Parafusos que podem ter causado a queda do submersível Titan

Os parafusos que prendem o visor ao casco do Titan podem fazer com que o casco de fibra de carbono enfraqueça gradualmente e seja esmagado no fundo do mar quando atingir um limite, dizem os especialistas.

A tragédia do submersível Titan, que naufragou no fundo do Oceano Atlântico em 23 de junho, atraiu a atenção da mídia e de especialistas. Além dos comentários sobre erros de projeto, erros estruturais ou mergulhos muito profundos no Titan, a hipótese de falha devido a materiais (Materials Failure) também foi levantada por especialistas.

Há relatos de que a fabricante OceanGate converteu arbitrariamente o Titan de um navio científico de sensoriamento remoto para um navio de cruzeiro de passageiros. Imagens do processo de construção divulgadas pela OceanGate mostram que a empresa fixou duas telas de exibição diretamente no casco, que é revestido de fibra de carbono na parte externa, como o CEO Stockton Rush anunciou certa vez.

Duas telas aparafusadas ao casco e unidas manualmente (acima) no Titan são mostradas no vídeo de apresentação do submersível Titan. Foto: OceanGate

Isso é um tabu porque a fibra de carbono é cinco vezes mais resistente que o aço, mas muito quebradiça, frequentemente misturada com cola de resina para aderir à superfície do material a ser revestido. Esse processo de revestimento é criado a partir da sobreposição de camadas, semelhante à colagem de camadas de papel com cola.

A estrutura de fibra de carbono não seria, portanto, uma folha monolítica pura, mas um composto de fibra de carbono e resina. A OceanGate utilizou o nome "composto de fibra de carbono" para este material em uma patente concedida em 2021.

Por ser um compósito, existem vazios microscópicos na estrutura da fibra de carbono que a resina não consegue preencher. A OceanGate afirma que o índice de vazios é inferior a 1%, mas esse número não é especificado especificamente. A diferença entre um índice de vazios de 0,99% e 0,0000000000001% pode ter um enorme impacto na estrutura geral, bem como na taxa de fratura do material.

O método de furar e parafusar a tela no casco cria pequenas rachaduras na superfície interna composta. Após muitos mergulhos para visitar os destroços do Titanic a uma profundidade de 3.800 m, o casco do Titanic fica constantemente sob alta pressão por um longo tempo, fazendo com que as rachaduras se espalhem tão rapidamente quanto vidro quebrado.

Esse fenômeno pode ser comparado à imagem de uma geleira com um buraco na superfície. A rachadura é inicialmente pequena, mas gradualmente, após cada martelada longa e com força suficiente, ela fará com que um bloco de centenas de metros se abra, resultando em uma grande rachadura de gelo.

A fibra de carbono é conhecida por sua resistência, mas não é a resistência à compressão que é essencial para suportar a pressão no fundo do oceano, mas sim a resistência à tração que impede que a estrutura se estique e quebre.

A fibra de carbono composta trinca mais lentamente do que a fibra de carbono pura, fazendo com que o processo de trinca ocorra gradualmente, e as trincas estruturais são muito pequenas para serem detectadas externamente. A taxa de trincas dentro da mesma camada de fibra de carbono aumentará de camada para camada, de modo que as trincas aumentarão gradualmente, até que a estrutura mais interna fique extremamente fraca.

Quando todas as condições são atendidas, apenas uma leve colisão, um empurrão deslizante com qualquer objeto no fundo do oceano, é suficiente para causar um colapso horrível do submersível Titan, tirando a vida de cinco pessoas a bordo.

Nesse caso, a estrutura composta de fibra de carbono se desintegraria repentinamente, mesmo que as viagens anteriores tivessem ocorrido normalmente. Isso explica por que as viagens anteriores de Titã foram normais, mas a viagem final, em 18 de junho, foi quando a espaçonave atingiu seu ponto de ruptura.

Mesmo que haja uma certa folga entre o casco de titânio e o casco externo de composto de fibra de carbono para que os furos dos parafusos não causem rachaduras, a perfuração no casco de titânio do navio também cria uma oportunidade para que a ferrugem no metal ocorra mais rapidamente.

O titânio é menos suscetível à ferrugem do que o ferro e o cobre, mas a cor do casco não é titânio puro, mas sim mais como uma liga de titânio, como anunciado pela OceanGate, ou um material de aço duro semelhante ao usado pela Marinha dos EUA em submarinos.

O processo de envolver o casco do Titan com fibra de carbono. Fonte: OceanGate

A OceanGate poderia usar uma liga em vez de titânio puro para fabricar o casco, reduzindo os custos de fabricação, mas também tornando-o mais suscetível à ferrugem. Nesse caso, os locais dos parafusos seriam sempre os primeiros a enferrujar, levando ao risco de se espalhar e enfraquecer a estrutura circundante.

O OceanGate provavelmente teve parafusos adicionais adicionados ao seu casco, pois estava sendo convertido para transportar turistas e precisava instalar mais equipamentos de observação. Além disso, as soldas da estrutura das portas eram bastante ásperas, sem nenhuma proteção adicional contra ferrugem ou corrosão, semelhante ao design das janelas de uma varanda residencial.

Na tecnologia de materiais, a parte inferior da solda é a mais suscetível à ferrugem e à deterioração estrutural devido ao contato de pelo menos dois materiais diferentes.

O risco neste método é ainda maior do que no método de fixação por parafusos. A solda pode apresentar uma ligação metálica que leva à rápida propagação da ferrugem devido à corrosão eletroquímica quando exposta a alta umidade. Para limitar o risco, o fabricante pode cobrir essas soldas com uma fina película antiabrasão e anticorrosão para proteger o material e a estrutura em condições de exposição ambiental, mas não há evidências de que a OceanGate tenha implementado essa medida de segurança.

O design do Titan da patente original da OceanGate mostra que a embarcação é baseada no submersível de águas profundas Alvin DSV de primeira geração, que ainda está em uso hoje. Em vez de usar o formato esférico tradicional para otimizar a capacidade de suportar a pressão de todas as direções, o Sr. Rush converteu o Titan em um tubo para acomodar mais passageiros.

Os dois lados do recipiente são feitos de titânio, enquanto a estrutura cilíndrica central é revestida com camadas de fibra de carbono com cerca de 13 cm de espessura. O cilindro central foi projetado para suportar a força principal, sendo esta a área que sofreu intervenções com parafusos e soldas.

O design do submersível OceanGate apresenta duas extremidades e um anel, que reforça o ponto de conexão, feito de titânio. Gráfico: Oceanliner Designs

O revestimento de carbono de 13 cm de espessura pode ajudar o navio a aumentar sua resistência à pressão externa, mas também aumenta inadvertidamente sua fragilidade e torna mais difícil observar rachaduras muito pequenas dentro da estrutura da camada.

As juntas entre o corpo do tubo e a cabeça e a cauda de titânio não são impressas em 3D a partir de um único lote, mas soldadas por meio de um mecanismo de vedação, o que cria o risco de enfraquecer a estrutura mecânica. A estrutura geral é muito frágil devido ao uso de diversos materiais, incluindo fibra de carbono, titânio e vidro acrílico. Cada material apresenta diferentes resistências, expansões e fragilidades no mesmo ambiente.

Esta é também a razão pela qual a tecnologia de impressão 3D é preferida para a fabricação de corpos de naves espaciais, embora seja muitas vezes mais cara do que o método de montagem. Com esta tecnologia, os fabricantes só precisam imprimir em 3D uma vez para obter um produto completo, independentemente da complexidade do design, sem necessidade de solda ou parafusos, ajudando a reduzir os riscos para a estrutura geral.

Em sua patente, a OceanGate menciona que testou o submersível Titan com segurança em pressões de 5.000 a 6.000 psi (400 vezes a pressão atmosférica). Essa pressão de teste é equivalente à pressão que o submersível enfrentaria a uma profundidade de 4.000 metros.

Mas, em termos do processo de avaliação de segurança, este é um erro extremamente grave. O fabricante tem a responsabilidade de garantir que o produto possa suportar condições muito mais severas do que aquelas em uso regular. A OceanGate deveria ter garantido que o Titan pudesse suportar pelo menos 8.000-10.000 psi de pressão antes de permitir que ele operasse regularmente a 6.000 psi, em vez de permitir que transportasse turistas no nível máximo, de acordo com os resultados dos testes.

As táticas de marketing da OceanGate para o Titan e seus pacotes de cruzeiros de expedição também levantaram questões sobre se as inspeções de segurança foram realizadas de acordo com os padrões internacionais.

Os destroços do submersível Titan foram levados para o porto de Saint John, Canadá, em 28 de junho. Foto: AP

A OceanGate alegou que seu submersível é tão novo que excede os padrões de segurança usuais e não pode ser inspecionado por nenhuma agência. Por outro lado, a OceanGate utiliza o conceito não comprovado de "liga de titânio - fibra de carbono" em sua patente, em vez de definir claramente o material como "liga de titânio" e não como composto puro de titânio e fibra de carbono, e não como fibra de carbono pura.

De fato, os fabricantes podem usar novos materiais mais resistentes, duráveis ​​e duros, mas devem sempre garantir padrões de segurança acima do mínimo. Reformas do tipo "faça você mesmo" e a definição de seus próprios padrões de segurança sempre têm o potencial de causar acidentes.

O artigo representa a opinião do autor Dang Nhat Minh, atualmente candidato a doutorado no Centro de Engenharia Avançada de Superfícies de Materiais do Conselho de Pesquisa Australiano (ARC SEAM), sediado na Universidade de Tecnologia Swinburne, em Melbourne.

Dang Nhat Minh

Link da fonte: https://vnexpress.net/nhung-con-vit-co-the-khien-tau-lan-titan-gap-nan-4627263.html