As indústrias aeronáutica, automobilística e de exploração de petróleo e gás no Brasil, entre outros setores, passarão a contar a partir de 2014 com um laboratório para o desenvolvimento de estruturas leves para fabricação de peças com menor peso e custo, porém mais resistentes.

O Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) está concluindo a construção do Laboratório de Estruturas Leves (LEL) no Parque Tecnológico de São José dos Campos, no interior de São Paulo.

Previsto para ser inaugurado em dezembro de 2013, o laboratório recebeu investimentos de R$ 48 milhões. Desse montante, R$ 27,5 milhões foram aportados pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) para aquisição de equipamentos e implantação do laboratório, R$ 8,3 milhões pela Financiadora de Estudos e Projetos (Finep) e R$ 2,5 milhões pela Prefeitura de São José dos Campos, com apoio da Secretaria de Desenvolvimento Econômico, Ciência e Tecnologia do Estado de São Paulo.

O restante do investimento, cerca de R$ 10 milhões, foi completado pelo IPT e pela FAPESP, que apoia um dos quatro grandes projetos de pesquisa estruturantes do laboratório.

“O laboratório está em fase final de construção. Alguns equipamentos já foram instalados e agora está sendo construída a sala limpa [uma área de 1,6 mil m2 com controle de temperatura, umidade e partículas]”, disse Luiz Eduardo Lopes, diretor do Centro de Integridade de Estruturas e Equipamentos (Cinteq) do IPT, ao qual o LEL pertence, à Agência FAPESP.

O laboratório terá área total de 4,5 mil m2 e será dedicado ao desenvolvimento de estruturas leves feitas a partir de materiais metálicos (como aço, alumínio e titânio), compósitos (feitos de polímeros com o reforço de algum tipo de fibra, como de carbono, vidro ou celulose, por exemplo) e híbridos (formados a partir da combinação desses dois tipos de materiais).

As três classes de materiais são as mais utilizadas atualmente para desenvolver estruturas leves. “Quando se fala em estruturas leves logo se pensa em material compósito. Mas as estruturas leves podem ser feitas a partir de materiais diversos que tenham a resistência necessária e proporcionem a redução de peso desejada”, explicou Lopes.

O monobloco dos automóveis, ele exemplifica, é composto por estruturas leves de aço. Já os moinhos de geração de energia eólica são constituídos por uma combinação de materiais compósitos e metálicos. Por sua vez, a estrutura dos aviões é formada por alumínio e titânio.

A fim de aumentar a eficiência das aeronaves, as indústrias aeronáuticas, nos últimos anos, passaram a utilizar cada vez mais compósitos em seus projetos, por serem materiais mais resistentes e mais leves. O material, contudo, ainda apresenta limitações para ser utilizado em algumas partes da estrutura de aeronaves.

“O compósito ainda não chegou a um ponto de amadurecimento tecnológico suficientemente bom para que se possa utilizá-lo em algumas estruturas com a segurança exigida pelo setor aeronáutico”, destacou Sérgio Frascino Müller de Almeida, professor do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e coordenador do projeto de pesquisa sobre estruturas aeronáuticas de materiais compósitos realizado com apoio da FAPESP.

“Alguns dos principais fabricantes de aviões no mundo deram um passo bastante ousado e, aparentemente, bem-sucedido ao utilizá-lo em seus projetos de aviões comerciais. Sem dúvida, os compósitos representam uma tecnologia crítica para competitividade da indústria aeronáutica, mas que ainda está longe de ser completamente dominada”, avaliou.

O descolamento dos reforçadores do revestimento de estruturas de compósitos, por exemplo, ainda é um problema sem uma solução definitiva, ainda que bastante estudado, aponta Almeida.

Outro ponto importante que necessita de desenvolvimento, segundo ele, é a otimização do ângulo de deposição das camadas para melhor aproveitar as propriedades dos compósitos. “Esse tópico também é bastante explorado mas ainda não se chegou a procedimentos com a eficiência e robustez necessárias”, afirmou.

Aplicações dos compósitos

De acordo com o pesquisador, para serem mais eficientes, os aviões comerciais precisam ter asas cada vez mais alongadas e os compósitos representam a melhor solução tecnológica para isso, por serem mais leves do que o alumínio.

O material, no entanto, não é condutor de energia e apresenta baixa condutividade térmica. Com isso, ao ser atingida por um raio, por exemplo, a asa de um avião – onde está localizado o reservatório de combustível – feita com compósitos pode ser danificada ou sobrecarregar os circuitos da aeronave, provocando a queima de equipamentos de controle. Ele explicou que isso não ocorre com os aviões de alumínio, que, quando são atingidos por um raio, conduzem a eletricidade ao longo da fuselagem, sem causar danos estruturais.

Em busca de uma solução para esse problema, uma das linhas do projeto de pesquisa sobre estruturas aeronáuticas de materiais compósitos é voltada a estudar o impacto de raios nesse tipo de estrutura.
O projeto é realizado por pesquisadores do ITA em colaboração com a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP), o Instituto de Energia e Ambiente (IEE) da USP, a Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP), a Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), a Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá (FEG) da Universidade Estadual Paulista (Unesp), a Embraer e o IPT.

Mas, além do setor aeronáutico, segundo o pesquisador, os compósitos também são aplicáveis a diversos outros setores, como o espacial, o de petróleo e gás, o automotivo e o de energia eólica – aos quais o laboratório do IPT pretende atender.

Como os campos elétrico e magnético dos compósitos são “transparentes”, esses materiais podem ser muito úteis para aplicação em radomes (estruturas que envolvem radares).

O material também é um forte candidato para substituir estruturas metálicas muito espessas utilizadas hoje na exploração de óleo e gás em águas ultraprofundas de modo a resistir à alta pressão e à corrosão que sofrem nesse tipo de ambiente.

“A tendência é aumentar cada vez mais o uso de compósitos para o desenvolvimento de estruturas leves e há uma demanda muito grande por esse tipo de material no Brasil. As perspectivas do laboratório são muito boas”, disse Almeida.

Prospecção de parcerias

Os pesquisadores participaram, no dia 4 de junho, de um workshop sobre compósitos e materiais leves para aplicações industriais na sede da FAPESP.

Organizado pelo IPT e pelo Instituto Fraunhofer, da Alemanha, o objetivo do evento foi discutir experiências e estreitar o relacionamento entre o Fraunhofer e o Laboratório de Estruturas Leves.

Uma das mais importantes organizações de pesquisa da Europa, o Fraunhofer, que tem 80 centros de pesquisa espalhados pelo mundo, sendo 60 na Alemanha, também está construindo um laboratório de pesquisas de materiais compósitos voltado para o setor automotivo em parceria com a canadense Universidade de Western Ontario.

“O laboratório de estruturas leves em construção no Brasil é complementar ao que o Instituto Fraunhofer está montando no Canadá. Talvez possamos desenvolver alguns projetos em conjunto”, disse Lopes.
De acordo com o pesquisador, o LEL funcionará nos moldes de outros laboratórios do IPT, que buscam atrair empresas e parceiros para realização de projetos em colaboração mediante contrato.

O primeiro parceiro industrial do laboratório será a Embraer. De acordo com o pesquisador, porém, o laboratório também foi concebido para atender empresas de todos os setores que buscam reduzir o peso de suas estruturas.

“A indústria aeronáutica é uma usuária tradicional de estruturas leves. Mas também pretendemos estabelecer parcerias com empresas de outros setores que precisam e estão buscando estruturas cada vez mais leves e menos sujeitas à corrosão, como do setor naval e o automobilístico”, exemplificou.