Dentro del legado: Cómo un catamarán de 30 años sigue batiendo récords de velocidad

Gougeon Brothers Inc. (Bay City, MI, EE. UU.) envió recientemente un interesante comunicado sobre un catamarán de 28 años que sigue batiendo récords de velocidad y superando embarcaciones mucho más nuevas. Incognito es un catamarán compuesto fabricado por Gougeon Manufacturing en 1990. Russell Brown de Port Townsend, WA compitió con la embarcación de 28 años, una G32, en solitario en la agotadora R2AK (Race to Alaska). En la etapa clasificatoria de Port Townsend WA a Victoria, BC terminó 40 minutos por delante del resto de la flota. Luego lideró la carrera durante tres días y fue el primer finalista en solitario por segundo año consecutivo, rebajando más de 24 horas su récord de 2017, a bordo del mismo barco.

Me sorprendió encontrar en la web de Gougeon un documento largo y detallado de desarrollo, diseño y construcción (última actualización: 1996) describiendo el minucioso proceso que Meade y Jan Gougeon llevaron a cabo para hacer ese rápido catamarán G32, lo que probablemente explica su éxito 28 años después. He tomado secciones a continuación, y puede leer el documento completo aquí: https://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.html .

"Cuando decidimos reabrir nuestra planta de fabricación de palas eólicas en 1990, que había estado inactiva tres años debido al dramático colapso de la industria eólica en 1986, aceptamos que la industria eólica aún estaba lejos de recuperar su salud anterior. Necesitábamos compartir los gastos generales de la planta con un segundo producto hasta que el negocio eólico volviera a los niveles anteriores. Además de palas eólicas, comenzamos a fabricar un catamarán único, remolcable, de 32 pies de largo llamado 'G-32'. Mi hermano, Jan, y yo pensábamos desde hace tiempo que habría un gran mercado para un catamarán ligero que fuera rápido, divertido de navegar, tuviera alojamiento de fin de semana para 2 o 3 y costara menos de $35,000. No teníamos intención de lograr gran producción; si podíamos construir dos por semana cumpliríamos nuestras metas financieras, tres por semana sería rentable."

"El G-32 se diseñó para que toda la estructura pudiera construirse en dos moldes grandes, uno superior e inferior, que se unían en la línea central en una sola operación de pegado grande. Esto permitía una inversión mínima en utillajes y moldes, haciendo factible la producción de bajo volumen. El mayor reto de diseño era construir el G-32 lo suficientemente ligero para ser remolcado por un coche mediano. Para lograr esto, el peso combinado del barco y remolque no podía exceder 2,200 lbs. Nuestro enfoque se centró en dos áreas; primero, diseñamos el barco eliminando todo peso innecesario. Mantuvimos el área superficial al mínimo y diseñamos cuidadosamente la estructura para soportar las cargas previstas. Por ejemplo, la cabina servía como gran caja de torsión para dar la resistencia a torsión necesaria entre los dos cascos. Segundo, usamos la tecnología de construcción más ligera que podíamos permitir dentro de nuestras metas de coste. Podíamos gastar no más de $10/lb para cascos moldeados, y estos no podían pesar más de 800 lbs en total."

"Hemos tenido muchos años de experiencia construyendo veleros de regata de alta tecnología 'one-off' donde se usaban fibras exóticas, materiales de núcleo caros y resinas epoxi para crear barcos muy ligeros pero caros. Las partes moldeadas de estos barcos personalizados podían costar fácilmente $50 a $100 por lb. Típicamente estos barcos de alta tecnología se laminaban sobre moldes masculinos requiriendo múltiples aplicaciones de bolsa de vacío para lograr un laminado compacto y ligero. Tres aplicaciones separadas de bolsa de vacío eran un mínimo, con las dos pieles y el núcleo separador requiriendo compactación separada cada uno para asegurar un laminado de calidad. Barcos usando materiales preimpregnados, como el reciente yate de la Copa América, podrían requerir 6 a 10 aplicaciones de bolsa de vacío para descompactar cada capa, y luego una compactación final de todas las capas antes de un curado controlado en horno. La fabricación y aplicación de bolsas de vacío es intensiva en mano de obra, y esto ha restringido su uso en construcción de barcos de producción donde siempre se usan moldes femeninos. En el pasado, intentos de embolsar al vacío núcleos en pieles exteriores laminadas a mano en moldes femeninos causaron excesiva marcación, reduciendo aún más el interés entre constructores."

Los hermanos Gougeon continúan diciendo que a pesar de estos problemas, el embolsado al vacío e infusión era imprescindible para ahorrar peso de laminado. Así, para ahorrar tanto peso como coste, eligieron un nuevo método de fabricación para la época, con los siguientes pasos:

1) Resina epoxi, formulada con un tiempo de vida más largo, se usaría para máximas propiedades, con el tiempo de vida permitiendo solo un paso de vacío, con todo el laminado compactado a la vez.

2) Un gelcoat base poliéster en moldes femeninos daría una superficie terminada de bajo coste con mínima marcación. Los autores señalan que resolvieron el problema significativo de unir la superficie de gelcoat poliéster y el laminado epoxi con una sustancia de unión especialmente desarrollada, aplicada entre los dos materiales disímiles durante el proceso de fabricación.

3) Todos los materiales de refuerzo se humectarían mecánicamente con una máquina de recubrimiento por rodillo para reducir mano de obra y lograr mejor control de resina.

4) La resina epoxi de tiempo de vida largo especialmente diseñada se post-curaría a temperaturas no superiores a 140 °F para lograr altas propiedades físicas.

Los dos hermanos evaluaron cuidadosamente materiales de refuerzo para hacer el mejor laminado, considerando coste, rendimiento de panel, mano de obra para ensamblar y calidad de superficie exterior terminada. Una matriz de 30 combinaciones se evaluó inicialmente (puede ver la tabla aquí: https://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/goufig1.htm ) con enfoque en fibra de vidrio cosida. El núcleo se evaluó cuidadosamente, en varios espesores y materiales, ya que era el componente más caro. El sistema de resina epoxi PRO-SET, con tiempo de vida de 4 horas, fue desarrollado en los propios laboratorios de Gougeon expresamente para uso con este nuevo proceso de fabricación.

Los dos hermanos construyeron finalmente 30 paneles de prueba usando los materiales de la matriz, luego redujeron a 12 combinaciones de materiales, para pruebas de fatiga en el banco de pruebas Hydromat de la empresa. Su pregunta clave era: "¿Cuánta rigidez era necesaria para que el barco funcionara correctamente en las condiciones de operación más exigentes?" Los dos dicen que basándose en los resultados de las pruebas se hicieron cambios de diseño para reducir áreas planas en el diseño del barco, dado que esas áreas planas requerían rigidez adicional, para que se pudiera usar un panel menos rígido y de menor coste.

"Determinamos que la resistencia a largo plazo de paneles a cargas cíclicas sostenidas de 5 psi y cargas de impacto intermitentes cercanas a 15 psi eran necesarias para la supervivencia a largo plazo de la estructura G-32. Este criterio no se estableció de forma científica, como medición real con galgas extensométricas (lo cual es difícil). En su lugar reflejaba nuestra experiencia con el rendimiento de varias combinaciones de materiales usadas para construir numerosas embarcaciones con diversos éxitos y fracasos a lo largo de los años. Este es el enfoque típico, histórico, de ensayo y error para el diseño e ingeniería naval, que no ha servido bien a la industria desde el reciente desarrollo revolucionario de materiales compuestos. Nuevos métodos de prueba, como el Hydromat, son un intento de evaluar mejor el rendimiento de materiales compuestos de forma que simule de cerca condiciones de carga reales, para que se puedan tomar decisiones más informadas."

El documento describe en detalle el proceso de prueba de fatiga de ciclo corto. La combinación de materiales finalmente elegida, dicen los autores, "no fue el panel más fuerte evaluado en ninguna de las áreas estructurales de rigidez, resistencia última o fatiga. Sin embargo, era más que adecuado para soportar las necesidades estructurales del proyecto del barco G-32. De mayor importancia, el panel #48 obtuvo buenos resultados en otras tres áreas: coste, peso y facilidad de fabricación". El panel #48 consistía en pieles de fibra de vidrio multiaxial de Brunswick Technologies Inc. sobre un núcleo de espuma PVC Klegecell de DIAB.

Curiosamente, una de las partes más difíciles del proyecto, dicen, fue lograr el acabado exterior de alto brillo, sin el peso excesivo que los gelcoats pueden añadir. La solución fue tener un individuo altamente entrenado haciendo la mejor aplicación de gelcoat posible, dicen los hermanos Gougeon.

A pesar del cuidado en el diseño y selección de materiales, la meta de coste de $10 por lb de laminado terminado no se logró del todo, porque a finales de 1992, los hermanos decidieron vender la división de energía eólica, lo que eliminó la razón principal del proyecto del barco. La producción se cerró poco después, tras la fabricación de solo 14 G-32. Pero dicen que la tecnología de construcción de barcos base epoxi desarrollada con el G-32 ahora se usa ampliamente en la construcción de barcos de alto rendimiento, construidos en moldes femeninos. Meade y Jan Gougeon creen que su proceso de fabricación redujo dramáticamente el coste de fabricar barcos base epoxi, comparado con el coste de construir barcos personalizados en moldes masculinos. Además, eliminó el estireno, y proporcionó mayor control sobre el tiempo de vida y tasas de curado. Concluyen, "...los 14 G-32 construidos han funcionado como se esperaba, sin fallos estructurales de ningún tipo. Un plus es que su ligereza, combinada con cascos largos y esbeltos, ha hecho barcos extremadamente rápidos que han ganado muchas carreras". Y, 28 años después, ¡siguen ganando!