INVESTIGAÇÃO DA INTERFERÊNCIA DO ALINHAMENTO DAS FIBRAS DA MADEIRA BALSA EM COMPÓSITO HONEY-COMB

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A Engenharia transformando ideias em soluções inteligentes 
Anais do 2° COEN – Congresso de Engenharias – Universidade Federal de São João del-Rei – MG 
Anais do 12° CONEMI – Congresso Nacional de Engenharia Mecânica e Industrial 
 
INVESTIGAÇÃO DA INTERFERÊNCIA DO ALINHAMENTO DAS FIBRAS DA 
MADEIRA BALSA EM COMPÓSITO HONEY-COMB 
 
Arthur Bernardes Lara Melo
(1)
 (arthur.b.melo@gmail.com) 
 
Universidade Federal de São João del-Rei, Departamento de Engenharia Mecânica, Citec. 
RESUMO: Com o objetivo de obter um material que tivesse bom desempenho conforme o tipo de 
esforço sofrido, perpendicular ou paralelo ao alinhamento das fibras. Utilizamos dois materiais 
comuns no meio aeronáutico de escala, que são madeira balsa e colmeias de polímeros para 
confeccionar um único material em estrutura sanduiche. Este trabalho trouxe à tona a discussão de 
quantificar e qualificar, a diferença entre os módulos de elasticidade, E (Mpa). Utilizado dos ensaios 
de tração conforme norma ASTM. Podem ser observadas as alterações entre os módulos quanto ao 
alinhamento das fibras ao esforço sofrido possuem valores bem maiores que quando estas alinhadas 
perpendiculares ao esforço. Tal estudo pode ser aproveitado no projeto de uma aeronave radio 
controlada, equipe “Trem Ki Voa Micro”, no desenvolvimento das estruturas e fuselagens. 
PALAVRAS-CHAVE: Honey-comb, módulo de elasticidade, tensão de ruptura, alinhamento das 
fibras. 
 
RESEARCH OF INTERFERENCE ALIGNMENT OF FIBER WOOD FERRY IN 
COMPOSITE HONEY-COMB 
 
ABSTRACT: Aiming to obtain a material that had good performance with the type of effort suffered, 
perpendicular or parallel to the alignment of the fibers. We use two common materials in the middle 
scale aircraft, which are hives of balsa wood and polymers to fabricate a single material in sandwich 
structure. This work brought up the discussion to quantify and qualify the difference between the 
modulus of elasticity, E (MPa). Used for tensile tests according to ASTM. Changes can be observed 
between the modules for alignment of the fibers effort to have suffered much higher values than when 
they aligned perpendicular to the effort. This study can be used in designing a radio controlled 
aircraft, crew "Train Ki Micro Flies," in the development of structures and airframes. 
KEYWORDS: Honey-comb, elastic modulus, tensile strength, fiber alignment. 
 
 
 
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12° CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
Com o descobrimento de materiais compósitos em que a estrutura do material exerce 
grande influência no comportamento do mesmo. Estes constituídos por laminas de fibras nas 
extremidades e como preenchimento uma estrutura em colmeias, garantindo assim resistência 
aos esforços sofridos e com baixa densidade devida esta geometria conferir ao material grande 
inércia. 
Na aviação alguns materiais receberam grande destaque devido à alta resistência. 
Alguns destes são carbono, kevlar e alumínio. Para garantir o uso destas fibras foi necessário 
criar a estrutura em sanduiche. 
 
 
 
FIGURA 1. Honey-comb de fibra bidimensional de carbono utilizado na aviação. 
 
Conforme a necessidade de materiais que exercessem funções parecidas na equipe 
Trem ki Voa Micro, onde são desenvolvidas aeronaves radio controladas, tendo como 
objetivo realizar um voo em 360° com uma carga. 
Assim, buscando uma redução do peso final da mesma e uma configuração que 
adequasse aos esforços requeridos, realizamos este estudo em que desenvolvemos um 
material de geometria sanduíche, sendo composto por madeira balsa e colmeias. 
Aeronaves possuem verias forcas atuantes, devido à tração do motor, sustentação 
gerada pela asa, arrasto e o próprio peso, portanto após a caracterização do honey-comb era 
necessário a análise do melhor posicionamento das fibras na fuselagem, sabendo do 
comportamento do material e das aplicações de forças. 
 
 
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FIGURA 2. Forças atuantes em uma aeronave em voo reto e nivelado. 
 
 
 
 
FIGURA 3. Aeronave equipe Trem Ki Voa Micro. 
 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
2.1. Madeira balsa 
 
Para constituir o compósito foi utilizado madeira balsa 3/64 polegadas de espessura 
correspondendo a 1,1906 mm. Esta passando por um processo de escolha, onde eram retiradas 
as folhas com defeitos e imperfeições nas fibras como nós, podres, empenos, etc. e um 
processo de limpeza das mesmas pra melhor aderência da resina. 
 
 
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FIGURA 4. Madeira balsa. 
2.2. Colmeias 
 
As colmeias responsáveis por conferir inercia ao compósito possuem espessuras 
variadas e geometrias distintas. Para este estudo foi escolhido colmeias com 3 mm de 
espessura e com geometria hexagonal. 
 
 
 (a) (b) 
FIGURA 5. Colmeias (a) Diferenças entre espessuras e geometrias; (b) Colmeia utilizada. 
 
2.3. Resina 
 
Para concluir foi utilizada a resina epóxi RENLAM M BR 50 KG B1 lote número 
AL10019400, junto com o endurecedor REN HY 956 BR 25KG B1 lote número 
AL10014300, ambos fabricados pela indústria Huntsman Química Brasil Ltda. Mistura esta 
feita com 1/5 de fração mássica de endurecedor e 4/5 de resina. 
Tendo como objetivo principal a resina epóxi unir as partes (balsa e colmeias), e não 
preencher todos os espaços, a laminação foi dividida em duas partes. Em um primeiro instante 
 
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foi laminado um dos lados, uma folha de balsa com a colmeia e após a cura parcial da resina 
era então laminada o outro lado. 
 
 
FIGURA 6. Etapa um da laminação. 
 
Após sete dias a resina completa o ciclo de cura e esta pronta para os testes serem 
realizados. Neste caso específico foram realizados ensaios de tração nos dos sentidos da fibra. 
 
 
 
FIGURA 7. Sentidos dos ensaios de tração. 
 
Como resultado final do processo de escolha, limpeza e laminação do material 
obtivemos o seguinte resultado mostrado na Figura 8. 
 
 
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(a) (b) 
FIGURA 8. Honey-comb de balsa (a)Balsa, colmeia e honey-comb; (b) Produto final do 
processo de confecção do compósito. 
 
 3. ENSAIOS 
 
Após processo de criação e desenvolvimento que esteve envolvido ate o momento os 
corpos de prova foram confeccionados para enfim serem colocados em teste. 
Foram fabricados quatro corpos de prova e duas réplicas de cada condição, portanto 
concluindo um total de dezesseis corpos de prova ensaiados. 
 
 
TABELA 1. Configuração fatorial da investigação. 
 
N° de CP Réplicas Condições Total 
4 2 2 16 
 
 
 
FIGURA 9. Corpos de prova ensaiados. 
 
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4. RESULTADO 
 
 Através do ensaio de densidade aparente podemos chegar à conclusão do material 
possuir baixíssimos níveis de densidade, devido à configuração geométrica da colmeia que 
confere ao material grande volume agregando inércia e volume ao material. Pode ser 
observado na tabela abaixo. 
 
TABELA 2. Densidade honey-comb balsa. 
 
 
 
 Conforme os resultados obtidos nos ensaios de tração, observamos que quando os 
esforços são perpendiculares ao alinhamento das fibras, obtemos valores de módulos mais 
baixos devido à fibra não estar atuando para resistir os esforços e sim apenas as junções das 
fibras e a resina fazendo o papel de resistir. Devido o alinhamento da fibra com o esforço e a 
resina epóxi, obteve valores mais elevados para módulo de elasticidade. Na Tabela 3, abaixo, 
exibe os valores encontrados para os módulos em cada modalidade de ensaio. Sendo 
aproximadamente quatro vezes maior o módulo de elasticidade do ensaio paralelo sobre o 
ensaio perpendicular. Observado nas Figuras 10 – 11 e Tabela 3. 
 
 
 
 
FIGURA 10. Gráfico obtido a partir dos ensaios de tração em paralelo com as fibras. 
 
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11
Te
n
sã
o
 σ
 (
M
P
a)
 
Deformação ε 
Ensaio paralelo ao alinhamento das fibras 
CP1R1
CP2R1
CP3R1
CP4R1
CP1R2
CP2R2
Densidade 0,14 g/cm³ 
Desvio Padrão 0,05 
 
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FIGURA 11. Gráfico obtido a partir dos ensaios de tração em perpendicular com as fibras. 
 
TABELA 3. Diferenças entre os módulos de elasticidade perpendicular e paralelo. 
 
 Perpendicular Paralelo 
Módulo Desvio Padrão Módulo Desvio Padrão 
Média Réplica 1 19,53 Mpa 2,680 72,97 Mpa 3,943 
Média Réplica 2 17,21 MPa 0,903 71,93 Mpa 5,118 
Média total 18,37 MPa 1,911 72,45 Mpa 4,530 
 
 O compósito se diz capaz de ser aplicável por exemplo em modelos de escala e 
projetos. Podendo ser comparado a outros matérias normalmente utilizados. 
 Calculados os módulos de elasticidades e as forças requeridas pelo sistema estático e 
dinâmico da aeronave pode se fazer as simulações numéricas para testar qual o melhor 
posicionamento das fibras à fuselagem. 
 As requisições do projeto determinado pela SAE® levaram a equipe desenvolver o 
projeto estrutural conforme Figura 12. 
 
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15
Te
n
sã
o
 σ
 (
M
P
a)
 
Deformação ε 
Ensaio perpendicular ao alinhamento das fibras 
CP1R1
CP2R1
CP3R1
CP4R1
CP1R2
CP2R2
 
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FIGURA 12. Configuração final da estrutura da fuselagem da aeronave Trem Ki Voa 2010. 
 
 A simulação numérica então foi realizada, para garantir total segurança para o projeto 
e garantir que a equipe completasse sua missão de voo. Importante dado que foi requerido da 
simulação foi a análise dos alívios de massa realizados, permitindo diminuir em torno de 40% 
a massa total da fuselagem além de provar qual o melhor alinhamento das fibras. 
Foi escolhido o alinhamento que fosse de mais fácil construção e que permitisse e 
segurança, o mesmo paralelo ao alinhamento da tração e perpendicular a sustentação. 
 
 
FIGURA 13. Simulação numérica da fuselagem. 
 
 
 
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FIGURA 14. Fuselagem. 
 
5. CONCLUSÃO 
 
Este estudo foi de grande importância devido ao desenvolvimento de um material que 
possui baixíssima densidade e módulos de elasticidades satisfatórios, garantindo uma ótima 
relação peso/performance. Permitiu que garantíssemos a segurança da aeronave em voo, 
garantindo através de simulações o melhor posicionamento das fibras na fuselagem e menor 
massa possível. 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
ASTM. D 638 -03 - Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics. ASTM, 2007. 
BRITISH STANDARD, BS EN 527-4. Plastics - Determination of tensile properties. BS , 
1997. 
NASCIMENTO, D. C. O.; FERREIRA, A. S.; MONTEIRO, S. N.; AQUINO, R. C. M. P.; 
KESTUR, S. G. Studies on the Characterization of Piassava Fibers and their Epoxy 
Composites. Composites: Part A 43, pp. 353–362, 2012. 
MELO, A. B. L.; PANZERA, T. H.; CHISTOFORO, A. L.; SILVEIRA, M. E.; BATISTA, 
F. B. Mechanical Evaluation of a Thermoset Polymeric Matrix. 1
st
 Brazilian Conference on 
Composite Materials, Natal, Brazil, pp. 151, 2012. 
MIRANDA, L. E. Fundamentos da Engenharia Aeronáutica - Aplicações ao Projeto SAE-
AeroDesign. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia, Salto, São Paulo, Brasil, 
2010.