Design e Tecnologia

mobilidade em

bambu

resolução de um paradigma económico, ecológico e tecnológico

João Maria Montenegro | 46907 | Design e Tecnologia

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introdução

O presente trabalho tem o intuito de apresentar uma parte do tema de dissertação que pretendo desenvolver para o Mestrado em Design. Esta dissertação tem uma natureza bastante prática e será alicerçada no estudo de uma solução de mobilidade com o fim de democratizar a utilização de automóveis de baixo consumo e pegada ecológica, a partir de um serviço de car-sharing e do desenho de um automóvel adequado ao serviço1.

No seu todo o projecto está dividido em três grandes áreas:

• Uma materiológica, onde estudarei os problemas relativos à composição da estrutura e como esta desenhará a forma exterior do automóvel.

• Uma energética, onde serão abordados os problemas de distribuição de matéria e energia para produzir, manter e fechar o ciclo de vido do automóvel (combustível, sistemas de ergonomia, desenho interior do habitáculo, desenho da interface de interacção física e virtual).

• Uma intangível, onde será abordada a natureza do serviço de partilha de automóveis que alimentará a utilização do objecto, a sua distribuição pelas áreas da cidade e as plataformas de comunicação do respectivo serviço.

O último ponto do projecto será desenvolvido com o princípio de fornecer uma base sólida e concretizável do estilo de vida, mapa de socio-estilos e distribuição geográfica do utilizador e restantes Stakeholders do produto.

Como para esta disciplina é de maior interesse a reflexão sobre os paradigmas de cariz tecnológico do projecto, desenvolvi o trabalho actual como método de estudar inicialmente os problemas de desenvolvimento da carcaça do automóvel, concentrando-me principalmente na porta de entrada do mesmo.

1 a minha atenção e trabalho será distribuída assimetricamente entre os dois temas, concentrandome mais no desenho do automóvel visto a minha formação ser em Design de Produto.

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material

O bambu é uma gramínea (também conhecida por relva) de enorme tenacidade, sobrevivendo nos mais diversos tipos de ambientes desde tropicais a continentais temperados (variando em altura desde o nível do mar até a uma altitude de 4000 metros). No clima mediterrânico do nosso país este tipo de planta consegue ter uma proliferação óptima, sendo possível obter um crescimento consideravelmente superior à de qualquer outra espécie florestal (entre 3 e 10 cm por dia durante a época de crescimento, existem também registos de 1 metro por dia sendo este um recorde mundial).

Além de possuir um crescimento acelerado (obtendo a altura máxima da planta ao final de aproximadamente 4 meses) algumas espécies de bambu possuem a capacidade de hibernar em épocas de frio extremo, e recuperar o crescimento após as condições meteorológicas o permitirem. É uma das plantas com maior absorção de dióxido de carbono o que contribui para reduzir a pegada ecológica de qualquer produto derivado.

Portugal é neste momento o maior produtor de bambu na sua forma bruta da Europa (tanto em cana, como semente e planta viva), mas derivado da ausência de um mercado nacional competitivo é exportada 90% da produção. A principal produtora é actualmente a empresa Bambuparque – Sociedade de Viveiros e Plantas Exóticas, Lda., localizada em São Teotónio, Odemira no Alentejo. A principal vantagem da sua localização é, segundo a empresa, o seu clima.

“Mas com as excelentes condições locais, as espécies temperadas de bambu, rapidamente ocuparam a maioria da nossa produção.”

“Estas são dimensões (obtidas no parque) esperadas dos bambus que crescendo num clima apropriado e com solo em boas condições. Caso contrário os seus tamanhos serão inferiores. Por exemplo, uma planta gigante que em Prafance tenha 20 m de altura , teria somente 12 m em Paris, e 8 m em Hamburgo.”

Em http://www.bambuparque.com

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fibra natural

Esta planta é utilizada como estruturante natural desde que há registo de habitação. Possuindo uma dispersão geográfica considerável (desde a Ásia, Oceânia, África Subsaariana, América Meso-atlântica à Argentina e Chile) deixou as suas marcas na construção da civilização humana, ainda hoje sendo utilizada como parte integral da habitação, construção, mobilidade e fonte de rendimento de cerca de 1,2 mil milhões de pessoas. É uma indústria maioritariamente artesanal e possui o valor de 11 mil milhões de dólares (EUA), com estimativas de atingir os 20 mil milhões de dólares em 2018. A maior produtora actual é a China, fornecendo 80% do stock mundial e consumindo 60%. No total anual, são movimentadas 100 milhões de toneladas de bambu, sendo o maior valor para este tipo de plantas estruturantes (como a cortiça, a juta, o sisal, a fibra de coco, etc…). É a fibra natural disponível mais barata, possuindo uma densidade menor que a juta, sisal, fibra de coco, fibra de banana. Graças a esta vantagem competitiva consegue uma relação peso resistência entre a fibra de vidro e a fibra de carbono, possuindo ainda uma capacidade de absorção de vibração superior a ambas. Esta característica torna o bambu um excepcional substituto de fibras mais caras mencionadas anteriormente tanto na mobilidade (bicicletas, automóveis, aviação e barcos) como na habitação, mobiliário e decoração.

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compósito

O bambu maioritariamente é utilizado com a sua forma natural (tronco cilíndrico de espessura constante) mas cada vez mais é transformado em esqueleto de compósitos naturais, tanto na forma laminar como tridimensional. Para diminuir ainda mais a pegada ecológica desta indústria é possível utilizar resinas vegetais como termoendurecedor do composto sólido.

Graças à sua muito baixa densidade e grande resistência meteorológica, torna-se bastante barato de transportar e armazenar. Também possui boa flutuabilidade, o que já tornou a sua utilização nos desportos náuticos.

Acima de tudo, a implementação de compósitos em bambu é uma solução renovável, absorvedora de dióxido de carbono e perfeitamente adequada a problemas de estrutura, superfícies rígidas, têxteis técnicos e de consumo.

No entanto esta indústria possui uma desvantagem considerável no que toca a capacidade de cadência de produtos derivados. Como a maior parte dos processos têm requisitos peculiares e ainda não ser uma solução fortemente implementada, a maior parte dos produtos são obtidos artesanalmente, através de técnicas ainda pouco exploradas e lentas. A verdadeira resolução desta fonte de rendimento será a aceleração da indústria através da construção de redes de procura em grande escala.

objectivo

Em suma, a utilização deste material como estrutura e carnagem (superfície auto-estruturante) do objecto de mobilidade, foco central da minha dissertação, proporciona uma reacção extremamente positiva tanto na economia nacional (acelerando a indústria de bambu) como na visibilidade internacional de Portugal no ponto de vista tecnológico e ambiental.

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projecto

O conceito baseia-se na utilização de uma rede socialmente viva de automóveis de uso comum, fazendo um circuito fechado que facilita o acesso à mobilidade urbana a todas as pessoas dentro do mesmo.

Através da gestão inteligente dos automóveis, que poderá ser feita através tanto de aplicações web como para SmartPhones, a sua distribuição sustentável será assegurada diminuindo tempos de espera ou de caminho a pé para os utilizadores. Uma outra consequência deste módulo de mobilidade é a interacção enriquecedora entre os vários utilizadores, assim como entre os vários automóveis.

O objectivo do desenho do automóvel é o de criar uma identidade física a este tipo de solução de mobilidade.

As consequências industriais da implementação deste modelo são necessariamente uma aceleração da produção nacional de bambu que poderá ser auxiliada pela criação de uma identidade de marca nacional, possivelmente associada à era dos descobrimentos, ou à natureza temperada do nosso país.

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mapa de fabrico

A produção de compósitos naturais está actualmente concentrada tanto a empresas de pequena dimensão (e maioritariamente internacionais), que utilizam métodos simples e manuais, como a grandes corporações como é o caso do Grupo Amorim (produtora de grande parte dos compósitos naturais nacionais), Sagiper (produtora de pavimentação em compósito), Woodplas (produtora de compósitos de madeira para pavimentação e mobiliário urbano), entre outras.

Na sua essência o conhecimento das técnicas de processamento do bambu não é o essencial para a empresa que irá produzir as peças do automóvel.

Neste sentido, será até mais transfuncional a fábrica que possuir capacidade de garantir processos de fabrico paralelos, como a produção de compósitos em fibra de coco ou de cortiça como o Grupo Amorim. Também poderia ser feita uma parceria com outra empresa que já possuísse o “know how” do desenvolvimento de produtos para a indústria automóvel, como é o caso do Grupo Simoldes, a Gestamp de Aveiro, a Caetano Componentes SA, entre outros.

Neste momento existem gabinetes de desenvolvimento interessados neste tipo de investimento projectual e que certamente reúnem a capacidade necessária para controlar um plano desta envergadura. Exemplo deste tipo de IDIs é o CEIIA e o CITEVE 2.

2Neste momento estas duas entidades estão a colaborar no projecto MobiPlaces, que dentro das suas qualificações tem o objectivo de criar infraestruturas para módulos de mobilidade sustentáveis nacionais (o que também garante uma atenção ao projecto).

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definição dos limites do produto

Nesta fase do projecto é necessário separar os problemas macro dos problemas micro. Devido à complexidade global do objecto a desenvolver neste documento apenas será abordado o problema relativo à constituição, manufactura, ergonomia e desenho da porta do automóvel.

requisitos do problema

As necessidades que o mercado actual apresenta relativas à utilização, constituição, função e apreciação das portas de automóveis são bastante bem estudadas e representam uma parte fundamental da dinâmica do habitáculo.

A porta tornou-se gradualmente uma parte integrante da estrutura do automóvel e ganhou uma série de estereótipos funcionais e comunicadores de status. (imagem de múltiplos tipos de portas no mercado) O modo como a porta abre para deixar entrar o condutor e/ou passageiro, embora seja um problema consideravelmente fechado, tem um impacto enorme em todo o tema de usabilidade.

A solução a este problema tem origem na natureza do projecto: mobilidade democrática.

O conceito “democrático” pode facilmente ser sinonimizado com “inclusivo”, tema que já é estudado a longo prazo pelo design, arquitectura e engenharia.

Assim é determinante para que o automóvel tenha sucesso no seu mercado alvo que corresponda a requisitos universais da usabilidade inclusiva: Espacialidade – deve ser fácil para todos os segmentos do mercado seleccionado aceder ao interior, exterior e interface do automóvel.

Solução estabelecida - As portas deverão ser grandes e com o fácil activação.

Uso massificado – o automóvel será utilizado num grande número diferente de terrenos, pavimentos e ambientes, pelo que deverá estar equipado para

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responder a requisitos de desempenho mecânico, térmico e materiológico variável.

Solução – mesmo este tipo de produto permanecer constantemente dentro de um circuito urbano, colisões pequenas, terrenos acidentados e inclinados são alguns dos obstáculos que o material e estrutura do veículo deverão ser capazes de resolver. A estrutura natural da fibra do bambu será orientado de modo a produzir um corpo sólido, absorvedor de vibrações, tenaz e resistente ao impacto e fadiga de uso.

As propriedades mecânicas do material constituinte do veículo tem a vantagem de ser leve (mais do que qualquer fibra de vidro) e com uma resistência superior à do aço o que torna a sua deslocação e pilotagem acessível e segura.

Saúde – o bambu tem a possibilidade de ser transformado em produto têxtil e tem vindo a ser muitas vezes referido como uma solução bastante higiénica por possuir características anti-bacteriológicas.

A utilização generalizada possui este outro ponto de desvantagem. A partilha de agentes patogénicos. Com um interior coberto por um têxtil natural obtido a partir da fibra de bambu, a frequência de limpeza torna-se menor assim como quaisquer transmissões de enfermidades entre os utilizadores do serviço.

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benchmarking

De modo a conhecer os usos do produto em estudo (tanto automóvel como material) é necessário observar o portefólio do mercado.

Actualmente a produção de automóveis a partir de compósitos naturais (bambú, fibra de coco, fibra de sisal, etc.) tem um impacto económico e social de apenas alguns conceitos visuais, protótipos e veículos de edição limitada.

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estado da arte

No panorama geral o bambu tem vindo a ganhar o estatuto de fibra do futuro tanto para o paradigma da mobilidade eléctrica como de qualquer tipo de veículo urbano. A grande vantagem imediata centra-se no facto da tecnologia das baterias de lítio tornar os carros eléctricos pesados e com necessidade de potências elevadas para se moverem com um rendimento medíocre. O uso de compósitos ultrapassa este impasse e o bambu é mais leve que a maioria dos compósitos no mercado, especialmente com a sua facilidade de geração de forma e preço de produção reduzido.

Em termos de fonte de energia para locomoção, é possível observar um crescimento considerável no desenvolvimento de automóveis eléctricos, híbridos e híbridos plug-in, veículos a gás e até mesmo veículos a célula de combustível de hidrogénio. No entanto também existem alternativas menos tecnologicamente dispendiosas com desempenhos melhores já disponíveis no mercado como é o caso dos veículos flex (mistura de etanol e gasolina).

Esta última forma de locomoção já foi implementada em alguns países como obrigatória por lei (como é o caso do Brazil onde é utilizada a mistura E15, 15% etanol e 85% gasolina).

Recentemente, no concurso de rendimento de combustível da X-Prize, onde era dispado o automóvel com maior rendimento e desempenho em corrida e viagens de logo curso, surgiu um vencedor invulgar que ao contrário de apresentar com um carro eléctrico como os restantes concorrentes, venceu todos os testes com um veículo a etanol (E85, 85% de etanol).

O Edison 2 (veículo vencedor), pesava apenas 550kg e conseguiu 350 MPG (miles per galon) ou seja cerca de 0,6 litros/100km. Segundo a pequena empresa da Virginia a grande aposta foi utilizar uma estrutura muito leve e o mais aerodinâmica possível.

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conceito

O conceito desenvolvido tem apenas a função de estudar um objecto em particular: a porta do automóvel.

Deste modo toda a concepção, tanto visual como estrutural, do restante corpo do veículo e respectivas funções tem apenas o objectivo de contextualizar o objecto de estudo numa forma envolvente e integtrante. O objecto criado não representa de modo algum as formas, funções e repsectivas utilizações que o produto final da minha dissertação irá produzir.

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pré conceito

A trajectória que a porta percorre quando abre assim como o desenho que a sua abertura faz no corpo do automóvel tem uma função visual e cognitiva que influencia tanto o tipo de utilização como até a percepção de segurança e facilidade de acesso ao interior.

O problema actual relacionado com a sobrelotação dos lugares de estacionamento é altamente inibidor para qualquer condutor moderno, sendo este tipo de problema uma das maiores contribuições para o alargamento do tempo de condução diário. O sistema de partilha tem uma forte dependência da regulação e rentabilização do tempo de condução, assim para uma maior eficiência global o automóvel terá de ser fácil de estacionar e aceder de qualquer um dos lados.

Após um estudo de variádos modos de abertura de porta existentes acualmente no mercado automóvel ou apenas em “concept cars”, determinei que o tipo de abertura de porta mais adequado seria a de uma porta deslizante horizontalmente.

Facilitanto o acesso a toda a zona interior do automóvel e possibilitando a entrada por praticamente todas as direcções, o sistema de portas deslizantes tem também a consequência de proporcionar maior segurança contra acidentes laterais.

portas mais comuns no mercado

portas menos comuns (prot贸tipos)

portas conceptuais

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conceitos visuais

De um modo geral o desenho pretendido está apenas dependente da ergonomia esperada para um automóvel citadino compacto para um número reduzido de ocupantes.

O desenho foi executado de modo a produzir uma forma simples de concretizar através da produção de superfícies planas do compósito de bambu.

desenhos

O conceito determinado para corresponder a um produto idealmente adequado ao projecto foi um veículo de três rodas com uma ampla região de visibilidade, protegida internamente por uma estrutura sólida de compósito.

As ligações entre peças complexas (como será o caso do motor,, transmissões, exaustores, etc) são fixas à estrutura através de elementos de alumínio.-

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conceito formal

O conceito final possui um desenho simples e estruturado, sendo composto por uma carenagem exterior de compósito de bambu injectado em RTM (reaction transfer molding), obtendo-se assim uma superfíci sólida e sem descontinuidades.

O acabamento é dado através de um “coating” em tinta metálica exepto na região da porta onde fica observável o material cru. A interacção com o automóvel é efectuado através de uma aplicação de SmartPhone ou simplesmente através de uma chave fornecida pelo serviço de partilha de automóveis.

O para-choques corresponde a toda a região frontal do automóvel e é composto por um compósito macisso de bambu costurado tridimensionalmente e resina vegetal. Este tipo de material tem uma característica vantajosa: por ser composto por uma malha de tecido fibroso de bambu não existem pontos de concentração de tensão, sendo qualquer esforço distribuido pelas arestas da malha.

Este tipo de tecnologia é actualmente utilizada para produzir tecidos de desempenho técnico dos mais variados tipos (como escudos à prova de bala, peças para as indústrias navais e aeronauticas) e tem vindo a ganhar terreno nacionalmente graças ao departamento de Engenharia textil da Universidade do Minho.

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tecnologia

As peças de mairo desempenho encontradas no interior da porta são obtidas através da sobreposição de dois laminados de bambu, posteriormente preenchidos por resina vegetal expandida.

No caso das situações mais sujeitas a altos esforços de tenção como é o caso do para-choques a mesma resina vegetal introduzida numa malha tridimencional de fibra de bambu tecida. Este tipo de material é actualmente apenas utilizado em situações de rigor técnico, pelo que a sua reprodução é cara e cadência de produção limitada. Isto deve-se às máquinas actuais de tecelagem tridimencional possuirem uma aplicação direccionada a produções curtas, não existindo uma industrialização eficaz em relação à existente na indústria da injecção plástica por exemplo.

Folha de compósito de bambu

Resina vegetal expandida

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modelação 3d

Com a forma apurada agora é possível obter o aspecto tridimensional. Este tipo de visualização facilita a compreensão de todos os problemas e características do automóvel de modo a garantir a concretização do projecto a um nível de mairo rigor.

Como para esta fase do projecto apenas me é pertinente conhecer o funcionamento exterior da forma A estrutura foi modelada em SolidWorks através do ménu de funções de superfícies.

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estudo interno das portas

Durante a modelação torna-se possível observar os detalhes mais rigorosos do interior das portas (sem fixações dos estofos).Embora ainda esteja por apurar os detalhes de composição é possível dividir a porta em três secções principais: uma superior composta por uma viga macissa resistente ao impacto, uma média que estrutura a porta composta sobretudo por material espandido e uma inferior composta pelo mesmo material que o para-choques. Esta última região tem a função de estruturar o habitáculo e protejer os ocupantes.

Na página seguinte está descriminado o sistema dos diferentes componentes físicos das portas.

A vermelho - vidro móvel Azul-claro - sistema de abertura da porta Azul-Escuro - maça protectora da estrutura Verde - Estruturante da porta Amarelo - Para-choques

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renderização tridimensional

De modo a compreender melhor a forma e respectivos métodos de fabrico prossegui com a modelação do conceito atribuindo os respectivos materiais de modo a obter a representação o mais fotorealista possível.

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desenhos tĂŠcnicos

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conclusão

Para o desenvolvimento de uma estrutura tão complexa como a de um automóvel é necessário um tempo de trabalho considerável e a reunião não só uma grande quantidade de pesquisa na área da mecânica de estrutura automóvel como também da termodinâmica, engenharia de sistemas, entre outros temas que tornam esta prática algo inteligível.

No entanto este trabalho teve uma segunda função, a de familiarizar-me com o tema da minha dissertação e da sua complexidade inerente.

O objecto desenvolvido foi o produto de uma iteração inicial e não corresponderá ao produto final da dissertação no entanto existiu na forma de materializar o estudo da área da mobilidade democratizada e da partilha automóvel assim como as áreas tecnológicas que giram em torno da mesma.