ANÁLISE DO XIQUE-XIQUE 001
10/11/2009
Bem, vamos falar um pouco do momento longitudinal vertical que a força do vento na vela introduz no veleiro. Como na minha ansiedade de velejar um IOM eu não estudei o casco, nem inclinado transversalmente, quanto mais longitudinalmente, foi no sentimento (coisa que não aconselho a ninguém) e mais tarde descobri este fator importante nos IOM durante o meu aprendizado olhando os vídeos no You Tube já durante a fase de construção, então eu resolvi introduzir no XX 01 um trim pela popa, isto você pode ver pela foto:
O fim da pintura verde delimita a linha d’água original de projeto. Este trim causado pelo deslocamento proposital do centro do centro de gravidade do barco mais para ré, gerou um trim com levantamento da proa de uns 1,5 cm aproximadamente e outro tanto na popa, com um afundamento um pouco menos, visto que o centro de gravidade da linha d’água de projeto (LCF) fica a 0,435 m da popa. Para encontrar essa posição eu fiz uma planilha em que eu impunha uma determinada posição para o centro de gravidade do veleiro e ela me calculava a posição do centro de gravidade do bulbo e da quilha que eu teria que colocar:
| CONDIÇÃO FINAL REAL | Centro de empuxo de projeto = | 0,460 | ||||||||||
| Cálculo de Pesos e Centros de Gravidade | ||||||||||||
| item | peso kg | CG av Bal 0 m | Peso * d | |||||||||
| Casco + velas | 1,772 | 0,451 | 0,799 | |||||||||
| leme | 0,075 | 0,100 | 0,008 | |||||||||
| Servos + receptor | 0,251 | 0,430 | 0,108 | |||||||||
| bateria | 0,175 | 0,430 | 0,075 | |||||||||
| Total | 2,273 | 0,990 | CG parcial = | 0,435 | ||||||||
| quilha | 0,500 | 0,484 | 0,242 | |||||||||
| bulbo | 1,800 | 0,484 | 0,872 | |||||||||
| Total | 2,300 | 0,484 | CG = | 0,484 | ||||||||
| Peso do barco | 4,573 | CG do peso total | 0,460 | |||||||||
| A quilha e o bulbo tem que ser colocado a = | 0,484 | m | ||||||||||
| CONDIÇÃO FINAL REAL | Centro de empuxo de projeto = | 0,440 | ||||||||||
| Cálculo de Pesos e Centros de Gravidade | ||||||||||||
| item | peso kg | CG av Bal 0 m | Peso * d | |||||||||
| Casco + velas | 1,772 | 0,451 | 0,799 | |||||||||
| leme | 0,075 | 0,100 | 0,008 | |||||||||
| Servos + receptor | 0,251 | 0,430 | 0,108 | |||||||||
| bateria | 0,175 | 0,430 | 0,075 | |||||||||
| Total | 2,273 | 0,990 | CG parcial = | 0,435 | ||||||||
| quilha | 0,500 | 0,444 | 0,222 | |||||||||
| bulbo | 1,800 | 0,444 | 0,800 | |||||||||
| Total | 2,300 | 0,444 | CG = | 0,444 | ||||||||
| Peso do barco | 4,573 | CG do peso total | 0,440 | |||||||||
| A quilha e o bulbo tem que ser colocado a = | 0,444 | m | ||||||||||
A primeira tabela é a do projeto original com CG do veleiro a 0,46m da popa, correspondente a linha d’água original, fim da pintura verde. Neste caso, a quilha e o bulbo teriam que ficar a 0,484 m da popa.
A segunda, a escolhida por mim para causar o trim pela popa, é obrigando ao novo centro de empuxo ficar a 0,44 cm da popa, ou seja recuando 2 cm da posição original, e a quilha e o bulbo ficando a 0,444 m da popa.
Quando eu fiz o projeto do XX eu coloquei a roda de proa 2 cm abaixo da linha d’água de projeto porque eu via nos vídeos duas situações ruins para veleiros, proa enterrada e proa acima d’água. Ora a diminuição do comprimento de linha d’água, limita a velocidade do veleiro pois quanto maior a linha d’água maior a velocidade limite, eu não queria que o XX ficasse em nenhuma das duas condições.
Os pesos
A quilha deveria ter ficado na faixa de 0,200 kg e o bulbo com 2,3 kg, perfazendo um total de 2,500 kg, o máximo permitido por regra. Essa condição assegura ao veleiro uma menor banda (inclinação transversal) pela posição mais baixa do centro de gravidade do conjunto quilha – bulbo, melhorando as condições de resistência ao avanço. A tendência é de que numa regata entre vários barcos a situação melhor é a daquele que possui menos banda, inclusive a força gerada pela vela em posição inclinada é menos efetiva do que ela na vertical. Quanto mais inclinada a vela, ou seja, quanto mais banda, menor é a eficiência da vela e do casco.
Pela tabela vemos que o casco e tudo o mais ficou com 2,273 kg e a quilha e o bulbo com 2,300 kg, o que tira o 001 de qualquer competição, a não ser para diversão, o que é também muito bom, pelo menos para mim.
Ora se o a quilha e o bulbo devem ficar com o peso máximo permitido, por estas razões acima, o resto todo deve ficar com no máximo 1,500 kg, mas ficou com 2,273 kg, um excesso de 0,773 kg.
Se eu mantiver os mesmos servos, tenho que diminuir os pesos no casco, velas e bateria. Pelo que Pelarin nos disse no post sobre as Life, 100 g podem ser diminuídas das baterias, a vela talvez algumas gramas, mas o grosso, cerca de 650 gramas devem sair do casco/convés.
Eu laminei o casco e o convés com duas camadas de woven roving de aproximadamente 160 g/m2 e uma de manta de 450 g/m2 que eu abri no meio, para usar com metade do peso, impregnadas com epoxi (da Barracuda, tem o link aí ao lado nos fornecedores, excelente produto). Aqui em Natal quem vende o material não sabe nem a especificação. Eu sei os pesos da fibra de vidro porque peguei 1 m2 de cada e pesei.
Matéria prima em Natal é difícil.
O casco e convés ficou com 1350 g, logo o casco e convés deve passar a ficar com cerca de 750 g ou seja redução de 50% quase, no 002.
Vai ser difícil? Vai, mas acho que dá. Vou ter que fazer algumas contas. Depois coloco tudo aqui, quantas camadas usei etc.
Então resumindo, uma sugestão para se fazer um bom IOM, apto a competir, para que ninguém mais fique no desconhecido como eu:
Quilha – perto o mais possível de 100g – Me parece que a fibra de carbono é a única solução.
Bulbo – O que for necessário para que somado a quilha dê 2500 g ou seja, deve ficar na ordem de 2400 g.
O casco e convés – 750 g
Bateria – 70 g
Leme – 75 g (Esse é o peso máximo permitido pelas regras do IOM, não passar disto)
Mastreação/Velas -355 g
Servos e receptor – 250 g
Total- 4000 g (Peso mínimo permitido pela regra IOM)
Aí você poderá começar a pensar em competir para um bom resultado
No entanto o casco do 001 parece um couraçado, forte demais. O 002 sairá bem melhor.
Bem, espero estar contribuindo para ajudar quem quer fazer seu veleiro IOM e obter bons resultados.
Se alguém discordar ou tiver alguma sugestão, será sempre muito bem vindo.
Algumas coisas interessantes:
A foto seguinte mostra direitinho a formação da crista de onda na popa e na proa:
Esta foto mostra que apesar de pesado, com falta de vento, vela ruim, pequena, velame 3 a velocidade do XX com um pouquinho mais de vento, colocaria a crista de proa, no bico de proa, ou seja, alcançaria a velocidade limite de 2,32 nós, aproximadamente 4,2 km/h, para um barco de 1 m de comprimento de linha d’água.
Pelo menos nesta situação de vento leve pela popa o XX se mostra muito bem.
A formação de onda transversal que aparece na foto já mostra que a margem dada pelo trim pela popa já está quase superada pela posição de casco na onda e pelo atual momento vertical longitudinal.
A foto seguinte mostra bem detalhado os vórtices causados pela popa ligeiramente enterrada e pelo descolamento da camada limite:
No próximo projeto vou levantar a popa acima da linha d’água um pouco para melhorar esta situação.
Olhando a foto abaixo vemos que o Xique-Xique tem ótima atitude inclinado, na orça. Ele não afunda nem a popa nem a proa. Isso significa que ao inclinar, o CE se desloca naturalmente para a frente. Por não ter popa aberta e nela o costado é quase reto o barco a medida que vai inclinado vai assentando paralelamente. Pode-se notar que o leme está todo imerso, a quilha também nem aparece apesar do barco estar com cerca de 40 graus de inclinação.
Esta foto mostra mais ainda o excelente posicionamento inclinado. Agora com cerca de 70 graus.
Vejamos com o vento pela popa:
O Xique- Xique não tem aquela tendência de não enterrar a proa como eu gostaria. Vamos ver o casco 002 laminado com os pesos certos para ver se melhora. Mas será uma preocupação minha no próximo projeto.
O Xique-Xique tem:
Boca na linha d’água de projeto – 0,17 m
Boca máxima – o,183 m
Calado do casco sem quilha – o,055 m
Coeficiente prismático – 0,55
Área molhada – 0,15 m2
Deslocamento – 0,004 m3
O coeficiente prismático fica num valor um pouco mais baixo que o ideal para velocidades altas mas favorece a velocidade em ventos mais comuns e para velocidades limites a máxima dispõe-se de mais vento.
A superfície molhada poderia ser um pouco menor, na faixa de 0,145 m2 pelo menos.
Estudo da resistência ao avanço do Xique-Xique
- Quantificação dos tipos de resistência no Xique-Xique
Plano de Linhas
Continua: O Xique-Xique otimizado em peso vem aí.
Dados completos do Xique-Xique:
LOA – 1.000 m
BOA – 0.182 m
Water density – 1.000
Displaced Volume – 0.004 m³
BWL – 0.174 m
Cb – 0.4199
Cp – 0.5500
Cpv – 0.6153
Wetted Surface area – 0.159 m²
LCB – 0.461 m from aft
LCB % – -3.895
VCB – 0.035 m
LWL – 1.000 m
Waterplane area – 0.118 m²
Cwp – 0.6824
LCF – 0.431 m
WL entrance angle – 11.755 Degr
WL transverse moment of inertia – 0.000 m⁴
WL longitudinal moment of inertia – 0.006 m⁴
Midship area – 0.0072 m²
Midship coefficient – 0.7634
Transverse metacentric height – 0.085 m
Longitudinal metacentric height – 1.621 m
Lateral area – 0.040 m²
Longitudinal center of effort – 0.52 m
Vertical center of effort – 0.033 m
Total hull area – 0.315 m²
Inclined DWL 10⁰ 20⁰ 30⁰ 40⁰ :
- Xique-Xique
Resistance Michlet kN
U (m/sec), Rr , Rt 0.257000, 0.000005, 0.000043 0.348857, 0.000017, 0.000082 0.440714, 0.000034, 0.000132 0.532571, 0.000045, 0.000183 0.624429, 0.000068, 0.000250 0.716286, 0.000102, 0.000334 0.808143, 0.000111, 0.000397 0.900000, 0.000156, 0.000503 0.991857, 0.000190, 0.000602 1.083714, 0.000473, 0.000955 1.175571, 0.001018, 0.001575 1.267429, 0.001620, 0.002257 1.359286, 0.002136, 0.002857 1.451143, 0.002527, 0.003337 1.543000, 0.002808, 0.003711 HULL Rf U (m/sec), Hull 1 0.257000, 0.000039 0.348857, 0.000066 0.440714, 0.000099 0.532571, 0.000138 0.624429, 0.000182 0.716286, 0.000232 0.808143, 0.000287 0.900000, 0.000347 0.991857, 0.000412 1.083714, 0.000482 1.175571, 0.000557 1.267429, 0.000637 1.359286, 0.000721 1.451143, 0.000810 1.543000, 0.000904LCB 10⁰ - 0,4610 m 20⁰ - 0,45837 m 30⁰ - 0,45326 m 40ô - 0,4459 m Wetted Area 10⁰ - 0,1589 m² 20⁰ - 0,1569 m² 30⁰ - 0,1575 m² 40⁰ - 0,1589 m² Righting Arm 10⁰ - 0,0345 m 20⁰ - 0,065 m 30⁰ - 0,097 m 40⁰ - 0,125 mXique-Xique
