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Apêndices de Carena

Prof. Manuel Ventura

Projecto de Navios I

Mestrado em Engenharia e Arquitectura Naval

M.Ventura Apêndices de Carena 2

Sumário

1. Porta do Leme2. Robaletes

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Porta do Leme


Sumário

• Conceitos básicos• Tipos de lemes• Forma das Secções Transversais• Séries de perfis alares NACA e NASA• Aspectos construtivos

– Materiais– Dimensionamento estrutural

• Bibliografia• Links

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Conceitos Básicos

• Número de Reynolds

cinemáticaidadevisocomprimentL

velocidadeVqueem

LVRn

cos

:

−−−

⋅=

ν

ν

• Ângulo de Ataque (AOA) – ângulo entre o plano de mediania do navio ou embarcação e a direcção do escoamento

• Resistência (Drag)• Sustentação (Lift)


Tipos de Lemes

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Tipos de Lemes (1)

Lemes Compensados


Tipos de Lemes (2)

Leme Compensado c/ Flap

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Tipos de Lemes (3)

Leme Semi-Compensado Leme Suspenso


Leme “Schilling”

Leme equipado com 2 alhetas horizontais, inferior e superior

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Secção Típica: Perfil Alar


Secções Típicas de Lemes

• NACA (mais comum)• HSVA (resistência reduzida)• FLAP

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Perfis NACA

• O National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) que foi fundado em 1915 e viria mais tarde a dar origem à NASA, desenvolveu séries de formas para perfis alares

• Como foram desenvolvidos para pequenos aviões, a gama de variação do Número de Reynold's é semelhante à das aplicações marítimas

• Existem várias famílias de formas designadas por– NACA 4 dígitos – NACA 5 dígitos – NACA 6 dígitos


Perfis NACA de 4 Dígitos (1)

• Série publicada em 1932• Em geral, a forma é descrita em tabelas NACA-ABXX, em

que:– A – camber máximo– B – cota do camber máximo– XX – espessura máxima expressa em percentagem da corda

• Os perfis simétricos têm camber nulo e portanto são referidos como NACA-00XX

• O valor 12% para a espessura/corda é muito usado em Arquitectura Naval

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Perfis NACA de 4 Dígitos (2)

( )432 10150.028430.035160.012600.029690.020.0

xxxxxty −+−−⋅⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

A sua forma pode ser calculada pela expressão:

21019.1 tr ⋅=

O raio de curvatura do bordo de ataque será:


Perfis NACA de 5 Dígitos

• Desenvolvida em 1935• O primeiro dígito está

relacionado com o coeficiente de sustentação

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Perfis NACA série 6 de Dígitos

• Zona de baixa resistência para ângulo de ataque (AOA) de 1 a 2 graus

• Utilizado em asas de aviões


Programa <Naca>

Utilização:

naca <spec> <numPts>

em que:<spec> - número NACA<numPts> - numero de pontos gerado – 1

Exemplos de Números NACA:• 0012 Symmetric 4 digit foil, 12% thickness• 23010 Cambered 5 digit foil, 10% thickness• 2402-64 Modified cambered 4 digit foil.• 23011-32 Modified 5 digit foil.• 16-012 Symmetric 1-series foil.• 0000 Flat plate.

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Exemplos de Perfis NACA

• NACA 0012 (4 dígitos, simétrico, espessura = 12% comprimento)

• NACA 23010 (5 dígitos, assimétrico, 23% camber, espessura = 10% comprimento)


Perfis NASA

• Series GAW 1, 2• Series LS(1)-04XX – projectados para Números de Reynolds

no intervalo [2x10^6, 12x10^6]

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Perfis Alares Finos

( )2

212 xe

xexty −−⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=


Notas Gerais (1)

• A localização do leme é a mais a ré possível, para que o momento de giro seja o maior possível, permitindo melhor manobrabilidade do navio.

• A distância entre o propulsor e o leme deve ser suficiente para que o propulsor possa ser removido sem a retirada do leme.

• O leme a 35º não deve ultrapassar os limites da linha de água correspondente à máxima altura deste

• Para lemes semi-compensados, a linha de centro do eixo deverá estar aprox. a 21% da corda máxima medido a partir do bordo de ataque.

• A razão (Altura/Corda média) deve ser:1.3 < (A/Cm) < 2.5

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Notas Gerais (2)

• O topo do leme deverá estar o mais próximo possível do casco para reduzir liberação de vórtices e deverá ser afunilado na vertical, para evitar a utilização de spill-plate

• Para o cálculo do momento torsor é necessário saber a velocidade a vante e a velocidade a ré do navio.


Desenho da Porta do Leme

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Desenho da Porta do Leme


Estimativa do Momento Torsor

O Momento Torsor pode ser estimado pela expressão:

Q = 0,035 x A x V2 x q [lb]

em que:A - área do leme [ft²] V - velocidade do navio [ft/s]q - ângulo de ataque (0º - 35º)

Conversão de unidades:Q = Q (lb) / 4,48 [N]

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Cálculo do Momento Torsor (BV)

1 1 1

2 2 2

TR R

TR R

M C rM C r

==

11 1

22 2

F

F

Ar bAAr bA

α

α

⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠

1 2

11

22

R

R

A A AACAACA

= +

=

=

O Momento Torsor requerido pela máquina do leme, MTR, é calculado pela expressão:



Geometria de leme sem recortes

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Leme semi-compensado trapezoidal, com 2 apoios

Leme semi-compensado trapezoidal, com 3 apoios


Cálculo do Coeficiente de Resistência (BV)

[ ]21 2 3132R gC n AV r r r N=

0.75Áreas protegidas

0.85Zona costeira

0.85Zona tropical

0.95Zona de verão

1.00Sem restrições

ngNotação de navegação

Notação de navegaçãong

0.8 lemes fora do fluxo do hélice

1.15 a ré de tubeiras de hélice

1.0 outros casos

r3

Coeficiente do perfilr2

Coeficiente de formar1

Velocidade do navio [nós]V

Área porta leme [m2], atéaltura média hA

1

2

3 4 2

23

,2

2

r

r

hMINA

z z zh

λ

λ

+=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟

⎝ ⎠+ −

=

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Coeficientes de Perfil (BV)

0.901.10

0.901.35

0.801.10

r2 ARr2 AVTipo de Secção do Leme

1.001.00

0.801.40

1.301.70

r2 ARr2 AVTipo de Secção do Leme


Momento Torsor (BV)

TR RM C r=

RAr bA

α⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠

2 3 1

2x x xb + −

=Área [m2]AR

0.33 AV0.66 AR

α

Largura média da porta do leme [m]b

Braço [m]r

O Momento Torsor requerido pela máquina do leme, MTR, é calculado pela expressão:

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Exemplo de Cálculo


Materiais

400.000.470000.00100.00Alumínio (extrudido)

400.000.470000.00100.00Alumínio (rolled)

400.00235.00Aço Inox

400.00235.00Aço

Tensão Rotura[N/mm2]

Coeficiente da soldadura de

topo

Módulo de Elasticidade

[N/mm2]

Tensão Cedência[N/mm2]

Material

Alguns materiais utilizados na construção da porta do leme (Programa <Rudder> Bureau Veritas)

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Dimensionamento Estrutural do Leme (BV)

• A Bureau Veritas disponibiliza o programa <Rudder> para o dimensionamento da porta e da madre do leme

• Os tipos de forma previstos são os seguintes:


Dimensionamento Estrutural do Leme (BV)

As secções consideradas no programa <Rudder> são as seguintes:

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Bibliografia

Perfis NACA• Abbott, I.H. e von Doenhoff, A. E. (1949), “Theory of Wing

Sections”, Dover Publications.• Moran, J. (1984), "An Introduction to Theoretical and

Computational Aerodynamics",Wiley.

Projecto do Leme• Lamb, B.J. and S. B. Cook, S.B. (1961) “A Practical Approach to

Rudder Design”, Shipbuilding and Shipping Record, Sept. 14, 1961


Links

• NACA Airfoils (gd.tuwien.ac.at/scicomp/cfd/naca.html)• Nacagen software

(ourworld.compuserve.com/homepages/Harold_Ginsberg/)• The International Hydrofoil Society (www.foils.org/)• Becker Marine Systems (www.becker-marine-systems.com)

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Robaletes


Objectivos

• Amortecimento do movimento de balanço do navio– A acção de amortecimento é relativamente pequena, mas eficaz

e sem quaisquer custos adicionais durante a operação do navio.

• Protecção do encolamento em caso de encalhe

• Aumento da resistência longitudinal do encolamento

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Localização

• A posição do robalete édefinida criteriosamente para evitar turbulência excessiva.

• Geralmente são testadas várias posições em tanque para prever o impacto na resistência.

• O robalete prolonga-se geralmente ao longo da zona do meio-navio, na perpendicular à chapa do encolamento.


Aspectos Construtivos (1)

• Em geral evita-se a soldadura directa do robalete às chapas do costado, já que fissuras que aparecessem no robalete se poderiam propagar à chapa do encolamento levando à falha da estrutura principal.

• Os robaletes são geralmente constituídos por perfis bolbo ou “L”, soldados a uma barra contínua, sobreposta ao costado.

• Em navios com mais de 65 m de comprimento, são feitas aberturas nas soldaduras de topo do robalete.

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Aspectos Construtivos (2)

• A espessura da barra base deve ser a da chapa do encolamentoou 14 mm, o que for menor.

• O material deve ser o mesmo da chapa do encolamento. • A soldadura da barra ao encolamento deve ser contínua mas a

do robalete à barra deve ser intermitente.


Montagem do Robalete no Casco

Recomendações da IACS para navios graneleiros

• As extremidades devem ter uma transição de forma semelhante ao indicado na figura

• As extremidades dos robaletesdevem terminar sobre reforços internos do casco

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Recomendações da IACS p/ Navios Graneleiros

• The intermediate flat, through which the bilge keel is connected to the shell, is to be welded to bilge plating and bilge keel.

• The butt welds of the intermediate flat and bilge keel are to befull penetration and shifted from the shell butts.

• The butt welds of the bilge plating and those of the intermediate flat are to be flush in way of crossing, respectively, with the intermediate flat and with the bilge keel.

• Along the longitudinal edges, the intermediate flat is to be continuously fillet welded with a throat thickness "a“ of 0.3 times its thickness. At the ends of intermediate flat, the throat thickness "a" at the end faces is to be increased to 0.5 times the intermediate flat thickness but is to be less than the bilge plating thickness.

• The welded transition at the end faces of the doubling plates tothe plating should form with the latter an angle of 45° or less.


Montagem de Robaletes

Robalete oco, para encher com óleo e evitar corrosão

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