RES Naval Shiphandling CAP 2

7/25/2019 RES Naval Shiphandling CAP 2

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Naval Shiphandling

NAVAL SHIPHANDLING

CAP 2 FORCES AFFECTING THE SHIP

Princpios Bsicos

Existem seis (6) foras que podem atuar num navio, independente da ao de outrosnavios:

the proppellers !!!!! (os h"li#es) $ the rudders !!!!!!% (os lemes) $ estas & so #ontrol'veis the mooring lines !!!%% (os #aos de amarrao) $ pelo navio the ground ta#le %%%%%%%%%%%%% (o sistema de fundeio) $ the *ind !!!!!!!%% (o vento)

the #urrent !!!!!!%% (as #orrentes)

+odas as foras na 'gua se manifestam so a forma de diferenas de presso% Essadiferena de presso ir' #ausar o fluxo da 'gua da 'rea de presso maior para o seu

entorno de menor presso%

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Em todo grande #orpo de 'gua existem dois () #omponentes de presso:

a presso est'ti#a%%%%%%%%%% de#orrente da #oluna d-'gua. e a presso din/mi#a%%%%%%%% de#orrente do movimento%

0resso 1in/mi#a P = V! 2 "

%%%%%%%%%%% onde : 2 3 densidade (em ls4ft5) 3 velo#idade do fluxo d-'gua (em ft4se#)g 3 a#elerao da gravidade (igual a 7% ft4se#5)

8 diferena de presso #ausada pelo movimento da 'gua " propor#ional a densidade eao quadrado da velo#idade do fluxo%

9omo a densidade do ar " #er#a de ;; ve


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Fngulo de ataque " o /ngulo de in#linao do hGdrofoil em relao ao fluxo%

HIJ+ (sustentao) 3 " normal ao sentido do fluxo%

1K8L (arrasto) 3 " paralelo ao fluxo%

Numa guinada o prMprio #as#o do navio, ao se in#linar em relao ao fluxo d-'gua, atua#omo um hGdrofoil%

?ma guinada atinge uma =9onstant turning rateD quando o#orre o equil@rio entre a foraexer#ida pelo leme e o efeito do #as#o #omo um hGdrofoil ao se in#linar ao fluxo d-'gua%

mais importante a se saer sore um hGdrofoil " que a fora que atua nele "propor#ional ao quadrado da velo#idade do fluxo d-'gua que passa por ele%

8 fora resultante apli#ada a um leme " propor#ional a sua 'rea, O presso din/mi#a eao /ngulo de ataque%

H'&ic(s

P uma das fontes de fora mais importante que atua sore o navio%

Q"li#es de passo fixo so proAetadas para uma performan#e Mtima em uma dadavelo#idade (rotao), normalmente a m'xima%

8 se#o reta de uma p' de h"li#e " proAetada para propi#iar o maior HIJ+, ter aresistBn#ia apropriada e, ao mesmo tempo, redu


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uma grande perturao o#orra quando o h"li#e " girado rapidamente estando o navioparado, ela " m'xima quando o navio est' se deslo#ando em uma direo e h"li#e "girado #om sua m'xima rotao no sentido oposto%

Existe ainda uma #omponente tangen#ial no fluxo (movimento) da 'gua gerado peloh"li#e%

padro do fluxo de 'gua gerado pelo h"li#e " de grande interesse para se determinaras foras que atuam no navio geradas pelo h"li#e%

Si$( Forc( %ro) * Sin"&( Scr(+ (fora lateral gerada por um Tni#o h"li#e)

h"li#e, al"m de gerar o impulso que movimenta o navio, gera foras laterais na popaque so em apre#i'veis%

Num h"li#e sumerso profundamente e atuando independente, as foras laterais seanulam%

Num navio o fluxo d-'gua que passa pelo h"li#e no " paralelo ao seu eixo nem " deintensidade uniforme% Neste #aso sempre haver' foras laterais%

navio ao se mover na 'gua sempre arrasta alguma 'gua devido ao atrito% Essa=follo*ing *aeD ter' velo#idades diferentes #onforme a dist/n#ia do #as#o%

Cuanto mais prMximo ao #as#o menor ser' a velo#idade relativa entre o #as#o e a=follo*ing *aeD %

Cuando essa velo#idade da =follo*ing *aeD " de V da velo#idade #as#o#onsideramos #omo sendo a #amada limite e nos d' a espessura da =fri#tional *aeD%

8 =fri#tional *aeD ini#ia de ) na proa e vai aumentando na direo da popa at"atingir v'rios p"s%

efeito " o de um envelope de 'gua que a#ompanha o deslo#amento do #as#o%

Se o navio se deslo#a a W; nMs e tem uma =Jollo*ing *aeD de 7 nMs na regio dos

h"li#es, os h"li#es estaro avanando a apenas W nMs #om relao a 'gua%

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1eve ser #onsiderado que dentro dessa onda existem variaXes na sua velo#idade%

Em adio ao movimento de vante para r" a 'gua tam"m apresenta um movimentopara #ima e para dentro na regio do h"li#e%

Co)pon(n,(s $* -(&oci$*$( $* p $o H'&ic( () r(&*./o 0 "1*

Jor*ard 9omponent VA representa a velo#idade do navio menos a velo#idade daonda (follo*ing *ae)

+angen#ial 9omponent representa o #omponente devido a rotao do h"li#e (YrN)

efeito da #orrente sore o h"li#e #om um dado /ngulo de ataque " o de gerar HIJ+ e1K8L, que podem ser transformados em +QK?S+ (+) e +KC?E (C)%

9om o girar do h"li#e haver' v'rios /ngulos de ataque diferentes, #onforme a regio da

onda em que a p' atua, gerando +QK?S+ e +KC?E diferentes%

Cuanto maior o /ngulo de ataque maior o +KC?E e maior o +QK?S+%

8s foras laterais geradas so de#ompostas em &:

Jollo*ing *ae effe#t In#lination effe#t Qeli#al dis#harge effe#t Shallo* sumergen#e effe#t

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Jollo*ing Zae Effe#t 3 na posio A o efeito gera /ngulo de ataque maior por teruma =follo*ing *aeD de valor grande o que gera:+QK?S+ maior+KC?E maior

Na posio C o +KC?E seria #ontr'rio, no entanto #omo o=follo*ing *aeD " de valor menor o seu valor ser' menor%

resultado " que o efeito do =follo*ing *aeD gera uma foraque tende a levar a popa para [[ e %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

girar o navio para direita ([E)

In#lination Effe#t 3 #ausado pela in#linao do eixo em relao ao fluxo d-'gua devidoao movimento do fluxo d-'gua para #ima e para o #entro%

resultado do efeito de in#linao " um +KC?E que tende a %%%%%Lirar o navio para a esquerda ([[)

Qeli#al 1is#harge Effe#t 3 a des#arga heli#oidal do h"li#e atua diretamente no leme%9omo no ar#o superior da rotao do h"li#e, devido ao efeitodo =follo*ing *aeD o +KC?E " maior a de#arga atua #om

mais intensidade no lado esquerdo do leme%

resultado do efeito da =heli#al dis#hargeD " tender a %%%%%Lirar o navio para a esquerda ([[)

Shallo* Sumergen#e Effe#t 3 #aso a p' do h"li#e saia da 'gua isto ir' o#asionar umareduo do +KC?E no ar#o superior h"li#e fa


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Em resumo, na maioria dos navios de um h"li#e #om passo a direita existe umatendBn#ia do navio girar para a ESC?EK18 ([[)quando #om m'quinas adiante%

G(,,in" n$(r 3*# (0ondose a #aminho)

9om o navio (W eixo) e ini#iando a sua movimentao a popa se move para [E% Nessa

#ondio o movimento do navio e o fluxo de 'gua so despre


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Nos navios de dois h"li#es as foras laterais tendem a se anularem, emora existam%

8 magnitude dessas foras atuando em #ada eixo diferem do navio de um eixo pelaposio dos eixos fora da linha de #entro do navio o que leva a fluxos de 'guadiferen#iados%

Jollo*ing Zae Effe#t 3 " astante redu


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6ADRO RES7O DO EFEITO DAS FOR8AS LATERAIS

FORAS

LATERAIS

NAVIO DE 1 HLICE

PASSO HORRIO

NAVIO DE 2 HLICESGIRANDO PARA FORA

EIXO BB

ANTI-HORRIO

EIXO BE

HORRIO

FOLLOWING

WAKE

Leva a !a a"a BB

E#e$%! &'$%! "e(')$(!N*LO

Efeito muito reduzidoNLO

INCLINATION Leva a !a a"a BE

Leva a !a a"a BB

Le!" " #o#" #"r" BE

HELICAL

DISCHARGE

Leva a !a a"a BE

Leva a !a a"a BB

Le!" " #o#" #"r" BE

SHALLOWSUBMERGENCE Leva a !a a"a BE

Leva a !a a"a BB

Le!" " #o#" #"r" BE

RESULTADO

FINAL

P!a va$ a"a BE

Nav$! +$"a a"a BB

P!a va$ a"a BB

Nav$! +$"a a"a BE

Po#" !"i #"r" BE

N"!io Gir" #"r" BB

OS EFEI$OS SE ANLA%

RESISTANCE AND PO3ER

5p \ ,on ] 9ouraado %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 7,^ hp4ton 9ru hp4ton

Emora uma potBn#ia maior permita ao navio a#elerar mais rapidamente ela nogarante velo#idades m'ximas maiores%

No existe atrito est'ti#o no mar% Se apli#armos uma fora no navio, independente dasua durao, o navio ir' se mover e #ontinuar a#elerando at" que uma resistBn#ia deequil@rio seAa gerada pelo movimento do navio%

8 resistBn#ia enfrentada pelos navios tam"m depende do formato do #as#o (orasvivas)% 8s oras vivas devem ser o mais suave e hidrodin/mi#as (=streamlinedD) poss@veis%

Fric,ion*& R(sis,(nc(3 KesistBn#ia de 8trito

?m navio em movimento arrasta algumas part@#ulas de 'gua adAa#entes ao seu #as#opelo atrito mole#ular% Estas part@#ulas arrastam outras adAa#entes a elas e assim pordiante%

,


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Essas part@#ulas formam um =envelopeD em torno do navio o qual ", de #erta forma,arrastado Aunto #om o navio%

8 espessura dessa =oundarG laGerD que est' sendo arrastada para vante pelomovimento do navio vai da espessura de algumas mol"#ulas na proa a v'rios p"s

prMximo a popa%

R% = % S V9 onde: Kf3 resistBn#ia de atritof 3 #oefi#iente de atrito (din/mi#o)

Ur% Zilliam Jroude (England) W^& S 3 'rea molhada total do navio 3 velo#idade do navion 3 @ndi#e ou potBn#ia de a#ordo #om

o qual o atrito na 'gua varia

na pr'ti#a n = :;cons,*n,( $( Fro1$(?

P sufi#iente para os mar@timos saerem que a resistBn#ia de atrito " propor#ional a 'reada superf@#ie molhada (oras vivas) e aproximadamente ao quadrado da velo#idade>SV!?%

3*-( R(sis,(nc(3 KesistBn#ia da nda

Cuando um navio se movimenta na superf@#ie da 'gua ele gera ondas% Estas ondaspossuem energia que lhe foi transmitida pelo navio%

Se pudermos avaliar a energia das ondas que se afastam do navio podemos avaliarquanta energia o navio gastou para ger'las%

8 energia de uma onda " propor#ional ao seu #omprimento (sua dimenso maior) e aoquadrado da sua altura%

8 potBn#ia (energia4tempo) requerida para #riar uma seq`Bn#ia de ondas " igual a suaenergia multipli#ada pela ra


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oposto, a #oin#idBn#ia da #rista de uma #om o #avado da outra, gera ondas de esteiramenores e R+ menor%

Essas ondas resultantes so as =transversal *avesD(ondas transversas) #uAas #ristas

so perpendi#ulares a esteira do navio% 8 fMrmula para o #omprimento (dist% entre #ristas) de uma onda no alto mar ":

@ = V! onde: 3 #omp% da onda em p"s 3 velo#% da onda em nMs

%%%%%% o quB nos leva a #on#luir que quando a velo#idade da onda dora o seu #omprimentoquadrupli#a%

Ex%: b W> nMs ] - b >%;;^ x W>5 b ;;,^ p"s

b > nMs ] D b >%;;^ x >5 b , p"sD b & -

%%%%%% vale lemrar que a velo#idade da onda " igual a velo#idade do navio%

8s ondas geradas na proa e na popa so separadas por aproximadamente um#omprimento de navio% 1essa forma a onda resultante depender' da dist/n#ia entre as#ristas () e do #omprimento do navio%

Se a dist/n#ia entre as #ristas @for igual ao #omprimento do navio L, ou a ummTltiplo deste, haver' uma #oin#idBn#ia das #ristas das ondas geradas na proa e na

popa, resultando num aumento da onda resultante >r(%or.o $* on$*?%

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#omparando =D #om =HD temos:

@ = V! L L %%%%%%%%%%que varia na ra


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Uudanas aruptas no formato do #as#o do navio podem gerar separao e turulBn#ia%

8 'rea de turulBn#ia gera uma aixa presso e o #onseq`ente arrasto (=drag for#eD)%

8 =EddG Kesistan#eD varia #om a 'rea da superf@#ie #ausadora turulBn#ia e #om o

quadrado da velo#idade o que nos leva a #on#luir que mesmo pequenas superf@#iesgeradoras de turulBn#ia podem gerar #onsider'veis arrastos em altas velo#idades%

R(sis,Jnci* $os ApJn$ic(s

9omo por #onstruo os apBndi#es, normalmente, fi#am em aaixo da superf@#ie eseus formatos so hidrodin/mi#os eles geram pou#o arrasto e pou#o #ontriuem para aresistBn#ia #ausada pelas ondas%

Sua maior #ontriuio " na resistBn#ia de atrito a qual " propor#ional a sua 'rea e ao

quadrado da velo#idade do fluxo d-'gua em seu entorno%

R(sis,Jnci* $o Ar ( $o V(n,o

No existe fMrmula que se aplique a este tipo de resistBn#ia%

8 r(sis,Jnci* $o *r(ar parado) representa de W,; a 7V da resistBn#ia da 'gua numnavio em velo#idade m'xima% 0ode ser des#onsiderada%

8 r(sis,Jnci* $o -(n,ono pode ser des#onsiderada% Em um navio a W> nMs,navegando #ontra um vento de > nMs, o vento relativo gerado " de 7> nMs%

vento de o#he#ha " o pior pois origa a se #arregar o leme para manter o rumogerando o arrasto do leme%

SK1*,3 8#o#orar, 8aixar

Cuando um navio aumenta sua velo#idade ele afunda um pou#o na 'gua, #omo umtodo%

Na -(&oci$*$( cr,ic*(speedlength ratio c W,) a proa #omea a =levantarD e a popa a=sentarD% +ratase do squat%

8 medida em que o navio =squatsD (se a#o#ora) a sua resistBn#ia aumentasignifi#ativamente%

S5*&&o+ 3*,(r E%%(c,3 Efeito de guas Kasas

Cuando um navio entra em 'guas rasas a #ara#ter@sti#a das ondas mudam% 8 ondas

gerada em 'guas rasas em um dada velo#idade tem #omprimento @ maior do que em

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'guas profundas% 9omo #onseq`Bn#ia o *1)(n,o $* (s,(ir* ( o sK1*,o#orrem #omvelo#idades menores%

Em 'guas rasas a resistBn#ia do navio aumenta mais rapidamente #om a velo#idade%

Navios de alta velo#idade podem oter velo#idades maiores em 'guas rasas por

estarem operando al"m do pi#o de resistBn#ia das ondas mostrado na figura W>,namedida em que toda a #urva se deslo#aria para a esquerda%

R(sis,Jnci* To,*&

8 #urva aaixo mostra que o navio em aixa velo#idade afunda #omo um todo% Nasvelo#idades maiores o#orre o =squatD e um grande aumento da resistBn#ia%

Ro1"5 3*,(r E%%(c,3 Efeito de guas 8gitadas

Uar agitado fa< o trim do navio variar #onstantemente e #om o Aogo do navio o formatoda 'rea sumersa tam"m varia #onstantemente% Esses efeitos #ausam um aumento nasua resistBn#ia%

c*,1rro(pit#hing) " o que #ausa a maior perda de velo#idade do navio% Ele aumentatodas as #ausas normais de resistBn#ia al"m de preAudi#ar a efi#iBn#ia dos h"li#es%

Aogo (rolling), emora aumente a resistBn#ia, " muito menos preAudi#ial na velo#idadedo que o #aturro% ?m Aogo de >#ausa um aumento de resistBn#ia de uns pou#os V%

T5( C1( R1&(3 8 Kegra do 9uo

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8 regra pr'ti#a de que o #onsumo e a potBn#ia variam #om o c1o $* -(&oci$*$( >V?sM se apli#a em determinadas faixas de velo#idade, no sendo v'lida para todas as faixasde velo#idade, espe#ialmente quando a resistBn#ia da onda se torna um fator importante%

P importante saer que o #onsumo e a potBn#ia requerida variam drasti#amente #om oaumento da velo#idade e que o =squatDfa< essa variao fi#ar mais a#entuada ainda%

#omprimento do navio =HD " muito importante para se determinar a resistBn#ia e ara

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