DESCOMPLICANDO A ESTABILIDADE DE EMBARCAÇÕES - PARTE 1

DESCOMPLICANDO A ESTABILIDADE DE EMBARCAÇÕES

1ª Parte

INTRODUÇÃO

Muitos são os episódios envolvendo estabilidade, navio entrando com banda fixa, movimentos sem sincronia de um pêndulo, etc..., mas um caso que presenciei e me chamou a atenção, ocorreu no porto do Rio de Janeiro, durante uma operação com containers, um navio ao içar um container de 40 pés tombou no cais, e foi aquela correria!

O que ocorreu?  Falta de estabilidade é a resposta. Uma simples operação de container pode virar um navio, por isso estabilidade é indiscutível de suma importância para os profissionais que operam com navios, devem ter uma base sólida dos conhecimentos e técnicas da movimentação de pesos a bordo.

Para iniciarmos este trabalho, é necessário informar que o navio tem como referência plana geométricos, que iremos abordar durante a explanação.

Estabilidade é parte da Engenharia e Arquitetura Naval que estuda a condição de flutuação de uma embarcação, e o seu comportamento no meio líquido em diversos critérios de transporte de cargas e passageiros.

Estabilidade está relacionada diretamente à geometria da embarcação, por isso ela se divide em: Estabilidade Transversal e Longitudinal.

Toda embarcação tem o seu Caderno de Estabilidade que traz diferentes condições de estabilidade, cálculos simulados em laboratórios e tanques de provas em diversas condições desde vazio (light ship) até carregamento máximo (full load) permissível, para auxiliar os tripulantes a carregarem suas embarcações em segurança.

ESTABILIDADE TRANSVERSAL

Para entendermos os princípios da ESTABILIDADE TRANSVERSAL, vejamos um exemplo na prática: ao irmos à praia, ao deitarmos na água e boiarmos, sentimos que o nosso corpo está mais leve (peso aparente), logo verificamos que existe uma força vertical de baixo para cima no meio líquido, que nos torna mais leve, a esta força denominamos EMPUXO (E). É o que acontece a uma embarcação, e faz com que ela flutue, onde a força do Empuxo é maior que a força (peso) da embarcação. A unidade de medida do Empuxo é Newton (N).

Antes de entrarmos propriamente nos princípios da estabilidade vamos conhecer os pontos notáveis cuja simbologia é adotada por todos os autores, vejamos.

PONTOS NOTÁVEIS

(vamos estudar cada um a seguir)

PRINCÍPIOS BÁSICOS DA ESTABILIDADE

Para que haja estabilidade o somatório dos momentos de forças da gravidade e do empuxo tem que ser igual a zero, ou seja, para que uma embarcação ao girar sobre um eixo vai encontrar duas forças de igual magnitude, paralelas, porem em sentidos opostos e que formam um braço de momento perpendicular a estas forças.

A partir desta proposição temos três condições de equilíbrio estático:

Estável: quando inclinado o navio retorna à mesma posição que estava antes de se inclinar devido a força de empuxo, que é maior; (Ex. é igual ao boneco “João Bobo”, você balança e ele volta).

Neutro: quando inclinado volta para uma posição qualquer (adormece), porque as forças se anulam;

Instável: quando inclinado emborcará devido a uma força maior que atua sobre o empuxo.

Para que conhecêssemos a dinâmica da flutuação, coube ao Filósofo, Matemático, Físico, Engenheiro, Astrônomo e Inventor, o Grego ARQUIMEDES descobrir as propriedades do Empuxo e dar origem ao primeiro princípio da estabilidade. Vejamos alguns enunciados e suas teorias, e definições que são aplicadas:

1º) Princípio de Arquimedes:

“Todo corpo em equilíbrio e imerso em um fluido, dentro de um campo gravitacional, fica sob a ação de uma força vertical (Empuxo) aplicada pelo fluido oposta a este campo, cuja intensidade é igual à intensidade do Peso (p) do fluido deslocado que é ocupado pelo corpo”.

PLANO DE FLUTUAÇÃO é o plano de superfície da água que atua em volta do casco, sendo que a parte molhadas abaixo do plano, composto do volume do casco abaixo deste plano vamos denominar CARENA, é o que se emprega para o cálculo dos deslocamentos das embarcações.

É o plano horizontal longitudinal ao casco, cujos limites são o contorno do chapeamento da embarcação, e pelas águas em que ele flutua (veja figura a seguir).

CARENA é o volume compreendido entre a superfície molhada e um dado plano de flutuação.

Para que o navio flutue no meio líquido devemos adotar além do princípio de Arquimedes, o peso do navio que iremos chamar de DESLOCAMENTO   (Displ.  ) e o ponto resultante de impulsão que atua sobre o casco que chamaremos de CENTRO DE CARENA (C), ou CENTRO DE EMPUXO, ou CENTRO DE VOLUME, que é o centro de gravidade do volume da água deslocada, bem como do ponto de aplicação da força chamada EMPUXO (E).

Desta forma teremos uma embarcação em equilíbrio quando seu peso for igual ao empuxo ou deslocamento.

FLUTUABILIDADE: É a condição que tem uma embarcação de flutuar por estar em equilíbrio, isto ocorre quando o deslocamento desta embarcação for igual à força do empuxo do meio que ela flutua.

O limite superior da linha do plano de flutuação, denominamos LINHA DE FLUTUAÇÃO.

Desenho - Google - 19/05/2015

Podemos dizer que o volume que estiver acima do plano de flutuação será a RESERVA DE FLUTUABILIDADE.

Quem discrimina as diversas condições do plano de flutuação são as LINHAS DE FLUTUAÇÃO, como exemplo navio vazio será a linha de flutuação leve, flutuação em plena carga será a linha de flutuação carregada no seu máximo de carga permissível.

Como toda embarcação está sujeita a balanços, vamos notar que o peso é fixo, mas as forças atuam de acordo com a força gravitacional para baixo, em diversos eixos, dando origens aos braços em sentidos diferentes G1 no balanço a bombordo (BB) e no balanço de boreste (BE) G2 (figura abaixo), formando um arco de pêndulo.

Na figura vamos verificar que o peso é único, porem com o movimento vão formar braços diferentes de deslocamento, varia conforme este pêndulo.

Desta forma então vamos conhecer as forças que são formadas dando origem então à estabilidade.

Ao movimentar a embarcação cria COTAS em seu plano diametral, que são os elementos da estabilidade, ou pontos notáveis.

PONTOS NOTÁVEIS

1º) CENTRO DE GRAVIDADE (G) : (G de Gravity)

Em qualquer corpo (peso) é o ponto (G) no qual podemos assumir como sendo a concentração da sua massa (m), ou seja, o ponto (P) de aplicação da resultante das forças de gravidade. Para entender melhor em um corpo geométrico como uma bola, é o centro da bola, num corpo como um paralelepípedo é a interseção de diagonais.

O Centro de gravidade terá o seu posicionamento no plano diametral.

O PLANO DIAMETRAL é o plano vertical longitudinal de simetria do casco.

2º) METACENTRO (M)

É o ponto de intersecção entre uma linha imaginária traçada verticalmente através do centro de flutuação de uma embarcação flutuando num meio líquido, e uma linha correspondente ao novo centro de flutuação quando o navio está inclinado.

Quando o navio está com banda em pequenos ângulos de inclinação, as linhas de força de empuxo se cruzam em um ponto chamado de metacentro.

Quando o navio está inclinado, o centro de empuxo move em um arco, dentro do centro geométrico das obras vivas, descrevendo o raio metacêntrico.

Criação do conceito de Metacentro (M) foi na década de 1740, por Pierre Bouguer, que foi um matemático, físico, hidrógrafo francês, que herdou conhecimentos de seu pai Jean Bouguer, famoso hidrógrafo, e autor de um tratado sobre navegação.

Quando a embarcação está em equilíbrio (aprumada), ou seja, sem banda, podemos dizer que o seu plano é vertical e o centro de carena (B) está contido neste plano.

Quando está a embarcação com uma banda ela deve estar acima do centro de gravidade para permitir que um navio retorne para a posição vertical.

Podemos considerar que o centro de carena, é o ponto geométrico das obras vivas.

OBRAS VIVAS: é a região do casco que fica submersa, é o volume imerso do casco, localizada abaixo do plano de flutuação.

Porem, se a embarcação adquire uma banda, ou seja, aderne para um dos bordos, a forma do volume imerso altera, o centro da carena afasta-se do plano, é modificado, logo o Metacentro desloca-se da linha vertical de ação do empuxo (veja figura abaixo), formando uma cota (GZ).

O metacentro não pode movimentar-se para baixo do centro de gravidade, ele sempre deverá estar acima para termos um equilíbrio estável, ou seja, ter estabilidade.

3º) CENTRO DE CARENA (B) (B de Buoyoancy)

O volume imerso, sendo denominado volume da carena, logo o centro de gravidade deste volume, que denominamos centro de carena. A partir deste centro é que temos a aplicação da força chamada empuxo.

4º) QUILHA (K) ( K de Keel)

É o ponto de referência da linha de base a partir do ponto de referência na quilha, que serve de referência para todas as outras medições.

BIBLIOGRAFIA

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/EstaticaeHidrostatica/empuxo.php  (16/03/2015 - 06:28).

CABRAL José Paulo F.S., Arquitectura Naval – estabilidade, cálculos, avaria e bordo livre, Centro do Livro Brasileiro, 1979.

FONSECA, Maurílio M., Arte Naval, Ministério da Marinha, Rio de Janeiro, 1960.

MANDELLI Antonio, Elementos de Arquitectura Naval, Libreria Y Editorial Alsina, Buenos Aires, 1960.