Mês: março 2021

Essa semana continuamos com a sequência de posts abordando o processo de Strip Planking em Espuma PVC, desenvolvido pelo departamento de engenharia da Barracuda Advanced Composites. Depois de passar uma visão geral do método, vamos falar agora especificamente do corte e posicionamento das cavernas.

A construção e posicionamento do picadeiro têm a fama de serem uma das etapas mais complicadas do processo. O picadeiro é a base da construção e deve ser forte o suficiente para suportar o peso das cavernas e do laminado do casco sem apresentar empeno e deformação. Pode ser construído de madeira, aço ou alumínio entretanto a madeira é provavelmente o material mais simples de se utilizar e oferece um bom desempenho quando são utilizados perfis de 6”x3” de madeira de boa qualidade, sem empenos, sem nós e sem umidade.

Como regra prática, pode-se adotar que o picadeiro deve ter uma largura equivalente a 60% da boca máxima do barco. Sua altura vai evitar que as etapas posteriores do projeto sejam executadas em posições desconfortáveis que podem até comprometer a estética do barco. Em geral, a altura da linha de borda deve ter pelo menos 300 mm sobre o piso do estaleiro para facilitar o trabalho posterior de montagem das ripas, laminação e acabamento. O comprimento do picadeiro deve ser um pouco maior do que o do barco, permitindo que seja possível trabalhar no espelho de popa.  

Depois de construir e posicionar o picadeiro, é hora de posicionar as cavernas. Hoje em dia, é muito comum que o projetista envie as seções do barco em padrão digital e as seções sejam cortadas por controle numérico (CNC) e o processo pode ser finalizado em algumas horas. No entanto, é importante que alguns detalhes sejam destacados.

Em primeiro lugar, as dimensões da caverna devem considerar o desconto do ripamento de Divinycell e a laminação. Para plugs que necessitam de ripas intermediárias para montagem de alguma curvatura ou diferença de espessuras, os encaixes já devem estar entalhados nas cavernas e é papel do construtor inserir isso no desenho de corte.

Uma boa opção de materiais para construção das cavernas são placas de MDF de pelo menos 15 mm de largura. Espessuras menores não vão suportar o peso sobre elas e as bordas tendem a abrir quando fixadas com parafusos e pregos. O corte em CNC permite que se façam furos de passagem que deixar as cavernas mais leves e fáceis de serem manuseadas.

Antes de posicionar as cavernas, as posições longitudinais devem ser marcadas no picadeiro com precisão. Um erro na posição das cavernas significa uma deformação no casco, portanto é muito importante que esse processo seja feito de forma precisa, com trena de fibra com comprimento suficiente para não haver emendas ao longo do comprimento do barco. Outra opção é utilizar um medidor ótico para garantir total precisão. Hoje em dia existem várias ferramentas auxiliares de posicionamento e nivelamento para que a montagem tenha 100% de precisão.

Assim que for colocada na posição, a caverna deve ser travada com auxílio de grampos e seu nível lateral deve ser verificado com linha, mangueira de nível ou mira a laser. A caverna deve ser fixada em sua posição apenas depois do seu ajuste no nível vertical, que normalmente começa no centro do barco.

Outro ponto crucial é a colocação da roda de proa. Ela deve considerar o ângulo de fechamento das ripas de Divinycell e seu perfil deve descontar proporcionalmente esta angulação. Para quem tem familiaridade em ler um plano de linhas isto não será problema.

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O método de construção em strip planking em espuma PVC, desenvolvido pelo departamento de engenharia da Barracuda Advanced Composites, tem os mesmos fundamentos do método utilizando madeira, que foi um dos primeiros processos utilizados para construção amadora de barcos a vela e para a construção de modelos e moldes.  Nas próximas semanas os posts do Blog de Manual de Construção de Barcos vão explorar esse método, começando aqui por uma visão geral que elucida todas as vantagens e etapas do processo, e depois abordando a confecção e posicionamento das cavernas e colocação das ripas de espuma.

Esse processo é ideal para construção de embarcações one-off com o mínimo de ferramentas possível e baixo investimento inicial. É mais indicado para barcos com grande parte de superfícies planas, mas é possível produzir superfícies com dupla curvatura. No método tradicional de strip planking, a madeira desempenha toda a função estrutural e as camadas de fibra aplicadas na parte externa do casco têm apenas função de proteção contra umidade. No strip planking em PVC, a espuma tem a mesma função estrutural de um material sandwich, provendo resistência à compressão e ao cisalhamento e garantindo um casco muito mais leve do que se tivesse sua estrutura construída em madeira.

Além disso, barcos construídos com compostos sandwich tendem a não ter qualquer espécie de reforço longitudinal ou transversal, ou pelo menos não tanto quanto os usados em projetos de laminados sólidos e madeira. Barcos projetados e construídos em strip planking de madeira tendem ser dotados de uma série de cavernas transversais (90°) para compensar o uso de ripas longitudinais (0°) utilizadas no casco.

O processo de construção de strip planking em PVC começa com o posicionamento das cavernas, seguido do corte e posicionamento dos strips que são colados um nos outros com uma massa a base de resina poliéster. Depois disso, a superfície externa das espumas é preparada para laminação e acabamento antes do casco ser virado e laminação interna ser iniciada para a consolidação do painel sandwich.

As espumas de PVC utilizadas para construção dos strips possuem densidades que variam entre 60 a 100 kg/m³ para a maioria dos projetos, com espessuras entre 10 e 50 mm, sendo que espessuras até 80 mm podem ser fornecidas caso seja necessário. As ripas de espuma devem ser cortadas com serra circular com uma boa lâmina e dispensam a usinagem de perfis macho e fêmea, como exigido paras as ripas de madeira, já que a colagem lateral é feita de topo, o que acaba reduzindo significativamente o trabalho de montagem.

Inclusive, as ripas de madeira devem ter entre 20 e 25mm de largura e as de espuma podem variar entre 50 e 200mm, a depender do desenho das seções. A largura das ripas deve sempre ser maximizada de forma a diminuir o peso do adesivo, sendo inclusive possível que o construtor use placas com até 1200 mm de largura em barcos a motor com grandes superfícies planas.

As facilidades de montagem e colagem das ripas de PVC fazem com que seja possível diminuir consideravelmente o tempo de construção. Um barco pequeno de 25 pés pode ser montado em oito horas de trabalho, enquanto a construção em madeira levaria semana ou meses. Além disso, com o uso de madeira é obrigatório o uso de resina epoxy para a colagem das ripas e laminação da camada externa de fibras. A espuma PVC permite o uso de resina poliéster para laminação e colagem, o que diminui o custo e permite a construção de um laminado relativamente rígido.

O acabamento é outro aspecto onde o strip planking em PVC leva vantagem sobre o processo que utiliza madeira. Antes da laminação externa das camadas de fibra é necessário que a superfície do casco esteja perfeitamente aparelhada e por melhor que sejam as juntas de madeira, algum ajuste ainda será necessário. E lixar madeira é um processo muito mais trabalhoso do que lixar espuma rígida.

A seleção dos tecidos deve ser feita com base nos planos de construção criados pelo projetista, mantendo sempre as mesmas gramaturas e direções no caso de alguma adaptação. Tecidos biaxiais são sempre a melhor opção para construções one-off e têm a vantagem de permanecerem estáveis ao longo da laminação, diferente de tecidos woven roving, por exemplo, que criam superfícies irregulares. Em barcos muito grandes onde as camadas de fibra ultrapassam 3 kg/m², o construtor pode optar por utilizar um número maior de camadas de tecidos mais finos, que irão fornecer um acabamento quase perfeito.

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Projetar e construir um barco é uma tarefa simples quando você usa dimensões consagradas e não tenta inventar nada muito diferente do que se utiliza usualmente. O problema nasce quando o construtor, principiante ou mesmo profissional, precisa projetar sozinho as dimensões básicas de uma passagem, porta, gaiuta, beliche ou mesa. Muitos projetos são extremamente detalhados, mas muitas das dimensões finais necessitam ser ajustadas no protótipo, e os projetistas não tem medo de pedir que o construtor faça este ajuste por ele mesmo. O problema é que nem sempre nesta hora o bom senso fala mais alto e o projeto acaba incorporando soluções que não são usuais na indústria e o produto final acaba mutilado.

Seja qual for o tamanho do barco a dificuldade de encontrar espaços vai sempre existir. Mesmo que o projeto seja muito bom, em algum lugar, vai haver restrição de passagem ou mesmo altura do pé direito. É claro que barcos maiores que 60 pés, têm a vantagem de ter espaço suficiente para a maior parte dos interiores de bordo, mas mesmo assim em algum ponto vai existir uma passagem apertada.

No caso de barcos menores o problema fica bem mais sério. Em embarcações na faixa de 25 a 30 pés, a altura do pé direito sempre é um problema a ser solucionado, e nem sempre o desenho final é aceitável. A dificuldade com este tamanho de barco é que a maior parte dos projetistas quer colocar quase tudo dentro, e convenhamos que em 7-8 metros de comprimento não cabe muita coisa. No caso da altura do pé direito, deve ser dada atenção redobrada na forma final do convés para não ser gerada um desenho que inviabilize a estabilidade final do barco. Em geral, é difícil conseguir um pé direito acima de 1,75 m.

Em barcos abaixo de 40 pés a posição do banheiro e seus acessos também são um problema crônico. Neste comprimento de barco, qualquer espaço tende a ser usado e as passagens e aberturas de portas ficam sempre comprometidas. Parece que hoje em dia todas as cabines de um barco precisam ter privacidade e porta, o que certamente é a causa de muitos espaços difíceis de serem utilizados. Este é o caso clássico dos banheiros de bordo.

Tentar colocar uma pia, um vaso sanitário, um chuveiro e um armário em um espaço menor que 1 m² é sempre um desafio. Isto sem contar que nos locais onde os banheiros são instalados sempre existe restrição de altura.

Outro ponto que o projetista e construtor devem prestar atenção é nas alturas e larguras dos assentos. Isto é preferencialmente crítico em barcos à vela, onde a maior parte do tempo eles navegam adernados. Os assentos do cockpit devem ter a altura correta para evitar que a tripulação escorregue o tempo todo e não tenha nenhum tipo de apoio para os pés. A largura dos assentos e altura dos encostos deve permitir conforto para a tripulação sem ferir os conceitos básicos de estética. No caso de assentos internos de sofás e camas, eles devem contemplar também as alturas livres de pé direito e posição para entrada e saída dos acessos.

No caso de camas e beliches, sempre vai existir um comprimento e largura mínimo que deve ser respeitado. Não adianta querer colocar 6 camas em um barco de 30 pés, pois nunca ninguém se sentirá confortável e o proprietário do barco vai acabar se deparando com tripulantes dormindo sobre os paineiros do fundo do barco.

A história da fibra de aramida começa na década de 1960 e sua protagonista é a americana Stephanie Kwolek, bacharel em Química formada em 1946 pela Universidade Carnegie Mellon. Profundamente interessada em ciência desde a infância, Stephanie sonhava em ser médica, mas a falta de fundos ao fim de sua graduação a levou a aceitar um cargo de pesquisadora no laboratório de fibras têxteis na DuPont.

A DuPont estava preocupada com a iminente escassez de energia que seria provocada com a falta de combustíveis fósseis e estava convencida que fibras poliméricas poderiam substituir cintos de aço que eram utilizados na fabricação de pneus radiais, o que reduziria o peso total de veículos e economizaria combustível. Por esse motivo, Kwolek trabalhava na condensação de polímeros baseados em petróleo para o desenvolvimento fibras mais fortes e rígidas.

Normalmente, ela fundia os polímeros que produzia e um colega processava a mistura para transformá-la em fibras finas. Mas quando produziu um polímero que não derretia em 1964, ela se concentrou em encontrar um solvente para dissolvê-lo. Depois de várias tentativas, Kwolek obteve sucesso e conseguiu obter uma substância fluida turva de baixa viscosidade, muito diferente da massa viscosa e clara que os outros polímeros produziam.

Persistência foi necessária para que o material fosse processado, já que seu colega reclamou que a baixa viscosidade do fluido poderia obstruir sua máquina. Eventualmente, o colega foi convencido e a fibra produzida apresentou uma resistência cinco vezes maior que a do aço. A chave para as incríveis características estruturais da fibra de aramida que saiu desse processo são os anéis aromáticos ligados por grupos de amida. Essa fibra é conhecida como Kevlar® e foi introduzida no mercado pela DuPont em 1971.

Além da DuPont, existem hoje várias fábricas produzindo fibras aramidas com nomes registrados como Twaron® e Tecnora®, mas são basicamente o mesmo produto e geralmente possuem a coloração amarela. 

As duas formas principais de fibras aramidas produzidas são: o Kevlar® 29, usado em cabos e coletes à prova de balas, e o Kevlar® 49, utilizado como reforço em plástico reforçado. Nos últimos anos, as fibras aramidas têm se tornado um material muito utilizado na construção de laminados de alto desempenho que exigem alta rigidez e leveza. Comparadas com outros materiais, as fibras aramidas mostram uma resistência específica muito grande, podendo ser maior até que algumas fibras de carbono. São cinco vezes mais resistentes que o aço e duas vezes mais resistentes que o vidro E.  A resistência ao impacto é também um dos pontos altos das fibras de aramida, especialmente pela sua habilidade em resistir a choques cíclicos e capacidade de impedir a propagação de trincas e microfissuras. A resistência à compressão, no entanto, deixa a desejar em relação aos outros tipos de fibra.

Geralmente, se fala que os tecidos de fibras aramidas são difíceis de laminar porque a sua cor não permite ver onde está sendo colocada a resina. A dificuldade de laminar essas fibras vem do fato de que elas não se tornam transparentes como a fibra de vidro quando impregnadas pela resina. Em barcos elas são usadas normalmente em tecidos híbridos com fibras de vidro.