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2014/2015
HIDROFÓLIO
FEUP
Mestrado Integrado em Engenharia
Mecânica
Supervisores: Professora Ana Reis
Engenheiro João Duarte
Monitor: Carlos Ribeiro
Equipa: 1M2_02
201403099 - Francisca Pinto Barbosa Machado Aires
201405511 – Francisco Da Costa Marques
201403696 – Inês Sequeira Braga Montenegro
201403213 - João Miguel Gonçalves Pena
201404137 - João Paulo Ferreira de Sousa
Hidrofólios
Projeto FEUP 2
Agradecimentos
Queremos aproveitar esta oportunidade para agradecer a
todos os que de alguma forma, contribuíram para a
realização deste trabalho, nomeadamente:
• À supervisora, Professora Ana Reis;
• Ao engenheiro João Duarte;
• Ao monitor Carlos Ribeiro;
Hidrofólios
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 3
Resumo
Este relatório foi realizado no âmbito da unidade
curricular Projeto FEUP, na qual foi proposto selecionar
um tema relacionado com os transportes marítimos. Optou-
se por abordar os hidrofólios devido à sua característica
hidrodinâmica mas também por ser um meio de transporte
pouco conhecido e acerca do qual deveria ser interessante
reunir mais informação.
Em primeiro lugar, foi feita uma pesquisa geral sobre
os hidrofólios e, consoante a informação encontrada,
realizou-se um índice, de acordo com a seleção prévia dos
tópicos principais a abordar.
De seguida, deu-se início a uma pesquisa mais exaustiva
sobre os tópicos escolhidos através da consulta de sites,
livros e até de engenheiros mecânicos de forma a
conseguir-se aglomerar informação diversificada sobre o
contexto histórico dos hidrofólios, a maneira como
funcionam, os tipos de hidrofólios existentes, os
materiais que os constituem assim como os seus processos
de fabrico e também outras aplicações desta estrutura.
Por fim, concluiu-se o porquê deste tipo de barcos não
ser tão utilizado quanto seria de esperar, apesar do seu
potencial.
Hidrofólios
Projeto FEUP 4
Índice
1. Introdução ....................................................................................................................................... 5
2. História ............................................................................................................................................ 6
2.1. Primeiros Projetos .................................................................................................. 6
2.2. Barcos tripulados .................................................................................................... 7
3. Funcionamento ................................................................................................................................ 9
4. Tipos ................................................................................................................................................. 11
4.1. Surface Piercing (SP) ......................................................................................... 11
4.2. Fully Submerged (FS) ........................................................................................... 12
4.3. Surface Piercing vs. Fully Submerged ..................................................... 13
5. Materiais e Processos .......................................................................................................... 14
5.1. Hidrofólio traseiro .............................................................................................. 14
5.1.1. Requerimentos Gerais ............................................................................... 14
5.1.2. Design ................................................................................................................. 14
5.1.3. Construção ....................................................................................................... 15
5.2. Hidrofólio dianteiro ........................................................................................... 19
5.2.1. Requerimentos gerais ............................................................................... 19
5.2.2. Design ................................................................................................................. 19
5.2.3. Construção ....................................................................................................... 21
5.3. Considerações a ter com o casco ................................................................. 21
6. Aplicações ..................................................................................................................................... 23
6.1. Skyski/Sitdown foil .............................................................................................. 23
6.2. Sailing hydrofoil .................................................................................................. 23
6.3. Bike hydrofoil .......................................................................................................... 24
6.4. Military hydrofoil ................................................................................................ 24
7. Conclusão ....................................................................................................................................... 25
8. Bibliografia ................................................................................................................................ 27
Hidrofólios
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 5
1. Introdução
Ao longo deste relatório iremos abordar o hidrofólio de
diferentes perspetivas, nomeadamente em termos
históricos, o seu funcionamento, os seus materiais
constituintes e respetivos processos de fabrico, os
diferentes tipos de hidrofólios existentes, assim como as
suas diversas aplicações e por fim um levantamento das
principais vantagens e desvantagens do mesmo.
Para uma melhor compreensão deste trabalho, é de
salientar que o hidrofólio é uma superfície flutuante
usada em inúmeros transportes marítimos, sendo a sua
principal característica a projeção parcial da parte
inferior do barco para um nível superior ao da água,
graças ao ângulo de curvatura que a estrutura forma.
Consiste, essencialmente, numa estrutura instalada no
casco do barco com o intuito de elevá-lo, reduzindo assim
o atrito da água, resultando desta forma, num aumento
potencial da sua velocidade, e na substancial redução do
consumo de combustível.
Uma possível analogia de se fazer a esta capacidade de
projeção é a sustentabilidade que as asas de um avião
conferem ao mesmo, a única diferença é que como a água é
aproximadamente mil vezes mais densa que o ar, a
estrutura pode ser muito mais pequena e capaz de ser
aplicada a velocidades inferiores.
Hidrofólios
Projeto FEUP 6
2. História
2.1. Primeiros Projetos
Enrico Forlanini, um inventor italiano, começou a
trabalhar em hidrofólios em 1998, usando um sistema de
escadas para elevar o navio, obtendo assim patentes pela
sua invenção em diversos países como, por exemplo, a Grã-
Bretanha e os Estados Unidos da América.
Mais tarde, entre 1899 e 1901, um designer de navios
inglês, John Thornycroft, desenvolveu o sistema de
Forlanini. Assim, em 1909, este construiu o seu próprio
modelo, o Miranda II, um barco movido por um motor de 60
cavalos (45kW). Os hidrofólios de Thornycroft foram-se
desenvolvendo, sendo que o último barco desenvolvido já
atingia os 65km/h (Miranda IV).
Em Março de 1906, saía um artigo na revista Scientific
American sobre os princípios básicos do hidrofólio.
Alexander Graham Bell (conhecido mundialmente pelos seus
estudos e contributos na invenção dos telefones) após ler
este artigo, ganhou um especial interesse por este tipo
de navios e decidiu estudá-los, desenvolvendo então
vários protótipos mais idênticos aos hidrofólios atuais.
Juntamente com o engenheiro americano Casey Baldwin,
Bell começou a realizar experiências no verão de 1908.
Baldwin estudou pormenorizadamente o trabalho de
Forlanini e começou a testar alguns modelos baseados nos
seus designs. Entre 1910 e 1911, Bell realizou uma
digressão mundial, durante a qual se encontrou com
Forlanini em Itália testando o modelo de Bell e Baldwin
no lago Maggiore.
Quando ambos regressaram aos Estados Unidos,
experimentaram inúmeros modelos e designs dando assim
origem ao HD-4, que usava um motor Renault atingindo
velocidades de 87 km/h, tinha uma grande capacidade de
aceleração, apresentava estabilidade em mares mais
revoltos e uma excelente capacidade de mudar de direção.
Hidrofólios
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 7
Mais tarde, em 1919, a marinha americana disponibilizou
dois motores com 350 cavalos para o HD-4 de Bell batendo
assim o recorde de velocidade em navios (114km/h), um
recorde que durou duas décadas a ser novamente
ultrapassado.
Nos dias que correm, pode-se observar uma réplica deste
modelo no museu Alexander Graham Bell National Historic
Site em Baddeck na Nova Escócia no Canadá.
Em 1950 um casal inglês construiu o White Hawk tentando
bater o recorde de velocidade de navios. O recorde foi
praticamente batido e os engenheiros depararam-se com um
fenómeno que devido às elevadas velocidades comprometia a
estabilidade e o funcionamento do navio. [1]
2.2. Barcos tripulados
Hanns von Schertel, um engenheiro alemão, trabalhou com
hidrofólios antes e durante a Segunda Guerra Mundial
(1939-1945), mas, como a Alemanha não estava autorizada a
construir barcos rápidos no pós-guerra, Schelter dirigiu-
se para a Suíça onde formou a empresa Supramar. Em 1952,
esta empresa lançou o primeiro modelo de hidrofólios
comercial, o PT10 “Freccia d’Oro”, testado, igualmente,
no lago Maggiore. Este barco tinha uma lotação máxima de
32 passageiros e atingia velocidades de aproximadamente
65 km/h. Posteriormente, em 1968, Hussain Najadi, um
banqueiro nascido no Bahrain, comprou a Supramar e
expandiu as investigações e o desenvolvimento do
hidrofólio para o Japão, Singapura, Hong Kong, Grã-
Bretanha e Noruega. Várias instituições mundiais
concederam prémios e ajudaram no desenvolvimento dos
hidrofólios. Entre essas instituições estão o Pentágono,
a General Dynamics Corporation e a Hitachi.
Hidrofólios
Projeto FEUP 8
Entre 1952 e 1971, a Supramar desenvolveu inúmeros
tipos de hidrofólios, como o PT20, o PT50, o PT75, o
PT100 e o PT150, e, durante este período, também a União
Soviética realizou experiências neste tipo de navio
construindo inúmeros barcos de rio e alguns ferryboats.
Estes projetos desenvolveram-se sobretudo durante a
Guerra Fria e até meados dos anos 80. Assim, criaram o
Raketa, um dos tipos de hidrofólios mais utilizados no
mundo, o Meteor, e, mais tarde, o Voskhod. Um dos
engenheiros e designer mais conceituado desta altura foi
Rostislav Alexeyev, considerado por muito o pai do
hidrofólio moderno devido a seu trabalho e às suas
investigações.
Em 1961, um instituto americano de investigação, o SRI
International, publicou um estudo chamado “The Economic
Feasibility of Passenger Hydrofoil Craft in U.S. Domestic
and Foreign Commerce” (A viabilidade económica dos
Hidrofólios de Passageiros no comércio interno e externo
dos Estados Unidos) começando, assim, neste mesmo ano, a
utilização de hidrofólios comerciais nos EUA,
encomendados por Harry Gae Nye. [1]
Hidrofólios
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 9
3. Funcionamento
A nível de funcionamento, os hidrofólios são muito
semelhantes às asas dos aviões, uma vez que ambos
produzem sustentação graças aos mesmos princípios. Porém,
uma vez que a densidade da água é aproximadamente mil
vezes superior à do ar, os hidrofólios podem ter
dimensões muito menores às das asas dos aviões para gerar
elevação suficiente para levantar um barco da água.
O hidrofólio deve as suas capacidades à sua forma
hidrodinâmica. Esta faz com que a água que se move por
cima do fólio se mova a maior velocidade do que a que
passa por baixo do mesmo. Assim, de acordo com a equação
de Bernoulli (equação 1), a parte superior terá menos
pressão relativamente à parte inferior, o que criará a
sustentação necessária. [2][3]
= velocidade do fluido ao longo do conduto
= aceleração da gravidade
= altura em relação a um referencial
= pressão ao longo do recipiente
= massa específica do fluido
Figura 1 - Perfil de pressão à volta de um hidrofólio [2]
Equação 1
Hidrofólios
Projeto FEUP 10
Para além disso, este fenómeno também pode ser
explicado pela 3ª Lei de Newton. Uma vez que as
partículas da água “saem” num ângulo descendente, pode-se
afirmar que existe uma força contrária e oposta, num
ângulo ascendente, que gera a elevação.
Figura 2 - Aplicação da Terceira Lei de Newton no hidrofólio [2]
No entanto, os hidrofólios só são capazes de criar
sustentação quando estão imersos. Quando estes saem da
água, como quando o barco atravessa uma onda, perdem o
seu efeito, e a embarcação “cai”. [4]
Figura 3- Perda de sustentação num hidrofólio que deixa de estar imerso [4]
Hidrofólios
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4. Tipos
4.1. Surface Piercing (SP)
Este tipo de hidrofólio foi projetado de forma a
expandir-se quando o barco começa a mover-se. Foi também
o modelo adotado nos primeiros barcos que se serviram
deste sistema para se deslocarem.
A estrutura do hidrofólio está posicionada com um
comprimento que permite que o casco se eleve ao nível da
água assim que seja atingida uma determinada velocidade.
Á medida que a velocidade vai aumentando, a força de
impulsão, gerada pela corrente sobre a parte submersa do
hidrofólio, também aumenta, forçando o barco a subir e,
consequentemente, diminuindo a porção do hidrofólio que
fica imersa.
Para uma dada velocidade, o barco elevar-se-á até a
força de impulsão igualar o seu peso. [5]
Figura 4 – Barco com hidrofólio do tipo surface piercing [6]
Hidrofólios
Projeto FEUP 12
4.2. Fully Submerged (FS)
Como próprio nome indica, este tipo de hidrofólio foi
feito para ficar sempre completamente submerso.
Ao contrário do modelo anterior, esta estrutura não é
suficiente para a elevação total do barco, ou seja, não é
auto estabilizante. É necessário um sistema que
possibilite a variação do ângulo de ataque efetivo do
hidrofólio para alterar a força de impulsão, consoante as
condições de velocidade, peso e marítimas.
A principal característica destes hidrofólios é a sua
capacidade para projetar o barco de forma a reduzir
substancialmente o efeito das ondas sobre o mesmo. Isto
permite que um hidrofólio de relativamente pequena
dimensão consiga navegar, em condições normais, a uma
velocidade elevada, sem grande perturbação,
possibilitando assim, por exemplo, o uso eficaz de
equipamento militar. [5]
Figura 5- Barco com hidrofólio do tipo fully submerged [7]
Hidrofólios
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4.3. Surface Piercing vs. Fully Submerged
SP (A)
Formato em “V”
Configuração mais
estável;
Design mais simples;
Auto estabilizante;
Mais eficiente e
económico a grandes
velocidades, em
barcos pequenos;
Mais suscetível ao
efeito das ondas,
proporcionando
viagens mais
agitadas.
FS (B)
Formato em “T”
Não é passivamente
estável, ou seja,
necessita de um
sistema de controlo
independente
(semelhante ao dos
hovercrafts);
Maior projeção do
casco a menor
velocidade;
Ausência de contacto
com as ondas à
superfície,
proporcionando uma
viagem mais suave
num mar agitado. [9]
Figura 6 - Representação dos dois tipos de hidrofólios [8]
Hidrofólios
Projeto FEUP 14
5. Materiais e Processos
5.1. Hidrofólio traseiro
5.1.1. Requerimentos Gerais
O hidrofólio traseiro é responsável por produzir
oitenta por cento da elevação visto que não é responsável
por nada do controlo da estabilidade e se encontra numa
posição fixa, facilitando, então, a esta parte do
hidrofólio, o suporte de oitenta por cento do peso. [10]
5.1.2. Design
No caso apresentado, foi escolhida a configuração em
“T”(fully submerged)por várias razões:
• A configuração em “V” (surface piercing) implica um
maior arrasto e irá produzir ventilação. A ventilação
acontece quando o ar é sugado para baixo, abaixo da
superfície da água, o que resulta num maior arrasto do
barco na água.
• O formato do hidrofólio em “T” necessita de menos
materiais específicos para o seu processo de fabrico.
Pode ser feito através de uma peça de espuma, madeira ou
outro material interno.
• O fólio em “T” produz uma elevação maior em função do
coeficiente de arrasto, dentro de uma determinada faixa
de velocidade, como é possível verificar na figura 7 [10]
Hidrofólios
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5.1.3. Construção
5.1.3.1. Estrutura Interna de Alumínio
O primeiro passo na avaliação do tamanho dos fólios é
relacionar muitas das variáveis com a tensão de tracção
máxima destes. Para que isso seja conseguido, as
coordenadas do fólio são colocadas num documento “Excel”
e, em seguida, através de um processo de aproximação
trapezoidal e outro de integração, o momento de inércia é
encontrado. O momento de inércia para o fólio é baseado
em paredes de fibra de vidro de 1/8 de polegada de
espessura e sem estrutura interna de suporte. Após serem
escolhidos o tamanho e a forma do fólio, são feitos os
cálculos manuais relacionados com a força.
O fólio que se encontra na parte de trás é aquele que
produz a maioria da elevação necessária, e um fólio
frontal mais pequeno mantém a profundidade e proporciona
o controlo da estabilidade. Após o centro de gravidade da
embarcação ser encontrado, é determinada a localização
dos fólios frontal e traseiro, com base, também, em
muitas outras variáveis.
___ hidrofólio em “T”, Vel. Ótima=15 nós
. . . . hidrofólio em “V”, formato reto
- - - hidrofólio em “V”, formato trapezoidal
_ . _ hidrofólio em formato de escada
Figura 7 - Elevação/Arrasto em função da velocidade (V) em nós, de várias configurações de hidrofólios [10]
Hidrofólios
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Utiliza-se espuma e um esqueleto de alumínio para o
núcleo interior e uma camada de fibra de vidro e epoxy (é
um plástico termofixo que se endurece quando se mistura
com um agente catalisador ou "endurecedor") para o
invólucro exterior. O esqueleto de alumínio aumenta a
resistência estrutural adicional para o núcleo do fólio.
Se o fólio traseiro não for construído no anglo exato
de ataque para o qual é projetado, pode não providenciar
uma sustentação adequada ou pode produzir resistência
suficiente, que irá incapacitar a embarcação de atingir
as velocidades pretendidas. As faixas do fólio traseiro
são cortadas com um buraco quadrado que encaixa em torno
de um tubo de alumínio, são uniformemente espaçadas ao
longo da viga quadrada e, depois, soldados a esta.
Em seguida, o suporte é apertado, na posição correta,
sobre a viga de alumínio entre as duas faixas centrais e
todos os componentes são soldados em conjunto. Depois de
tudo estar soldado, é feita uma limpeza ao alumínio, com
acetona, de modo a que a espuma possa aderir a este
material, num processo posterior. [10]
5.1.3.2. Moldação dos fólios
Os espaços entre as faixas na barra posterior
necessitam de ser preenchidos com espuma, cortada na
forma exatamente igual à das faixas, com o fim de dar à
camada de fibra de vidro uma superfície que possibilite
ligações e que mantenha a forma global do fólio.
Figura 8 - Estrutura interna de alumínio do hidrofólio traseiro [10]
Hidrofólios
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A espuma é cortada através de um cortador de fio quente
de “design” personalizado, conforme o que se pretende
fazer. [10]
Figura 9 – Cortador de fio quente [11]
5.1.3.3. Fibra de Vidro
Por fim, é utilizada a fibra de vidro, que é um
material complicado de se trabalhar, por um grande número
de razões. Em primeiro lugar, o adesivo que liga as
fibras, neste caso epoxy, é uma mistura de duas partes
que necessita de ser feita numa proporção de exatamente
3:1 de epoxy e endurecedor. Além disso, o epoxy é um
químico muito prejudicial e é necessário usar sempre uma
proteção adequada. Em terceiro lugar, as fibras são
tecidas numa malha muito solta que pode ser facilmente
danificada. Por último, para que o resultado obtido seja
uma camada lisa, depois de colocado, o epoxy deve ser
deixado em repouso durante pelo menos 8 horas, em posição
vertical.
O processo no qual se emprega a fibra de vidro nos
fólios traseiros, que é também utilizado nos fólios
frontais, implica várias fases, entre as quais:
1. Cortar a malha da fibra de vidro do tamanho correto e
colocar em cima do fólio para verificar se encaixa;
Hidrofólios
Projeto FEUP 18
2. Retirar a malha, colocar adesivo na espuma e na malha
separadamente, aguardar 60 segundos e, em seguida, manter
a malha sobre a espuma certificando-se de que toda a
malha está nivelada com a espuma;
3. Misturar epoxy e endurecedor numa proporção de 3:1 e
colocar sobre uma superfície horizontal de fibra de
vidro;
4. Deixar repousar durante oito horas;
5. Após as oito horas, coloca-se o fólio ao contrário e
repetem-se os passos dois, três, quatro e cinco para o
lado contrário;
6. Esperar pelo menos 24 horas para que o repouso seja
suficiente e, em seguida, retirar o excesso de fibra de
vidro ao longo de todas as bordas;
7. Assim que a primeira camada estiver terminada, repetem-se
os passos três, quatro, cinco, seis e sete, aplicando
epoxy a todas as camadas;
8. Em seguida, misture uma camada de epoxy com “fairing
compound”, fazendo uma mistura semelhante ao “drywall
compound”. Esta mistura é aplicada a todos os locais do
lado superior do fólio que não são suaves. Em seguida,
espera-se novamente 8 horas, para repetir o processo na
parte inferior do fólio;
9. Repetir os passos três, quatro, cinco e seis para aplicar
a camada final de epoxy, após a suavidade pretendida ser
adquirida;
10. Eliminar os excessos de epoxy e obter o acabamento
final. [10]
Hidrofólios
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5.1.3.4. Construção final dos fólios traseiros
A última tarefa a ser realizada é pintar os fólios, a
qual tem três propósitos. Primeiramente, mostra quaisquer
defeitos ou buracos que necessitem de preenchimento e que
não são revelados pela fibra de vidro transparente. Em
segundo lugar, cobre as cores originais dos materiais e
confere-lhes uma maior proteção, ainda que não seja muito
elevada. Por último, devido a uma maior suavidade da
superfície dada pela camada de tinta, os efeitos de
atrito da mesma superfície são menores durante o “voo”.
[10]
5.2. Hidrofólio dianteiro
5.2.1. Requerimentos gerais
A finalidade dos hidrofólios dianteiros é proporcionar
controlo e estabilidade, bem como alguma elevação. À
medida que a sustentação vai sendo criada, a embarcação
sobe acima da superfície da água e "voa", pois está
apoiada em apenas dois hidrofólios. Isto reduz o arrasto
do barco na água e consequentemente, o atrito, podendo,
deste modo, a velocidade ser aumentada. Os hidrofólios da
frente são responsáveis pela produção de vinte por cento
da elevação porque são menores do que o hidrofólio
traseiro. Os suportes dos fólios atuam como lemes para
dar à embarcação uma manobrabilidade adequada. [10]
5.2.2. Design
Por razões de consistência e facilidade de construção,
o mesmo perfil dos hidrofólios traseiros é utilizado nos
frontais. Isto permite que os fólios dianteiros possam
ser dimensionados da mesma forma que a geometria dos
fólios de trás foi determinada.
Hidrofólios
Projeto FEUP 20
Com base na análise do barco, define-se a melhor
abordagem para a estabilidade lateral. No caso
exemplificado, ao longo desta parte do relatório
referente à construção, a hipótese utilizada são os
hidrofólios frontais duplos. O uso de um ângulo diedro
nos fólios em “T” é adequado para manter a estabilidade.
Figura 10 - Estrutura interna de alumínio do hidrofólio dianteiro [12]
Os “braços” da frente trabalham de forma independente
para controlar a agitação da água, e trabalham juntos
para controlar a altitude da embarcação. Neste caso, o
sistema foi concebido para atingir o equilíbrio de voo,
um pé acima da superfície da água. De seguida, é
calculado o ângulo de ataque adequado, de acordo com os
cálculos feitos relativamente à elevação e ao peso do
barco em causa. Desta forma, os fólios frontais são
responsáveis por vinte por cento da força de sustentação
necessária para o voo e automaticamente trazer a
embarcação até à altura desejada. O hidrofólio traseiro é
concebido para se ajustar automaticamente à altura da
frente.
Os hidrofólios frontais conseguem girar para a esquerda
e para a direita, resultando num movimento de viragem,
devido aos suportes em forma de leme que possuem.
Hidrofólios
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 21
O sistema do fólio frontal será feita de forma
semelhante ao hidrofólio traseiro, no entanto, a
estrutura interior de alumínio será um pouco menor devido
ao menor tamanho. [10]
5.2.3. Construção
As duas estruturas de alumínio para os “braços” e
suportes dianteiros são construídas primeiramente. Um
tubo de alumínio é medido e cortado ao comprimento
adequado. A espessura, comprimento e o ângulo no qual se
dobra o tubo de alumínio dependem do tamanho pretendido
para o hidrofólio. As estruturas de alumínio para os
suportes e para os fólios são inicialmente cortados a
laser, e soldados nos locais apropriados. Depois disso,
as duas peças são soldadas juntas.
Seguidamente, a espuma é
cortada, utilizando o
método de fio quente
descrito anteriormente.
Estas peças são coladas no
lugar, nos espaços vazios
da estrutura de alumínio,
com uma camada de fibra de
vidro e várias camadas de
epoxy na parte superior.
5.3. Considerações a ter com o casco
O desenvolvimento de uma forma de casco satisfatória
para a aplicação de hidrofólios representa um desafio
significativo para o designer. O casco deve ter um bom
desempenho em modo hullborne (condições de operação de
uma embarcação com hidrofólios, nas quais o peso da
embarcação é suportada pelo deslocamento do seu
casco)[14] mas também durante a descolagem e durante a
operação foilborne (movimento de um barco com hidrofólios
na água, em que o casco se encontra acima da superfície
da água)[15], onde os impactos com ondas estão
envolvidos. Além disso, a configuração do casco de um
Figura 11- Estrutura completa (alumínio, espuma e fibra de vidro) do hidrofólio dianteiro [13]
Hidrofólios
Projeto FEUP 22
navio com hidrofólios tem de satisfazer todos os
requisitos para a resistência e para a estabilidade, como
qualquer outro navio.
Os cascos de navios que possuem hidrofólios são
geralmente construídos com ligas de alumínio de alta
qualidade, sendo típicas 5000 séries de liga soldável.
Estruturalmente, o casco deve ter força para resistir ao
impacto das ondas em alta velocidade, assim como
distribuir a carga concentrada nos pontos de fixação dos
suportes. Embora os cascos com hidrofólios possam parecer
bastante convencionais, os ajustes necessários são mais
complexos do que para um monocasco, devido aos muitos
modos de operação existentes do navio.
Outra consideração importante no design deste tipo de
cascos é a exigência de boas capacidades de navegação num
mar agitado. Este tipo de embarcações existe para operar
sem restrições em mar alto por isso, estes devem ser
capazes de sobreviver a mares de tempestade na condição
hullborne. Além disso, em determinadas ocasiões, pode ser
de esperar que o navio passe a maior parte da sua vida
útil operacional no modo hullborne. Assim, é essencial
que seja dada especial atenção às características do
casco relativas à sua capacidade de navegação em qualquer
que sejam as condições marítimas. [16]
Figura 12- Casco de alumínio [17]
Hidrofólios
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6. Aplicações
6.1. Skyski/Sitdown foil
O Skyski e o Sitdown foil são dois desportos aquáticos
semelhantes ao wakeboard ou ski aquático adaptados à
realidade do hidrofólio.
O conceito é o mesmo, elevar o utilizador ao nível da
água estando este a ser puxado por uma embarcação, mais
uma vez, reduzindo o atrito e, consequentemente, aumentar
a velocidade.
6.2. Sailing hydrofoil O Sailing Hydrofoil é o clássico barco à vela, com um
hidrofólio associado ao seu casco. Este conceito acaba
por ser o de maior adesão graças à famosa competição
“America’s Cup” onde este tipo de embarcações compete
atingindo velocidades duas vezes superiores à velocidade
do vento.
Figura 9- Sitdown foil [18] Figura 30 – Skyski [19]
Figura 11- Sailing hydrofoil [20]
Hidrofólios
Projeto FEUP 24
6.3. Bike hydrofoil
O Bike Hydrofoil é outra ideia que foi associada a esta
estrutura, desta vez, uma bicicleta capaz de andar sobre
a água que, através da força gerada pelos pedais, faz
girar uma hélice instalada, iniciando o movimento e
elevando a bicicleta ao nível da água.
6.4. Military hydrofoil
O Military Hydrofoil pode ser facilmente definido como
uma embarcação militar que ressalva os princípios do
hidrofólio. Um exemplo de uma destas embarcações é o
Pegasus-class hydrofoil, um barco usado pela marinha
Norte-Americana destacando-se pela sua velocidade.
Figura 13- Military hydrofoil [22]
Figura 12- Bike hydrofoil [21]
Hidrofólios
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7. Conclusão
Os hidrofólios tiveram o seu pico de popularidade nos
anos 60 e 70. Desde então tem ocorrido um grande declínio
na sua popularidade e na sua aplicação para lazer,
serviços militares e também para o transporte de
passageiros comerciais. Existem várias razões para que
isto ocorra. Efetivamente, os hidrofólios conferem ao
barco algumas características de extrema utilidade em
situação de navegação, nomeadamente, permitirem que
velocidades superiores sejam atingidas com um esforço
consideravelmente menor que o necessário à maioria das
embarcações de altas velocidades, possibilitarem um
aumento da capacidade de transporte de carga com uma
menor perda de velocidade, proporcionarem uma maior
visibilidade frontal ao piloto ao baixar a proa da
embarcação. A adoção dos hidrofólios também origina uma
redução no consumo de combustível e, de uma forma geral,
proporciona um maior conforto a bordo devido às
acelerações verticais, consideravelmente menores em
relação aos outros barcos, em condições marítimas calmas
a moderadas.
No entanto, há outras características nos hidrofólios
quer a nível económico, quer a nível ambiental, assim
como estrutural, que muitas vezes acabam por tornar este
sistema numa opção menos viável.
Por exemplo, o elevado custo da sua construção; as
limitações práticas sobre o tamanho do barco, causadas
pela necessidade dos hidrofólios de produzirem uma força
ascendente suficiente para o elevarem, acabando por
torná-lo mais caro, considerando as suas dimensões, em
relação a outros navios de deslocamento convencionais.
Hidrofólios
Projeto FEUP 26
Ecologicamente não são muito aconselháveis, por causa
das suas arestas afiadas, próprias da estrutura dos
hidrofólios, que se mantêm submersas durante o
deslocamento e podem tornar-se letais para a vida animal
marítima.
A nível estrutural, são tecnicamente complexos e
consequentemente requerem uma manutenção contínua, outro
inconveniente dos hidrofólios é o facto de serem
sensíveis ao impacto, esta característica torna-os uma
escolha pouco confortável e até insegura em mar agitado,
devido à emersão à tona da água e ao choque do casco nas
ondas. Caso o hidrofólio atinja qualquer obstáculo, pode
soltar-se e cair, o que geralmente constitui um grande
perigo. No entanto, existem hidrofólios operacionais em
Hong Kong, onde as águas são bastante agitadas, que não
têm sido problemáticos. [1][23][24]
Hidrofólios
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 27
8. Bibliografia
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Hidrofólios
Projeto FEUP 28
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[20] s.d http://i.telegraph.co.uk/multimedia/archive/02683/americas-cup-boat-_2683326b.jpg.
[21] s.d http://i.ytimg.com/vi/yLboyOqi6R8/hqdefault.jpg.
[22] s.d http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/20/PHM-1.jpg.
[23] Wikipedia. 3 de Junho de 2013. http://en.wikipedia.org/?title=Talk:Hydrofoil (acedido em Outubro de
2014).
[24] MarineWiki. 22 de Novembro de 2007. http://marinewiki.org/index.php/Hydrofoil (acedido em Outubro
de 2014).
