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O verso do movimento do ID Two
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O escapamento de cristal de carbono
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O trem de engrenagens diferenciais
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O sistema de oscilação
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O tambor de corda de dois níveis
Fotos César Rovel
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Carole Forestier
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ID Two: o primeiro relógio de alta eficiência

segunda-feira, 16 de julho de 2012

Relógios & Relógios, na pessoa de seu Editor, César Rovel, esteve presente no evento de apresentação do mais novo relógio-conceito da Cartier, o espetacular ID Two, realizado na manufatura de La Chaux-de-Fonds, na Suíça, no último dia 9 de Julho.





Sensacional pela quantidade de novas tecnologias e novos materiais que incorpora, o ID Two foi apresentado ao Cartier Fine Watchmaking Club por Bernard Fornas, Presidente da Cartier, Edouard Mignon, responsável pela Inovação Relojoeira Cartier e Carole Forestier, chefe do Departamento de Criação de Movimentos da marca.


Do Cartier ID One ao ID Two

Em 2009, o relógio-conceito ID One ofereceu novas soluções para antigos problemas da relojoaria. Materiais inovadores e novas tecnologias permitiram ao ID One marcar o tempo com exemplar precisão por um longo intervalo e sem quaisquer ajustes, a partir da montagem até todo o seu período de utilização. Os sistemas de oscilação e escapamento antimagnéticos e termoestáveis, em cristal de carbono e Zerodur, colaboram com a caixa de nióbio-titânio para resistir a impactos e variáveis ambientais.

Em 2012, a saga continua, com o segundo relógio-conceito Cartier, que incorpora uma quantidade sem precedentes de ideias e inovações. Após anos de pesquisa e desenvolvimento, a Cartier apresentou aos membros de seu Fine Watchmaking Club, em primeira mão, o ID Two, o primeiro relógio de alta eficiência energética.

A melhor eficiência no uso dos recursos disponíveis é a base do progresso industrial e tecnológico. Mas, até agora, pouca atenção havia sido dada à eficiência dos relógios tradicionais. Os relógios mecânicos possuem um baixo rendimento; cerca de 75% de sua energia é desperdiçada.

Com o ID Two, os técnicos e relojoeiros da Cartier buscaram otimizar a energia para a transmissão e o oscilador. Os únicos elos com a tradição são as principais sequências funcionais e a divisão do tempo em frações que podem ser individualmente contadas e exibidas no mostrador. A Cartier se propôs 3 grandes desafios: armazenar o máximo de energia, maximizar a energia transmitida dos tambores para o oscilador e minimizar o consumo do oscilador.


1o Desafio: um novo conceito para armazenar o máximo de energia

Se os cálculos, de certa forma antiquados, realizados há muitos anos por engenheiros Suíços, ainda são confiáveis, conclui-se que um movimento mecânico precisa da pequena força de propulsão de um bilionésimo de um cavalo de força.

A mola espiralada no interior do tambor armazena esta pequena quantidade de energia e a libera para o trem de engrenagens. Este princípio permanece essencialmente imutável desde princípios do século XV. Feitas de uma liga de ferro, elas são virtualmente inquebráveis, não enferrujam e são resistentes à deformação. Mas as molas principais feitas em aço são notórias por se constituírem no elo mais fraco da cadeia energética.

O sistema de energia é geralmente concebido de modo que a mola principal esteja totalmente comprimida após ter completado sete rotações entre seu dois pontos de fixação. Uma mola principal totalmente comprimida possui um grande torque, que se torna relativamente regular ao longo do tempo e enfraquece drasticamente quando a mola está relaxada. Esta diminuição do torque não ocorre apenas devido às propriedades do material usado na mola. Isto ocorre também pelo atrito entre lâminas adjacentes e entre a mola e a parede interna do tambor. Lubrificantes podem atenuar o problema parcialmente, mas apenas temporariamente.

Pela primeira vez na história da relojoaria, a Cartier introduz molas principais em fibra de vidro. Este material, bem conhecido, por exemplo, por atletas do salto com vara, possui propriedades mecânicas altamente elásticas além de uma notável capacidades de armazenar energia. Os dois tambores do ID Two são equipados com quatro molas principais, produzidas com fibras de vidro microscópicas a resina epóxi.

Para reduzir o atrito, a Cartier substituiu a tradicional lubrificação por uma ultrafina camada de um filme polimérico sem poros, transparente e extremamente liso. A equipe de desenvolvimento também dedicou muito trabalho ao tambores. À primeira vista, parecem haver apenas dois tambores, então do mesmo modo parecem existir apenas duas molas principais. Mas, abrindo-se os tambores, descobre-se uma inovadora construção em dois níveis na qual duas estreitas molas estão posicionadas uma sobre a outra. Os dois tambores de dois níveis liberam sua energia serialmente.

A terceira característica inovadora no sistema de energia é o revestimento ADLC dos tambores. ADLC é um acrônimo para carbono amorfo como-diamante, que é aplicado à temperatura de 200° Celsius. Muito elástico, extremamente duro e extraordinariamente liso, o ADLC permanece funcional a longo prazo sem a necessidades de lubrificação.

Comparado a tambores com molas feitos com materiais tradicionais, os dois tambores duplos do ID Two, com suas quatro molas de fibra de vidro, armazenam 30% mais energia para um mesmo volume. Esta força extra está disponível para o trem de engrenagens e o sistema de oscilação e escapamento.


2o Desafio: um sistema para maximizar a energia transmitida para o oscilador

Atrito é inevitavelmente gerado quando rodas e pinhões interagem para aumentar a velocidade rotacional em um trem de engrenagens. Fricção ocorre onde dentes engrenam e nos pivôs dos eixos. A razão de incremento da velocidade em relógios mecânicos é de aproximadamente 1:2.000. O tambor gira lentamente a um terço de rotação por hora. As rodas de minutos, a terceira e a quarta rodas giram progressivamente mais rápidas. E a roda de escape gira completando 720 rotações por hora. A energia é intencionalmente reduzida de 2,5 para 0,001 Newton/milímetro. Ao final, contudo, aproximadamente um quarto da energia liberada pelo tambor é perdida.

Ao invés do tradicional caminho para transferir energia da mola principal para o balanço, um sistema de engrenagens diferenciais muito mais eficiente energeticamente foi concebido para o ID Two. Uma roda central é acompanhada por eixos móveis que orbitam ao redor do centro juntamente com as engrenagens e pinhões aos quais eles estão fixados. Pinhões conectam a engrenagem do anel externo com dentes posicionados para dentro.

Inegáveis vantagens dos sistemas de engrenagens planetárias são menores cargas nos dentes e uma transmissão de energia significativamente mais eficiente. Mas os aperfeiçoamentos incorporados no ID Two não estão restritos a esta nova construção do trem de engrenagens. Antiquados perfis de dentes foram substituídos por contornos contemporâneos. Pivôs extraordinariamente lisos revestidos em ADLC nas pontas dos eixos das engrenagens reduzem o atrito nos rubis em um quarto, e eles proporcionam esta redução sem lubrificação.


O trem de engrenagens diferenciais do Cartier ID Two

Outra inovação está nos novos materiais usados nas rodas. Os tradicionais latão e aço foram substituídos por silício revestido por carbono-cristal. 60% mais duro e 70% mais leve que o aço, é também antimagnético e resistente à corrosão, além de ter superfícies extremamente lisas.

Estas peças reduzem o atrito a um quinto do atrito gerado pelo choque entre aço e latão. Menos atrito segue lado-a-lado com menor consumo de energia e muito poucos sinais de desgaste. A inovadora concepção e os materiais usados pelo trem de engrenagens do Cartier ID Two permitem um aumento de 10% na energia transmitida dos tambores ao escapamento.


O sistemas de escapamento e oscilação

O escapamento é de fundamental importância para o movimento mecânico, com o seu papel da medida do tempo. Sem exceções, todos os escapamentos desempenham duas tarefas quase opostas. Por um lado, eles evitam que o trem de engrenagens escape sem controle, ou seja, se mova sem restrição e rapidamente esgote sua reserva de energia. De outro, eles mantêm o balanço e sua espiral em oscilação ao fornecer-lhes impulsos em intervalos regulares. As três fases da oscilação do balanço são importantes para o correto funcionamento de um escapamento. São elas: o impulso, o avanço e o retrocesso.

Durante a primeira fase, o balanço recebe um impulso do trem de engrenagens através do escapamento. O balanço consome esta pequena quantidade de energia ao longo do arco até que ele alcance o ponto onde o movimento é revertido. O movimento de volta é iniciado e continua até que um novo impulso leve o balanço a uma nova oscilação.

O escapamento consome uma grande quantidade de energia. Somente o mecanismo de escapamento consome dois terços da energia liberada, deixando apenas um terço da energia total para os impulsos que mantêm o balanço oscilando.

Uma das razões para tal alto consumo de energia é a limitada precisão de manufatura dos materiais tradicionais. Este limite na precisão causa um jogo entre a âncora e a roda do escapamento. Com o método DRIE (deep-reactive ion etching), o ID Two tem âncora e escapamento em cristal de carbono para um perfeito ajuste.


O escapamento Cartier livre de ajustes: âncora e roda de escape em cristal de carbono

O polimento com plasma suaviza as superfícies de forma tal que as palhetas da âncora tocam os dentes do escape sem a necessidades de lubrificação. O baixo peso da roda de escape em cristal de carbono é particularmente vantajoso. Em um escapamento com uma frequência de 4 Hz, esta roda deve ser parada e então acelerada oito vezes por segundo. A palheta também se beneficia desse processo inovador: feita em uma peça, é funcional sem a necessidade das convencionais palhetas de rubi fixadas às extremidades de seus braços.

Quando produzido por esse novo método, o conjunto composto por roda de escape e palhetas é leve e de baixo atrito. A geometria também foi cuidadosamente recalculada para um formato ideal. Estes componentes são complementados por eixos que terminam em pivôs revestidos por ADLC. O escapamento otimizado do Cartier ID em cristal de carbono não apenas melhora a precisão, mas também leva a uma melhoria de 15% na eficiência com a qual a energia é transferida.


3o Desafio: a Cartier inventa a tecnologia Airfree™ para minimizar o consumo do oscilador

O conjunto balanço-espiral pode ser considerado a alma de um relógio mecânico, pois nenhum relógio de pulso poderia bater mais de uma vez sem ele. Se for removido, sua indispensabilidade se torna imediatamente aparente. Um balanço sem uma espiral completa apenas uma meia volta; a seguir, o trem de engrenagens para, inerte. Balançar e agitar não ajudam porque a energia para iniciar o balanço em seu retorno está contida na fina e elástica espiral, que tipicamente tem espessura entre 1 e 3 centésimos de milímetros.

O processo de produção de espirais de metal é muito complexo. Ótimos resultados de marcha também exigem que cada espiral seja precisamente emparelhada com seu balanço. O ajuste fino é usualmente obtido com a ajuda de um regulador, no final do qual um índice ou “chave” é fixado e que pode ser muito ligeiramente levantado para alterar o comprimento ativo da espiral. Graças a um inovador design que emprega novos materiais e tecnologias, os relógios-conceito da Cartier, ID One e ID Two, não exigem os usuais componentes de ajuste de movimentos mecânicos.

Concebida como uma peça monobloco e produzida em cristal de carbono (material que permite o uso de uma tecnologia de micro-gravação), a roda de balanço já é balanceada. Já o comprimento ativo da espiral (produzida em um inovador material chamado Zerodur®) é calculado para uma ótima cronometria e diretamente adaptado à roda do balanço.

Após solucionar os problemas de ajuste e lubrificação, com o ID Two a Cartier desafia uma das mais significativas fontes de consumo de energia do oscilador, o atrito do ar. Turbulência e mudanças na pressão do ar influenciam as oscilações do órgão de regulação da marcha, e peças móveis necessariamente consomem energia adicional quando são obrigados a esforçar-se para superar o arraste aerodinâmico.

Com o ID Two, a Cartier conseguiu obter um inédito vácuo próximo a 100% no interior da caixa do relógio. A engenhosa tecnologia Airfree™ permite que a quantidade de ar presente no interior da caixa seja reduzida a um nível insignificante. A roda do balanço dessa forma oscila com baixíssimo atrito do ar, reduzindo seu consumo em 37%.

Estas técnicas inovadoras melhoraram significativamente o chamado “fator qualidade”, que é calculado contando-se o número de oscilações que um balanço e sua espiral podem completar sem receber quaisquer impulsos adicionais. O balanço de um movimento convencional na posição horizontal tipicamente oscila 300 vezes, voltando à imobilidade após cerca de dois minutos de atividade. O ID Two, por sua vez, fica “respirando” por cerca de 3 minutos, então seu fator de qualidade é 450.

Produzida em apenas duas peças, a caixa perfeitamente transparente Calibre de Cartier é feita de Ceramyst™, uma inovadora cerâmica policristalina totalmente transparente. Esse novo material oferece muitas vantagens:

- Totalmente transparente, ele permite um desenho de caixa com apenas duas peças, assim reduzindo o comprimento de vedações necessárias em 48%.

- Com suas vedações com nanopartículas e seu material minimamente poroso, ele preserva o vácuo no interior da caixa por ao menos dez anos. Para comparação, leva apenas três meses para que a pressão atmosférica normal seja reestabelecida em uma caixa de construção clássica resistente à água a 3 atm. Ele também permite a concepção de formatos complexos de caixas, tais como a caixa Calibre de Cartier.


32 dias de reserva de marcha em uma caixa Calibre de Cartier de 42 mm

O ID Two estende os limites da relojoaria tradicional. Graças à tecnologia estado-de-arte e novos materiais e processos de manufatura, este segundo relógio-conceito da Cartier teve êxito em obter uma alta eficiência energética. O modelo produz 30% a mais de energia e consume metade da energia de um relógio tradicional. No volume da caixa Calibre de Cartier de 42 mm, o ID Two oferece 32 dias de reserva de marcha.

Com seu ID Two, o primeiro relógio de alta eficiência, a Cartier abre novos caminhos para a relojoaria: uma maior eficiência obtida por muitas melhorias, tais como miniaturização, maior autonomia sem aumentar o tamanho, durabilidade, possibilidade de adição de mais complicações e, não menos importante, uma melhor cronometria.

Dessa forma, ao apresentar seu novo relógio-conceito, a Cartier iniciou um novo capítulo em sua História e na História de relojoaria mecânica. Como um relógio-conceito, o ID Two não possui um preço estipulado, pois sequer estará à venda.

Contudo, como realçou o Sr. Fornas durante a sua apresentação do ID Two, o relógio foi criado não apenas com a finalidade de puro marketing para a Cartier, mas sim com o objetivo de levar à criação de novos modelos que incorporem as novas tecnologias e materiais exibidos pelo ID Two. Valerá a pena aguardar pelo que a Cartier nos reserva em um futuro próximo.
 
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