Estabilidade, Notas de estudo de Engenharia Naval

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NOÇÕES DE ESTABILIDADE

MARÍTIMO

NES NES

Introdução

A segurança de uma embarcação está relacionada a diversos fatores, entre eles, a sua estabilidade que a torna apta a flutuar nas mais diversas condições operacionais. Esta disciplina apresenta conceitos básicos referentes a geometria da embarcação, estabilidade e flutuação que devem ser do conhecimento dos marítimos que a tripulam.

1 Geometria da embarcação

Estudaremos os principais planos de uma embarcação que servem para contagem

das cotas verticais, horizontais e leituras de calados.

Também veremos os significados de deslocamento e portes e sua influência nos limites nas linhas de carga.

1.1 Plano de flutuação

É um plano horizontal longitudinal secante ao casco, limitado pelo contorno do chapeamento da embarcação correspondente a superfície das águas tranqüilas em que ela está flutuando.

Plano de base

É o plano horizontal que passa pelo fundo de uma embarcação, interiormente à quilha. Esse plano serve de origem na contagem das cotas verticais dos centros de gravidade.

NES NES

Seção Mestra

É um plano transversal, chamado plano transversal a meio navio, localizado na metade do comprimento entre perpendiculares, que divide simetricamente a embarcação em duas partes: proa e popa. Ele é representado pelo símbolo )o(, chamado de aranha. Ele serve para a contagem das cotas longitudinais dos centros de gravidade.

Linhas d’água e de flutuação

É a interseção da superfície da água com o costado da embarcação; é também chamada de linha d’água a faixa pintada no casco entre os calados máximo (plena carga) e leve (embarcação vazia).

1.2 Dimensões Lineares da Embarcação

Comprimento total (LOA)

É o maior comprimento da embarcação, determinado pela maior distância compreendida entre a parte mais extrema da proa até a parte mais extrema da popa, que ficam acima ou abaixo do nível da água.

Comprimento entre perpendiculares (Lpp)

É a medida linear compreendida entre as perpendiculares de vante e de ré. Para entender o conceito de comprimento entre perpendiculares, é necessário que identifiquemos as perpendiculares a vante e a ré.

Perpendicular de vante

É a perpendicular ao plano de base, pertencente ao plano diametral e que passa pela interseção da linha de flutuação da embarcação com carga máxima com o contorno na roda de proa.

Perpendicular de ré

É a perpendicular ao plano de base, pertencente ao plano diametral e que passa pela interseção da linha de flutuação da embarcação com carga máxima, com o contorno da popa.

Calado

Calado é a distância vertical compreendida entre o plano de base e a superfície da água onde flutua a embarcação.

Obrigatoriamente, em todas as embarcações, são marcados nos costados, a BE e a BB, a vante, a meio navio e a ré, as escalas numéricas dos calados.

O zero das escalas refere-se ao plano de base (fundo da embarcação).

A graduação das escalas pode ser em decímetros ou em metros, marcadas a BE, em algarismos arábicos e a BB, em algarismos romanos.

A altura dos algarismos arábicos é de 10 centímetros e dos algarismos romanos, 3 polegadas.

Na figura da próxima página podem ser vistos três exemplos de leitura na escala em decímetros e na outra, três exemplos na escala em pés.

Cada número indica sempre o calado que tem quando a superfície da água está rasando o seu limbo inferior; por conseqüência, quando o nível estiver no limbo superior de um número, deve-se acrescentar uma unidade, e as frações da unidade serão estimadas a olho.

NES NES

Por exemplo, na figura acima, quando a superfície da água estiver tangenciando o limbo inferior do número 56 que está na escala em decímetros, corresponde a 5,60 metros e quando estiver na altura do limbo superior 58, o calado será de 5,90 metros.

Na escala em pés, o sistema inglês de medidas, algumas vezes são marcadas nas escala somente os algarismos que indicam a unidade em pés, assim, os calados de 6, 16 e 26 pés serão sempre representados pelos algarismos VI, XVI e XXVI.

O intervalo entre V e VI é de 1 pé ou 12 polegadas. Sabendo-se que a altura do algarismo é de 3 polegadas é fácil fazer qualquer leitura intermediária.

Calado médio (Cm)

É a semi soma entre os valores dos calados a vante e a ré. Para o cálculo desse calado, é preciso fazer as leituras dos calado a vante e a ré e calcular a sua média, conforme o exemplo abaixo:

Cav = 1,80 m Car = 3,20 m

Cm = Cav + Car = 1,80 m + 3,20 m = 2,50 m 2 2

Calado a meio navio

É a leitura do calado feita na escala marcada na metade do comprimento entre perpendiculares.

Comparando a leitura do calado a meio navio com o calado médio podemos saber se a embarcação está com uma deflexão no casco devida à má distribuição de pesos.

NES NES

Cav = 2,80 m Car = 2,00 m t = Car – Cav = 2,00 m – 2,80 m = - 0,80 m.

Observamos que o valor do compasso é negativo.

Embarcação em águas parelhas

Ocorre quando o calado a vante é igual ao calado a ré. Nessa situação a embarcação

encontra-se sem compasso.

No exemplo abaixo vamos calcular o compasso em águas parelhas ou sem compasso: Cav = 2,50 m Car = 2,50 m t = Car – Car = 0

Observamos que o compasso ou trim é zero.

Banda

Ocorre quando a embarcação adquire uma inclinação para um dos bordos; seu valor é expresso em graus.

Quando a embarcação adquire uma inclinação permanente, diz-se que ela está com uma banda permanente. A leitura da banda pode ser verificada num instrumento denominado inclinômetro.

Essa banda permanente ocorre devido ao movimento transversal ou vertical do centro de gravidade da embarcação, proveniente da má distribuição de pesos. Para evitar essa situação, devemos estar atentos ao carregamento, fazendo com que a quantidade de peso embarcada em um bordo seja igual ao do outro.

Dependendo da posição do centro de gravidade da embarcação e das condições de estabilidade, deve-se evitar carregar peso excessivo acima deste ponto notável.

É importante também que a carga seja bem peada e escorada para evitar que a mesma se desloque da sua posição de estivagem, deslocando a posição do centro de gravidade do navio.

B (^) B’

G (^) G’

1.3 Utilização das escalas de calado As escalas de calado têm a finalidade de obter o calado médio que serve de elemento de entrada na tabela de dados hidrostáticos, e escala de porte, mostradas abaixo. Com a tabela hidrostática e a escala de porte, podemos obter o peso da embarcação, também chamado de deslocamento. Tabela de Dados Hidrost Æ ticos

• Introdução Sumário
• 1 Geometria da embarcação
• 1.1 Plano de flutuação
• 1.2 Dimensões lineares da embarcação
• 1.3 Utilização das escalas de calado
• 1.4 Linhas de carga do disco de Plimsoll
• 2 Estabilidade e flutuação...................................................................................
• 2.1 Empuxo e princípios de Arquimedes
• 2.2 Centros de gravidade e de carena
• 2.3 Flutuabilidade,reserva de flutuabilidade e borda livre .........................................
• 2.4 Esforços estruturais longitudinais
• 2.5 Metacentro transversal,altura metacêntrica,braço e momento de endireitamento
• 2.6 Arrumação da carga no equilíbrio da embarcação..............................................
• Bibliografia
• 2.00 2400 14,40 79,00 -2,40 -2,23 12,40 1, CAL DESL TPC MTC LCB LCF KM KB
• 2.05 2480,00 14,40 79,25 -2,40 -2,25 12,08 1,
• 2.10 2560 14,40 79,50 -2,40 -2,28 11,75 1,
• 2.15 2640 14,40 79,75 -2,39 -2,20 11,51 1,
• 2.20 2720 14,40 80,00 -2,38 -2,13 11,28 1,
• 2.25 2800 14,40 80,00 -2,38 -2,11 11,14 1,
• 2.30 2880 14,40 80,00 -2,38 -2,10 11,00 1,
• 2.35 2960 14,40 80,00 -2,36 -2,08 10,90 1,
• 2.40 3040 14,40 80,00 -2,35 -2,05 10,80 1,
• 2.45 3120 14,40 80,25 -2,35 -2,03 10,65 1,
• 2.50 3200 14,40 80,50 -2,35 -2,00 10,50 1,
• 2.55 3276 14,45 80,50 -2,34 -1,99 10,25 1,
• 2.60 3352 14,50 80,50 -2,33 -1,98 10,00 1,
• 2.65 3428 14,50 80,75 -2,31 -1,95 9,90 1,
• 2.70 3504 14,50 81,00 -2,30 -1,93 9,80 1,
• 2.75 3580 14,50 81,25 -2,30 -1,91 9,65 1,
• 2.80 3656 14,50 81,50 -2,30 -1,90 9,50 1,
• 2.85 3732 14,51 81,75 -2,29 -1,89 9,43 1,
• 2.90 3808 14,52 82,00 -2,28 -1,88 9,35 1,
• 2.95 3884 14,53 82,25 -2,26 -1,85 9,30 1,
• 3.00 3960 14,54 82,50 -2,25 -1,83 9,25 1,
• 3.05 4040 14,54 82,50 -2,25 -1,79 9,15 1,
• 3.10 4120 14,54 82,50 -2,25 -1,75 9,05 1,
• 3.15 4200 14,54 82,75 -2,24 -1,74 8,98 1,
• 3.20 4280 14,54 83,00 -2,23 -1,73 8,90 1,
• 3.25 4360 14,54 83,50 -2,21 -1,70 8,83 1,
• 3.30 4440 14,54 84,00 -2,20 -1,68 8,75 1,
• 3.35 4520 14,57 84,25 -2,19 -1,65 8,68 1,
• 3.40 4600 14,60 84,50 -2,18 -1,63 8,60 1,

Deslocamento e Porte Bruto

Deslocamento

É o peso da embarcação expresso em toneladas. É representado pelo símbolo DDDDD. No Brasil, a unidade utilizada para a determinação do deslocamento é a tonelada métrica ou de 1.000 quilos.

Assim, cada tonelada métrica equivale a 1000 quilos.

O termo deslocamento é usado porque o peso da embarcação é igual ao peso do volume d’ água deslocada pela carena da mesma.

Esse volume da carena ou das obras vivas multiplicado pela densidade do fluido onde a embarcação flutua determina o deslocamento da embarcação.

Dependendo das condições em que se encontrar a embarcação, teremos ainda as seguintes definições de deslocamento:

Deslocamento leve (DDDDDL)

É o peso do casco, apêndices, acessórios de convés e máquinas e seus acessórios, em toneladas. É o peso da embarcação ao final da sua construção.

Deslocamento em lastro (DDDDDLa)

É o peso da embarcação expresso em toneladas, sem carga.

Deslocamento atual (DDDDD)

É o peso da embarcação expresso em toneladas flutuando na linha d’água considerada, sem estar nas condições leve, em lastro ou em plena carga.

Deslocamento em plena carga ou m á ximo (DDDDDPC ou DDDDDM)

É o peso da embarcação quando atinge o plano de flutuação máximo permitido pela linha de carga do local onde se efetua o carregamento, levando em conta as zonas onde vai navegar e o local da descarga.

Porte – Porte Bruto

É o peso que o navio pode transportar, excetuando seu próprio peso, quando se encontra num determinado calado médio.

Em função dos pesos existentes a bordo, temos as seguintes definições de portes.

Porte Bruto M á ximo (PBM)

É a diferença entre o deslocamento máximo e o deslocamento leve.

NES NES

Porte L í quido (PL)

É o peso da carga, passageiros e bagagens, que rendem frete.

Porte Operacional (PO)

É o peso de todos os elementos a serem supridos à embarcação de modo que ela possa operar numa determinada condição. Ele é a soma de todos os pesos de: óleo combustível, óleo diesel, óleo lubrificante, água potável, água destilada, lastro, guarnição e pertences, víveres, material sobressalente e qualquer outro peso transportado que não seja carga.

Porte Comerci á vel (PC)

É o peso que falta em certa ocasião para o navio completar o seu porte bruto máximo.

Porte Bruto Atual (PBA)

É o peso que o navio pode transportar considerando a diferença entre o deslocamento num calado considerado e o deslocamento leve.

O valor do porte bruto pode ser obtido na escala de porte, conforme exemplificado na página 15.

Considerando um calado médio de 53 dm ou 5,30 m, verifica-se que o porte bruto é de 1.000 t.

NES NES

2.Estabilidade e Flutuabilidade

Veremos os conceitos de Estabilidade e as forças que permitem que uma embarcação mantenha as suas condições de estabilidade e as forças que permitem uma perfeita flutuabilidade em função da arrumação da carga e os esforços estruturais longitudinais que são responsáveis pela deflexão do casco.

2.1 Empuxo e Princ í pio de Arquimedes

Antes de falarmos sobre força de empuxo, vamos conceituar flutuabilidade.

Flutuabilidade

É a propriedade que tem a embarcação de flutuar. Isto ocorre devido ao Princípio de Arquimedes, ou seja, “todo corpo mergulhado parcialmente num líquido recebe um empuxo de baixo para cima igual ao peso do líquido deslocado”. Para que ocorra essa flutuabilidade é preciso que o peso seja igual à força de empuxo.

Essa força de empuxo ocorre devido a uma impulsão de baixo para cima, conforme mostram as figuras abaixo.

Se tomarmos uma lata estanque e a empurrarmos na água, ao largarmos ela subirá verticalmente. A força que faz com que a lata suba é a de flutuação, ou seja, a da reação da água nas paredes exteriores da lata. É exatamente isto que ocorre na embarcação quando ela é posta a flutuar.

Desta forma, verificamos que a força de empuxo age verticalmente de baixo para cima.

Para que a embarcação flutue será necessário que a intensidade da força de empuxo seja igual à da gravidade.

2.2 Centros de Gravidade e de Carena

A resultante de todos os pesos que atuam a bordo: o próprio peso da embarcação vazia, peso dos óleos combustíveis e lubrificantes, água potável, (aguada), lastro de água salgada, da carga e de todos os demais pesos existentes na embarcação, tem como ponto de aplicação o centro de gravidade que é representado, na seção transversal, pela letra “G “.

Esse ponto notável tem uma cota vertical ou distância em metros ou em pés, a partir do plano de base, sendo representado por KG.

Todos os pesos existentes a bordo da embarcação, representados pela letra “p“ têm seus centros de gravidade, que possuem suas cotas verticais, representadas por Kg,

Centro de Carena

É o centro geométrico das obras vivas.

Esse ponto notável tem uma cota vertical, contada a partir do plano de base e é representado por KB.

G

p

g

p

g

K

p

g2 g

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K

p

g2 g

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