engenharia mecânica no desporto - paginas.fe.up.ptprojfeup/submit_15_16/uploads/relat_1m01... ·...

no DesportoEngenharia Mecânica

Desportos radicais: Paraquedismo e Kayaking

2015/2016

Professor: José Ferreira DuarteMonitor: Miguel Pereira

Entrega: 02/10/2015 Data: 31/10/2015

Turma: 1M01Local: Universidade do Porto

Trabalho realizado pela equipa 1M1_4:

Jorge Gil

Filipe Santos

Daniel Silva

Pedro Matos

Resumo

Palavras-chave

No âmbito da unidade curricular “Projeto FEUP”, foi proposto ao grupo 1M1_4 do curso de Engenharia Mecânica (MIEM) o tema: “O papel da engenharia mecânica no desporto”.No seguinte relatório, o grupo pretende explorar o tema com uma abordagem focada nos desportos radicais, nomeadamente o paraquedismo e o kayaking, visando estabelecer um paralelismo entre a evolução da tecnologia subjacente à engenharia mecânica com o mundo destes desportos.Neste contexto, também nos foi dado a conhecer por parte do monitor de grupo Miguel Pereira a marca nacional “Nelo”, sediada em Vila do Conde, reconhecida pelo seu trabalho no universo da canoagem. Dadas as circunstâncias, a equipa interessou-se em pleno no tema e na eventualidade de visitar pessoalmente o estabelecimento da dita marca.No seguinte relatório, o grupo pretende esclarecer o leitor com os nossos conhecimentos recém-adquiridos graças a este projeto destes dois desportos.

Engenharia MecânicaTecnologiaMateriaisDesportoNeloMills Manufacturing

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto grupo 1M1_4

2

AgradecimentosA equipa deixa aqui os seus profundos agradecimentos a todas as pessoas e instituições que contribuíram para o desenvolvimento do trabalho, sendo estas:Nelo, com especial agradecimento a Nuno Ramos, pela visita guiada às instalações da Nelo e por toda a informação disponibilizada;Professor José Ferreira Duarte, pela informação dada e por conselhos sobre conceitos técnicos presentes no projeto;Miguel Pereira, monitor do projeto FEUP, pelo interesse no trabalho desenvolvido pelo grupo e ter sugerido boas fontes de pesquisa, incluindo a própria marca Nelo;Universidade do Porto, pelos recursos disponibilizados que facilitaram o nosso trabalho devido ao acesso a fontes de confiança.

Engenharia mecânica no desporto Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

3

Resumo/ Palavras Chave

Agradecimentos

Lista de Figuras

Lista de Equações

Introdução

Introdução Histórica Paraquedismo Kayaking

Introdução Teórica Paraquedismo Kayaking

Produção Paraquedismo Introdução Design Materiais Produção Kayaking Introdução Design Materiais Produção

Entidades Relevantes Paraquedismo Kayaking

Linha Temporal

Conclusão

Referências Bibliográficas

Referências Gráficas

Índice


4

2

3

5

6

7

89

10-12

141516

17-18

1919-21

2223

2425

26

27

28-29

30

13

Lista de figuras


Figura 1.0; 1.1; 1.2: Velocidade descendente num salto de paraquedas

Figura 2: Simplificação visual da relevância do paraquedas no aumento da área de secção

Figura 3: Eirik Veraas Larsen (Noruega) no Kayak Single (K1) 1000m

Figura 4: Attila Sandor Vajda (Hungria) no Canoe Single (C1) 1000m

Figura 5: Componentes de um paraquedas

Figura 6: Paraquedas com forma parabólica

Figura 7: Paraquedas com forma semi-esférica

Figura 8: 3 membros da equipa em frente a canoas concluídas, Nelo

Figura 9: “moskito”, a canoa revolucionária da Nelo

Figura 10: Máquina CNC

Figura 11: Moldes de produção

Figuras 12 e 13: Diferentes pinturas após a desmoldação

Figura 14: Rolos com os diferentes compósitos

Figura 15: Armazenamento da resina epoxy

Figura 16 e 17: Acabamentos interiores de um kayak Nelo

Figura 18: Logótipo “Skydive Portugal”

Figura 19: Logótipo “Mills Manufacturing”

Figura 20: Logótipo “Nelo”

Figura 21: Logótipo “Plastex”

Figura 22: Linha Temporal

7,8,9

9

12

12

13

14

14

18

18

19

19

20

21

21

22

23

23

24

24

25

5

Lista de equações


Equação 1: Lei da Gravitação Universal

Equação 2: Segunda Lei de Newton

Equação 3: Força da Resistência do Ar

Equação 4: Cálculo da Velocidade Terminal

10

10

10

11

6

IntroduçãoNeste relatório, a equipa pretende abordar os tópicos de paraquedismo e kayaking na perspetiva de avaliar o papel da engenharia mecânica na evolução destes.Resumidamente, a metodologia utilizada baseia-se em dividir os desportos em diversas componentes informativas, mencionando aspetos semelhantes nos dois desportos sob o mesmo subtítulo. Esta estrutura pretende facilitar a comparação entre os dois desportos nos mesmos tópicos de estudo, como por exemplo, o processo de produção de equipamento.Os aspetos focados começam com uma breve história do desporto; de seguida, expõem-se uma introdução teórica do ponto de vista físico de cada desporto; abordar-se-á também o equipamento que contribui para a prática da modalidade e o seu método de produção, notando as empresas de relevo no universo da modalidade; concluindo, conduzir-se-á uma avaliação da importância da engenharia mecânica em ambos os desportos.A informação presente no relatório provém de pesquisa bibliográfica, recorrendo assiduamente a dados disponibilizados na internet, sobretudo na temática do paraquedismo. Não obstante, complementamos o trabalho com uma ida à marca Nelo, sobre a qual o grupo abordarará posteriormente, que explicou detalhadamente o seu processo de desenvolvimento de produtos, desde a fase de pesquisa até à sua produção. A equipa decidiu então usar a informação extraída da visita como ponto de partida para a explicação dos conceitos apresentados.


7

Introdução histórica: paraquedismoApesar da história da modalidade diferir consoante a definição de paraquedismo, relatos históricos constam o ano de 1306 como o seu início, quando foram observados acrobatas chineses a saltar de muralhas e torres levando consigo um objeto semelhante a um guarda-chuva que teria a função de reduzir a velocidade em queda.No entanto, esta pratica só se formalizou no século XV quando Leonardo Da Vinci iniciou estudos baseados no voo de pássaros. Foi a partir desses estudos que Leonardo DaVinci inventou diversos engenhos e equipamentos voadores, sendo, por isso, considerado como o precursor e projetista de um paraquedas. Mesmo com diversos estudos, o paraquedas só seria patenteado em 1783, por Sebatian Lenormand, que começou a realizar diversos saltos. O ano de 1911 foi marcante para a história do paraquedismo, ocorrendo uma das maiores polémicas em relação ao desporto, mais concretamente a quem realizou o primeiro salto de um avião. A disputa é entre Grant Norton, que saltou com um paraquedas de seda dobrado e o Capitão Albert Berry, que foi com um paraquedas embalado numa caixa de metal. [1]A partir desta data, o paraquedismo sofreu uma rápida expansão a nível de desenvolvimento, também graças às suas aplicações bélicas. Hoje em dia, os materiais usados evoluíram de seda e pano a nylon ou kevlar®.


8

Introdução histórica: canoagemAs canoas e kayaks foram desenvolvidos ao longo de um percurso de milhares de anos, iniciado pelos povos nativos da América do Norte, sendo normalmente fabricadas pelo seu utilizador com materiais disponíveis localmente. A canoa era utilizada primordialmente pelos povos indígenas no deslocamento à procura de pesca e caça. A sua introdução na Europa remota a 1865 pelo escocês John MacGregor, que fabricou um kayak com 4,57 metros de comprimento, 0,76 metros de largura e 30 quilogramas de peso, construído em madeira, coberta por uma tela impermeável, ao qual deu o nome de “Rob-Roy”, que foi durante muito tempo considerado o modelo padrão deste tipo de embarcações.A partir de então surgiram várias adaptações deste modelo, de modo a permitir descidas mais ousadas em rápidos e pequenas cascatas, ou em termos competitivos, ou por mero lazer. A nível competitivo, foi em 1924 que a canoagem surgiu nos jogos olímpicos como desporto de demonstração, sendo apenas considerado desporto olímpico em 1936 (jogos Olímpicos de Berlim). Atualmente, é permitida a utilização de qualquer tipo de material para o fabrico de canoas e kayaks, porém a dimensão das embarcações é algo que está regulamentado pela federação, ao contrário do que acontecia na antiguidade. Esta possibilidade é explorada ao máximo pelos construtores, pois utilizam materiais como a madeira, certos metais, plásticos, materiais compósitos como o kevlar®, o que torna as embarcações mais leves, resistentes e duradouras fazendo com que sejam otimizados os eforços dos atletas. O desenvolvimento da canoagem em Portugal remota aos anos 30, porém só a partir de 1960 é que se verificou um gradual desenvolvimento que culmina com a formação da Federação Portuguesa de Canoagem em 1979. A canoagem portuguesa tem vindo a afirmar-se desportivamente ao longo do tempo, resultado dos bons resultados a nível internacional. Porém, não é só a nível dos resultados em provas que Portugal tem ganho expressividade, uma vez que a melhor marca de canoas e kayaks, Nelo, é portuguesa. [2]


9

Análise teórica do paraquedismo

Primeira fase: queda livre

O cerne, do ponto de vista cinemático, na análise do paraquedismo situa-se na relação entre a força gravítica exercida pela Terra no ser humano e na resistência do ar [3] (muitas vezes denominada drag na língua anglo-saxónica). Começando então por estes dois conceitos, sabemos que: - a força gravítica é uma consequência do campo gravítico da Terra. Sendo uma força, a sua dimensão é o Newton (N) em homenagem ao grande físico Inglês com o mesmo nome e o seu valor pode ser determinado pela seguinte expressão:

- a resistência do ar é também uma força; no entanto, distingue-se da força gravítica pelo facto de ser uma força mecânica [4] e não gerada por um campo de forças. A resistência do ar provém de diversos fenómenos, como a fricção superficial [5] e o form drag, que depende da forma do objeto; a influência de cada fator depende do contexto e da velocidade. No caso do paraquedismo, o mais relevante é a forma [3] e o seu valor pode ser determinado a partir da seguinte expressão:

No instante em que o paraquedista salta de uma plataforma, encontra-se em queda livre, ou seja, a única força que atua no corpo é a força gravítica. [5] A intensidade da força da resistência do ar é ainda, em módulo, menor, resultando no aumento do módulo da velocidade do paraquedista.

Com os conceitos presentes, começa-se a análise do contexto:

G = constante gravitacional; m1= massa do corpo 1; m2= massa do corpo 2; d=distância entre o centro de massa de ambos os corpos; F ou Fg=Força Gravítica; m = massa de um corpo genérico; a = aceleração

Cd = Coeficiente de “drag”; v= velocidade: A=área de secção; p=densidade


10

F= m a

Fr =

10

100

20

20

30

30

40

40

50

50 60 70tempo/s

velocidade sentido descendente/ m/s

ou

Figura 1.0- Velocidade descendente num salto de paraquedas

Equação 3- Força da Resistência do Ar (N)

Cd p v2 A12

Fg = G (m1 m2)d2

Equação 1 - Lei da Gravitação Universal Equação 2 - Segunda Lei de Newton

Segunda fase: equilíbrio

Terceira fase: abertura do paraquedas

A partir de um certo momento, a velocidade terminal é atingida, e a sua explicação fácil: basta recorrer à expressão da força de resistência de um fluído para concluir que esta é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade. Como a intensidade da velocidade estava a aumentar, pois a força resultante criava uma aceleração no sentido descendente, a força de atrito aumentou também até igualar, em módulo, a intensidade da força gravítica. Por isso, a velocidade torna-se constante. [6]

Naturalmente, quando o paraquedista se aproxima do solo, começa o processo de abertura do paraquedas com fim em diminuir o módulo da sua velocidade para concluir uma aterragem segura. Por que é que o paraquedas reduz a velocidade? Talvez pareça uma pergunta redundante, pois é uma noção intuitiva. Todavia, a explicação cinemática também não é mais complexa: analisando mais uma vez a expressão da resistência do ar, observa-se a influência da área de secção na velocidade: por estar no denominador, conclui-se que quanto maior a área de secção do paraquedista, menor será a o modulo da sua velocidade. [7]Deste modo, a intensidade da força de resistência do ar será, momentaneamente, maior em módulo que a força gravítica. [5]


11

Colocando a velocidade em evidência, obtém-se:

Fase 2

Fase 1

Fase 3

10

100

20

20

30

30

40

40

50

50 60 70 tempo/s


Equação 4 - Cálculo da Velocidade Terminal


v= Cd p A m a2

m a Cd p v2 A12=

Quarta-fase: segundo equilíbrioPelos motivos descritos na segunda fase, será atingida novamente a velocidade terminal, que permanecerá constante até ao contacto com o solo.


12

10

100

20

20

30

30

40

40

50

50 60 70tempo/s



Como funciona um paraquedasUm paraquedas funciona de uma maneira bastante simples: inicialmente, o paraquedista retira uma pequena extensão do paraquedas conhecida como paraquedas piloto, ligada à restante estrutura através de uma banda, e atira-a verticalmente, permitindo começar o processo de dilatação. Esta componente é responsável por facilitar a abertura do paraquedas principal, também denominado canópia, que dilatar-se-á. [10] O processo de dilatação ocorre, nos instantes iniciais, verticalmente, devido à velocidade do paraquedista, construindo uma forma cilíndrica até ao momento em que a sua altura atinge o máximo; de seguida, a maneira de insuflação do paraquedas pode ser comparada a uma transformação de um cilindro para uma esfera, tendo em conta a estrutura do paraquedas, obviamente. [9]

Figura 2 - Simplificação visual da relevância do paraquedas no aumento da área de secção

Teoria: canoagem e kayakingNo caso da canoagem e do kayaking, há informações importantes que afetam as prioridades no desenvolvimento de ambos.O que nos permite analisar as características do movimento destes corpos na água é a hidrodinâmica, o campo da física que estuda as propriedades de um corpo no seu movimento em água. Variáveis importantes no estudo hidrodinâmico serão a velocidade à qual o barco se desloca, a pressão aplicada no barco e a densidade da água. [8]Um dos objetivos na conceção de kayaks é a sua redução do atrito com a água. Este atrito pode ser reduzido através da diminuição da área frontal, resultando em designs menos largos. Na exposição do modo de produção das canoas Nelo, estará presente a explicação do sucesso da dita marca, que recorre a esta conclusão para produzir canoas com a menor largura possível.

Kayak e canoa: qual a diferença?Para responder a esta pergunta, basta pensar no centro de massa. Dado que num kayak, o atelta está situado a um nível praticamente idêntico ao nível aquático, o mesmo não acontece no caso da canoa, onde o atleta está erguido com um joelho, fazendo subir o seu centro de massa, e diminuindo a estabilidade.Kayaks são, portanto, mais compridos e mais estreitos do que as canoas. [8]


13

Figura 3 - Eirik Veraas Larsen (Noruega) no Kayak Single (K1) 1000m

Figura 4 - Attila Sandor Vajda (Hungria) no Canoe Single (C1) 1000m

Produção de um paraquedas: introdução


14

Após a análise cinemática dos momentos de queda, é fácil observar diversos momentos em que é essencial a presença da engenharia mecânica, que recolhe os dados experimentais associados a estes momentos e desenha, concebe, testa e conclui equipamento que permita a realização do salto com sucesso.O instante crucial no processo de queda livre é o terceiro: a abertura do paraquedas. Só o paraquedas funcional pode assegurar que o praticante da modalidade adquira a velocidade adequada a uma aterragem segura. Com tal em mente, quais os avanços da engenharia mecânica no desenvolvimento de um paraquedas? Daremos a resposta a esta questão de seguida, ao explicar o processo de produção de um paraquedas, dividindo o paraquedas em diversas componentes fundamentais para o seu funcionamento, salientadas na fotografia que se segue.

O paraquedas é atualmente o modo mais barato e eficiente de deceleração de cargas em queda-livre. São feitos de certos materiais e cordas de suspensão, formando uma estrutura que permite a insuflação, adotando formas que dependem das características do paraquedas. [9]

Figura 5 - Componentes de um paraquedas

canópia

linhas de suspensão

slider

Produção de um paraquedas: design


15

O design de um paraquedas poderá ser variado:

a canópia poderá ser uma esfera seccionada, apesar de já ser uma opção pouco comum no presente, sendo substituída por formas parabólicas ou cónicas;

certos paraquedas apresentam pequenas extensões, perpendiculares à canópia, que permitem um melhor controlo sobre a direção;

as linhas de suspensão poderão estar ligadas continuamente à canópia, ou poderão estar apenas conectadas à sua extermidade;

no topo da canópia situa-se um orifício que permite a diminuição de pressão: o seu tamanho varia consoante a velocidade espectável ao qual o paraquedas será sujeito. [11]

A nível de materiais, existem certas propriedades que são úteis para os classificar, sendo estas:Porosidade: a relação entre o volume de espaços vazios presentes num dado material e o seu volume total.Permeabilidade: a medida de capacidade de circulação de um fluído por uma material sem alterar a sua estrutura interna. Pode ser dividida em permeabilidade estática: capacidade de transmissão de fluídos a diminuição de pressão constante; ou em permeabilidade dinâmica: capacidade de transmissão de fluídos num curto espaço de tempo. [12]Alongamento: aumento percentual de um dado material no instante anterior a quebrar, quando sujeito a forças opostas. [13]

Figura 6 - Paraquedas com forma parabólica

Figura 7 - Paraquedas com forma semi-esférica

Produção de um paraquedas: materiaisA próxima secção será fortemente baseada em [14].Diversos materiais são utilizados em paraquedas, sendo que o nylon é o mais usado em designs convencionais, apesar da introdução do Kevlar e Vectran, materiais que vão ser abordados de seguida: [15]

NylonDesenvolvido pouco antes do irromper da Segunda Guerra Mundial, é usado muito frequentemente em paraquedas. O alongamento médio situa-se nos 30-40% em quebra.Sensível a raios UV.

Kevlar®Fibra desenvolvida inicialmente para pneumáticos, agora também usada em paraquedas;Alongamento em quebra entre 3% e 5%.Sensível a raios UV.

VectranPolímero LCP - Liquid Crystal PolymerAlongamento de 2% a 3%.Essencialmente imune a UV.


16

Produção de um paraquedas: canópia

Slider


17

O processo de concretização de um paraquedas começa com a criação da canópia. [11] Como já mencionado, o material pode diferir, dependendo da empresa e o propósito do paraquedas.Inicialmente, efetua-se um controlo de qualidade do material, inspecionando possíveis falhas estruturais do pano [16]. Para formar a canópia, são cortados diferentes troços de material, todos com as mesmas dimensões. A introdução de maquinaria laser capaz de recortar estas peças beneficiou muito este ramo da indústria, dado que a precisão no corte é fundamental. Com objetivo de minimizar o erro, o material é preso a uma plataforma através da criação de vácuo, diminuindo assim a probabilidade de ocorrerem desvios no momento de corte.Após os pedaços de material serem devidamente cortados, são então cosidos com máquinas de coser industriais [16] segundo regras explícitas: se diferir de 7 a 10 pontos por 2,5 centímetros, falhará no controlo de qualidade efetuado de seguida, dado que apresenta um maior risco de quebra quando sujeito a altas pressões.

Após concluída a canópia, segue-se a produção de uma componente importante denominada slider, responsável pela distribuição das linhas de suspensão para além de reduzir o impacto causado pelo súbito aumento de pressão, no momento em que o paraquedas é aberto. Em certos modelos, especialmente os mais antigos, esta parte não consta presença. Geralmente feita de nylon, a sua estrutura é reforçada com revestimento de silicone, e uma tira também de nylon é cosida nos seus contornos, apresentando um ou mais laços por onde passam as linhas de suspensão. Para reforçar esta tira, os pontos são efetuados em ziguezague. [16]

Linhas de suspensãoPor norma, estas linhas são em nylon, dadas as suas características. O maior obstáculo na sua aplicação no paraquedismo é a sua preparação, dado que estes fios são pré-fabricados e armazenados em rolos, pelo que é necessário esticá-los. Para isso, existe maquinaria específica, encarregue de desenrolar as linhas até assumirem as características necessárias. De seguida, segue-se o corte das linhas, feito num ângulo para diminuir a possibilidade de desfiamento. A sua colocação na estrutura do paraquedas dá-se através do slider, produzindo nós entre o fio e os laços. Estes nós visam maximizar a capacidade de resistência perante a força, também tendo em conta a sua relativa facilidade de substituição ao efetuar a manutenção do paraquedas. [16]

MochilaUma breve pesquisa em sítios especializados na venda de equipamento de paraquedismo confirma que o nylon também é usado muito frequentemente nas mochilas que carregam o paraquedas. A principal característica destas mochilas é o seu modo de costura: juntamente com o slider, os pontos são cozidos por máquinas industriais capazes de coser pontos em ziguezague. [16]

Com as linhas de suspensão ligadas à canópia e ao slider, resta dobrar o paraquedas e inseri-lo na mochila. Colocado o paraquedas numa plataforma lisa com as linhas de suspensão bem distintas, a sua dobragem é feita em camadas iguais: o tecido é sobreposto algumas vezes até estar uniformemente cruzado na sua íntegra. Desembaraçam-se então as linhas, é efetuado um último controlo de qualidade no caso de terem ocorrido falhas na produção ou algum problema com uma componente. Caso esteja tudo em ordem, são colocados na mochila dois paraquedas: o paraquedas principal e o paraquedas secundário. [16]

Dobragem


18

Figura 8 - 3 membros da equipa em frente a canoas concluídas, Nelo

Figura 9 - “moskito”, a canoa revolucionária da Nelo

Produção de um kayak: introdução

Produção de um kayak: design


19

Felizmente, a equipa teve a oportunidade de visitar a marca Nelo, sediada em Vila do Conde (distrito do Porto) que detém o estatuto de maior produtor de canoas do mundo.Criada em 1978 pelo primeiro campeão nacional de canoagem, Manuel Ramos, conseguiu afirmar-se no plano mundial de fabrico de canoas de alta competição. Iremos utilizar a informação adquirida na dita visita para esclarecer o processo de desenvolvimento de uma canoa, da folha de rascunho ao pódio olímpico.

O primeiro passo no design de um produto melhor que o seu antecessor começa muitas vezes pela análise dos pontos fracos deste.No caso da Nelo, os primeiros passos que tomou no seu caminho para o sucesso começaram com o modelo “Moskito”, no início da década de 90. Este desenho destacou-se por explorar uma ambiguidade no regulamento que definia uma largura mínima para a canoa. Este modelo foi tão diferente que obrigou uma revisão nas próprias regulamentações da competição.A partir daí, o objetivo com novos designs era continuar a inovação que começou com a “Moskito”, e para isso, recorriam aos modelos anteriores e observavam o que poderia ser alterado para aumentar o rendimento de maior forma.Esse paradigma ainda se aplica hoje: ao projetar uma nova canoa, o ponto de partida baseia-se nas canoas já existentes e procura-se encontrar áreas que podem evoluir no sentido da perfeição.

Após uma idealização de um modelo com base nos anteriores e a sua conceção em CAD (Computer Assisted Drawing), recorre-se a CFD (Computational Fuid Dynamics) para uma análise inicial nos parâmetros de hidrodinâmica e estabilidade. Através destes resultados, podem-se detetar áreas específicas que podem ser melhoradas, também com base em resultados anteriores. Os dados são, porém, bastante robustos e para testes mais precisos recorre-se a um protótipo de tamanho real.O protótipo é concretizado com a ajuda de maquinaria CNC com capacidade de maquinação até 2,6 metros, que começa por preparar um molde para a canoa. Após obter o molde, segue-se o fabrico de uma canoa de teste (o processo de construção de uma canoa vai ser explorado mais tarde) que será em seguida avaliada.

Para certificar que o modelo de teste é viável, recorre-se à fase de avaliação, levada a cabo num tanque de água para simular uma competição normal.O tanque encontra-se munido de diversos métodos de recolha de dados:

Câmaras de filmar, que permitem analisar as oscilações e turbulências da canoa de um modo qualitativo. Estas encontram-se colocadas por cima, em baixo e à frente do atleta.

GPS, que recolhe dados das coordenadas do sujeito durante o tempo de avaliação, disponibilizando assim conclusões quantitativas da turbulência, oscilação e estabilidade da canoa face à corrente aquática e movimento do atleta.

Sensores foto voltaicos, que calculam a velocidade instantânea do atleta.


20

Figura 10 - Máquina CNC Figura 11 - Molde de produção


21

O modelo é considerando um sucesso quando cumpre os seguintes parâmetros chave:

é estável: se o novo desenho tem um desempenho competitivo a nível de oscilação e turbulência, significa que a energia inserida por parte do atleta no movimento está a ter desperdícios mínimos, sendo assim um passo em frente;

tem tempos reduzidos: obviamente que o objetivo é reduzir sempre o tempo total que o atleta demora a cumprir uma dada distância. Se o tempo é inferior aos anteriores, o modelo é prometedor;

traz conforto ao atleta: uma grande prioridade para a Nelo é oferecer alternativas rápidas, estáveis e confortáveis para o competidor: uma canoa boa em teoria mas que provoque insatisfação terá sempre piores resultados, pelo que é um pilar de qualidade.

Após a fase de avaliação e uma conclusão positiva, chega o momento de manufatura e lançamento do modelo no mercado.Uma canoa começa a ser produzida com base num molde. Curiosamente, o processo inicia-se com a pintura: dependendo do modelo e da opção de costumização do cliente, o molde é pintado com Gelcoat, uma tinta à base de polyester, segundo o padrão desejado.

Figuras 12 e 13 - Diferentes pinturas após a desmoldação

Produção de um kayak: materiaisApós a pintura, procede-se à sobreposição de quatro a cinco camadas de material compósito que difere consoante a modalidade, de resina epoxy - um polímero termoendurecível e é usada uma rede com a estrutura de ninho de abelha (honeycomb).Os materiais que constituem as camadas são, predominantemente, três:

fibra de vidro: bastante barato e leve, mas quebradiço;

fibra de carbono: preço mais elevado que a fibra de vidro, apesar de ser algo quebradiço. Muito versátil e confere rigidez à estrutura da canoa;

kevlar®: também abordado na temática do paraquedismo, kevlar é caracterizado pela sua resistência ao impacto, pelo que é favorecido em modalides como o slalom.

As canoas têm, geralmente, pelo menos dois destes materiais presentes, fazendo variar o preço final. Os materiais mais rígidos, como kevlar, são utilizados nas modalidades radicais, como o slalom, pois a precisão do caráter hidrodinâmico e da massa final não é tão crucial. Não obstante, fibra de vidro é predominante nas competições em que a velocidade é fundamental, devido à messa reduzida.


22

Figura 14 - Rolos com os diferentes compósitos

Figura 15 - Armazenamento da resina epoxy

Produção de um kayak


23

Após as camadas serem colocadas no molde, um operário certifica-se que não há excessos de resina, pressionando o material numa direção perpendicular ao molde.A seguir, inicia-se o processo de criação de vácuo, isolando a canoa através de uma cobertura de plástico com uma ligação a um mecanismo responsável por isso mesmo. Isto obriga as camadas a selarem, permitindo a solidificação da estrutura sem interferência de impurezas. Para acelerar o processo, os moldes são transportados para um forno a 45º C, onde repousarão durante 12 horas.A última fase de produção começa no momento de remoção da canoa do molde, após esta sair do forno. Como a tinta foi aplicada diretamente no molde, a estrutura da canoa absorve-a, significando que o último passo é qualidade de controlo: todas as manhãs, um inspetor avalia as canoas, indicando as que apresentam falhas possíveis de remediar com fita-cola nos respetivos sítios, e também informando caso uma canoa esteja muito aquém do esperado.Com a luz-verde do inspetor, recorre-se à lixagem do modelo e instalação do banco (é de notar que os bancos de fibra de carbono são também feitos na Nelo, apesar do encaixe não, pois trata-se de uma peça em alúminio de baixo custo). E assim dá-se por concluída a produção de uma canoa: geralmente abaixo dos 12 kg, com o logótipo bem vísivel na lateral, pronto para ser um campeão de marca portuguesa.

Figuras 16 e 17 - Acabamentos interiores de um kayak Nelo

Entidades relevantes no paraquedismo


24

A Skydive Portugal, é a maior escola de paraquedismo em Portugal, situada no Aeródromo Municipal da histórica cidade de Évora no coração do Alentejo.Este sucesso, deve-se ao facto de terem ao dispor as melhores instalações depostivas, equipamentos de ultima geração, intrutores, dobradores e cameraflyers credenciados e qualificados pela Federação Portuguesa de Paraquedismo e pela USPA United States Parachute Association.Como garantia do sucesso da operação aérea, todos os dias do ano, contam com dois aviões devidamente preparados para a prática de paraquedismo. [17]A empresa Mills foi fundada em 1935 por Ernest A. Mills na cidade de Nova York mas que foi relocalizada para Asheville, na Carolina do Norte em 1952, para tirar partido da mão de obra disponível e da material prima presente na área. O seu climax de produção foi durante a guerra da coreia, pois recebiam encomendas de grande valor e quantidade para as tropas americanas. Os funcionários, deixaram o seu emprego principal, dado que muitos eram familiares do fundador que ajudavam ocasionalmente, para se dedicarem totalmente a este tendo como mentalidade a de uma grande competência e de elevada concentração, para atingir os parâmetros requeridos para as forças armadas.Atualmente, a sua estrutura tem cerca de 16258 metros quadrados, emprega 230 pessoas, todas elas especializadas e com elevado conhecimento em todos os aspetos na construção de paraquedas e como está localizada na costa este dos Estados Unidos, o preço de envio para todo o mundo é muito acessível comparado com as restantes empresas e exportadoras. [18]

Figura 18 - Logótipo “Skydive Portugal” Figura 19 - Logótipo “Mills Manufacturing”

Entidades relevantes na canoagem


25

A Mar kayaks, fundada em 1978, é uma empresa portuguesa que se dedica ao fabrico das embarcações da marca Nelo, dedicando-se à produção semi-artesanal de produtos compósitos de alta qualidade para utilização na área desportiva, nomeadamente canoagem de alta competição. [19] A Mar kayaks vê o mundo como um mercado único e que está perfeitamente ao seu alcance sendo que, durante os anos de Jogos Olímpicos, o crescimento da empresa chega aos 12%. Manuel Ramos era atleta quando começou a construir os seus próprios kayaks, embora só tenha pensado nas canoas como negócio quando terminou a carreira como atleta. Os seus produtos já ajudaram dezenas de atletas a ganhar competições internacionais: 20 das 36 medalhas atribuídas nos Jogos Olímpicos de Pequim relacionadas com a canoagem foram conquistadas por clientes da Nelo; quatro anos depois, nos Jogos Olímpicos de Londres (2012), a empresa portuguesa forneceu canoas e kayaks a 80% dos atletas participantes, ganhando 25 das 36 medalhas em competição. Outro dos segredos é o aumento da produtividade: os cerca de 90 trabalhadores asseguram a produção da empresa, tendo como principal concorrente a empresa polaca Plastex, sediada em Varsóvia. Na última década, a Plastex tem dividido a hegemonia das provas em kayaks, sendo nos últimos 5 anos ultrapassada pela marca portuguesa. [20]

Figura 21: Logótipo “Plastex”

Figura 20: Logótipo “Nelo”

Naturalmente, testemunha-se uma progressão de eventos chave a partir do século XX, devido ao conhecido desenvolvimento tecnológico que se deu neste intervalo de tempo.Através da linha temporal, é evidente que a criação de diversos materiais fundamentais para a indústria nos dias de hoje se dá num curto espaço de tempo (cerca de 30 anos), o que acaba por culminar na popularização do desporto em Portugal, com a primeira participação de Portugal nos jogos Olímpicos na canoagem e também, mais recentemente, no grande salto do austríaco Felix Baumgartner.

Linha Temporal


26

Figura 22 - Linha Temporal

Introdução na Europa

sec. XIX

Primórdios do kayakingindefinido

Primórdios do Paraquedismo

sec. XIV

Desenvolvimentos de Da Vinci

sec. XV

Patente do paraquedas

sec. XVIII

Primeiro salto de um avião

1911

Introdução nos Jogos Olímpicos

1936

Fundação da Federação

Portuguesa1979

Primeira participação olímpica portuguesa

1988

Fundação da marca

“Nelo”1978

Criação do Kevlar®

1965 2012

Criação do Nylon1935

Criação da fibra de carbono

1950

Salto recordista de Felix Baumgartner

Tendo em conta toda a pesquisa desenvolvida, é possível concluir que:

A engenharia mecânica teve um papel determinante no avanço destas duas modalidades, intervindo nos processos de fabrico, no desenvolvimento de novos e melhores modelos que permitam uma maior segurança no caso do paraquedismo e melhores tempos no caso da canoagem;

Devido à engenharia mecânica consegue-se hoje testar estes modelos não só em cenário real, como no caso da canoagem e do trabalho desenvolvido pela Nelo, mas também em cenários virtuais, recorrendo a CAD e CFD para analisar dados precisos sem colocar vidas em risco;

Graças à engenharia mecânica, existem forças responsáveis pelo avanço tecnológico nos campos subjacentes a estes dois desportos, que permitiram não só alcançar o patamar atual, como permiterão avançar muito mais no futuro.

Conclusões

Obviamente, o caminho do progresso não será feito sem obstáculos. Surgirão certos desafios que a engenharia mecânica terá que resolver, como:

Com a progressiva necessidade de concretizar produtos com a máxima qualidade pelo mínimo do preço, a engenharia mecânica terá que não só introduzir materiais que cumpram os objetivos de melhor forma, como tornar os processos de produção mais rentáveis;

Tendo em conta a crescente consciencialização ambiental, as soluções propostas pela engenharia mecânica terão que ser eco-friendly.

Em suma, o crescimento destas modalidades deve-se ao desenvolvimento liderado pela engenharia mecânica, e o seu papel continuará a ser determinnante, dado que existem inúmeros campos de investigação relevantes a ambos os desportos, com os devidos obstáculos aos quais a engenharia mecânica terá que responder.

Desafios


27



28

[1]: Sky Company. 2015. “História do Paraquedismo”. 06/10/2015. http://www.paraquedismoskycompany.com.br/historia-do-paraquedismo/

[2]: Naturz. 2012. "Descidas em Kayak". 16/10/2015. http://descidas-em-kayak.com/docs/index.php?idConteudo=1250

[3]: Normani, Franco. 2009. “Real world Physics Problems”. 10/10/2015. http://www.real-world-physics-problems.com/

[4]: Hall, Nancy. 2015. “What is Drag?”. 10/10/2015 https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/drag1.html

[5]: Henderson, Tom. 1996. "Physics Classroom". 10/10/2015. http://www.physicsclassroom.com/class/1Dkin/u1l5a

[6]: Hall, Nancy. 2015. “Terminal Velocity (gravity and drag)”. 10/10/2015“ https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/termv.html

[7]: Henderson, Tom. 1996. "Pysics Classroom". 10/10/2015. http://www.physicsclassroom.com/mmedia/newtlaws/sd.cfm

[8]: Advameg, Inc. 2015. "Canoe/Kayak: Hydrodynamics". 16/10/2015. http://www.faqs.org/sports-science/Ba-Ca/Canoe-Kayak-Hydrodynamics.html

[9]: Potvin, Jean. 1998. "Parachute Inflation". 11/10/2015. http://www.pcprg.com/inflate.htm

[10]: Scott, Edd. 2015. "Skydivig Terminology". 11/10/2015. http://www.uspa.org/AboutSkydiving/SkydivingEquipment/tabid/128/Default.aspx

[11]: Advameg, Inc. 2015. "How Products are made: Parachute". 16/10/2015. http://www.madehow.com/Volume-5/Parachute.html

[12]: Xiao, Xueliang; Zeng, Xuesen; Bandara, Palitha; Long, Andrew. 2012. Experimntal study of dynamic air permability for woven fabrics. 1º. Nottingham: Textile Research Journal.



29

[13]: MatWeb, LCC. 1996. "Ultimate Tensile Strenght". 11/10/2015. http://www.matweb.com/reference/tensilestrength.aspx

[14]: Wolf, Dean F. 2005. "Parachute Materials and Stress Analysis". 16/10/2015. https://solarsystem.nasa.gov/docs/14%20Parachute%20Materials%20and%20Stress%20Analysis%20Wolf.pdf

[15] New World Encyclopedia. 2015. "Parachute". 11/10/2015. http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Parachute

[16]: Discovery Channel. 2007. "How it's made: Parachutes". 11/10/2015. https://www.youtube.com/watch?v=mMGm-SsrVlQ

[17]: Skydive Portugal. 2015. "Quem somos". 6/10/2015. http://skydiveportugal.pt/escola/

[18]: Mills Manufacturing. 2015. "About us". 6/10/2015. http://www.millsmanufacturing.com/about-us/history

[19]: Rito, Rui Miguel Calçada Oliveira. 2012. Marca de sucesso no desporto:Nelo. 1º. Lisboa: Universidade Técnica de Lisboa.

[20]: Barbosa, Mariana de Araújo. 2013. “Empresas nacionais "ganham" Olimpíadas”. 06/10/2015. http://www.dn.pt/economia/interior/empresas-nacionais-ganham-olimpiadas--3607829.html

Referências Gráficas


30

Figuras 1.0; 1.1; 1.2; 2: 22: Desenvolvidas por Jorge Wolfs, elemento da equipa.

Figuras: 8; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; Fotografias por Daniel Silva, elemento da equipa, com consentimento verbal da marca Nelo.

Figuras 18; 19; 20; 21: Logótipos das respetivas empresas, consequentemente propriedade intelectual das mesmas.

Figura 3:http://www.olympic.org/photos/olympics-day-10-canoe-kayak-flatwater

Figura 4:http://www.olympic.org/photos/olympics-day-10-canoe-kayak-flatwater-9

Figura 5: http://banotacool.com/vb/showthread.php?t=21174

Figura 6: http://onedio.com/haber/aslinda-hangi-meslegi-yapmalisiniz--314665

Figura 7:http://www.fxcguardian.com/products/personnel-parachute-systems/personnel-parachutes-military

Figura 9: http://www.mar-kayaks.pt/pt/kayaks/details/moskito_fw/

engenharia mecânica no desporto - paginas.fe.up.ptprojfeup/submit_15_16/uploads/relat_1m01... ·...

Documents