Una fascinante mirada al interior de un diseño marino:hace tres décadas

Gougeon Brothers Inc. (Bay City, MI, EE. UU.) Envió recientemente un comunicado de prensa interesante sobre un catamarán de 28 años que aún establece récords de velocidad y supera a naves mucho más nuevas. Incógnito es un catamarán compuesto que fue fabricado por Gougeon Manufacturing en 1990. Russell Brown de Port Townsend, WA, compitió con el barco de 28 años, un G32, sin ayuda de nadie en la agotadora R2AK (Race to Alaska). En el tramo de clasificación 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, superando a más de 24 horas de su victoria récord de 2017, a bordo del mismo barco.

Así que me sorprendió encontrar en el sitio web de Gougeon un documento de desarrollo, diseño y construcción largo y detallado (última actualización:1996) que describe el meticuloso proceso que Meade y Jan Gougeon llevaron a cabo para fabricar ese rápido catamarán G32, que probablemente explica su éxito 28 años después. He tomado prestadas secciones, a continuación, y puede leer el documento en su totalidad aquí:http://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.html.

“Cuando decidimos reabrir nuestra planta de fabricación de palas eólicas en 1990, que había estado inactiva durante tres años debido al dramático colapso de la industria eólica en 1986, aceptamos que la industria eólica aún estaba muy lejos de recuperar su antigua salud. Necesitábamos compartir los gastos generales de la planta con un segundo producto hasta que el negocio eólico volviera a los niveles anteriores. Además de las palas de viento, comenzamos a fabricar un catamarán único y remolcable de 32 'de largo llamado' G-32 '. Mi hermano, Jan, y yo habíamos pensado durante mucho tiempo que habría un gran mercado para un catamarán liviano que fuera rápido y divertido. para navegar, tenía alojamiento de fin de semana para 2 o 3 y tenía un precio inferior a 35.000 dólares. No teníamos intención de lograr una gran producción; si pudiéramos hacer arreglos para construir dos por semana, podríamos lograr nuestras metas financieras, tres por semana serían rentables ".

“El G-32 fue diseñado para que toda la estructura pudiera construirse en dos moldes grandes, uno superior e inferior, que debían unirse en la línea central en una gran operación de unión. Esto permitió una inversión mínima en herramientas y moldes, lo que hizo que la producción de bajo volumen fuera económicamente viable. El desafío de diseño más grande fue construir el G-32 lo suficientemente liviano como para ser remolcado por un automóvil de tamaño mediano. Para lograr esto, el peso combinado del bote y el remolque no podría exceder las 2200 libras. Nuestro enfoque de este problema se centró en dos áreas; Primero, diseñamos fuera del bote la mayor cantidad de peso innecesario posible. Mantuvimos la superficie al mínimo y diseñamos cuidadosamente la estructura para acomodar las cargas anticipadas. Por ejemplo, la cabina servía como una gran caja de torsión para dar la resistencia a la torsión necesaria entre los dos cascos. En segundo lugar, utilizamos la tecnología de construcción más liviana que pudimos permitirnos dentro de nuestros objetivos de costos. No podríamos gastar más de $ 10 / lb. para conchas moldeadas, y estas no pueden pesar más de 800 libras. total.

“Tenemos muchos años de experiencia en la construcción de veleros de regata únicos y de alta tecnología en los que se utilizaron fibras exóticas, materiales de núcleo costosos y resinas epoxi para crear embarcaciones muy livianas pero costosas. Las piezas moldeadas de estos botes personalizados podrían costar fácilmente entre $ 50 y $ 100 por libra. Por lo general, estos botes de alta tecnología se laminaron sobre moldes masculinos que requerían múltiples aplicaciones de bolsas de vacío para lograr un laminado compactado liviano. Tres aplicaciones separadas de bolsas de vacío fueron como mínimo, y las dos capas y el núcleo separador requirieron compactación separada para asegurar un laminado de calidad. Los barcos que utilizan materiales preimpregnados, como el reciente yate America's Cup, pueden requerir de 6 a 10 aplicaciones de bolsas de vacío para eliminar el volumen de cada capa, y luego una compactación final de todas las capas antes de que pueda tener lugar un curado controlado por horno. La fabricación y aplicación de bolsas de vacío requiere mucha mano de obra, y esto ha restringido su uso en la construcción de embarcaciones de producción donde siempre se utilizan moldes femeninos. En el pasado, los intentos de envasar al vacío los núcleos en revestimientos exteriores colocados a mano en moldes femeninos han provocado un exceso de impresión, lo que ha reducido aún más el interés de los constructores ".

Los hermanos Gougeon continúan diciendo que, a pesar de estos problemas, el embolsado al vacío y la infusión eran imprescindibles para ahorrar peso en el laminado. Entonces, para ahorrar tanto peso como costos, eligieron un nuevo método de fabricación para el momento, con los siguientes pasos:

1) La resina epoxi, formulada con un tiempo de espera más prolongado, se utilizaría para obtener las máximas propiedades, y el tiempo de espera permitiría solo un paso de vacío, con todo el laminado compactado a la vez.

2) Un gelcoat a base de poliéster en moldes hembra daría una superficie de bajo costo pero acabada con un mínimo de impresión. Los autores señalan que resolvieron el problema significativo de unir la superficie del gelcoat de poliéster y el laminado epoxi con una sustancia de capa de unión especialmente desarrollada, aplicada entre los dos materiales diferentes durante el proceso de fabricación.

3) Todos los materiales de refuerzo se humedecerían mecánicamente con una máquina revestidora de rodillos para reducir la mano de obra y lograr un mejor control de la resina.

4) La resina epoxi de tiempo abierto prolongado especialmente diseñada se curaría posteriormente a temperaturas que no excedan los 140 ° F para lograr altas propiedades físicas.

Los dos hermanos evaluaron cuidadosamente los materiales de refuerzo para hacer el mejor laminado, al considerar el costo, el rendimiento del panel, la mano de obra para ensamblar y la calidad de la superficie exterior terminada. Inicialmente se evaluó una matriz de 30 combinaciones (puede ver la tabla aquí:http://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/goufig1.htm) con un enfoque en el vidrio E cosido. 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 un tiempo abierto de 4 horas, fue desarrollado en los propios laboratorios de Gougeon expresamente para su uso con este nuevo proceso de fabricación.

Los dos hermanos finalmente construyeron 30 paneles de prueba utilizando los materiales de la matriz, luego los redujeron a 12 combinaciones de materiales, para las pruebas de fatiga en el banco de pruebas Hydromat de la compañía. Su pregunta clave fue:"¿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 realizaron cambios de diseño para reducir las áreas planas en el diseño del barco, dado que esas áreas planas requerían rigidez adicional, de modo que se podría usar un panel menos rígido y de menor costo.

“Determinamos que la resistencia a largo plazo del panel a cargas de fatiga cíclica sostenida de 5 psi y cargas de golpe intermitente cercanas a 15 psi eran necesarias para la supervivencia a largo plazo de la estructura G-32. Este criterio no se estableció de manera científica, como la medición real con galgas extensométricas (lo cual es difícil de hacer). En cambio, reflejaba nuestra experiencia con el rendimiento de varias combinaciones de materiales utilizadas para construir numerosas embarcaciones con varios éxitos y fracasos a lo largo de los años. Este es el enfoque típico, histórico, de prueba y error para el diseño y la ingeniería de embarcaciones, que no ha servido bien a la industria desde el reciente y revolucionario desarrollo de los materiales compuestos. Los nuevos métodos de prueba, como el Hydromat, son un intento de evaluar mejor el rendimiento de los materiales compuestos de una manera que simule de cerca las condiciones de carga reales, de modo que se puedan tomar decisiones más informadas ”.

El documento continúa describiendo 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 máxima o fatiga. Sin embargo, fue más que adecuado para apoyar las necesidades estructurales del proyecto del barco G-32. Más importante aún, el panel # 48 obtuvo una buena puntuación en otras tres áreas; costo, peso y facilidad de fabricación ". El panel n. ° 48 constaba de pieles de fibra de vidrio multiaxiales de Brunswick Technologies Inc. sobre un núcleo de espuma de 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 pueden agregar las capas de gel. La solución fue tener una persona altamente capacitada que hiciera la mejor aplicación posible de gelcoat, dicen los hermanos Gougeon.

A pesar del cuidado puesto en el diseño y la selección del material, el objetivo de costo de $ 10 por libra de laminado terminado no se logró del todo, porque a fines de 1992, los hermanos decidieron vender la división de energía eólica, lo que eliminó la razón principal del barco. proyecto. La producción se cerró poco después, después de la fabricación de solo 14 G-32. Pero, dicen, la tecnología de construcción de embarcaciones a base de epoxi desarrollada con el G-32 ahora se usa ampliamente en la construcción de embarcaciones de alto rendimiento, construidas en moldes femeninos. Meade y Jan Gougeon creen que su proceso de fabricación redujo drásticamente el costo de fabricar embarcaciones a base de epoxi, en comparación con el costo de construir embarcaciones personalizadas en moldes masculinos. Además, eliminó el estireno y proporcionó un mayor control sobre el tiempo abierto y las tasas de curado. Concluyen, “… los 14 G-32 que se construyeron se han desempeñado como se esperaba, sin fallas estructurales de ningún tipo. Una ventaja es que su peso ligero, combinado con cascos largos y delgados, ha hecho que los barcos sean extremadamente rápidos que han ganado muchas carreras ". ¡Y, 28 años después, siguen ganando!