“A mistura entre o desempenho humano e tecnológico é o coração da atual America’s Cup.”

2017 –Dean Barker, neozelandês comandante do Softbank Team Japan

O começo: 1851 Ilha de Wight – Inglaterra

A America’s Cup (Copa América – nome do evento e do troféu) é um dos mais antigos e prestigiados da vela mundial. O nome da regata vem do primeiro barco que venceu o troféu, a escuna denominada “América”, após derrotar as melhores escunas da frota britânica em uma regata realizada em 1851, ao redor da Ilha de Wight, no sul da Inglaterra.

Photo:©1987 Daniel Forster/go4image.com

The America Schooner Yacht – New York Yacht Club

O evento atrai alguns dos principais velejadores e projetistas de embarcações do mundo, na desafiante busca de inovações tecnológicas nas embarcações e velas. A captação de recursos e administração do empreendimento é outro grande desafio, devido ao número de pessoas envolvidas (tamanho e qualificação das equipes) e o elevado grau de investimento financeiro.

Os Estados Unidos da América manteve a invencibilidade por 132 anos

No ano de 1983, o time desafiante da Austrália venceu o torneio, pondo fim ao mais longo período de vitórias da história no esporte da vela. O barco americano comandado por Dennis Conner, perdeu a regata no final da sétima e última regata da série, numa dramática disputa em vento fraco e inconstante.

Assim, pela primeira vez em 132 anos, o troféu da Copa América, deixa os EUA. O Comandante do Australia II, John Bertrand, disse na ocasião: “Isso traz a Copa América de volta às notícias” e de fato este foi o efeito, abrindo caminho a novos vencedores. Curiosamente, apenas quatro países – Estados Unidos (29x), Austrália (1x), Nova Zelândia (3x) e Suíça (2x) – levantaram o troféu, até os dias de hoje, ao longo das 35 edições da regata ou, mais de um século e meio (166 anos) de história.

No atual formato, a Copa América é a regata entre o vencedor da Copa Louis Vuitton (regata dos desafiantes) e o detentor do troféu.

Retorno da Taça aos Estados Unidos da América em 1987

Já na 26ª edição seguinte, Dennis Conner ganhou pelo Iate Clube de San Diego, o direito de desafiar os Australianos em Fremantle na Austrália, vencendo na ocasião com o barco “Stars & Stripes “ o “Kookaburra III” da Austrália por 4 a 0 e, levando o troféu de volta aos EUA. Esta também foi a última vez em que foram usados os barcos da classe 12 metros.

Stars&Stripes in Fremantle. Photo:©1987 Daniel Forster/go4image.com

A entrada do multi-casco: a evolução tecnológica e nas regras do evento, caminham passo a passo

O ano seguinte de 1988, foi um marco na história da Copa América. Pela primeira vez, dois barcos diferentes competiam.

©Daniel Forster/Duomo

O gigante australiano, mono-casco de 90 pés de linha d’água (27,43 metros LOA New Zealand ) contra o catamarã de Dennis Conner, com vela rígida,  bem menor de 60,03 pés (18,30 metros LOA catamaran, Stars & Stripes) mas muito mais veloz,  que ganhou a série sem dificuldade. A Austrália protestou mas não conseguiu mudar o resultado.

Muitas inovações e controvérsias

O barco América vencedor do primeiro troféu em 1851, era um monocasco de 101 pés (30,78 metros LOA) com aproximadamente 500m² de área velica no contravento. As regatas eram disputadas longe dos espectadores e os nonocascos navegavam na velocidade de um ciclista, pedalando à aproximadamente 27 km por hora.

Na lógica intrínseca deste empreendimento, as regras da regata (competição e classe dos barcos) continuaram evoluindo, passando a permitir não só barcos do tipo catamarã e/ou trimarans (multicascos), como mais recentemente, o uso de hidrofólios. Estes por sua vez, foram indutores das mudanças mais radicais e recentes, no aspecto da regata.

Como podemos constatar, o desenvolvimento tecnológico tem sido o coração da Copa América. A cada edição os times avançam nas pesquisas e inovações, literalmente rompendo os limites do imaginário. Com o uso de hidrofólios nos últimos anos, uma enorme revolução ocorreu no formato dos cascos e das velas, com muitas inovações controvertidas, transformando a Copa América de forma inusitada.

35ª edição da Copa América: 25 de maio e 27 de junho de 2017 – Ilhas Bermudas

Na 35ª edição da Copa América, as regras da Classe definiram rigidamente, o desenho dos cascos, a estrutura transversal que une os cascos assim como o formato e tamanho das velas rígidas. Por outro lado, os times poderiam desenvolver o sistema de controle hidráulico, desde que sem fazer uso de energia externa. A pressão hidráulica que deve ser gerada pela tripulação, é usada para operar as velas e os hidrofólios.

Cinco dos seis times optaram pelas catracas tradicionais. O Time da Nova Zelândia, optou por quatro bicicletas. Como as pernas tem mais força que os braços, o barco da NZ dispõe de mais energia hidráulica entretanto, é mais rápido iniciar o manuseio de uma catraca do que pular numa bicicleta e começar a pedalar.

A Classe C62: Catamarãs + Hidrofólios + vela rígida no formato asa = a tradição do novo

Os catamarãs da Classe Copa América (C62) que competiram na 35ª edição das Bermudas, são muito semelhantes entre si. Usam velas rígidas “wingsails” com quase 50 pés (15,24 em metros) de altura, construídas com fibra de carbono altamente eficientes. A tecnologia dos hidrofólios permite que os barcos andem com os cascos totalmente suspensos fora d’água, tudo acontecendo bem próximo dos espectadores. A eficiência é tanta, que eles conseguem navegar numa velocidade 2,5x superior a do vento real, beirando os 60 mph (96 km/h).

Os barcos sendo içados para fora d’água por pequenos “fólios” na forma de “L”, causam uma impressionante visão. O objetivo é manter os cascos inteiramente fora da água com o “lift” (sustentação) gerado pelos “fólios”.

http://blog.parker.com/aerospace-technology-powers-oracle-team-usa-in-the-35th-americas-cup

A tecnologia de “fólios” não é nova, vem sendo desenvolvida há décadas. Foi introduzida na Copa América em sua 34ª Edição, pela Nova Zelândia e hoje, faz parte das regras da classe. Os “fólios“ abriram um vasto campo para pesquisa e desenvolvimento dos times.

Neste ano, a evolução avançou mais um degrau na utilização computadorizada de energia hidráulica armazenada, usada como já sabemos, para alterar o formato da vela rígida e, o posicionamento dos hidrofólios.

Enquanto os atuais catamarãs da Copa América ainda usam uma tradicional vela de proa, a principal força propulsora é gerada pela “vela asa” que veio substituir as vela convencional de pano. A geometria das velas rígidas no formato asa, produzem significativamente mais potência. A razão arrasto – sustentação é bem mais favorável que nas velas tradicionais, ajudando a criar regatas de muita ação. As velas no formato da asa de avião ou de um carro de Fórmula 1 tem uma diferença básica: elas são desenhadas para gerar “lift” em ambos os lados e portanto, funcionar nos dois bordos.

As velas usadas em 1851 eram pesadas, difíceis de controlar. Além disto, os velejadores precisavam lidar com um vasto número de velas a bordo e portanto, era necessário uma grande tripulação para içá-las, trocar ou arriar.

Princípio de Bernoulli funciona tanto para as velas como para os hidrofólios

O princípio de Bernoulli (Daniel Bernoulli 1700 – 1782, matemático suíço) afirma que a pressão interna de um fluido diminui à medida que sua velocidade aumenta. Para entender como este princípio aplica-se a asa de um avião, a vela rígida de um catamarã C62 ou, a vela tradicional de uma embarcação , devemos observar o formato de uma asa.

http://fisicaqui.blogspot.com.br/2010/05/como-funciona-asa-de-um-aviao.html

O ar que passa por cima, tem uma velocidade maior que o ar que passa embaixo. Isso acontece porque a parte de cima é curva, aumentando a distância percorrida pelo ar e consequentemente sua velocidade. Por este princípio, sendo a velocidade do ar (fluido) maior na parte de cima da asa (ou sota-vento, no barco) a pressão é menor. Na parte de baixo (barla-vento, no barco), a velocidade do ar é menor e portanto, a pressão é maior. Desta diferença de pressão, surge a força de sustentação do avião ou a força de tração (propulsora) no caso dos barcos.

Buja

São feitas com tiras de fibra de carbono coladas umas nas outras no formato desejado. Elas tem 388 pés quadrados ou 36,04 m² comparado a 1.141 sq ft ou 106.00 m² da vela asa.

Vela Asa

É uma estrutura extremamente leve construída com fibra de carbono. Dentro da vela existe um complexo sistema hidráulico que permite os ajustes de trimagem no formato da vela de um bordo para o outro, alterando a curvatura de concavo (barlavento) para convexo (sota-vento), conforme o bordo.

Cascos

Os cascos são idênticos fabricados com sanduíche de fibra de carbono com recheio de alumínio ou “Nomex Honeycombs*” nas diferentes partes da estrutura.

*Os Materiais de núcleo do tipo honeycombs, também conhecidos como colméias, são utilizados amplamente em estruturas sandwich para a construção de peças leves e rígidas. O material pode ser fabricado a partir de uma série de produtos básicos como papel de aramida, polipropileno ou alumínio. Os painéis de honeycombs têm grande aplicação em partes planas de superestruturas, pisos e divisórias <http://www.barracudacomposites.com.br/prod_honeycomb.htm>.

Os braços que unem os cascos

Também são idênticos em todos os barcos.  Cada time porem, pode desenhar a sua carenagem aerodinâmica para diminuir o arrasto, em velocidades de 50 a 60 mph.

Hidrofólios: a água é aproximadamente 1.000 vezes mais densa que o ar

Desde tempos imemoriais a água é usada para transporte de cargas de grandes volumes e peso. Embora o meio líquido permita este resultado, a sua densidade sendo bem superior à do ar promove uma considerável resistência ao avanço na medida que a embarcação aumenta a sua velocidade.

Isso faz com que os engenheiros navais procurem formas mais hidrodinâmicas para reduzir essa resistência. Com os hidrofólios isto é alcançado de forma curiosa: fazendo a embarcação levantar-se sobre a água ao contrário de veículos como os hovercrafts, que recorrem a uma almofada de ar para evitar o contato com o solo/água.

https://pt.wikipedia.org/wiki/Hovercraft#/media/File:Portobello_Solent_Express1_2007-07-28.jpg

Por conta da densidade da água, os hidrofólios podem ser comparativamente pequenos, funcionando como pequenas “asas” subaquáticas (aerodinâmica molhada, ou hidrodinâmica), que permitem elevar o casco da água. Em algum momento a gravidade equilibra a força ascensional, e o barco para de subir. Com isto o arrasto hidrodinâmico deixa de existir, o casco só enfrenta a resistência do ar, bem menor do que a da água. A porção horizontal dos hidrofólios nos AC62, tem pouco mais que 1,80 m. de comprimento e consegue levantar o barco e sua tripulação, num total de aproximadamente 3 toneladas em velocidades a partir de 5/6 nós. Com os cascos livres da resistência da água, suspensos no ar, os barcos rapidamente aceleram podendo atingir velocidades acima mencionadas de 60 mph (96 kmh) ou, quatro vezes mais velozes que a primeira geração dos clássicos nonocascos da Copa América de 1851.

Com exceção da cambada (atravessando a linha do vento com a proa) ou no gibe (atravessando com a popa), somente um “fólio” e os dois lemes ficam na água. Os “fólios” podem ser ajustados para frente ou, para trás e também, para os lados. É este ajuste que mantém a estabilidade do barco. Esta operação, é extremamente complexa.

Lemes e “Elevadores” ou lemes com foils

Cada barco é equipado com dois lemes que ficam sempre dentro d’água. O elemento vertical trabalha na função tradicional de direcionamento da embarcação mas, na extremidade inferior, eles tem os seus “fólios” , conhecidos como “elevadores”. Estes, proporcionam um certo grau de sustentação e contribuem enormemente para o equilíbrio dinâmico de toda a embarcação. Na medida que o timoneiro altera o ângulo de ataque de cada leme separadamente – o que é chamado de “diferencial do leme” – ajusta a força de adriçamento para manter o mastro do barco na vertical e aproveitar com mais eficácia a vela em sua função propulsora.

Tecnologia aeroespacial: a integração do conhecimento acelera o progresso e ultrapassa os limites do humanamente imaginável

Hoje, é evidente a similaridade entre aviões e barcos da “America’s Cup” : a vela rígida lembra muito a asa de um avião enquanto que o hidrofólio a um winglet (a extremidade torcida desta parte do avião).

Pesquisa e o desenvolvimento tecnológico para melhorar o nível de performance da 35ª edição, levou os times a se associarem com empresas especializadas em tecnologia aeroespacial e desenhistas dos carros de Formula 1, trazendo significativas mudanças ao empreendimento . Desde 2014 a equipe Oracle Team USA mantêm um acordo de troca de tecnologia com a Airbus.

Os benefícios das parcerias fluem como em via de mão dupla, impactando positivamente os projetos do fabricante de aviões. Parte da tecnologia desenvolvida para a produção do hidrofólio do barco serão incorporados nos aviões assim como os sistemas micro-eletro-mecânicos criados para aferir dados precisos sobre a “vela asa” do barco e otimizar o seu desempenho. O objetivo das equipes da Copa América, é chegar próximo do limite, correndo todos os riscos. Por outro lado, numa empresa grande como a Airbus, o aspecto segurança tem maior peso na escala de prioridades de seus produtos. São metas diferentes, mas o resultado desta troca de experiência e postura investigativa, acaba sendo interessante para ambos os lados.

Paradoxo resolvido: A “Tradição do Novo” – Multicascos, vela asa, hidrofólios e a Escola de Sagres

“Ser um homem novo não é uma condição e sim um esforço” Harold Rosenberg

Técnicas de construção da era espacial, modelos de computador, simulações, mecânica de precisão. O resultado final porém, é uma embarcação com conceitos milenares como é o caso dos catamarãs, utilizando-se das seculares asas aéreas ou aquáticas, ingredientes estes, que por sua vez são temperados com a ousadia intrínseca dos ‘Empreendedores’ de todos os tempos. É uma reflexão interessante, tendo em vista que a evolução passa pela ampliação do conhecimento e o uso cada vez mais eficaz dos elementos e forças da natureza.

• A história vem demostrar que os polinésios já percorriam longas distâncias entre as ilhas do Pacífico, há cerca de 5.000 anos a.C. em seus multicascos; https://financasfaceis.files.wordpress.com/2009/11/polynesian-canoe.jpg
• Os primórdios da aviação remontam ao final do século XIX, início do seculo XX, quando o homem conseguiu voar com um objeto mais pesado que o ar (Santos Dumont 1873 – 1932, inventor brasileiro);
•  https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=32948993
• Os hidrofólios foram desenvolvidos nesta mesma época, resultado de experiências do engenheiro italiano Enrico Forlanini (1848 – 1930);
• Forlanini hydrofoil on Lake Maggiore circa 1911 <https://en.wikipedia.org/wiki/Enrico_Forlanini>
• Finalmente, guardando obviamente as proporções, o “empreendimento America’s Cup”, pode ser comparado a mítica Escola de Sagres (a qual nunca se materializou em termos de paredes e teto. Não era mais do que um núcleo de cientistas unidos por uma ideia central: a intenção e o profícuo espírito de investigação). Encabeçada pela capacidade impulsionadora do português Infante D. Henrique (1394 – 1460), num trabalho inédito desenvolvido ao longo de mais de meio século, contrariando dogmas medievais, levou a diante o seu plano de explorações marítimas, ampliando a visão de mundo dos europeus, com projeção planetária. De forma semelhante, a “America’s Cup” vem ampliando os horizontes do esporte da vela e a concepção dos barcos.

Credito: Mar Sem Fim – Escola de Sagres

Em suma, os elementos básicos sempre estiveram presente. A combinação inteligente e inédita que fazemos deles, é que produzem a diferença:

• como os empreendimentos são planejados;
• como é organizado o trabalho técnico e científico de alto nível em grupo;
• como se completa a teoria com a experimentação e a observação, muitas vezes contrariando dogmas, paradigmas, ortodoxias e “erros” técnicos ancestrais;
• como os métodos teóricos são aperfeiçoados sucessivamente por “feed-back” (técnicas de reciclagem) através de experiências no mar;
• profunda intenção e um profícuo espírito de investigação e desbravamento do desconhecido;
• aproveitamento máximo de todas as oportunidades oferecidas ou ignorando-as …

Esta prática é que leva ao “pioneirismo” e aos “descobrimentos”, o verdadeiro “motor” por trás do progresso/evolução. Trata-se de trabalho obviamente exaustivo (esforço permanente), que resulta em proveito e benefício de muitos, nos empreendimentos subsequentes.

EFICÁCIA NO APROVEITAMENTO DA ENERGIA EÓLICA NA LINHA DO TEMPO

America, retratado por Fitz Henry Lane

https://efemeridesdoefemello.com/2016/08/22/escuna-america-vence-a-primeira-edicao-da-americas-cup/

Artemis “voando” sobre as águas

As equipes da 35ª America’s Cup:

Histórico

Referências:

1- A Ciência Náutica e a Expansão Marítima Portuguesa – Dúvidas, certezas e deturpações históricas. Antônio Jorge da Silva Soares, Academia de Marinha 1997 Lisboa

2- <https://pt.wikipedia.org/wiki/America%27s_Cup>

3- <http://www.sailbrasil.com.br/index.php?pg=jornal&p=2335>

4- <https://www.americascup.com/en/history.html>

5- <http://abertoatedemadrugada.com/2014/09/hydrofoils-as-embarcacoes-voadoras.html>

6- <http://paginas.fe.up.pt/~projfeup/submit_14_15/uploads/relat_1M02_2.pdf>

7- <https://www.youtube.com/watch?v=pRQJRhPg6J8>

8- <http://meiobit.com/302200/oracle-team-usa-hidrofolios-em-competicao-de-iatismo/>

13- <http://www.telegraph.co.uk/sailing/2017/05/23/americas-cup-2017-boats-need-know/>

14- <http://land-rover-bar.americascup.com/en/about-ben-ainslie-racing.html>