Aviação e leveza

A indústria aeronáutica está continuamente à procura de estruturas mais leves. A produção é cada vez mais dispendiosa; os melhoramentos que se pode obter nas construções metálicas são muito reduzidos, pelo que os métodos de produção são essencialmente os mesmos há já algumas décadas. Os aviões metálicos atingiram o topo da sua curva em S que descreve o seu ciclo de vida; a única forma de obter lucro é saltando para uma nova curva em S, a dos materiais compósitos (Beukers e Hinte, 1999, p.59).

«…metals limits cannot be stretched endlessly. Ashby’s curve shows that, in comparison with other materials, they reached their maximum contribution to constructions in and around World War Two. From then on synthetic ceramics, polymers and composites began competing and will continue to do so for many years to come. The reason that application of metals is gradually decreasing is not that metal resources are being exhausted, but that the most widely used ones, steel and aluminium, are no longer capable of meeting long term requirements of

price and performance. Research and development to achieve small improvements are becoming relatively expensive.» (Beukers e Hinte, 1999, pp.13-16).

Os compósitos reforçados com fibras terão de competir com materiais estabelecidos numa indústria madura; as suas particularidades são ainda pouco familiares; apesar de o preço destes materiais estar a decrescer rapidamente, ainda se consideram dispendiosos, sendo que no entanto, as suas propriedades são muito promissoras. Enquanto as tecnologias de produção do alumínio estão disponíveis desde os anos 20 e 30, o processamento dos compósitos é ainda amplamente manual; existem poucas tecnologias disponíveis. Quando o alumínio surgiu na indústria aeronáutica, no início dos anos 20, a situação era totalmente diferente, a aviação estava ainda na sua infância. Não havia motores a jacto, os factos da aerodinâmica e a fadiga dos metais eram mal conhecidos, bem como o controlo de estruturas complexas como cabines pressurizadas com janelas. Portanto, de facto, o desenvolvimento da tecnologia do alumínio coincidiu com a de toda a indústria produtora de aviões (Beukers e Hinte, 1999, pp.78-79).

Para construtores de pequenos aviões, o salto do metal para os materiais compósitos não é muito difícil; no entanto, os compósitos requerem uma outra forma de pensar (Beukers e Hinte, 1999, p.59). Já existem aviões militares e civis, bem como helicópteros, feitos inteiramente de compósitos, cujo principal benefício é a melhoria da razão preço /desempenho. Uma outra vantagem importante face aos aviões metálicos é a da integração de funções: são necessárias menos partes, e a sua montagem é relativamente simples. No entanto, para que os materiais compósitos possam ser empregues em aviões de maiores dimensões, considera-se como crucial, o desenvolvimento de novos conceitos construtivos e tecnologias de produção (Beukers e Hinte, 1999, p.60). Salienta-se ainda uma outra questão:

«…the current safety philosophy in aviation cannot simply be transplanted from aluminium to composites, because they react to stress and impact in a totally different way. For one thing metals undergo plastic deformation before they give in and break. Continuous fibre reinforced plastics simply don’t. You can’t kick a dent in a composite panel. It either remains undamaged or it breaks.» (Beukers e Hinte, 1999, p.79).

Os primeiros aviões quase não continham metal; como as estruturas pré-históricas, eram constituídos essencialmente por madeira e têxteis, e eram mais leves que qualquer metal (Beukers e Hinte, 1999, p.24). Há cerca de dez mil anos, a maioria das populações eram nómadas, pelo que os seus utensílios e construções tinham de ser leves; com o estabelecimento das primeiras civilizações sedentárias decresceu a necessidade de transporte, puderam ser utilizados materiais mais duráveis, e a leveza deixou de ser um factor importante. Actualmente, a leveza está novamente a ganhar importância; com o encarecimento da energia, o desenvolvimento de estruturas leves é crucial para o desenvolvimento tecnológico e económico (Beukers e Hinte, 1999, pp.12-16). Observa-se ainda, que a evolução dos polímeros de

engenharia e materiais compósitos, coincide com a mudança na importância do peso (Beukers e Hinte, 1999, p.16 baseados em Ashby31, 1992).

A evolução da importância relativa dos materiais ao longo da história é esquematizada por Ashby na seguinte imagem:

Figura 15 – Evolução dos materiais, Ashby e Johnson, 2002, p.176.

«Given the fact that early airplane materials are extremely light and that we seem to have reached the end of improvement in metal constructions – don’t forget Ashby’s bathtub –, there is a marked indication that striving for lightness strongly needs development of knowledge on building things out of lighter materials. These happen to be the organic ones: polymers and composites. They are light simply because their main building stones are the lighter atoms: hydrogen, nitrogen, oxygen and carbon and they can be composed into materials of great strength.» (Beukers e Hinte, 1999, p.24).

No entanto, poder-se-á considerar que existem barreiras culturais à adopção da leveza: como exposto por Beukers e Hinte (1999), a qualidade dos carros tende a ser associada ao seu peso e segurança; defende-se que uma tonelada de aço em movimento é um projéctil letal, do qual só

nos poderemos proteger com um outro veículo mais seguro e pesado, pelo que as enormes quantidades de materiais empregues na indústria automóvel, oferecem apenas uma ilusão de segurança e conforto. Apesar de a parcela de polímeros empregues ter aumentado gradualmente, os automóveis são cada vez mais pesados; os Rolls Royce foram ainda suplantados pelo novo modelo S-class da Daimler Benz, para cuja condução na Alemanha seria necessário uma carta de pesados, atendendo a que o limite de peso de veículos ligeiros é de 2410 kg. Entre 1985 e 1992, nos EUA, as empresas de automóveis pagaram mais de 233 milhões de dólares em multas ambientais, dos quais 150 milhões se atribuem à BMW e Mercedes; o peso dos carros cresce em proporção ao seu preço, os modelos de luxo são os mais pesados. As empresas argumentam que preferem pagar as multas, porque de outro modo teriam de reduzir o peso dos veículos, e já não poderiam garantir a sua segurança (Beukers e Hinte, 1999, pp.17-18).

«Innovations and breakthrough technologies are a necessary but not a sufficient condition for the achievement of a sustainable economy. Consumer preferences, and the way consumers allow new ecological values to play a part in their behaviour and purchasing decisions, are at least as important, as are the relative prices of the goods and services on which they spend their household budgets.» (Wim Hafkamp in Beukers e Hinte, 1999, p.112).