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

iii

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.

iv

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 a ajudar

incondicionalmente, sempre, sem palavras, muito obrigado.

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.

v

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.

vi

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.

vii

Sumário

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 1

2 A COMPETIÇÃO ........................................................................................................................... 2

2.1 REGRAS E RESTRIÇÕES DO CAMPEONATO ....................................................... 3

2.2 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS E SISTEMA ELÉTRICO .................................... 4

3 O PROJETO DA EMBARCAÇÃO .................................................................................................... 7

3.1 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

4 A CONSTRUÇÃO DA EMBARCAÇÃO .......................................................................................... 16

4.1 PLANEJAMENTO DA CONSTRUÇÃO ..................................................................... 17

4.1.1 Plano de laminação ........................................................................................... 19

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

5 RESULTADOS E CONCLUSÕES ................................................................................................... 33

5.1 CONCLUSÕES .............................................................................................................. 34

6 Bibliografia ................................................................................................................................ 35

1

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.

2

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

3

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

4

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.

5

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.

6

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

7

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

8

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),

9

- 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 pode-

se 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

10

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 Peso [Kg]

Cx [m] Cy [m] Cz [m]

Equipamento Salvatagem 0,65 3,44 0 0,45

Piloto +Colete +Roupas 76,00 3,44 0 0,34

Motor e Transmissão 16,00 0,40 0 -0,15

Sistema de direção 1,00 4,24 0 0,35

Painéis e estrutura 80,00 2,67 0 0,40

Bomba de porão 1,00 2,00 0 0,05

Casco e convés 23,00 2,76 0 0,25

Bateria e caixa 8,50 1,25 0 0,10

Fios elétricos 23,00 2,50 0 0,05

Assento 0,60 3,24 0 0,10

Extintor 1,00 3,94 0 0,25

MPPT 5,80 2,10 0 0,20

GPS 0,40 3,64 0 0,20

Radio 0,20 3,84 0 0,35

Remo 0,20 3,84 0 0,35

Peso e Centro de Gravidade total 232,35 2,71 0 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

11

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

12

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.

13

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 710 mm

k 0,028 -

v 16 Kts

u 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.

[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

14

Tabela 04 - Espessuras de Espuma Comercial

Espessura de Espuma Comercial (Core – d1)

f K2 d

4 mm 4,60 0,78 0,569mm 6 mm 6,90 0,75 0,547mm 8 mm 9,20 0,73 0,532mm

10 mm 11,50 0,71 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

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 710 mm

k 0,028 -

v 16 Kts

t 4,71 mm

u 1,05 N/mm²

Inercia/L 5,624 mm³

0,11 kg/mm²

[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

15

Logo o plano de laminação calculado e escolhido que atende a esses dois requisitos

está mostrado na tabela a seguir:

Tabela06 - Inércia do Laminado

Plano de Laminação

Peso Específico

[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 Área [m²] Peso especifico [g/m²]

Espessura [mm]

Peso Total [kg]

Casco 6,0 2243,32 6,60 13,45 Convés 2,5 2243,32 6,60 5,60 Anteparas 1,0 2243,32 6,60 2,24 Flutuadores 4,0 1283,32 0,64 6,00 Total Calculado 13,5 - - 27,40

16

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

17

- 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.

18

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.

19

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

Plugue Forma Flutuador Barco Áreas m²

1- Manta 300 Manta 300 Tecido 120 Tecido 120 Casco= 6,0 2- Manta 450 Manta 450 Manta 300 Divinicel Convés= 2,5 3- Tecido 600 Tecido 600 Tecido 120 Anteparas= 1,0 4- Manta 450 Flutuador= 2,0 5- Tecido 600 6- Manta 300

20

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

21

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

22

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

23

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

24

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

25

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.

26

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

27

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, lamina-

se 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.

28

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.

29

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.

30

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.

31

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.

32

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

33

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) 1,80 3,00 1,00 5,80 49 26 Tecido 120 casco (atm) 1,00 4,00 3,00 8,00 54 27 Tecido 120 casco (Vácuo) 1,00 4,00 3,00 8,00 56 26 Tecido 320 Beiral (atm) 0,40 0,40 0,00 0,80 54 25 Anteparas 320 (Vácuo) 0,70 0,50 1,50 2,70 55 26 Flutuador 1-TM320 (atm) 1,50 1,00 0,50 3,00 52 25 Flutuador 2-TM320 (atm) 1,50 1,00 0,50 3,00 56 27 Total 7,10 13,90 9,50 31,30 - -

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 Peso Calculado

Peso Medido [Kg]

Diferença [Kg]

Casco 13,40 16,80 3,30 Convés 5,60 5,80 0,20 Anteparas 2,40 2,70 0,30 Flutuadores 6,00 6,00 0,00 Total 27,40 31,30 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

34

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.

35

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)