FACULDADE CAPIXABA DA SERRA - SERRAVIX

ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

MECÂNICA GERAL

SISTEMA DE AMARRAÇÃO DE NAVIOS

FRED FERNANDES

Serra/ES2015

VINICIUS JULIÃO DA SILVALUCIANO RODRIGUES

FRANKLIN OSS VARELAEDUARDO DA SILVA

ESTÁTICA – SISTEMA DE AMARRAÇÃO DE NAVIOS

Trabalho apresentado ao Professor

Fred Fernandes da disciplina de

Mecânica Geral da turma 3ºECA,

turno noturno do curso de

Engenharia de Controle e

Automação.

FACULDADE CAPIXABA DA SERRA - SERRAVIX

SERRA 2015

SUMÁRIO

1.INTRODUÇÃO........................................................................1

2.DESCRIÇÃO DO SISTEMA...................................................2

3.OBJETIVOS...........................................................................6

4.DIAGRAMA UNIFILAR..........................................................7

5.MALHA DE CONTROLE DO SISTEMA...............................11

6.COMPONENTES PRINCIPAIS E SUAS FUNÇÕES......16

7.DIAGRAMA DE CORPO LIVRE E DETERMINAÇÃO DAS

FORÇAS EM CADA GARRA..................................................20

8.DESCRITIVO FUNCIONAL ENTRE A MALHA DE

CONTROLE E O FENÔMENO FÍSICO DE TENSIONAMENTO

DOS

CABOS....................................................................................22

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1. INTRODUÇÃO

A crescente preocupação com a segurança nos portos tem levado os

operadores portuários a automatizar as operações de atracação. A instalação de

ganchos de desengate rápido é muito comum nos portos de todo mundo.

Os ganchos, combinados com um sistema eletrônico de monitoramento das

tensões nos cabos, possibilitam a antecipação de problemas durante a

atracação, evitando acidentes e danos ao porto ou à embarcação.

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2. DESCRIÇÃO DO SISTEMA

Os dispositivos de amarração instalados no cais devem ser compatíveis com os

instalados no navio, estar posicionados em locais convenientes e possibilitar a

amarração dos navios, que se prevê virem a utilizar o cais, em condições de

segurança. Estes dispositivos devem também ser instalados em número

suficiente e com um espaçamento entre si adequado. A facilidade com que

permitem o manuseamento dos cabos de amarração do navio é um requisito

adicional.

Os dispositivos mais correntes são os cabeços de amarração, os ganchos de

amarração (incluindo os de desengate rápido), os cabrestantes e as castanhas

de roletes. No entanto, alguns terminais portuários estão também equipados

com guinchos de amarração de capacidade superior aos que habitualmente se

encontram instalados a bordo dos navios, Bruun, 1988. Estes dispositivos

podem ser utilizados com o objetivo de permitir a aplicação de forças de pré-

tensão nos cabos de amarração mais elevadas, ou para auxiliar o

manuseamento desses cabos, em substituição dos cabrestantes.

Os cabeços de amarração (bollards) são peças metálicas verticais, com a base

cravada solidamente ao cais, utilizadas para prender os cabos de amarração

lançados a partir do navio, Figura 2.41. Este tipo de dispositivo não é, contudo,

apropriado para a amarração de navios de grande porte, Schellin e Ostergaard,

1995. Com efeito, quando se utilizam cabeços de amarração, os cabos do navio

podem apenas ser libertados quando se encontram frouxos e por levantamento

manual. Estas condições de funcionamento são muito limitativas, especialmente

em caso de emergência. Nos terminais destinados a navios de grande porte

devem, portanto, ser instalados ganchos de amarração de desengate rápido de

controle remoto, para permitir a libertação rápida e segura dos cabos de

amarração.

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na3Dispositivos de amarração instalados no cais: cabeço de amarração (esquerda,

superior), gancho de amarração duplo (direita, superior), cabrestante (Harbour &

Marine Engineering18 - esquerda, inferior), e gancho de desengate rápido de

controlo remoto com cabrestante integrado (Harbour & Marine Engineering -

direita, inferior).

Os cabrestantes (capstan) são unidades destinadas a facilitar o manuseamento

dos cabos de amarração do navio. Contrariamente aos guinchos de amarração,

estas unidades possuem um eixo de rotação vertical e são usadas para a

alagem dos cabos de amarração para terra, habitualmente com recurso a um

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cabo mensageiro. Os cabrestantes devem ser instalados num local próximo do

ponto de amarração,

ou estar integrados no próprio dispositivo de amarração (e.g. gancho de

desengate rápido), numa posição que permita que o “olho” do cabo de

amarração deslize, facilmente, para o gancho ou cabeço de amarração, Figura

2.41. Estes dispositivos não permitem o armazenamento do cabo de amarração.

Em alternativa aos cabrestantes, alguns operadores preferem a utilização de

guinchos de amarração de eixo horizontal, com a mesma capacidade de tração.

As castanhas de roletes destinam-se a auxiliar o manuseamento dos cabos de

amarração do navio, sendo para o efeito instalado em locais próximos dos

cabrestantes.

Os ganchos de amarração de desengate rápido (quick release mooring hooks)

são recomendados para a amarração de navios de grande porte (Schellin e

Ostergaard, 1995; OCIMF, 2007), sendo utilizados em todo o mundo nos

principais terminais para navios do tipo petroleiro e de transporte de gás, Wilson

e Toth, 2004. Comparativamente aos tradicionais cabeços de amarração, este

tipo de dispositivos torna possível realizar as operações de amarração e de

libertação do navio de uma forma mais fácil, rápida e segura, sem necessidade

de reduzir as forças aplicadas nos cabos de amarração. Estas características

são especialmente importantes em situações de emergência.

A configuração típica destes dispositivos de amarração consiste na instalação

de ganchos de desengate rápido múltiplos (e.g. duplos, triplos e quádruplos)

numa base comum. Cada um desses ganchos deve estar dimensionado para

uma força de trabalho, em condições de segurança, superior à força mínima de

rotura do cabo mais resistente que se prevê vir a ser utilizado na amarração dos

navios à estrutura de acostagem em estudo. Estes dispositivos devem ainda ser

constituídos por um número de ganchos adequado, que permita que apenas um

cabo seja amarrado em cada um dos ganchos disponíveis. Além disso, todos os

ganchos de amarração devem poder ser accionados (desengatados)

independentemente e possibilitar a libertação dos cabos, quer quando estes têm

aplicadas forças muito elevadas (próximas da sua força mínima de rotura), quer

quando estão frouxos, Schellin e Ostergaard, 1995.

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O mecanismo de desengate rápido pode ser concebido para permitir um

acionamento manual no local (sistema standard), ou remoto. O sistema de

desengate pode ser mecânico, eléctrico, pneumático ou hidráulico, permitindo a

libertação do cabo de amarração do respectivo gancho de forma controlada e

segura. A possibilidade de controlar remotamente o dispositivo é uma

característica determinante em situações de emergência, uma vez que permite

salvaguardar a segurança do pessoal afecto à operação de libertação do navio,

ao mesmo tempo que aumenta a eficiência da operação, reduzindo ao mínimo o

número de pessoas necessárias à sua realização (podem ser necessárias duas

pessoas na vizinhança do dispositivo para a eventualidade de os cabos de

amarração ficarem emaranhados e para acautelar uma possível falha local de

energia).

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3. OBJETIVOS

O sistema de Gancho de Desengate Rápido permite que os cabos de

amarração sejam rapidamente e facilmente liberados, mesmo sob condição de

plena carga. Os ganchos combinados com um sistema eletrônico de

monitoramento das tensões nos cabos possibilitam a antecipação de

problemas durante a atracação, evitando acidentes e danos ao porto ou à

embarcação.

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4. DIAGRAMA UNIFILAR

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5. MALHA DE CONTROLE DO SISTEMA

Figura 1 : Malha de controle elétrico-pneumático

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Figura 2: Malha de controle do gancho de desengate

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Figura 3: Sistema típico de controle do gancho

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Figura 4: Sistema Hidráulico de Controle

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Figura 5: Sistema de monitoramento

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6. COMPONENTES PRINCIPAIS E SUAS FUNÇÕES

Guincho de Arraste

O guincho de arraste é especialmente desenvolvido para os serviços de

suporte de navios “offshore”, como AHTS( Fornecimento de arrastes para

manuseio da âncora), fornecimento aparato de multi-funções e funcionamento

de balsas.

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Um pequeno guincho de arraste é frequentemente desenvolvido para auxiliar

a tripulação a operar na rebocagem de materiais ou barcos pesados, como por

exemplo, corrente de contenção, placa de reboque, e amplos cabos de reboque

usados em manuseio de âncora ou de navio.

Este guincho de arraste elétrico é normalmente equipado atrás da

superestrutura de carga do deck de embarcações offshore.

O guincho de arraste é amplamente usado guincho de manuseio de deck

guinchos de manuseio de tubos ou até mesmo arraste de itens por percurso.

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Freio Hidráulico:

O freio hidráulico tem por responsabilidade frear as amarras podendo alivia-

la e prendera-las promovendo assim um controle de segurança.

Motoredutor

Motoredutores são sistemas completos de força motriz que consistem em

um motor elétrico e uma engrenagem de redução integrados em um único

pacote de fácil montagem e configuração.

Isso reduz significativamente a complexidade e custo no desenvolvimento

e construção de ferramentas poderosas, máquinas e aparelhos telefônicos que

requerem alto torque em velocidades de eixo ou RPM relativamente baixas.

Os motoredutores permitem o uso de motores com poucos cavalos de

potência, que são mais econômicos, ao mesmo tempo em que proporcionam

uma grande força motriz em baixas velocidades, como as que são necessárias

em elevadores, guindastes, camas de hospital, macaco para carros e robôs.

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Eles podem ser grandes o suficiente para levantar construções ou

pequenos o suficiente para fazer um pequeno relógio funcionar.

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7.DIAGRAMA DE CORPO LIVRE E DETERMINAÇÃO DAS

FORÇAS EM CADA GARRA, ADOTANDO-SE UMA CASO

PRÁTICO DE ATRACAÇÃO

Em uma embarcação com dois pontos de amarração, um na polpa e dois

na proa, as forças de atracação distribuem-se nas amarras do navio, a partir de

análises da estática sempre com valores menores que o limite de carga das

amarras. Estipulando o valor de controle do tencionamento via set point, onde

cada amarra recebe um tencionamento especifico, devido à decomposição

vetorial em um plano tridimensional. E tomando como exemplo em referência

estática uma embarcação cuja proa e a polpa têm 10m de altura da água,

aplicando se ao eixo z, tridimensional e os pontos AB (Proa) e CD (Polpa)

distintos de saída das amarras do navio com as respectivas distâncias da

margem do cais 12m, 8m, 12m e 8m, locados no eixo Y e estipulando paralelas

a margem do cais e o ponto de partida de cada amarra ao ponto fixo no cais

distanciados em uma paralela por 20m, 25m, 20m, e 20m, aplicadas no eixo X,

podemos relacionar a decomposição vetorial com as relações trigonométricas.

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Após extrair essas informações o controlador monitora a o tencionamento

que oscila constante mente devido a correnteza, ondulações, carga e descarga

do navio que tendem a tirar seu casco da posição alterando o tencionamento

das amarras. A modulação do controle fica sempre restrita a um percentual do

set point estipulado onde movimenta o motor para apertar ou folgar dentro dos

limites de controle, atuando somente na razão estipulada. A ilustração a seguir

auxilia a elaboração de valores reais sendo necessário o valor de tencionamento

de uma amarra específica para então aplicar uma decomposição e controle

proporcional.

COLAR UM DESENHO AQUI

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8. DESCRITIVO FUNCIONAL ENTRE A MALHA DE

CONTROLE E O FENOMENO FISICO DE

TENSIONAMENTO DOS CABOS