim
contato
direto
com
a
referência.
Figura 21 – Blocos de poliuretano encaixados e cortados
Com os blocos de poliuretano devidamente lixados, acontece a primeira laminação
com manta 300, a fim de proteger os blocos que são frágeis e aplicar uma camada de
massa para cobrir as imperfeiçoes que ficaram pelo caminho. Com os devidos reparos
nas imperfeições, deu-se início à segunda laminação do plugue, com manta 450, e
depois a terceira com tecido 600.
Figura 22 – Plugue antes da primeira laminação
Após as laminações do plugue, acontece o processo de acabamento com a colocação
de massa nos pontos com depressões, e em seguida, lixando essa mesma massa até
21
ficar com a superfície lisa na qual será a superfície usada como base para a fôrma
(lixas 100, 300, 600, 1200), houve o recorte das rebarbas da laminação e instalação
de uma madeira em toda volta para servir de borda.
Figura 23 – Tecido 600
A massa é feita de resina poliéster misturada com alguns componentes de liga, tal
como talco, microesfera e aerosil. A microesfera é composta por minúsculas esferas
ocas, que facilitam o lixamento dessa massa. Já o aerosil e o talco são responsáveis
pela dureza e consistência lisa da massa para acabamento.
Figura 242 – plugue com gel desmoldante vermelho
22
4.3 Laminação da Forma
No inicio da laminação da forma é isolar um pequeno pedaço de um dos bordos da
proa, para a facilitação da retirada do barco de dentro da forma, depois de laminado,
fazendo o papel de uma janela na forma a fim de facilitar a saída da proa que é muito
fina.
Figura 25 – Preparação para laminação do forma
São realizadas cinco laminações no plugue (manta 300, manta 450, tecido 600,
manta 450, tecido 600). No entanto, antes disso, é passado desmoldante e cera de
polir no plugue para que essas laminações possam se soltar quando a fôrma estiver
pronta e para que assim o plugue possa ser retirado de dentro dela.
Figura 263 – Laminação manta 450
23
Detalhes da laminação na proa onde a área do corte precisa ser respeitada,
demarcada pelas madeiras onde a resina não pode ultrapassar as mesmas, pois ainda
não foi aplicado desmoldante nem foram recortadas as rebarbas.
Figura 27 – Laminação tecido 600
Com a forma devidamente laminada, é feita uma estrutura de flutuadores cortados ao
meio e presos com massa na parte externa da forma, depois laminados com manta
300, formando uma teia de flutuadores que manterão a forma rígida, fazendo com
que os esforções e tenções recebidos pela forma se espalharam por toda superfície
por igual, diminuindo muito a tensão pontual, e mantendo a fineza do formato para
que seja possível retirar o barco dela sem perder o formato original.
Figura 28 – Colagem dos reforços da forma
24
Com toda a estrutura devidamente colada, dá início à laminação com manta 300. Esse
formato tubular do flutuador é ótimo para as estruturas em geral por não possuir
quinas, e a manta faz uma laminação no formato tubular sobre os flutuadores,
garantindo que a forma não seja comprometida no decorrer do tempo e do uso da
mesma.
Com a forma completamente estruturada e laminada, ainda com a janela na proa
aberta, que será laminada na sequencia e também estruturada segundo os mesmo
procedimentos usados para toda a forma.
Figura 29 – Janela de laminação da proa
A laminação seguinte da janela da proa, que até o momento, estava completamente
intacta e também estruturada. As rebarbas da laminação são cortadas e instalou-se
suportes para que a forma pudesse ficar de pé e em boa altura para se realizar a
laminação do barco.
Figura 30 – Instalação dos suportes
As rebarbas da laminação da forma são cortadas e alguns defeitos concertados para
finalizar o acabamento da forma. Os defeitos são raspados com espátula e lixados.
Receberam massa e lixa até ficarem com a mesma superfície do restante da forma.
25
Para começar a laminar o barco dentro da forma, precisa-se polir com lixa d’agua até
ficar bem lisa sem qualquer ponto com furo ou rugosidade , aplicando-se cera para
cobrir os furos menores que a lixa não conseguiu cobrir e por último o álcool
desmoldante que criará uma película quase plástica em toda a superfície da forma,
impedindo que a resina da laminação penetre na forma e cole o barco dentro dela
sem
conseguir
retirá-la.
Figura 31– Forma pronta
4.4 Laminação do Barco
Todas as etapas da laminação do barco são finamente monitoradas e registradas.
Pesando sempre o tecido a ser usado, a resina e o divinicel, juntamente com
informações de temperatura e umidade no ar. Esses dados estão na tabela 04. Com a
forma pronta, e com a cera desmoldante aplicada, iniciou-se a aplicação do gel coat
com rolinho por toda forma. Essa será a camada mais externa do barco quando
pronto.
Com o gel coat curado, são aplicadas duas camada de tecido 120 na forma,
modificando um pouco o plano de laminação inicial, já que houve preocupação com a
fragilidade superficial do tecido 120, e modificado o plano de laminação da seguinte
forma, duas camadas de tecido 120 por fora do divinicel e uma camada de tecido 320
por dentro do divinicel fechando o sanduíche.
Figura 32 – Laminação das duas camadas tecido 120
26
Com a laminação pronta, são cortadas as placas de divinicel para cobrir toda a área
planificada do casco da embarcação, de maneira que toda a superfície da fôrma tenha
placas de divinicel esticadas sem espaço entre elas.
Figura 33 – Divinicel devidamente cortado
Como a laminação do casco é à vácuo, para diminuir o peso final da embarcação e
garantir uma laminação com as placas muito bem coladas no tecido, gerando uma
peça única no final. Há necessidade de 6 materiais para finalizar essa laminação, que
serão descartados após o procedimento. São eles:
Peelply= Tecido permeável que não adere à laminação, deixando a resina passar e
absorvendo um percentual;
Filme perfurado= Plástico com pequenos furos que entra sobre o peelply, e por eles
passa o excesso de resina sendo absorvido pelo tecido absorvente (Breather);
Breather = Tecido de algodão que entra por cima do filme perfurado, absorvendo a
resina excedente;
Espiraduto = Material plástico muito parecido com organizador de fios usado em
residências, que fica espalhado pela superfície a ser laminada para manter o fluxo de
ar negativo que forma o vácuo dentro da bolsa;
Filme Vácuo= Plástico bem grosso que cobre toda a laminação. As bordas foram
coladas para gerar uma pressão negativa dentro do envelope e com isso a resina
excedente retirada da laminação como mostra a imagem 30;
Fita adesiva = Fita adesiva dupla face que tem a função de colar o filme vácuo na
forma a ser laminada ou na mesa se for o caso.
As placas de divinicel (espuma PVC) são coladas com massa epóxi. Por cima, laminase o tecido 320, finalizando o sanduíche e fechando o envelope do vácuo como
explicado anteriormente. A laminação a vácuo gera esse custo adicional, que para
esse projeto está especificado o valor de mercado, gerando um custo adicional de
R$536,00, equivalendo a 6% do material.
27
Figura 34 – resina sendo absorvida
4.5 Laminação do convés e Flutuadores
A laminação do convés e das anteparas são realizadas sobre uma mesa
completamente lisa e limpa com a mesma técnica da laminação do casco, vide
imagem abaixo. Primeiro o desmoldante e cera na mesa, depois a primeira camada de
tecido 120, uma camada de divinicel e a segunda camada de tecido 120 fechando o
sanduiche. As 3 anteparas projetadas foram instaladas no barco com o casco ainda
dentro da fôrma para manter a forma exata. Depois que as anteparas são
devidamente laminadas ao casco, obteve-se uma estrutura que garante a estabilidade
dessa fôrma.
Figura 35 – Laminação convés na mesa lisa
As cavernas são impressas em papel, coladas no divinicel e laminadas a vácuo na
mesa, sendo instaladas com massa epóxi e taps de fibra (tiras de tecido) para uni-las
ao fundo e costado, porem com o barco ainda dentro da forma.
28
Figura 36 – Anteparas Instaladas
Antes de retirar o barco da forma, foi feito o beiral, que tem o objetivo de sustentar o
peso de todo o convés e fazer o fechamento estrutural por toda volta do casco. Para
isso foi feito uma base com madeira mdf sobre a beira da forma com um espaçamento
de 5 cm para dentro do barco, e a laminação aconteu na parte de baixo do mdf, taps
de 10 cm de tecido 320 e manta 300 para fazer o beiral.
Figura 37 – Instalação beiral
Ao retirar o barco de dentro da fôrma, apoia-se sobre o cavaletes e coloca-se o
convés sobre o barco, marcando a borda e cortando o excedente. O convés é colado
ao casco com massa epóxi. Na figura abaixo vê-se o plugue, a forma e o barco lado a
lado nessa mesma ordem.
29
Figura 38– Plugue, forma e barco
Para a laminação dos flutuadores é utilizada uma forma feita da mesma maneira que
a apresentada nesse trabalho. Os flutuadores são responsáveis pelo equilíbrio da
embarcação em manobras e em mar com ondas. Para laminação dos flutuadores
utilizou-se uma combinação de tecido 320 com manta 320, laminados ao mesmo
tempo na forma, e depois instaladas as cavernas de divinicel no flutuador para
garantir a estrutura e forma do mesmo. Ele também possui um convés que foi
laminado na mesa e depois colado no flutuador.
Figura 39 – Laminação flutuadores
Com o convés colado, tapa-se os buracos remanescentes com massa epóxi e lixa 220
como acabamento para chegar na pintura e instalação do suporte que vai prende-los
ao casco.
30
Figura 40– Flutuadores laminados
Para o acabamento utiliza-se massa epóxi em todos os buraquinhos e irregularidades
do casco, assim como em toda a volta do convés. Depois com lixa fina para receber o
gel coat, camada que teve o acabamento bem fino para que a superfície da
embarcação pudesse ficar o mais liso possível e assim deslizar na água com menos
arrasto, precisando de menos potência para chegar mais rápido. Todos os
equipamentos do barco devem ser instalados nesse momento, motor, circuitos
elétricos, baterias e placas Solares.
Figura 41– Acabamento
Depois de todos os furinhos tapados e lixados, o casco recebe a primeira pintura, que
mostra defeitos, onde se coloca mais massa, depois lixar e pintar pela segunda e
terceira vez, até não encontrar mais defeitos. A pintura epóxi garante uma camada de
proteção mínima de 1 mm podendo chegar até 6mm, porem usamos o mínimo para
não adquirir muito peso.
31
Figura 42 – Barco pintado e finalizado
O nome da embarcação é uma homenagem ao eterno professor Fernando Amorim que
muito fez pela educação com qualidade!!
Figura 43 – Resultado do Desafio Solar Brasil 2014
A embarcação, Vida que Segue, conquistou o segundo lugar na sua categoria, no
Desafio Solar Brasil 2014, alguns parâmetros foram observados e registrados para
analise de desempenho da embarcação projetada.
Figura 44 – Barco durante o Desafio Solar Brasil 2014
32
5 RESULTADOS E CONCLUSÕES
Depois de toda apresentação do procedimento de laminação usado para construção
dessa embarcação solar, são apresentados os dados registrados no processo de
laminação da mesma: o peso de tecido , de resina e de divinicel usado em cada parte
do barco laminada, assim como a temperatura e umidade que também são fatores
determinantes na cura da resina epóxi, tudo foi monitorado e anotado.
Tabela 09 – Informações registradas na laminação
Local Laminado
Fibra
[Kg]
Resina
[Kg]
Divinicel
[Kg]
Total
[Kg]
Umidade
[%]
Temperatura
[ºC]
Convés tecido120 (Vácuo)
Tecido 120 casco (atm)
Tecido 120 casco (Vácuo)
Tecido 320 Beiral (atm)
Anteparas 320 (Vácuo)
Flutuador 1-TM320 (atm)
Flutuador 2-TM320 (atm)
Total
1,80
1,00
1,00
0,40
0,70
1,50
1,50
7,10
3,00
4,00
4,00
0,40
0,50
1,00
1,00
13,90
1,00
3,00
3,00
0,00
1,50
0,50
0,50
9,50
5,80
8,00
8,00
0,80
2,70
3,00
3,00
31,30
49
54
56
54
55
52
56
-
26
27
26
25
26
25
27
-
O peso final da embarcação foi de 31,30kg e o peso real projetado foi 27,40kg como
foi demonstrado no relatório. Podemos ver que o peso real da embarcação ficou
3,90kg acima do calculado, ficando mais pesada que no projeto, provavelmente esse
peso vem de massas de reparo que foram colocadas em defeitos e não foram
consideradas nas cálculos.
Tabela 10 – Diferença peso real e calculado
Local
Casco
Convés
Anteparas
Flutuadores
Total
Peso
Calculado
13,40
5,60
2,40
6,00
27,40
Peso Medido
[Kg]
16,80
5,80
2,70
6,00
31,30
Diferença
[Kg]
3,30
0,20
0,30
0,00
3,90
O procedimento de controle foi, seguir da maneira mais fiel ao plano de laminação, e
as devidas quantidades de cada material assim como calculado. Outro fator
importante na laminação é o controle da umidade e da temperatura, o tempo de cura
varia exponencialmente com a temperatura e a umidade alta atrapalha a organização
das moléculas que acabam ganhando umidade.
Como podemos observar nos valores medidos da tabela acima, não temos
temperaturas abaixo de 25º e o fabricante da resina restringe o uso dela com melhor
rendimento entre 20 e 30º, e a umidade no ar não passou dos 56% em nenhuma das
33
laminações, estando dentro do limite máximo de 80%. Porem a massa usada no barco
alguns com defeitos não foi registrada, esse controle poderia ter sido feito para tornar
o resultado ainda mais fino.
O resultado pode melhorar com mão de obra especializada, com isso terá menos
defeitos na laminação e menos massa de reparo, um especialista também consegue
espalhar mais a resina utilizada na laminação, diminuindo a quantidade utilizada e
chegando mais próximo do peso calculado. Metade do convés e o beiral foram
laminados sem vácuo, apenas preção atmosférica, e creio que se tudo fosse laminado
com o uso do vácuo poderíamos ter uma embarcação um pouco mais leve.
Analisando a embarcação navegar, podemos reparar que ela ficou com um pouco de
bande e de trim, porque os equipamentos não foram devidamente colocados na
posição projetada, e como a embarcação trabalha com estabilidade mínima, qualquer
diferença pode desequilibrar a embarcação, por isso a utilização dos flutuadores
laterais.
5.1 CONCLUSÕES
Como foi visto, o procedimento de construção exige o gasto extra de material, uma
vez que é preciso construir um plugue e uma forma para depois chegar no casco,
podendo acumular erro de uma etapa para a outra e comprometer toda a obra. Como
se trata de uma embarcação de alto desempenho, é muito interessante que os
responsáveis pela construção tenham pratica, para aproveitar o melhor resultado
possível com esse método de construção.
A laminação a vácuo possibilitou um melhor resultado, sem acumulo de resina
excedente nas partes mais baixas da forma, e com ótima fixação do sanduiche com a
ajuda do vácuo. Foi possível alcançar um resultado bastante próximo ao desenho
gerado pelo software e a laminação a vácuo diminui o peso e aumenta um pouco mais
no custo já que a laminação a vácuo utiliza outros materiais a mais que já foram
citados anteriormente.
Mesmo com todos esses procedimentos, o barco final ficou mais pesado do que o
projetado, com isso pode-se concluir que a embarcação tem mais material e pode
estar acumulado formando pontos duros, que são onde se iniciam as trincas e
rachaduras. A mão de obra não profissional (estagiários) possibilitou alguns erros que
foram precisos incluir massa de reparo, com isso ajudando a aumentar o peso, quanto
mais experiente for o profissional, mais próximo se chega do projetado.
Com a laminação a vácuo é possível minimizar o peso, como foi explicado, porém
aumentou-se os custos em 13% no geral. Como o barco em questão é de corrida e
uma das principais qualidades é que ele seja o mais leve possível, pode-se dizer que
esse custo adicional de 8% não deve ser considerado.
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6 Bibliografia
[1] Regras da Competição:
http://desafiosolar.wordpress.com/odesafio/regras/(acessado 01/06/2014)
[2] LABORATÓRIO DE ENERGIA SOLAR GESTE - PROMEC:
http://www.solar.ufrgs.br/(acessado 09/07/2014)
[3] Ficha Técnica do Painel Fotovoltaico:
http://www.kyocerasolar.com.au/assets/001/5425.pdf(acessado 20/07/2014)
[4] Formation Design Systems- Manual Hullspeed:
http://pt.scribd.com/doc/206121632/Hull-Speed-Manual(acessado 02/08/2014)
[5] ABS Rules for Building and Classing Reinforced Plastic Vessels 1978 Notices No. 1
and No. 2
[6] Barcos - métodos avançados de construção em composites, Jorge Nasseh (edição
2007)
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