LAMINAÇÃO DE HÉLICES

Dizem que nenhum conhecimento adquirido é válido, se o mesmo não puder ser compartilhado.

Está aí uma grande verdade.

Até muito pouco tempo atrás, detinha o diferencial competitivo aquele que retinha a informação, tanto no âmbito profissional, como em assuntos políticos ou pessoais.

Hoje a verdade escampa aponta para o oposto: somente vencerá aquele que tiver a capacidade de compartilhar os saberes, promovendo e movimentando uma das principais Leis Regentes Universais que é a Evolução.

Quero então agradecer, tendo como testemunhas os leitores deste artigo, ao amigo e mestre Nelson Pedro Mary - BRA40, a quem tanto devemos, principalmente nós aeromodelistas vececistas, por tudo aquilo que foi, é, e, Graças a Deus, por muito ainda será ensinado por este Expoente do Aeromodelismo Nacional.

Ele foi quem me ensinou grande parte do que vou aqui tentar transcrever, daí a justa menção.

Espero que vocês leitores interessados, possam aproveitar como eu tenho aproveitado até hoje.

Hélices
Não entrarei aqui em detalhes sobre sua teoria de funcionamento ou engenharia.

Perfis, passos, diâmetros, formatos, numero de pás, eficiência, cálculos, e tudo o mais que alguém queira saber sobre hélices, pode facilmente ser encontrado em abundância na Internet em sites como este que recomendo a leitura, principalmente da seção “articles”, e os produtos por eles ofertados:

http://www.supercoolprops.com/

Como aeromodelista praticante das modalidades F2 – Vôo Circular Controlado, e principalmente as de alto desempenho como F2C (Team Racing) e F2A (Speed), o item hélices é crítico em vários aspectos que vão desde o alto consumo em função de quebras ou desgaste pelo contato involuntário com o solo, à indisponibilidade comercial em função das características específicas que devem possuir para aplicação a que se destinam.

Por isso é para nós muito importante ter a capacidade de nos autoprover destes artigos.

Como curiosidade, informo que as fotos e o roteiro que segue, mostram todo o processo de laminação de um tipo específico de hélices utilizadas em modelos F2C, equipados com motor diesel de 2,5cc (0.15 cu. in.) que empurram esses bólidos a mais de 200km/h. Normalmente são hélices pequenas, onde seu diâmetro não ultrapassa as 7polegadas.

Entretanto o processo descrito pode também ser aplicado para a fabricação de hélices de maior diâmetro.

Moldes

De mesma maneira não abordarei aqui o assunto que versa sobre a confecção dos moldes, por ser algo igualmente fácil de ser encontrado na Web.

Vários são os sites que ensinam com grande riqueza de detalhes o processo de construção de moldes para confecção de hélices. O meu preferido é:

http://digilander.libero.it/mfer/molds/PMpart1.htm

Materiais necessários

Procurarei listar aqui, os materiais que normalmente utilizamos para a laminação das hélices, sendo alguns passíveis de substituição, em função da disponibilidade local ou mesmo do conforto pessoal daqueles que se dispuserem a seguir estes passos.

No fim do artigo encontrarão uma relação com as especificações utilizadas e alguns locais onde poderão adquirir os produtos relacionados.

Vamos à lista:

- Um bom conjunto de Moldes (óbvio) composto das metades macho&fêmea + o pino central na medida exata do eixo de seu motor.

- Desmoldante em cera. Não recomendo outros tipos de desmoldante como vaselina sólida ou líquida e o álcool polivinilico, pois tanto prejudicam o acabamento da hélice, como dificultam a limpeza do molde e material de apoio.

- Pinceis e escovas para espalhar a cera e dar polimento

- Fios de fibra de carbono, fibra de vidro e fibra aramida (kevlar). Aqui vai uma pequena observação: O carbono é mais rígido e caro, o vidro mais flexível e barato, e a aramida oferece excelente resistência à tração e está no meio das anteriores em relação ao custo, porém tem algumas características negativas que serão vistas mais adiante.

- Medida padrão (um gabarito feito de um pedaço retangular de madeira ou plástico)

- Resina epóxi. Aqui procuramos não reinventar a roda. A resina que melhores resultados oferece para essa empreitada é a LY5052 com seu respectivo catalisador HY5052, da Ciba.

- Estilete e uma faca velha de sobremesa, sem ponta e sem serrilhado. Não é necessário nem recomendado que esteja afiada.

- Base de vidro ou granito ou qualquer superfície plana não porosa.

- Seringas, pipetas ou uma balança de precisão para mensurar a quantidade de resina e catalisador a serem utilizados.

- Copo ou recipiente para mistura.

- Papel toalha e pano velho para limpeza.

- Luvas de látex (no meu caso em particular a resina me causa alergia nas mãos)

- Palito de churrasco, haste metálica com ponta, ou qualquer outro utensílio que sirva para “pentear” e ajustar a fibra no molde, assim como misturar a resina e catalisador.

- Solvente para limpeza: Thinner, acetona, álcool ou uma mistura destes componentes.

- Pelo menos um par de sargentos para manter o molde fechado e o composto fibra/resina prensado em seu interior.

- Um forno de normal destes de cozinha pode ser útil, mas não é fundamental.

Primeira fase: PREPARAÇÃO DOS COMPONENTES.

O processo de laminação de hélices se inicia com a limpeza do molde, pinos, sargentos e qualquer outro item que tenha tido contato com a resina catalisada. Verão que sua remoção é bastante simples, se observados e seguidas corretamente as orientações para aplicação do desmoldante. A resina já seca é dura e quebradiça, o que facilita sua remoção em pedaços ou lascas com o auxílio da faca sem ponta. Procure não riscar ou ferir o molde.

Tenha especial cuidado ao limpar as superfícies que formam a hélice, assim como as paredes internas. Um risco ou depressão nestas áreas pode comprometer o acabamento da hélice, assim como dificultar a abertura do molde em função do travamento que poderá ocorrer se a resina preencher estes espaços. Normalmente uma boa escovada com a escova de polimento basta para remover os resíduos do interior do molde.

Uma vez limpos, os dispositivos estão prontos para receber o desmoldante. Com um pincel macio, aplique uma pequena camada da cera por toda a superfície do molde, incluindo toda a área externa. Não esquecer do pino, placas de reforço, se as houver, sargentos e tudo o mais que possa ter contato com a resina que será invariavelmente derramada. Assim que a cera começar a secar, dê polimento com outra escova que deve estar seca e ter as cerdas macias. A superfície interna da parte fêmea do molde merece aqui uma atenção especial, uma vez que tem alguns cantos e reentrâncias de difícil acesso para a ação da escova. Não esmoreça e continue até o polimento estar igual por todo o molde e demais itens onde foi aplicado o desmoldante. Repita este processo por mais duas vezes no mínimo, ou 5 se esta é a primeira vez que irá utilizar o molde. Insisto para que não esqueça de nenhuma parte ou item, principalmente o pino central.

Vamos agora nos preocupar com as fibras que serão utilizadas.

É necessário que haja um equilíbrio entre resinas e fibra utilizado para uma determinada hélice. Se utilizarmos pouca fibra, teremos uma hélice mais flexível e menos resistente. Se utilizarmos muita fibra, teremos uma hélice mais rígida e mais quebradiça, alem da possibilidade de o molde não fechar por completo. Aqui é possível realizar alguns cálculos de volume para determinar uma medida aproximada da quantidade de fibra a ser utilizada, mas mesmo assim será passível de ajustes conseguidos apenas após a terceira ou quarta hélice laminada. Quando atingimos o ponto ótimo, vale a pena registrar a “receita” para que possamos ter repetibilidade.

Como comentei antes, também é importante determinar o tipo de fibra a ser utilizado em função da aplicação de nossas hélices. Para uso esporte ou quando o fator custo é preponderante, utilizamos o vidro ou uma mescla de vidro e carbono. Já quando o uso será para competição (mesmo para treinos) a hélice será laminada com quase 100% de carbono. Quase porque é necessário aplicar um pouco de vidro na região posterior do cubo que se apóia no drive washer, pois do contrário será bastante difícil de manter a hélice na posição adequada para vôo e partida dos motores. O carbono é praticamente indeformável, o que não permite que a hélice fique travada em sua posição. A fibra aramida (Kevlar) é utilizada por fatores de segurança apenas. Por possuir uma excelente resistência a tração é normalmente utilizada como reforço mecânico. Sua utilização, entretanto, requer maior cuidado uma vez que também é dotada de uma característica que impossibilita o acabamento e mesmo o balanceamento da hélice se por algum acaso ficar exposta na superfície da mesma. O Kevlar deve ficar totalmente embutido.

Outro ponto importante é utilizar fibras de mesma titulagem ou TEX (g/km). As que normalmente aplicamos são de 200tex. Isto significa que o peso da fibra será de 200 gramas para cada quilômetro linear.

De posse da “receita” ou de um bom palpite para a primeira hélice, tomamos o retângulo de madeira que deverá ter a medida igual ao diâmetro da hélice que será moldada. Nele enrolaremos a quantidade de voltas necessárias para uma camada de fibra. Neste nosso exemplo, a hélice será constituída de três camadas sucessivas de 14 pedaços de fibra cada, o que corresponderá a quase 15metros lineares de fibra! Cuidadosamente enrolamos a fibra no gabarito e contamos as voltas. Ao atingirmos o número adequado, deixamos que o fio sobreponha a face para facilitar o corte como podem ver nas duas fotos seguintes. Segurando firmemente as fibras no centro e dos dois lados do gabarito, introduza a lâmina do estilete por baixo dos fios na parte superior e frontal do gabarito.

Com um movimento rápido efetue o corte. Inverta agora o gabarito e faça o mesmo na parte inferior traseira. Assim todos os fios ficarão com a mesma dimensão. Como poderão ver, teremos como resultado dois grupos idênticos de fibra. Repita este processo por mais duas vezes e teremos então todos os 6 grupos de para formar as 3 camadas para cada pá. Por fim, se desejar, pode cortar dois ou três pedaços de Kevlar de mesma dimensão do carbono. Não é fundamental nem tão pouco recomendado se esta é sua primeira laminação. Lembre-se de que a fibra aramida não oferece qualquer possibilidade de retrabalho, uma vez que aflore na superfície da hélice todo o trabalho e material poderão ser perdidos.

Tendo agora terminado a etapa de preparação dos materiais. Partiremos então para o que realmente interessa.

Segunda fase: LAMINAÇÃO

Capricho e cuidados nesta fase evitam muitas dores de cabeça. Desde evitar que a hélice saia com algum tipo de defeito como bolhas e trincas, como as que apareceram nesta em fibra de vidro pigmentada em verde, a também garantir uma limpeza menos trabalhosa no fim desta etapa.

O uso de luvas de látex também evitam irritações na pele provocadas pela resina e pela manipulação das fibras de vidro e carbono.

Só como curiosidade, a hélice amarela da foto foi laminada totalmente em aramida (Kevlar), como teste apenas.

Vamos passar à mistura da resina LY5052 e do catalisador HY5052. A proporção adequada do catalisador para esta resina é de 38% no caso de ser feito pela massa (peso) ou de 43% caso seja feita por volume, como o adotado nesta seqüência. É obvio que esta variação se deve a diferença de densidade entre a resina e o catalisador sendo, portanto, necessário este pequeno ajuste. Erros aqui podem comprometer o resultado final, alterando a rigidez e conferindo à hélice uma baixa resistência à flexão, em nada desejada.

Em um recipiente plástico ou mesmo de vidro vamos depositar primeiro a resina e depois o catalisador nas proporções indicadas. Para esta hélice foram utilizados 4,5x 3,4 ml respectivamente. Mais que suficiente para garantir uma boa impregnação das fibras e preenchimento do molde.

Uma pequena observação: se você não possuir dispositivos que permitam precisar a quantidade dos componentes, procure sempre arredondar para mais a quantidade do catalisador.

Depois de uniformemente misturada, espalhe um filete de resina sobre a superfície da base de vidro ou similar, de comprimento aproximado ao dos fios de fibra cortados anteriormente. Deite um grupo de fibra sobre esse filete de resina e aplique um pouco mais sobre o mesmo, até que todos os fios estejam totalmente impregnados. Faça movimentos ligeiros de vai-e-vem com o dedo, pressionando a fibra contra a superfície de maneira que os fios de cada tira se misturem. Teremos como resultado uma faixa larga de fibra, como podem ver nas fotos. Com o auxílio do mesmo palito que utilizamos para aplicar a resina, levante cuidadosamente este grupo de fibra e vire para repetir o processo na parte de baixo. Poderá então ao terminar o trabalho verificar que a fibra totalmente impregnada de resina fica bastante maleável. Reserve este conjunto, mantendo a fibra esticada e plana, sem formar um cordão. Repita todo o processo para cada grupo de fibra cortado anteriormente. Trabalhe sem interrupções. Mesmo sendo esta resina de cura lenta, de 24 a 48 horas, devemos evitar permitir a formação de uma nata na superfície, o que indica o inicio do processo de cura, sobretudo em dias quentes e secos. Isso poderia provocar trincas e mesmo a delaminação no produto acabado.

Uma vez terminada esta etapa, partiremos então para a moldagem.
O primeiro passo é depositar parte da resina restante, na parte fêmea do molde que já deverá ter recebido o pino central, como mostrado. Procure espalhar uma camada uniforme em toda a superfície que serve de base para a hélice, não esqueça da região do cubo. Com extremo cuidado, tomamos agora um dos grupos de fibra impregnados e vamos colocar em um dos lados do molde. Faça um nó ao redor do pino, como mostrado na foto ao lado. A ponta oposta ao pino deve ser alinhada com o fim do molde. Segure-a com um dedo enquanto estica a outra ponta de maneira que envolva e se ajuste no pino central. Não se preocupe com aonde esta outra ponta irá ficar, pois ajudará a formar a parte mais grossa da hélice na outra pá. Utilizando o palito, “penteie” os fios para que se espalhem por toda a superfície do molde onde será formada a hélice. Não permita que as fibras subam pelas paredes, pois além de dificultar o fechamento do molde, causarão erros na hélice.

A primeira camada de um dos lados deverá ter mais ou menos aparência como a mostrada.

Inverta agora o molde e repita o processo no outro lado, para completar a primeira camada.

Faremos exatamente o mesmo para os grupos restantes de fibra de carbono. Neste caso específico, adicionei também as duas pequenas tiras de fibra aramida (Kevlar), onde procurei mantê-las no miolo da hélice, totalmente envolvidas pelo carbono.

Para finalizar, tome alguns fios de fibra de vidro e coloque sobre a região do cubo ao redor do pino, se a hélice foi constituída totalmente de carbono. Isso ajudará que esta região se deforme ao ser pressionada contra o Drive-Washer, quando fixarmos a hélice no motor, garantindo que permaneça na posição. Se houver sobrado resina, despeje sobre todo o interior do molde, iniciando no cubo e depois para as pontas da hélice.

O resultado de toda esta etapa deve ser parecido como o mostrado ao lado.

Terceira fase: PRENSAGEM e CURA

A seqüência de fotos seguintes, quase dispensa comentários. Entretanto alguns alertas nunca são demais, para evitar que se cometam erros nesta fase final do processo.

Primeiramente, tomamos a parte “macho” ou tampa do molde, e cuidadosamente vamos fechar as metades até encontrar uma pequena resistência. Em seguida colocamos o par de sargentos e vamos pouco a pouco apertando seus fusos alternadamente para que o molde feche por igual. A placa metálica que foi colocada entre a tampa e os sargentos serve para evitar a quebra da mesma. Esta é uma fase lenta. Permita que a resina se movimente no interior do molde e vaze para o exterior como podem ver no detalhe. Não esqueçam de proteger a superfície com um papel ou plástico descartável. Continue até que as metades estejam completamente unidas, aplicando pressão nos fusos dos sargentos. Dica: não limpe a resina ao redor do molde. Se o fizer, depois será mais difícil a limpeza completa. É muito mais fácil de retirar em grandes porções, do que numa fina camada. Entretanto, aproveite agora que o serviço “sujo” já está terminado, para limpar todas as ferramentas e utensílios utilizados, bancada, etc, com o auxílio de papel toalha e os solventes relacionados anteriormente.

Após 24 horas você já poderá abrir o molde. Antes, confirme a cura da resina verificando sua dureza em algum ponto em que esta escorreu. Se ainda estiver mole, espere mais 24h. Isso somente ocorrerá se você errou na proporção de catalisador utilizado. Neste caso sua hélice estará comprometida... Sinto muito. Portanto, não erre!

Os mais apressadinhos, como eu, podem utilizar um forno doméstico para acelerar o processo de cura. Procedam assim:

- Pré aqueça o forno por 10 minutos a temperatura baixa (150°C).

- Desligue o forno e coloque o molde em seu interior apoiado em uma bandeja descartável.

- Feche o forno e somente o abra após 2h. Isso dará tempo para que a resina aqueça a mais ou menos 50°C, haja um tempo de permanência para a cura e o resfriamento natural do conjunto. Poderá então retirar do forno para esperar até o resfriamento completo, após o que será possível a abertura do molde.

Obs: como poderão ver pelas fotos, utilizo válvulas velhas de automóvel como pinos. Normalmente são retiradas de veículos que sofreram a quebra da correia dentada, o que as danificou na parte que está carbonizada. As hastes das válvulas normalmente permanecem ideais para o nosso uso: dureza, resistência e acabamento mais que suficientes, e ainda são encontradas nas duas medidas dos eixos de motores que utilizo (6 e 8mm).

Simplesmente perfeito e sem custo! J

Quarta fase: ABERTURA DO MOLDE

Por mais ansioso que esteja, tome muito cuidado ao abrir o molde, e ao retirar a hélice de seu interior. Nesta fase as possibilidades de quebra do molde e danos na hélice são grandes.

Primeiramente retiraremos os sargentos e a placa metálica de suporte. Aproveitaremos agora para limpar toda a superfície externa do molde, raspando a faca sem ponta e sem corte. Você verá como a resina se fratura e se destaca com facilidade.

Somente após ter terminado esse processo de limpeza externa é que passaremos para a abertura, que se inicia com a remoção do pino central. Aqui invariavelmente será necessário utilizar um pequeno martelo para ajudar na remoção. Dose a força dos golpes de maneira a não exceder e acabar trincando alguma coisa. Da mesma forma talvez seja necessário utilizar algo com a função de cunha para separar as metades do molde. Não o faça em um lado só. Fechamos aos poucos e aos poucos deverá ser aberto. A hélice então deverá estar “presa” na parte fêmea. Calma, ainda não é hora de retira-la. Aproveite o momento para limpar a superfície do molde e livrá-lo do excedente de resina que escorreu. Esse processo também facilitará a remoção da hélice.

Uma vez que tudo está limpo, procure soltar as pontas de cada pá, utilizando como apoio a nossa boa e velha faca de sobremesa sem ponta e sem corte. Apenas solte. Assim que sentir seu deslocamento, vire e faça o mesmo no outro lado. Não é por aqui que retiraremos a hélice sob o risco de quebrá-la. Para sua remoção, introduziremos novamente o pino de maneira que somente atinja a hélice, sem se aprofundar no orifício do molde. Com leves oscilações longitudinais (na mesma direção das pás) ou mesmo pequenos golpes de martelo no pino no mesmo sentido, destacaremos a hélice.

Agora é só remover as rebarbas, cortá-la no diâmetro adequado, balancear e está pronta para uso!

Parabéns, você pertence agora ao seleto grupo dos fazedores de hélice!

Segurança

Não poderia terminar sem alertar sobre os riscos de utilização de hélices defeituosas. Acima dos danos ao motor e modelo, estão os riscos de acidentes que podem resultar em danos físicos irreparáveis.

Lembra sempre que estas meninas giram acima dos 25.000 rpm. Não é difícil imaginar o que pode acontecer se ocorrer uma quebra nestas condições.

Portanto a qualquer, por menor que seja, sinal de fragilidade como trincas, bolhas, ou lascas, inutilize a hélice. Micro trincas se transformarão em rachaduras pela ação da força centrífuga e demais esforços sob os quais a hélice estará submetida, e a sua quebra será inevitável.

Não superestime sua sorte e nunca se exponha, e a terceiros, a riscos.

Não há lazer ou diversão que valha uma vida ou a integridade física das pessoas.

Bons vôos seguros a todos.