Por Dentro do Legado: Como um Catamarã de 30 Anos Continua a Bater Recordes de Velocidade

A Gougeon Brothers Inc. (Bay City, MI, EUA) enviou recentemente um comunicado de imprensa interessante sobre um catamarã de 28 anos que ainda está batendo recordes de velocidade e superando embarcações muito mais novas. Incognito é um catamarã compósito fabricado pela Gougeon Manufacturing em 1990. Russell Brown de Port Townsend, WA competiu com o navio de 28 anos, um G32, sozinho na extenuante R2AK (Race to Alaska). Na etapa de qualificação de Port Townsend WA a Victoria, BC, ele terminou 40 minutos à frente do resto da frota. Ele então liderou a corrida por três dias e foi o primeiro finalista solo pelo segundo ano consecutivo, reduzindo mais de 24 horas seu recorde vencedor de 2017, a bordo do mesmo barco.

Fiquei surpreso ao encontrar no site da Gougeon um documento longo e detalhado de desenvolvimento, design e construção (última atualização: 1996) descrevendo o processo meticuloso que Meade e Jan Gougeon realizaram para fazer aquele catamarã G32 rápido, o que provavelmente explica seu sucesso 28 anos depois. Peguei emprestadas seções abaixo, e você pode ler o documento na íntegra aqui: https://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.html.

Origem do Projeto G-32

"Quando decidimos reabrir nossa fábrica de fabricação de pás eólicas em 1990, que estava ociosa há três anos devido ao dramático colapso da indústria eólica em 1986, aceitamos que a indústria eólica ainda estava longe de recuperar sua saúde anterior. Precisávamos dividir o custo fixo da fábrica com um segundo produto até que o negócio eólico retornasse aos níveis anteriores. Além de pás eólicas, começamos a fabricar um catamarã único, rebocável, de 32 pés de comprimento, chamado 'G-32'. Meu irmão, Jan, e eu há muito pensávamos que haveria um grande mercado para um catamarã leve que fosse rápido, divertido de velejar, tivesse acomodações de fim de semana para 2 ou 3 e custasse abaixo de $35.000. Não tínhamos intenção de alcançar grande produção; se conseguíssemos construir dois por semana, atingiríamos nossas metas financeiras, três por semana seria lucrativo."

Design e Desafios de Peso

"O G-32 foi projetado para que toda a estrutura pudesse ser construída em dois moldes grandes, um superior e inferior, que seriam unidos na linha central em uma única grande operação de colagem. Isso permitiu um investimento mínimo em ferramentas e moldes, tornando a produção de baixo volume financeiramente viável. O maior desafio de design era construir o G-32 leve o suficiente para ser rebocado por um carro médio. Para isso, o peso combinado do barco e reboque não poderia exceder 2.200 lbs. Nossa abordagem focou em duas áreas: primeiro, eliminamos do barco o máximo de peso desnecessário possível. Mantivemos a área de superfície ao mínimo e projetamos cuidadosamente a estrutura para acomodar cargas antecipadas. Por exemplo, a cabine servia como uma grande caixa de torque para dar resistência à torção necessária entre os dois cascos. Segundo, usamos a tecnologia de construção mais leve que podíamos pagar dentro de nossas metas de custo. Podíamos gastar no máximo $10/lb para cascos moldados, e estes não podiam pesar mais que 800 lbs no total."

Inovação no Processo de Fabricação

Os irmãos Gougeon explicam que, apesar dos desafios, o ensacamento a vácuo e infusão eram obrigatórios para economizar peso do laminado. Então, para economizar tanto peso quanto custo, escolheram um novo método de fabricação para a época, com os seguintes passos:

1. Resina epóxi, formulada com tempo de trabalho mais longo, seria usada para propriedades máximas, com o tempo de trabalho permitindo apenas uma etapa de vácuo, com todo o laminado compactado de uma vez.
2. Um gelcoat à base de poliéster em moldes fêmea daria uma superfície acabada de baixo custo com mínimo print-through. Os autores observam que resolveram o problema significativo de colagem da superfície de gelcoat de poliéster e laminado epóxi com uma substância de ligação (tie-coat) especialmente desenvolvida, aplicada entre os dois materiais dissimilares durante o processo de fabricação.
3. Todos os materiais de reforço seriam impregnados mecanicamente com uma máquina de revestimento por rolo para reduzir mão de obra e alcançar melhor controle de resina.
4. A resina epóxi de longo tempo de trabalho especialmente projetada seria pós-curada a temperaturas não excedendo 140°F para alcançar altas propriedades físicas.

Os dois irmãos avaliaram cuidadosamente materiais de reforço para fazer o melhor laminado, considerando custo, desempenho do painel, mão de obra para montar e qualidade da superfície externa acabada. Uma matriz de 30 combinações foi inicialmente avaliada com foco em fibra de vidro costurada. O núcleo foi cuidadosamente avaliado, em várias espessuras e materiais, pois era o componente mais caro. O sistema de resina epóxi PRO-SET, com tempo de trabalho de 4 horas, foi desenvolvido nos próprios laboratórios da Gougeon expressamente para uso com este novo processo de fabricação.

Testes e Seleção de Materiais

Os dois irmãos construíram 30 painéis de teste usando os materiais da matriz, então reduziram para 12 combinações de materiais, para teste de fadiga no banco de testes Hydromat da empresa. Sua pergunta-chave era: "Quantos rigidez era necessária para o barco performar adequadamente nas condições de operação mais altamente tensionadas?" Os dois dizem que, baseados nos resultados dos testes, mudanças de design foram feitas para reduzir áreas planas no design do barco, dado que essas áreas planas requeriam rigidez adicional, para que um painel de menor rigidez e menor custo pudesse ser usado.

"Determinamos que resistência de painel a longo prazo a cargas cíclicas sustentadas de 5 psi e cargas de impacto intermitentes chegando a 15 psi eram necessárias para sobrevivência a longo prazo da estrutura do G-32. Este critério não foi estabelecido de forma científica, como medição real com extensômetros (o que é difícil de fazer). Em vez disso, refletiu nossa experiência com o desempenho de várias combinações de materiais usadas para construir numerosas embarcações com vários sucessos e falhas ao longo dos anos. Esta é a abordagem típica, histórica, de tentativa e erro para design e engenharia de barcos, que não serviu bem a indústria desde o recente desenvolvimento revolucionário de materiais compósitos. Novos métodos de teste, como o Hydromat, são uma tentativa de avaliar melhor o desempenho de materiais compósitos de forma que simule de perto condições reais de carga, para que decisões mais informadas possam ser tomadas."

O documento continua descrevendo em detalhes o processo de teste de fadiga de ciclo curto. A combinação de materiais finalmente escolhida, dizem os autores, "não foi o painel mais forte avaliado em nenhuma das áreas estruturais de rigidez, resistência última ou fadiga. Foi, no entanto, mais que adequado para suportar as necessidades estruturais do projeto do barco G-32. De maior importância, o painel #48 pontuou bem em três outras áreas: custo, peso e facilidade de fabricação." O painel #48 consistia de peles de fibra de vidro multiaxial da Brunswick Technologies Inc. sobre um núcleo de espuma PVC Klegecell da DIAB.

Acabamento e Legado

Curiosamente, uma das partes mais difíceis do projeto, dizem eles, foi alcançar o acabamento externo de alto brilho, sem o peso excessivo que gelcoats podem adicionar. A solução foi ter um indivíduo altamente treinado fazendo a melhor aplicação de gelcoat possível, dizem os irmãos Gougeon.

Apesar do cuidado no design e seleção de materiais, a meta de custo de $10 por lb de laminado acabado não foi totalmente atingida, porque no final de 1992 os irmãos decidiram vender a divisão de energia eólica, o que eliminou a principal razão para o projeto do barco. A produção encerrou pouco depois, após fabricação de apenas 14 G-32s. Mas, dizem eles, a tecnologia de construção de barcos baseada em epóxi desenvolvida com o G-32 agora é amplamente usada na construção de barcos de alto desempenho, construídos em moldes fêmea. Meade e Jan Gougeon acreditam que seu processo de fabricação reduziu dramaticamente o custo de fabricação de barcos baseados em epóxi, comparado ao custo de construir barcos personalizados em moldes machos. Além disso, eliminou o estireno, e proporcionou maior controle sobre tempo de trabalho e taxas de cura. Eles concluem: "...os 14 G-32s que foram construídos performaram como esperado, sem falhas estruturais de qualquer tipo. Um bônus é que seu peso leve, combinado com cascos longos e esbeltos, fez barcos excepcionalmente rápidos que venceram muitas corridas." E, 28 anos depois, continuam a vencer!