Hidrofólios
O veleiro Ineos, em ação durante a Prada Cup 2021, na qual os monocascos com hidrofólios foram a grande novidade. Foto: Carlo Borlenghi
Com eles,
os barcos agora voam
Por Roberto Negraes
Os barcos com hidrofólios estão presentes nas competições internacionais, e, ao que parece, vieram para ficar
Atualmente, onde quer que você esteja, um dos assuntos mais importantes entre navegadores são os hidrofólios, capazes de transformar em breve o mercado de veleiros. A recém-realizada America’s Cup 2021, por exemplo, aproveitou os hidrofólios para produzir barcos mais leves e mais rápidos, causando grandes mudanças e criando expectativas que podem mudar e definir as próximas regatas internacionais.
Outra classe de veleiros, esta voltada para navegação offshore, a Imoca também passou a adotar e desenvolver os hidrofólios já há alguns anos.
O que é um hidrofólio e como funciona?
Um hidrofólio é um tipo de asa que atua como superfície de elevação dentro da água. É semelhante em aparência e finalidade aos aerofólios usados por aviões. À medida que o barco ganha velocidade, o hidrofólio levanta o casco para fora da água, diminuindo o arrasto e permitindo velocidades mais altas.
Fazer os barcos voar acima da superfície da água é simples na teoria, mas sempre foi extremamente difícil na prática. O desafio de conseguir uma resposta tecnológica para o problema teve início no fim do último século, e projetistas e engenheiros navais encontraram a solução depois de muitos cálculos e testes.
Detalhes do funcionamento
O hidrofólio geralmente consiste em uma estrutura em forma de asa montada em escoras abaixo de um monocasco, por meio das quilhas de um catamarã ou em outros posicionamentos possíveis em uma ampla variedade de barcos. À medida que uma embarcação equipada com hidrofólio aumenta a velocidade, os elementos do hidrofólio abaixo do casco desenvolvem sustentação suficiente para elevar a estrutura para fora da água, reduzindo significativamente o arrasto. Isto proporciona um aumento correspondente na velocidade e na eficiência do combustível em embarcações a motor (que também estão usufruindo e adotando a tecnologia dos hidrofólios).
A teoria e sua tecnologia
Como o ar e a água são governados por equações de fluido semelhantes — embora com diferentes níveis de viscosidade, densidade e compressibilidade — tanto o hidrofólio quanto o aerofólio criam elevação de maneiras idênticas. A lâmina se move suavemente pela água, desviando o fluxo para baixo, que, seguindo as equações de Euler, exerce uma força para cima na asa (foil, em inglês). Esse giro da água cria uma pressão mais alta na parte inferior da lâmina e uma pressão reduzida na parte superior. Essa diferença de pressão é acompanhada por uma diferença de velocidade, via princípio de Bernoulli, de modo que o campo de fluxo resultante em torno do foil tem uma velocidade média mais alta de um lado que do outro.
Quando usada como um elemento de elevação em um barco, essa força ascendente levanta o corpo da embarcação. A força de levantamento finalmente se equilibra com o peso do barco, chegando a um ponto em que o hidrofólio não sobe mais na água, permanecendo em equilíbrio. O hidrofólio, desse modo, fazendo com que o casco se erga, torna a embarcação livre de boa parte da turbulência e arrasto. O resultado é a geração de um aumento acentuado na velocidade.
Limites pelos custos
A complexidade de construção e manutenção dificulta a adoção mais ampla de hidrofólios. Os barcos equipados com hidrofólio têm um custo muito alto que os barcos convencionais (quanto maiores as embarcações nas quais os hidrofólios são aplicados, maior o custo). A tecnologia ainda não resolveu como se utilizar aerofólios em grandes embarções (como pequenos navios), obrigando seu uso apenas em barcos relativamente pequenos ou mais leves.
Como navega um veleiro com hidrofólios?
Montados sob o casco, os hidrofólios são lâminas metálicas que atuam quase de modo similar às asas de um aeroplano. Conforme a embarcação aumenta sua velocidade, os hidrofólios levantam o casco para cima e para fora da água, reduzindo o arrasto hidrodinâmico e aumentando a velocidade significativamente. Um veleiro com hidrofólios pode exceder pelo menos duas vezes a velocidade do vento, marcando assim um dos maiores avanços modernos na vela.
Como ficou a tecnologia dos hidrofólios da America’s Cup?
Sob a água, os veleiros da America’s Cup apresentam diferenças significativas no design dos hidrofólios e nos sistemas de controle. Com isso, as funções da tripulação também estão mudando, proporcionando níveis de controle sem precedentes ao timoneiro (ou piloto automático).
Orçamentos superlativos e fortes equipes de projeto impulsionaram esta revolução na America's Cup. Os patrocinadores investiram somas significativas no desenvolvimento tecnológico — mais do que qualquer outra área do esporte—, o que resultou em uma evolução acelerada.
Como os hidrofólios mudarão a indústria naval?
Poucos duvidam que a tecnologia de hidrofólios em barcos em breve será incorporada largamente pela indústria. Eles irão melhorar a estabilidade e controle de barcos de cruzeiro e aumentar a velocidade e desempenho.
Há muito tempo temos a tecnologia para viajar mais rápido, mas o maior benefício das folhas metálicas (os hidrofólios) para a indústria naval é a capacidade de “voar” mais rápido que as condições meteorológicas. Os hidrofólios podem resultar em planejamento de regatas confiáveis e eficientes, e também em veleiros para regatas de longo curso, que poderão navegar rápido o suficiente para, por exemplo, evitarem áreas de tempestades.
Melhorando o desempenho e a estabilidade, ao mesmo tempo em que permitem uma experiência de navegação mais suave, rápida e estimulante, os hidrofólios estão se espalhando rapidamente por toda a indústria naval.
Fontes:
https://www.wikipedia.org/
https://www.americascup.com/
https://www.imoca.org/en
https://blog.v-hr.com/blog/how-hydrofoils-work-and-what-they-do