ARQUITETURA NAVALMÓDULO 1

Motivação

Ao final do curso é esperado que todos saibam o que pode causar um acidente como o da foto abaixo.

MV Cougar AceCaracterísticas principais:

Type: Ro-Ro (Roll on Roll off vessel)

Comprimento: 199m;Boca: 32m;Calado:10m;

Data do acidente: 04/05/2005

Objetivos

• Aprender (ou relembrar) conceitos básicos de arquitetura naval;

• Estudar modelos analíticos para cálculo de estabilidade;

• Preparar para o uso de um software de estabilidade;

• Estudar normas e regras;• Apresentar novas tecnologias.

TÓPICOS

• Aula 1 Terminologia Geometria Flutuabilidade Coeficientes de Forma Tabela Hidrostatica Estabilidade Estatica Curvas Cruzadas de

Estabilidade Trim: proa popa, cálculo

de Trim

Estabilidade: Correções Mov. de Carga a Bordo Superfície Livre, Posição

Virtual do CG Estabilidade Dinâmica Normas Estabilidade Avariada Novas Tecnologias

Nomeclatura e Terminologia∇ Deslocamento (m3)∆ Deslocamento em Massa (Toneladas)

AP Perpendicular de RéÁrea de Linha D'água

Posição do Centro de Carena

Linha D'água no Calado de Projeto

Perpendicular de VantePosição do Centro de Gravidade

Braço de Endireitamento

Momento de Inércia da Área de Linha D'água (m4)

Momento de Inércia (t*m2)K Quilha

Awl

B, CB

BM Dist. entre o Centro de Carena e o Metacentro (raio metacêntrico)DWL

FPG, CG

GM Dist. entre o Centro de Gravidade e o MetacentroGZ

Iwl

Ixx, Iyy, Izz

KB Dist. entre a Quilha e o Centro de Carena

Nomeclatura e TerminologiaKGKM

Loa Comprimento TotalComprimento entre Perpendiculares

M Metacentro

Raio de Giração (m)

Toneladas por Centímetro de Imersão

Dist. entre a Quilha e o Centro de GravidadeDist. entre a Quilha e o Metacentro

LCB Pos. Longitudinal do Centro de CarenaLCF Pos. Longitudinal do Centro de FlutuaçãoLCG Pos. Longitudinal do Centro de Gravidade

Lpp

MT cm Momento para Mudar o Trim em 1cmRxx, Ryy, RzzTCG Pos. Transversal do Centro de GravidadeTP cmVCB Pos. Vertical do Centro de CarenaVCG Pos. Vertical do Centro de Gravidade

A DÚVIDA DE SEMPRE: LCF

Define a posição do eixo transversal sobre o qual o corpo flutuante sofre inclinações no sentido longitudinal

Geometria

Geometria

Coeficientes de Forma

Cb = ∇ L B T

Cm = seção mestra do calado do navio

B T

∇ L x seção mestra do calado do navio Cp =

Cwp = Awp L B

Cvp = ∇

= Cb

Cwp x L B T Cwp

Coeficientes de Forma

Exercício

Considere uma barcaça de água doce (á=1000N/m) com costados verticais apresentado abaixo:

Pede-se:

a) Cb;b) Cp;c) Cwl;d) Posição do centro de carena;

Flutuabilidade

Exercício

Determine a relação entre os volumes imerso (Vi) e emerso (Ve) de um iceberg de densidade ρ=0.96t/m³ que flutua em água de densidade ρa = 1025t/m³;

Se o corpo flutua:

P = E

e, portanto:

VeVi ∗ = Vi∗rhoa

Assim:ViVe

=

a − = 14,77

Tabelas e Curvas Hidrostáticas

•São curvas com várias propriedades hidrostáticas do casco, em função do calado.

•São muito úteis para planos de carga e descarga, movimentação de pesos a bordo e, principalmente, para os estudos de estabilidade durante o projeto.

Tabelas e Curvas Hidrostáticas

WL.AR Área de Linha D'águaIL Inércia de Linhra D'água

As curvas ao lado são de qual tipo de embarcação?

Final dos pontoons e início das colunas

Estabilidade Estática

• ESTÁVEL

• INDIFERENTE

• INSTÁVEL

Estabilidade Estática

• Posição Metacêntrica

- O ponto onde a linha vertical que passa por B

se cruza com outra linha vertical (em função da

nova linha d'água) que

passa por B1.

OBS:

W L

W1

L1

L.C.

B B1

G

M

δ θ

Zδ θ

0

Estabilidade Estática

M(momento restaurador) = GZ ∗ ∆

Questão: como descobrir o GZ?

Estabilidade Estática

• Estabilidade Inicial

GZ=Gmsen

Como saber oGm?

KBBm=KGGm

Gm=KBBm−KG

Estabilidade Estática

• Cálculo do BM

V. g1g2=∫1 /2. y . ytan4y /3dx

g2g1

BM=BB1/ tan=V . g1g2 / tan∇

V. g1g2 / tan=2 /3∫ y³ dx

I= x y y²=∫∫ y² dydx

∫ y² dy=Y³ /3

I=1/3∫ y³ dx

BM = Ι / ∇

Exercício

Estabilidade Longitudinal

Momento para mudar trim de 1cm (MTcm)

TRIM

CaladoP VANTE

– CaladoP RÉ

TRIM > 0 TRIM DE PROA PROA “AFUNDADA”TRIM < 0 TRIM DE POPA POPA “AFUNDADA”

Exercício - Semi-Sub

• Dimensões– Pontoons retangulares (2): L=80m, B=10m, H=15m– Colunas circulares (4): L

col=30m, D=10m

– Espaço entre colunas (linha de centro): S=40m– Calado: T=10m, KG=15m

• Calcular– Deslocamento (m3), KB– Iwt, BM– GMt

Exercício - Semi-Sub

L

H

T

Lcol

SS

BD

x

yL=80mB=10mH=5mLcol=30mD=10mS=40mT=10mKG=15m

Estabilidade Estática• Pequenos ângulos Metacentro M= ~ constante⇒• Ângulos maiores: Curva do metacentro é obtida como a evoluta à curva do centro

de carena.• Interseção da normal à curva do centro de carena com a linha de centro ⇒

Metacentro Aparente N

Estabilidade Estática

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-10

-5

0

5

10

15

20

Curvas de Restauração

GZ(m)GZ'(m)

Incli.(graus) GZ(m) GM(m) GZ'(m) GZ2-GZ(m)0 0 0 0 0

0.25 0.06 14.67 0.06 00.5 0.13 14.67 0.13 0

1 0.26 14.67 0.26 02 0.51 14.64 0.51 03 0.76 14.58 0.77 0.014 1.01 14.54 1.03 0.015 1.26 14.49 1.28 0.02

10 2.48 14.29 2.56 0.0825 4.01 9.49 6.23 2.2240 2.69 4.18 9.47 6.7955 0.69 0.84 12.07 11.3960 -0.04 -0.04 12.77 12.875 -2.24 -2.32 14.24 16.4890 -4.83 -4.83 14.74 19.57

GM 14.74

Caso Especial: Estabilidade em Semi-Subs

CALADOS

EIXOS PRINCIPAIS DE INÉRCIA

EFEITOS DO VENTO

Caso Especial: Estabilidade em Semi-Subs

LINHAS DE AMARRAÇÃO

FORÇA DE SUSTENTAÇÃO

Movimentação de Carga

GZ=GM senGZ=GM sen

M=w .d cosM banda =M restaurador

GM sen=w . d cosGM=w .d cos/ sen

GM=w .d / tan

∆∆

Devido a um novo peso wcolocado a uma distância d do centro de linha d'água, temos:

Experimento de Inclinação

Exercício

Curvas de Estabilidade

Curvas Cruzadas de Estabilidade

• Permite, para uma dada posição do centro de gravidade (CG), a determinação do braço de endireitamento em função de um ângulo de inclinação, para um deslocamento constante.

Estabilidade - CorreçõesVariação Vertical do CG → Senoidal

GZ = G0Z

0 – G

0G sen ϴ

Estabilidade - CorreçõesVariação Horizontal do CG → Cossenoidal

G1Z

1 = GZ – G

1G cos ϴ

Efeito de Superfície Livre•O movimento do líquido em um tanque que está parcialmente cheio reduz a estabilidade da embarcação.

•Conforme o navio inclina, o centro de gravidade do líquido se desloca para o lado mais baixo, deslocando o centro de gravidade do navio para o lado mais baixo e conseqüentemente reduzindo o braço restaurador.

Efeito de Superfície LivreA inclinação do navio implica na inclinação de qualquer líquido em tanque parcialmente cheio.

Redução de EstabilidadeEfeito Granel Efeito em Ondas

Içamento de PesoCG Aparente – Extremidade da lança do guindaste

Modificação da inércia de área:-Crista a meio navio →Redução BM-Cavado a meio navio →Aumento BM

Gerais:-Navios ↓CB e formas em V →Efeito ↑-Navios ↑CB e formas em U →Efeito ↓

Efeito adicional:-KB ↑ (pouco)

Estabilidade Dinâmica• Critério de Estabilidade

– IMO: “International Maritime Organization”

CURVA DE ESTABILIDADE

VENTO

MOVIMENTO

Estabilidade Dinâmica

ENERGIA

Normas• Exemplo BV

Pausa para Cultura GeralO que é um disco de Plimsoll?

TF – Tropical Fresh Water

F – Fresh Water

T – Tropical Seawater

S – Summer Temperate Seawater

W – Winter Temperate Seawater

WNA – Winter North Atlantic

Estabilidade AvariadaAvaria de Acordo com um Critério Pré-Estabelecido- GM > 0

- Banda e Trim Máximo

- Comprimento Alagável

- Imersão do Convés

- Vazamento Máximo de Óleo

- etc.

Cálculo Manual:- Método de Adição de Peso

- Método de Perda de Flutuabilidade

Cálculo Numérico:

Novas TecnologiasAnálise Dinâmica de Estabilidade

Análise de Avaria no Domínio do Tempo

Perguntas?