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AS CORRENTES DA
ENGENHARIA NA CANOAGEM
Projeto FEUP 2013/2014
1º Semestre
Data de Entrega: 4 de Novembro de 2013
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Turma 1M8
Equipa 1M8_03
Supervisor: Ana Reis – DEMec – [email protected] Monitor: Marieta Rocha – [email protected]
Coordenador MIEM: Teresa Duarte – [email protected]
Coordenador Geral: Armando Sousa – [email protected]
Membros da Equipa:
Luís Carlos da Silva Lobo – [email protected]
Carlos Daniel Pires Rodrigues – [email protected]
Rodrigo Sá Morais Campos Costa – [email protected]
João Pedro Duarte Galileu – [email protected]
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Agradecimentos Todo este trabalho não teria sido realizado sem a colaboração de
diversas pessoas. Portanto queremos reconhecê-las e dar os nossos sinceros
agradecimentos, visto terem contribuído para que conseguíssemos alcançar o
objetivo predefinido de forma gratificante.
Primeiramente, agradecemos à professora da unidade curricular “Projeto
FEUP” Ana Rosanete Lourenço Reis e supervisora do projeto, por toda a ajuda
prestada, ensinamentos e dicas para a elaboração deste relatório.
Da mesma forma, gostaríamos de gratificar a monitora Marieta de Sousa
Rocha, que desde o início do projeto demonstrou empenho e disponibilidade
para solucionar qualquer problema que surgisse durante a realização do
projeto.
Gostaríamos ainda de dar o nosso sincero agradecimento à aluna
Fernanda Daemon, número 201305407 pela sua dedicação em nos ajudar
voluntariamente, apesar de não fazer parte deste grupo.
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Resumo
O presente trabalho aborda o tema “As correntes da Engenharia na
Canoagem”. É apresentado um resumo da história e evolução dos diversos
tipos de canoas (competição, turismo, fitness, freestyle, entre outras).
Neste trabalho, iremos ver que as canoas em estudo têm um formato
diferenciado de modalidade para modalidade, sendo que umas são feitas para
competição e outras apenas para lazer. No que diz respeito à estabilidade de
uma canoa, estudaram-se as diferentes formas de casco da canoa (plano,
redondo, arqueado e modificado em forma de V), relacionando-as com os
respetivos fins.
Foi dado foco a canoagem de competição, onde são apresentados os
materiais que as constituem e os processos de fabrico das canoas,
identificando-se as principais diferenças entre elas. São apresentadas as
principais caraterísticas numa canoa de competição e os seus requisitos.
Foi ainda abordado o tema “Canoa versus Kayak” em que se
apresentam as suas diferenças e se relacionam essas características com a
sua performance.
Quando falamos sobre performance na canoagem necessitamos
obrigatoriamente de recorrer à engenharia presente na sua construção, desde
minimização das perdas de energia através da sua forma, os materiais que é
constituída, até o tipo de impulso que os remos fazem no sentido de mover o
kayak/canoa o mais rápido possível (no caso das provas de velocidade).
Palavras-Chave
Canoa Partes Engenharia
Kayak Kevlar Jogos olímpicos
Fabrico Casco Lazer
Materiais Quilha Competição
História Proa
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Índice
1. Introdução .............................................................................................................................. 6
1.1. O que é a canoagem? ................................................................................................. 6
1.2. Canoagem vs. Remo ................................................................................................... 6
2. História e evolução .............................................................................................................. 7
2.1. Antes vs Agora ............................................................................................................. 8
2.2. Futuro ............................................................................................................................. 9
2.3. Curiosidades ................................................................................................................. 9
3. Modalidades ........................................................................................................................ 10
3.1. Freestyle ...................................................................................................................... 10
3.2. Kayak polo ................................................................................................................... 10
3.3. Kayak surf .................................................................................................................... 11
3.4. Waveski Surfing .......................................................................................................... 11
3.5. Longa distância .......................................................................................................... 12
3.6. Regatas em linha ....................................................................................................... 12
3.7. Slalom .......................................................................................................................... 12
3.8. Canoagem Polinésia ou Va’a ................................................................................... 13
3.9. Paracanoagem ........................................................................................................... 13
3.10. Canoagem Oceânica ............................................................................................... 14
3.11. Canoagem Rafting ................................................................................................... 14
3.12. Barco-Dragão ........................................................................................................... 15
3.13. Turismo de Aventura ............................................................................................... 15
4. Formas e partes de uma canoa ...................................................................................... 16
4.1. Diferentes partes de uma canoa comum................................................................ 16
4.2. Formas das canoas e suas relações com a estabilidade .................................... 17
4.3. Curiosidade ................................................................................................................. 18
5. Materiais usados no fabrico de canoas ....................................................................... 18
5.1. Alumínio ....................................................................................................................... 18
5.2. Madeira ........................................................................................................................ 19
5.3. Plástico ........................................................................................................................ 19
5.4. Compósitos ................................................................................................................. 23
5.4.1. Fibra de Vidro .......................................................................................................... 24
5.4.2. Carbono .................................................................................................................... 26
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5.4.3. Kevlar ........................................................................................................................ 29
6. Os Kayaks ............................................................................................................................ 32
6.1. Kayak e Canoa (diferenças e semelhanças) ......................................................... 32
6.2. Introdução à performance dos kayaks .................................................................... 33
6.3. Caraterísticas gerais de um kayak .......................................................................... 33
6.4. Estabilidade vs. Performance ................................................................................... 35
7. Conclusão ............................................................................................................................ 36
8. Referências bibliográficas ............................................................................................... 37
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[Tab.1] Diferenças entre o remo e a canoagem.
1. Introdução
1.1. O que é a canoagem?
A canoagem é um desporto náutico praticado em canoas ou kayaks.
Desde a existência do Homem que foram criadas canoas para transporte,
pesca e deslocação. Foi em 1936, que ela se tornou um desporto olímpico.
Existem diferentes variantes da canoagem, como estilo livre, slalom, kayak
polo, kayak surf, regatas em linha, entre outras.
1.2. Canoagem vs. Remo
Apesar de ambos os desportos serem exercidos mundialmente por um
número elevado de pessoas, ainda existem muitos que os confundem. É
importante distinguir o remo da canoagem. A principal diferença está no uso de
membros inferiores de forma mais intensiva na vertente de remo. Outra
diferença é na canoagem o remo (objeto, e não o desporto) ser composto por
duas pás, uma em cada ponta, nos kayaks, e nas canoas cada pessoa usar um
remo com uma só pá, em lados alternados da embarcação. No remo não
sucede o mesmo, pois cada pessoa usa dois remos com uma pá cada.
A partir desta informação apercebemo-nos que o trabalho muscular
exercido para cada modalidade é específico.
Desporto Tipos Remos Características
Remo Canoas Remos – 2
por atleta
- Timoneiro (líder) no sentido da canoa
- Remadores no sentido contrário
- Esforço maioritariamente dorsal
- Movimento de membros inferiores
Canoagem
Kayaks Pagaia – 1
por atleta
- Esforço
maioritariamente
abdominal
- Bastante leves
- Remadores no
sentido da embarcação
- Flutuam
logo abaixo
da água
- Deck
semifechado
Canoas Remos – 1
por atleta
- Flutuam à
superfície
- Deck
aberto
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[Fig.1] Movimentação de um canoísta.
[Fig.3] Canoa feita a partir de troncos de árvores.
[Fig.2] Músculos exercitados no remo.
2. História e evolução
A história da canoagem é complexa e detalhada, pois envolve uma
evolução em muitos aspetos. Entre estes estão o comprimento, o peso e a
versatilidade. Desde os primórdios da civilização humana, que canoas e kayaks
são usados por diversos povos, como meio para pesca, guerra ou apenas
transporte. Ainda hoje, a canoagem move multidões de pessoas, tanto em
termos de lazer como em competição.
Nos primeiros tempos as
canoas eram feitas de
troncos de árvores que
eram tornados ocos para
que pudessem ser
usados para acomodar
pessoas. Foi na América
do Norte que se iniciou a
criação de canoas
semelhantes às dos dias
de hoje. Estas eram construídas com casca de árvore de bétula (ou por vezes
de cedro e olmo) assente numa estrutura de madeira.
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O kayak (que significa “homem-barco” em inuíte) foi primeiramente
usado na Gronelândia pelo povo nativo, neste caso, os esquimós. Por outro
lado, estes possuíam na sua constituição ossos de baleia, pedaços de madeira
e pele de animais (e gordura) no seu interior para o manter à prova de água.
Após alguns séculos, os povos mais desenvolvidos começaram a usar
este tipo de embarcações para outras atividades, que não as referidas
anteriormente. A competição de canoagem é mundialmente conhecida e
atualmente é também realizada nos Jogos Olímpicos. Tudo começou em 1866,
quando foi formado um clube de canoagem em Londres, intitulado The Royal
Canoe Club e proporcionou a primeira regata.
Só em 1936 é que as competições de canoas tiveram lugar nos Jogos
Olímpicos, ao longo dos anos estas foram-se adaptando à evolução das
canoas em si, permitindo um aumento da qualidade destas.
Existem dois tipos de canoas, os kayaks, que são normalmente usados
por uma pessoa e são impulsionados através de um só remo com uma pá de
cada lado. As canoas, são construídas com uma grande variedade de
materiais, são mais longas que os kayaks e o seu peso depende dos materiais
utilizados. Ao contrário dos kayaks, são para uso de duas pessoas, em que
cada uma usa um remo com uma só pá para impulsionar a embarcação. [3] [17]
[21] [22]
2.1. Antes vs Agora
Não há muito tempo, tanto as canoas, como os kayaks eram criados por
quem os iria utilizar, com os materiais disponíveis nas redondezas.
Posteriormente, e com o aparecimento de diferentes materiais, tudo se tornou
muito mais estandardizado e especializado na busca de cada vez melhores
embarcações para cada situação, jogando com todas as variáveis que advêm
deste desporto. “Hoje os kayaks e canoas modernos são construídos, na sua
maioria, em resina de poliéster reforçada com fibra de vidro, ou resina epóxido
com kevlar e/ou fibra de carbono, e ainda plástico injetado ou rotomoldado -
polietileno.” (Pedro Dias, Análise Estrutural de um Kayak de Competição).
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As empresas que produzem estes “pequenos barcos” trabalham com
softwares avançados de forma a desenharem o melhor e mais especializado
kayak possível para diferentes situações. Uma dessas empresas é portuguesa
e chama-se NELO, são uma das maiores e melhores empresas do mundo
neste ramo e já produziram mais de 30000 embarcações. [19] [20]
2.2. Futuro
O futuro da canoagem é imprevisível como qualquer futuro nos dias de
hoje, devido a todo o avanço tecnológico a que assistimos diariamente. Espera-
se que haja uma evolução bastante significativa, procurando aproximar a
natureza, na busca de materiais mais inovadores (biomimicry), biodegradáveis
e leves. Poderão existir rios criados artificialmente só para o uso de canoas ou
canoas mais pequenas que nem se assemelhem às canoas de agora, mas que
consigam realizar o seu trabalho de forma mais eficaz, sem alterar o prazer e
função da própria embarcação. [18]
2.3. Curiosidades
- Em 2005, foi descoberta em Kuahuqiao, no sul da China, uma canoa
com 8000 anos;
- A primeira fábrica de canoas conhecida foi criada pelos Franceses em
Trois-Rivieres, no Quebec, por volta do ano 1750;
[Fig.4] Praticantes de kayak nos Jogos Olímpicos 2004.
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- O ICF (International Canoe Fundation) foi formado em 1924 na
Copenhaga, Dinamarca, na verdade, só passou a ser designado ICF em 1946,
sendo que antes era o IRK (Internationale Repräsentantenschaft Kanusport);
- Apesar de só ser ter sido considerada desporto olímpico em 1936, a
canoagem surgiu como desporto de demonstraçã0 nos jogos olímpicos de
1924;
- A Federação Portuguesa de Canoagem foi formada em 1979, só
obtendo aprovação para ser membro da ICF em 1982, no Congresso de
Belgrado.
3. Modalidades
3.1. Freestyle
O freestyle é uma das mais recentes modalidades da canoagem. Apesar
desta variante não integrar os Jogos Olímpicos, existem competições nacionais
e internacionais reconhecidas pela Federação Internacional de Canoagem
(ICF).
Esta modalidade realiza-se em caiaques e canoas de plástico sem
tamanho definido, e o seu objetivo é a execução de manobras e de
movimentos rápidos com a embarcação numa onda ou no escoamento de um
rio dentro do tempo de 40 segundos, para assim, conseguir uma pontuação
baseada na variedade e quantidade de movimentos realizados na onda. Todas
as manobras são pontuadas de acordo com tabelas estabelecidas.
3.2. Kayak polo
O kayak polo é uma competição com bola entre duas equipas, cada uma
com 5 jogadores que utilizam kayaks de polo para se movimentarem pela área
de jogo e marcar golos contra o adversário, sendo disputada em rios, lagos ou
piscinas.
Hoje disputam-se campeonatos nacionais masculinos e femininos em
quase todos os países da Europa, Austrália, Sudeste da Ásia e a África d o Sul,
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contudo, esta modalidade surgiu há aproximadamente 30 anos na Inglaterra
quando jogadores da canoagem de descida de rios e slalom começaram a
treinar as técnicas de remadas e controles de barco em piscinas durante o
inverno e quando os rios estavam secos. [5]
3.3. Kayak surf
O kayak surf surgiu através dos nadadores-salvadores da Austrália e da
África do Sul que utilizavam os kayaks para se locomoverem no mar. Nesta
modalidade da canoagem adotam-se as mesmas regras de pontuação do surf,
com o objetivo de analisar a dificuldade da manobra executada pelo canoísta
ao descer a onda.
Esta variante da canoagem pratica-se nos clássicos modelos de kayak
sit-in (fechados), que podem ser construídos de fibras ou até de carbono com
quilhas, que permitem manobras excelentes no mar.
3.4. Waveski Surfing
O waveski surfing entrou como modalidade no Circuito Nacional de
Kayaksurf em 2010, contudo surgiu em 1962, na Austrália. Ele combina a
prática de kayak com o desempenho do surf.
Os waveskis são os modelos mais aproximados da prancha de surf, e
tem a finalidade de manter uma flutuação e estabilidade maior na onda. Além
disso, são resistentes, leves e possuem um assento, com pequenas
quilhas, cintas de segurança e finca pés, permitindo que o praticante se mova
para efetuar as manobras.
As competições são realizadas como no surf, julgando-se as melhores
performances e manobras dos surfistas em um período de 20 minutos. [7]
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3.5. Longa distância
A modalidade Longa Distância abrange as Maratonas e o Kayak-Mar. É
uma competição que envolve espírito de sacrifício, persistência, tenacidade e
grande esforço físico por parte dos canoístas, e envolve remar grandes
distâncias em águas calmas
A Maratona é a variante que disputa-se com as mesmas embarcações
das regatas em linha, apenas diferindo no facto de serem mais leves. As
competições realizam-se em distâncias entre os 36 e os 21 km. Durante a
prova, os canoístas podem atravessar rios com ou sem obstáculos e
interrupções, represas, pedras e águas rasas, lagos, estuários, mar aberto, e
são obrigados a realizar um ou mais trajetos em terra correndo com a
embarcação na mão, percurso durante o qual aproveitam para se alimentar e
hidratar.
O Kayak Mar, apesar de ser a variante mais recente, já possui um
campeonato nacional. Esta vertente da canoagem decorre no mar e/ou
estuários, em embarcações específicas, com um ou dois lugares.
3.6. Regatas em linha
Regatas em linha é a modalidade mais conhecida e é tida como a
disciplina “rainha” da canoagem. A competição decorre habitualmente em
canais, construídos artificialmente, com aproximadamente 2.000 metros de
comprimento e 03 metros de profundidade, sendo todo o percurso delimitado,
permitindo a montagem de nove pistas.
Para esta modalidade, utilizam-se embarcações muito elegantes e
rápidas, mas muito instáveis, denominadas de: Kayak (K1, K2 e K4) e
Canoa (C1 C2 e C4): nas canoas apenas competem os homens.
3.7. Slalom
A canoagem slalom é a modalidade mais difícil e espetacular em termos
visuais. Nela, os remadores têm que navegar o kayak ou a canoa por entre as
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"portas" suspensas sobre o plano da água, sendo as de cor verde para remar a
favor da correnteza e as de cor vermelha remar contra a correnteza, num
percurso que varia de 250 a 400 metros. Vence a competição quem fizer o
percurso em menos tempo, incluindo todas as penalidades resultantes da
transposição incorreta das portas.
As competições realizam-se para os homens em embarcações kayak
monolugar (k1) e canoas mono e bilugar (C1 e C2). As mulheres competem
apenas em embarcações Kayak monolugar.
3.8. Canoagem Polinésia ou Va’a
A canoagem Polinésia, ou Va’a, tem origem nas Ilhas da Polinésia e
Micronésia. Nesta modalidade, o respeito pelas tradições da Polinésia é
fundamental. O desporto destaca o trabalho de equipa. A sincronia entre os
remadores, a técnica da remada e potência permitem que a canoa chegue a
atingir velocidades superiores a 24 km por hora em uma onda.
A Federação Internacional de Va’a adotou a letra V e um número para
caracterizar as categorias de canoa de acordo com o número de remadores.
São elas: V1, V2, V3, V4, V6 e V12. No caso da V1 e V2 são nomenclaturas
dadas às canoas tradicionais, sem leme. Já as que possuem leme, a
nomenclatura tem o acréscimo da letra R (Rudder), uma pequena concessão
para os ingleses que utilizam o leme em suas canoas. Sendo assim a
nomenclatura fica V1R e V2R, contudo na maioria dos países, o leme não é
usado.
3.9. Paracanoagem
A Paracanoagem é a modalidade de canoagem bastante recente e que
é executada por pessoas com deficiência (PCDs). Ela tem como objetivo o
lazer ou a competição, e é um excelente desporto a ser praticado, já que dentro
de um caiaque ocorre uma igualdade de possibilidades, visto que juntos todos
têm iguais condições de liberdade para locomoção, sendo que o desempenho
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técnico e físico depende exclusivamente da própria pessoa, por isso, todos
visam alcançar a maior autonomia possível.
O praticante pode usar adaptações que auxiliem a sua pratica, sendo ela
por segurança ou na melhora do seu rendimento. Estas adaptações podem ser
nos barcos ou externas, ou seja, gestos, comunicação por sons especiais, etc.
Esta variante da canoagem torna possível o acesso das pessoas com
deficiência à prática desportiva, despertando o gosto pelos desportos e
afastando assim o preconceito da sociedade para com o deficiente. [4]
3.10. Canoagem Oceânica
A canoagem oceânica apresenta um elevado grau de dificuldade e tem
como objetivo percorrer um percurso já definido em carta náutica, em águas
marinhas, no menor tempo possível. São utilizadas embarcações específicas,
devido às variadas condições que se pode encontrar ao decorrer da prova.
3.11. Canoagem Rafting
O Rafting é modalidade que implica a descida de rios em botes infláveis.
Os integrantes da embarcação remam sob o comando de um instrutor,
responsável pela orientação do grupo durante o percurso.
[Fig.5] Praticante de canoagem oceânica.
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3.12. Barco-Dragão
Barco-Dragão é uma modalidade da canoagem inspirada nos costumes
orientais. São competições realizadas em barcos-dragão, grandes canoas
abertas decoradas com dragões de madeira na proa, e são disputadas por
equipas de dez ou vinte remadores, além de um timoneiro e de outro
componente que dita o ritmo do tambor. Vence a equipa que cumprir o
percurso que normalmente varia de 500 a 1.000 metros, no menor tempo.
3.13. Turismo de Aventura
Turismo e aventura é uma modalidade da canoagem que não se
enquadra nos padrões de desporto de competição. O seu objetivo principal é a
aproximação do homem com a natureza favorecendo a compreensão da sua
grandiosidade e consequentemente o respeito a mesma, transformando-os em
agentes multiplicadores dessa ação. Ao mesmo tempo, na sua prática, não
despreza os benefícios gerados pela atividade desportiva, pois esta
modalidade traz enormes benefícios ao sistema cardiopulmonar, requerendo
dos praticantes que mantenham-se com um bom nível de aptidão física.
Esta modalidade pode ser desenvolvida em diversos lugares, tais como
rios, represas, lagos, mares e oceanos, sendo necessária a escolha da
embarcação mais adequada para a situação a ser enfrentada. [6]
[Fig.6] Praticantes de turismo de aventura.
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[Fig.7] Constituição de uma canoa comum.
4. Formas e partes de uma canoa
4.1. Diferentes partes de uma canoa comum
Casco1 - Superfície exterior da canoa que entra em contato com a água
Quilha2 - Estrutura ao longo do casco, desde a proa até à popa
Bordas3 - Vão desde a proa à popa e protegem os materiais da canoa
Assentos4 - Fixos nas bordas, servem para o remador se sentar
Proa - Parte da frente da canoa
Popa - Parte de trás da canoa
Deck plate5 - Desenhado para proteger o material e também funciona
como pega.
Thwarts6 - Pequenas barras fixas nas bordas da canoa para a mesma
manter a forma
(1)
(2)
(3) (4) (4)
(5) (5)
(6)
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[Fig.8] Diferentes tipos de cascos.
4.2. Formas das canoas e suas relações com a estabilidade
Os cascos das canoas podem ter vários formatos: planos, redondos,
arqueados e modificados em forma de V. Isto acontece pois as canoas usadas,
por exemplo para lazer, não têm as mesmas especificações que as canoas
usadas para competição!
O casco plano é sobretudo usado nas
canoas recreativas, que podem ser usadas
para a prática da pesca, e para passeios, por
exemplo. Isto acontece pois, nessas
atividades, é exigida à canoa uma grande
estabilidade em condições mais calmas. São,
precisamente, as canoas mais fáceis de usar
no que à estabilidade diz respeito.
Quanto ao casco arqueado, este é usado nas canoas que são feitas
para condições mais adversas, tais como vento forte e correntes. É o design
ideal para quem compete em corridas nos rios pois ajuda a canoa a seguir uma
linha reta enquanto desloca a água.
Nos cascos arqueados, as paredes laterais da canoa são, sobretudo,
planas e verticais.
Por sua vez, ter um casco redondo vai fazer com que as paredes laterais
da canoa sejam arredondadas, o que faz com que a largura máxima das
paredes do casco seja maior do que a largura das bordas da canoa, adquirindo
esta uma estabilidade reforçada. Esta caraterística faz ainda com que seja
mais fácil remar, pois não é preciso afastar muito a pá das bordas da canoa.
Por último, a quilha do barco, ou seja, a curvatura do casco, pode ter
várias formas, sendo que duas delas são lisa e curva. Quanto mais curvada é a
quilha, mais manobrável será a canoa, o que é ideal em condições adversas,
em que há corrente, ondas ou outros objetos que têm de ser transpostos, ao
passo que, quanto mais lisa for a quilha, mais área do casco estará em contato
com a água, o que ajuda em viagens mais longas em linha reta.
A estabilidade é também afetada pelo centro de gravidade do remador e
pela carga na canoa. Se o assento for rebaixado, vai haver maior estabilidade,
Redondo
Plano
Modificado em
forma de V
Arqueado
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[Fig.9] Canoa em alumínio.
visto que o centro de gravidade fica mais baixo. Isto apenas deve ser feito se o
remador continuar a ter uma posição confortável a remar. Se a carga estiver
mal distribída pela canoa, a estabilidade vai ser afetada negativamente.
Resumindo, conclui-se que existem muitos fatores que afetam a
estabilidade de uma canoa. As caraterísticas da mesma, o tipo de carga, a
distribuição desta pela canoa, são apenas alguns dos exemplos destes
fatores.[12] [13] [14] [23] [24]
4.3. Curiosidade: Alguns homens com ombros largos (e que, por
conseguinte, carregam muito peso acima da cintura) podem achar certos tipos
de canoas particularmente instáveis, sendo que mulheres que carreguem muito
do seu peso abaixo da cintura se sentem seguras nos mesmos barcos! [25]
5. Materiais usados no fabrico de canoas
Atualmente existem diferentes tipos de canoas, destinadas às diferentes
modalidades da canoagem. Para responder às exigências de cada uma, são
utilizados diferentes tipos de materiais na sua construção. Assim, o material
escolhido para o fabrico é aquele que permite aliar, de forma mais eficaz, as
características pretendidas.
5.1. Alumínio
As canoas fabricadas em
alumínio são pretendidas pela sua
durabilidade. São resistentes à
corrosão, requerem pouca
manutenção e não se deterioram quando expostas ao sol. São indicadas para
rios e lagos pois oferecem uma alta resistência a furos. Contudo são
extremamente pesadas, fazendo delas lentas. Por outro lado são caras e
barulhentas, e o seu brilho pode constituir um problema. Consoante as
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condições meteorológicas e devido à elevada condutividade térmica do
alumínio são desconfortavelmente quentes ou frias.
5.2. Madeira
A madeira é um material tradicional e tipicamente artesanal. O processo
de lixar e esculpir usado para construir barcos de madeira oferece a
oportunidade de personalização única. Embora difíceis de perfurar são
pesadas e caras. Este tipo de canoas é normalmente mais atraentes do que as
outras pela sua estética.
5.3. Plástico
O plástico é popular no mercado da canoagem pois é leve, tranquilo e
resistente. Canoas de plástico de alta qualidade são desejadas pois exigem
pouca manutenção e têm todas as vantagens dos outros materiais. O peso
varia com o modelo de construção, que, normalmente, é espuma rodeada pelo
material plástico. Comparando-as com as de alumínio são menos resistentes.
Já as de fibra de vidro têm aproximadamente o mesmo peso mas são menos
duráveis. Estes barcos têm a desvantagem de serem caros. [47]
Plásticos utilizados na produção de canoas:
1. Polietileno
I. Polietileno termoformado;
II. Polietileno em 3 camadas.
2. ABS-Acrilonitrila-Butadieno-Estireno
I. Royalex.
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[Fig.10] Reação de polimerização que dá origem ao polietileno.
1 – Polietileno
O polietileno tem sua cadeia constituída basicamente por carbono e
hidrogênio e é um material translúcido, maleável e inflamável. É flexível, já que
possui temperatura de transição vítrea bem abaixo das temperaturas ambiente
usuais. Pode ser produzido com diferentes densidades e nas formas linear,
ramificada ou reticulada, apresentando campos de aplicação comercial
diversificados. É um termoplástico barato e de fácil processamento. [43]
Existem vários tipos de polietileno:
Polietileno de baixa densidade (PEBD);
Polietileno de alta densidade (PEAD);
Polietileno linear de baixa densidade (PELBD);
Polietileno de ultra baixa densidade (PEUBD);
Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM)
No fabrico de canoas o tipo de polietileno mais utilizado é o de alta
densidade pois possui propriedades que o tornam o mais adequado para
produção de canoas, visto ser rígido, resistente a tração e possuir moderada
resistência ao impacto. [41]
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Tipo de PE PE de baixa densidade
PE de alta densidade
Tipo de polimerização Radicais livres Coordenação
Pressão de polimerização
(atm) 1000-3000 1-30
Temperatura reacional, ºC 100-300 20-100
Tipo de cadeia Ramificada Linear
Densidade, g/cm3 0,93-0,94 0,94-0,97
Cristalinidade, % 50-60 Até 95
Tm, ºC 110-125 130-135
[Tab.3] Comparação entre PEBD e PEAD.
I – Polietileno termoformado
O polietileno sofre um processo de termoformação (fig.13). Este
processo consiste no aquecimento de uma folha de plástico até uma
temperatura próxima do seu ponto de fusão seguido pela sua colocação num
molde. O material, entrando em contacto com o molde arrefecido pela
circulação de um fluido (geralmente água), vai arrefecer e fica com a forma que
o molde lhe deu. No final procede se à abertura do molde e retira-se a peça.
Este processo é vantajoso por se tratar de um processo barato relativamente
aos outros processos, tanto no preço dos moldes como do restante
equipamento.
Estas canoas possuem apenas uma camada de polietileno de alta
densidade que é diretamente retirado do processo de termoformação. As
canoas feitas de polietileno termoformado têm como grande vantagem o facto
de serem produzidas canoas de alta qualidade a um preço reduzido. O
polietileno termoformado é um material com elevada durabilidade, resistente à
abrasão, e é mais resistente que muitos materiais que são utilizados na
produção de canoas mais complexas. [44] [45]
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[Fig.11] Processo de termoformação.
[Fig.12] Polietileno em três camadas.
II – Polietileno em três camadas (Three Layer Polyethylene)
Este material possui três camadas distintas que fornecem à canoa
características especificas como uma elevada resistência, durabilidade e
redução do relativamente às canoas em polietileno feitas apenas numa
camada. O material possui três camadas distintas: uma camada linear exterior,
um núcleo de espuma e uma camada interna.
Este tipo de material é usado para produzir canoas através de um
processo de rotomoldagem. A rotomoldagem é um processo industrial de
transformação de termoplásticos. Pela rotação de um molde que possui o
material dentro, vai se obter as canoas. [46]
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[Fig.13] Composição em camadas do Royalex.
2 – ABS
I – Royalex
O Royalex é um material compósito também dividido por múltiplas
camadas sendo a sua base o plástico ABS (Acrilonitrila-Butadieno-Estireno). É
um material usado para a produção de canoas pois é bastante leve, muito
resistente às radiações UV provenientes da luz solar, muito rígido e possui uma
estrutura mais resistente do que a estrutura dos não compósitos como o
polietileno. Contudo é um material muito mais caro comparativamente com o
polietileno nas canoas por moldagem e rotomoldagem.
Este material tem na sua composição várias camadas, sendo uma
mistura de ABS, espuma de ABS e vinil reticulado que fornece resistência ao
exterior da canoa. [42] [48]
5.4. Compósitos
As canoas mais modernas são fabricadas em materiais compósitos.
Estes materiais são constituídos por um reforço, que é constituído por fibras
(elemento de reforço), dispersa numa matriz (resina), que se agregam físico-
quimicamente após um processo de cura.
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[Fig.14] Canoa em fibra de vidro.
[Fig.15] Fibra de vidro.
5.4.1. Fibra de Vidro
A fibra de vidro é o material mais utilizado no fabrico de canoas. Têm um
custo baixo a moderado. A sua qualidade pode variar consoante três níveis de
preços, que dependem da qualidade da fibra e da resina utilizadas. São leves
e, embora perfuráveis por um golpe, resistem a uma quantidade moderada de
pressão. A fibra de vidro é utilizada, por exemplo, para canoas de pesca. [10]
Tipos
Fibra de vidro é, como o nome indica, vidro em forma de fibra. Há cinco
grandes tipos de fibra de vidro: “A-glass”
(vidro alcalino), que tem boa resistência
química, mas propriedades elétricas mais
baixas. C-glass (vidro químico) que tem
uma resistência química muito elevada. E-
glass (vidro elétrico), que é um excelente
isolante e resiste a ataques de água. S-
Glass (vidro estrutural), que é otimizado
para as propriedades mecânicas. D-glass (vidro dieléctrico), que tem as
melhores propriedades eléctricas, mas não tem as boas propriedades
mecânicas quando comparados com a fibra de vidro do tipo E e S. E-glass e S-
glass são, de longe, os tipos mais comuns encontrados em compósitos. Estes
tipos têm boas combinações de resistência química, propriedades mecânicas e
propriedades de isolamento. Dos dois, o E-glass oferece a economia mais
atrativa enquanto S-glass oferece um melhor desempenho mecânico. [31] [34]
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Características gerais
Em função da sua densidade das fibras de vidro (reforço) e das resinas,
a fibra de vidro é um material leve, que oferece também boa resistência
mecânica. Apresenta uma condutividade térmica baixa, o que constitui uma
vantagem para a canoagem. É também um material com ampla flexibilidade,
possibilitando a moldagem, sem emendas. Devido ao baixo coeficiente de
dilatação térmica e à baixa absorção de água, as peças em fibra de vidro
mantêm inalteradas as suas formas e dimensões em condições extremas de
uso, nomeadamente em grandes variações de temperatura e humidade. Possui
ainda uma boa resistência química, pelo que não enferruja e resiste a
ambientes altamente agressivos aos materiais convencionais. A fibra de vidro
pode ser laminada em moldes simples e baratos, o que possibilita a
comercialização de peças grandes e complexas, com baixos volumes de
produção. Mudanças no projecto são facilmente realizadas nos moldes de
produção, dispensando a construção de moldes novos. É um material com a
possibilidade de ser moldado na cor desejada, dispensando, deste modo,
pintura de acabamento, tornando o custo deste capítulo baixo. Devido à
resistência e à inercia química do material, também a manutenção apresenta
um custo reduzido. É ainda um material possível de reciclar.
Tendo em vista todas as características referidas, pode-se afirmar que a
fibra de vidro é um bom material para a construção de canoas. Embora não
seja o melhor dos materiais compósitos é o material mais utilizado no fabrico
de canoas, apresentando um custo baixo a moderado. A sua qualidade pode
variar consoante diferentes níveis de preços, que dependem da qualidade da
fibra e da resina utilizadas. [4] [32] [33]
Propriedades Gerais da fibra de vidro
Densidade (g/cm3)
Resistência à tração (MPa)
Tensão de Cedência
(MPa)
Módulo de elasticidade
(GPa)
Condutivida-de térmica
(W/m.K)
Coeficiente de dilatação
térmica (10-6 m/m K)
1.6-2.0 220 220 21 0,04 30-40
[Tab.2] Propriedades Gerais da fibra de vidro.
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[Fig.16] Estrutura de cristais de grafite e suas direções.
5.4.2. Carbono
Fibras de carbono
A fibra de carbono é composta por átomos de carbono que ligados
formam uma longa cadeia. Algumas das características gerais destas fibras
são a sua baixa densidade, excelentes propriedades de tensão, boa condução
térmica e elétrica e resistência à deformação. Estas fibras são usadas de forma
intensiva em compósitos.
A estrutura atómica é semelhante à da grafite, e consiste em camadas
de átomos de carbono dispostas num padrão hexagonal (figura 1). Conforme
os processos de fabrico, os planos de camadas das fibras de carbono podem
ser diferentes, como por exemplo, grafíticos ou com estrutura híbrida.
As fibras de carbono são também muito frágeis. As suas camadas são
formadas por fortes ligações covalentes e a sua agregação em camadas, como
folhas de papel permite a fácil propagação de fendas na estrutura.
Elas são muito fortes. Normalmente, apura-se o benefício da força de
um material, relacionando-se a rigidez com o peso. A rigidez de um material é
calculada em módulos de elasticidade. Os módulos das fibras de carbono são,
geralmente, 20 msi (138 Gpa) e sua resistência máxima 500 ksi (3,5 Gpa).[2]
[27] [28]
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Características:
- Força física, resistência específica, leve.
- Bom amortecimento de vibrações, força e dureza.
- Elevada estabilidade dimensional, baixo coeficiente de expansão térmica,
baixa abrasão.
- Condutividade elétrica.
- Inerte a fatores biológicos e químicos.
- Resistência à fadiga, auto lubrificação, alto amortecimento.
- Propriedades eletromagnéticas.
- Permeável a raios-x, elevada resistência à corrosão. [26] [29] [30]
Propriedades Gerais das fibras de carbono
Densidade (g/cm3)
Tenacidade (KN/mm2)
Alongamento na rutura
Elasticidade Resistência à
fricção Resistência
ao calor
1,95 1,8-2,4 0,5% Fraca Boa Boa
[Tab.4] Propriedades Gerais das fibras de carbono
[1]
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Comparação de propriedades de diferentes materiais
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[Fig.17] Canoa em kevlar.
[Fig.18] Disposição molecular do kevlar.
5.4.3. Kevlar
O kevlar é utilizado numa parte limitada do mercado de canoa. É um
material com alta resistência química e mecânica. É também o mais leve mas
também o mais caro, uma vez que não está disponível em grande quantidade e
que o mercado é compartilhado com o dos coletes à prova de bala. Este tipo de
barco é indicado para águas calmas e é muito utilizado em canoagem de alta
competição, nomeadamente em velocidade. [9] [11]
O kevlar é uma fibra sintética de para-aramida (fig.18) muito resistente e
leve. Trata-se de um polímero resistente ao calor e sete vezes mais resistente
que o aço por unidade de peso. O kevlar é usado na fabricação de cintos de
segurança, cordas, construções aeronáuticas, velas, coletes à prova de bala,
linhas de pesca, na fabricação de alguns modelos de raquetes de ténis, na
composição de alguns pneus, etc. O tanque de combustível dos carros
de Fórmula 1 é composto deste material, a fim de evitar que objetos
pontiagudos perfurem os tanques numa eventual colisão. [37] [38] [39]
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[Fig.19] Kevlar.
[Fig.20] Molde em fibra de vidro.
Características:
Providencia propriedades força-peso
proeminentes;
Elevado módulo de elasticidade;
Elevada resistência à tração;
Baixa deformação;
Baixo alongamento de rutura (~3.5%);
Difícil de pintar. [40]
Processo de fabrico de uma canoa em kevlar
Este material é muitas vezes ligado ao fabrico de coletes à prova de
bala, mas, no caso das canoas, não é usada uma densidade tão grande como
a dos coletes.
Uma canoa de kevlar pesa, sensivelmente, metade de uma canoa de
madeira ou de alumínio e praticamente não precisa de manutenção.
As canoas são construídas com várias camadas do tecido de kevlar,
coladas umas às outras para criar um material laminado sólido.
Tudo começa com um molde em
fibra de vidro (compósito que também
abordamos neste relatório) do casco da
canoa.
O primeiro passo é passar resina no
seu interior. Após este passo, é colocada
uma camada de tecido de kevlar no interior do molde e esta é ajustada contra
as paredes do mesmo, sendo bem esfregada para expulsar qualquer bolha de
ar. Depois é retirado o tecido em excesso.
Canoa de kevlar
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[Fig.21] Produto final, canoa de kevlar.
Qualquer resina em excesso é retirada enquanto o tecido é esticado
contra as paredes no molde. Este processo assegura que a camada fica bem
forte e lisa.
Este processo é depois repetido para uma segunda camada de kevlar,
onde é usado um rolo de pintura para colar bem uma camada à outra e retirar
qualquer excesso de resina.
Quanto aos componentes estruturais, são colocados pedaços de
espuma densa no “chão” da canoa, que são colados uns aos outros e ao
casco. Alguns dos pedaços são aquecidos para serem dobrados e colocados
nas paredes do casco, para fazerem as “costelas” da canoa.
Depois da estrutura da canoa estar feita, é aplicada uma terceira
camada de tecido de kevlar com a ajuda de um pressurizador a vácuo.
Funciona como se envolvêssemos a canoa num saco plástico gigante e
retirássemos todo o ar de lá de dentro. Ao fazê-lo, o saco vai empurrar as
camadas umas contra as outras
e, por sua vez, contra o molde.
Este processo demora entre 8 a
10 horas a estar concluído.
Com essa conclusão vem
a extração da canoa do molde,
já com a forma pretendida.
Depois de um controlo de qualidade, são finalmente colocadas as bordas, os
assentos e todas as outras partes constituintes de uma canoa. [35] [36]
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6. Os Kayaks
Para falar sobre a performance na canoagem decidimos optar por
explorar as provas de velocidade visto ser uma área mais interessante para
falar sobre as características das embarcações e como é melhorada a sua
performance para serem boas opções para competir em provas de velocidade
6.1. Kayak e Canoa (diferenças e semelhanças)
Quando nos referimos a canoagem, existem duas áreas distintas que
muitas vezes são confundidas: Kayaking (Kayak) e Canoeing (canoagem
propriamente dita).
O Kayak e a Canoagem são áreas muito similares tanto na estrutura dos
barcos como na forma como é praticada. Neste relatório vamos apresentar as
semelhanças e as diferenças técnicas entre kayaking e canoagem.
No sentido mais técnico da canoagem, o kayak pode ser considerado
um tipo de canoa no entanto, a actividade “canoagem” pode se referir a remar
uma canoa ou um kayak. De facto, tanto a canoa como o kayak são
embarcações geralmente muito leves que podem ser usadas em lagos, rios ou
até no mar, ambas podem ter uma ou mais pessoas a remar e podem ser
usadas para diversos fins. A definição exacta de quando se deve chamar a
uma canoa de kayak não é bem clara e para distinguir vamos expor algumas
das diferenças entre elas:
Existem algumas divergencias entre os remos dos kayaks e das canoas.
Nas canoas os remos possuem apenas uma pá e exige do atleta uma remada
específica e complexa para que a canoa se mova em linha recta (visto que
apenas se rema de um lado). Nos kayaks os remos têm duas pás e o remador
impulsiona o kayak alternando entre os lados sem ter que fazer movimentos
muito complexos.
As canoas tipicamente flutuam na superfície, enquanto os kayaks têm
uma estrutura que faz com que flutuem logo abaixo da água obrigando a água
a afastar-se enquanto se movem.
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Como o kayak flutua logo abaixo da superfície da água, necessita de ter
um deck semi fechado (para evitar a entrada de água) onde o atleta se senta,
ao contrario das canoas que possuem um deck aberto onde o atleta rema de
joelhos ou sentado (nas provas de alta competição, normalmente de joelhos).
Nas principais competições de canoagem existem provas de canoagem
(C1,C2,…) e provas de kayak (K1,K2,…) mas em termos gerais normalmente
as canoas são mais usadas para passeios visto que possibilitam o transporte
de pessoas e suplementos, enquanto que os kayaks são usados também para
recreação mas principalmente para provas por terem características que não
possibilitam carregar um elevado numero de pessoas ou suplementos. [15]
6.2. Introdução à performance dos kayaks
As provas de sprint na canoagem, consistem numa corrida em que os
atletas competem num kayak ou numa canoa sozinhos ou em grupo contra
outros atletas numa corrida, tentando fazer no menor tempo possível um
determinado trajeto retilinto (num canal delimitado) para bater os adversários.
Na canoagem, mais especificamente, nas provas de sprint, é necessário um
elevado esforço físico do atleta aliado a embarcações fabricadas através de
altas tecnologias baseadas em estudos que visam melhorar a performance do
barco.
O rendimento das canoas é diretamente influenciado por todas as suas
componentes aliando-se à capacidade física do atleta. Neste desporto todas as
perdas de energia são significativas e a qualidade da canoa pode muitas vezes
ser a barreira entre o sucesso e o fracasso.
Nesta parte vamos associar determinadas características com o seu
papel na performance do kayak. [16]
6.3. Caraterísticas gerais de um kayak
Kayaks de corrida:
· São construídos visando a velocidade (provas de velocidade) ou no
manuseamento em rápidos de rios (provas de slalom)
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· O casco é arqueado.
· São produzidos geralmente para uma ou duas pessoas
· O comprimento varia entre 4,5 e 5,5 metros
· O peso aproxima-se dos 12 Kg
Kayaks de lazer:
· construídos a pensar no conforto e em longas viagens em oceanos, rios ou
lagos.
· O casco é arredondado
· São produzidos para carregar um maior número de pessoas.
· O comprimento varia entre os 6 e 7 metros
· O peso aproxima-se dos 35 Kg
Kayaks de corrida Quando falamos de performance recorremos imediatamente à
engenharia dos kayaks. Esta engenharia passa pelos materiais utilizados, pela
forma do kayak, e pelas componentes técnicas do kayak em si.
Como já foi explicado anteriormente existem canoas e kayaks
produzidos com diferentes tipos de materiais. O kevlar é, um dos materiais
mais usados na produção de kayaks de competição pois é um material
bastante leve e resistente. Este material oferece aos kayaks características
quase ideais (em termos de peso, resistência mecânica e química) aos kayaks
de competição, sendo por isso o mais utilizado nessa área. Contudo, existem
outros materiais que são aliados ao kevlar que fornecem aos kayaks
propriedades que este não oferece, visando melhorar a sua performance.
Na construção em kevlar, existe uma placa de espuma numa forma de
diamante imprensado entre folhas de kevlar na parte de trás da canoa para
prevenir a sua deslocação quando o utilizador rema. Desta forma não é perdida
energia pois essa parte do kayak é flexível. Isto significa que todo o esforço
que o remador faz para mover o kayak é, efetivamente, para a sua deslocação,
sendo a quantidade de energia que a canoa absorve reduzida. Quase toda a
energia do remador é utilizada para mover a canoa, sendo as perdas muito
reduzidas. Estas Canoas são tipicamente muito difíceis de mudar de direção
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[Fig.22] Prova de K1 feminina, nos Jogos Olímpicos de Londres.
pois todos os mecanismos que existem nos outros kayaks, não existem neste
para evitar mudanças de direção causadas pelo vento ou perdas de
velocidade.
Os kayaks de velocidade têm também uma propriedade que faz
contornar certos obstáculos. Estes kayaks tendem a "cortar" a onda em vez de
subir e descer a mesma, fazendo reduzir a distância entre dois pontos (o kayak
move-se sempre em linha reta). Por outro lado este sistema pode ser um
problema no caso de a ondulação ser superior à altura do kayak.
A forma arqueada do casco é também essencial para a melhoria do
kayak. Esta forma permite que o kayak corte a linha da água reduzindo o atrito
da mesma mas, ao mesmo tempo, impede o kayak de mudar de direção (o que
pode ser considerada uma vantagem em provas de sprint!) [8]
6.4. Estabilidade vs. Performance
Os kayaks de alta competição são embarcações com níveis de
estabilidade muito reduzidos. Tal facto deve se à fisiologia do kayak que de
forma a aumentar a performance necessita de abdicar de certos componentes
existentes noutro tipo de kayaks (a quilha por exemplo).
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7. Conclusão
A engenharia é uma ciência presente em muitos campos da nossa vida,
e o desporto não é exceção. Com este trabalho, conseguimos perceber todas
as vertentes envolvidas no planeamento e construção de uma canoa, seja ela
para que modalidade for.
Na construção das mesmas, é necessário terem-se em conta os fatores
determinantes para uma boa performance e para a segurança dos utilizadores.
Se queremos uma canoa para competição, por exemplo, é necessário perceber
todas as condições com que nos deparámos e fazer o nosso melhor para as
evitar, se estas forem adversas, ou para nos aproveitarmos das mesmas, se
estas forem favoráveis.
Os materiais são também importantes e são adaptados a cada canoa
segundo a sua finalidade. Existem diversos tipos de materiais usados para a
construção das canoas, mas um que se tem vindo a destacar devido à sua alta
resistência química e mecânica, que permitem um melhor aproveitamento das
qualidades do atleta e, por conseguinte, o levam a melhores resultados.
Concluímos assim que o kevlar é o futuro no que diz respeito à
construção de canoas, apesar de ainda ser um material bastante caro.
De um modo geral, o Projeto FEUP foi uma atividade que permitiu uma
preparação para o mundo da engenharia e um maior desenvolvimento das
capacidades de apresentação de ideias e conhecimentos.
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8. Referências bibliográficas
Bibliografia:
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Webgrafia:
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