B- MecNavPrefácio

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÃNICA UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÃNICA Trabalho de Iniciação Científica UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÃNICA Trabalho de Iniciação Científica Objetivo: texto didático (apostila) para um curso de Mecânica Aplicada ao Navio, visando servir como consulta bibliográfica para a ênfase em engenharia naval oferecida através de opção pela disciplina Arquitetura Naval, no curso de Engenharia Mecânica. O texto é calcado em uma edição revisada, atualizada e reeditada da apostila do curso de Mecânica do Navio, de autoria do engenheiro naval Pedro Paulo Charnaux Sertã, professor da disciplina na Escola Naval, com uma introdução extraída da obra clássica “Arte Naval”, do Comte. Maurílio M. Fonseca. Alunos: Paulo Roberto Lage Almeida Leandro Pestana de Souza Orientação: Prof. Carlos Fernando M. Pamplona Luiz Tiago Balbi Finkel PREFÁCIO Esta publicação é especificamente direcionada à utilização dos alunos do curso de Engenharia Mecânica da Uff, como suporte bibliográfico às disciplinas optativas com ênfase na área marítima, relacionadas com as atividades de construção, reparo e operação de estruturas flutuantes, como os navios, as plataformas de petróleo, etc. O NAVIO é um sistema complexo. É o que melhor engloba as mais diversas aplicações da engenharia mecânica numa única construção: na fabricação de seu casco, como uma estrutura metálica, composta de barras, vigas, colunas, chapas e placas, conectadas por pinos, rebites, parafusos, solda, chavetas, cavilhas; como um corpo que deve se manter flutuante e que se desloca em manobras sobre a superfície ondulada das águas e em condições de estabilidade, como uma viga submetida a esforços primários de flexão, corte e torção, além da pressão sobre o costado, conveses e anteparas; tendo um sistema propulsor que utiliza diversos equipamentos, como eixos acionadores de hélices, conectados por engrenagens e sustentados por mancais sob lubrificação. O sistema propulsor é acionado por motores de combustão interna ou turbinas, a gás ou a vapor, gerado por ciclos termodinâmicos, utilizando caldeiras, aquecedores, condensadores, bombas, ventiladores de tiragem forçada, compressores, trocadores de calor em plantas com tubulações, válvulas, drenos, medidores, sistemas de controle e automação. Vasos de pressão para armazenamento e transporte de fluidos, além de tanques de combustível, aguada e lastro , são utilizados. Estão sempre presentes sistemas auxiliares como os de ar comprimido para partida de motores e acionamentos pneumáticos, servomecanismos, ar condicionado para compartimentos habitáveis, grupos destilatórios, sistemas de refrigeração para frigoríficas, lavanderia, cozinha, etc; Além da geração e distribuição de energia elétrica para iluminação e potência, para acionamento de motores, através de quadros elétricos, disjuntores, transformadores, servomecanismos, estabilizadores, agulhas giroscópicas, sempre dispõe de equipamentos de detecção e telecomunicações, navegação via satélite, etc. Equipamentos náuticos como aparelhos de fundeio e amarração, guinchos, cabrestantes, aparelhos de movimentação de carga, como guindastes, elevadores, são freqüentes. Novos desenvolvimentos da tecnologia naval se relacionam com a propulsão nuclear, com a construção de submarinos, de plataformas móveis para prospecção de petróleo, etc. Realmente: como dito, o NAVIO é o conjunto de sistemas que melhor engloba as mais diversas aplicações da engenharia mecânica numa única construção. Por isso, esta publicação tem como objetivo apresentar aos alunos desse curso os conceitos básicos relacionados com a geometria e a nomenclatura das diversas partes do navio, com o seu comportamento como um corpo flutuante carregado, em condições de estabilidade, resistência estrutural e, em geral, com propulsão. A publicação está sendo elaborada como uma atividade acadêmica complementar de Iniciação Científica e Tecnológica, pelos alunos do Programa de Educação Tutorial (PET): . Paulo Roberto Lage Almeida, . Luiz Tiago Balbi Finkel, . Leandro Pestana de Souza, orientados pelo professor (engenheiro naval) Carlos Fernando M. Pamplona. O texto é calcado em uma edição revisada e atualizada da apostila intitulada “Mecânica do Navio”, de autoria do engenheiro naval, comandante Pedro Paulo Charnaux Sertã, professor da disciplina na Escola Naval, com uma introdução extraída da obra clássica “Arte Naval” do comandante Maurílio M. Fonseca. A primeira edição está sendo publicada em partes para utilização dos alunos da disciplina Arquitetura de Estruturas Flutuantes, ministrada em 2006-2, pelo professor (engenheiro naval) Domingos de Faria Brito David. ÍNDICE INTRODUÇÃO I – Nomenclatura. Termos Náuticos – Do navio em geral – Peças principais da estrutura dos cascos metálicos – Subdivisão do casco. Conveses. Compartimentos – Aberturas do casco. Acessórios II – Geometria do Navio . Definições. Dimensões. – Definições – Dimensões lineares – Desenho de linhas e plano de formas – Coeficientes de forma · Deslocamento e Arqueação · Curvas hidrostáticas ESTÁTICA DO NAVIO 1– Introdução 1.1– Conhecimentos prévios. 1.2– Sistemática de abordagem 2 - Flutuação 2.1– Condições de equilíbrio 2.2 - Princípio de Arquimedes 2.3 – Variação do Calado 2.3.1 - Flutuante com formas geométricas simples 2.3.2 – Flutuante com forma de embarcação 2.3.3 – Corpos submersos 2.4 – Sistemas de Unidades 2.5 – Regras de Integração 2.6 – Curvas hidrostáticas 2.6.1 – Maneiras de representar 2.6.2 – Cálculos para os traçados das curvas 2.6.3 – Cálculos de momentos de inércia 2.6.4 – Cálculo de áreas e centróides das balizas 2.6.5 – Curvas de Bonjean 2.6.6 – Cálculos de volume, deslocamento, KB e LCB 3 – Estabilidade Inicial. 3.2 – Introdução 3.3 - Revisão 3.4 - Estabilidade dos Corpos Flutuantes 3.4.1 – Condições iniciais. 3.4.2 – Condições Adicionais 3.4.3 – Conjugado de endireitamento (ou recuperação) 3.4.4 – Conjugado emborcador 3.4 – Determinação da posição do Centro de Gravidade 3.4.1 – Importância da determinação da posição do CG. 3.4.2 - Cálculo da posição do CG 3.4.3 - Comentários 3.4.4 - Experiência de inclinação 3.5 – Estabilidade transversal 3.5.1 – Introdução 3.5.2 - Curvas cruzadas de estabilidade 3.5.3 – Uso de instrumentos e computadores 3.5.4 – Correção para a posição exata do CG 3.6 – Curva de Estabilidade 3.6.1 – Generalidades 3.6.2 – Observações sobre a curva 3.6.3 – Informações obtidas através das curvas de estabilidade 3.6.4 – Informações reais 3.6.5 - Folheto de estabilidade 3.7 – Estabilidade Dinâmica 3.7.1 – Estabilidade dinâmica e curva de estabilidade 3.7.2 – Estabilidade dinâmica dos navios 4 – Características do Navio que afetam a Estabilidade. 4.1 – Características ideais da curva de estabilidade. 4.2 – Análise Sumária 4.2.1 – Efeito do GM sobre a curva de estabilidade 4.2.2 – Efeito da Borda-Livre 4.2.3 – Efeitos de outros elementos de forma 4.2 4 – Alguns métodos para melhorar a estabilidade 4.2.5 – Análise mais detalhada 5 - Efeitos de Mudança de Pesos e de Superfície Livre. 5.1- Introdução 5.2 - Princípios gerais. Adição, remoção e deslocamento de pesos 5.3 – Método de aplicação ao navio 5.4 – Aplicação prática do método 5.5 – Efeito de superfície livre 5.5.1 – Introdução 5.5.2 - Efeito na estabilidade inicial 5.5.3 – Conseqüências do efeito de superfície livre 5.5.4 – Influência da S.L. na curva de estabilidade estática 5.5.5 – Efeitos dinâmicos 5.5.6 – Cargas móveis (má peação) e cargas suspensas. 6 – Equilíbrio de corpos parcialmente flutuantes 6.1 – Introdução 6.2 – Caso de força de reação de encalhe no plano central. 6.3 – Caso mais geral: força de reação de encalhe fora do plano central 6.4 – Estabilidade durante a docagem 6.5 – Encalhe. Casos mais complexos. 6.6 - Lançamento 6.6.1 - Objetivo 6.6.2 - Tipos. 6.6.3 - Pista 6.6.4 – Fases. Tombamento. Queda. 7 – Estabilidade em avaria. Alagamento. 7.1 – Método de adição de pesos 7.2 – Método de perda de flutuabilidade 7.3 – Efeitos do alagamento na altura metacêntrica transversal 7.4 – Efeitos do alagamento na altura metacêntrica longitudinal 7.5 - Efeito transversal do alagamento. 7.6 - Compartimentagem 7.6.1 - Introdução 7.6.2 – Navios de 1, 2, ... compartimentos. Avaria-padrão. 7.5.3 - Curvas de comprimento alagável 8 – Resistência Estrutural (*) 8.1 – A Viga-Navio 8.2 – Esforços primários, secundários e terciários 8.3 – Momento Fletor e Força Cortante 8.4 – Tensões devido à flexão 8.5 – Módulo de Resistência da Seção-Mestra 8.6 – Sociedades Classificadoras DINÂMICA DO NAVIO (*) 1 – Natureza da Resistência à Propulsão 2 – Resistência do Atrito 3 – Resistência devida à formação de Ondas 4 - Outras componentes da Resistência 5– Tanques de Prova – Métodos de apresentação 6- Cálculo da resistência total e da Potência efetiva 7 – Introdução à teoria dos propulsores 8 – Ensaios com modelos de hélices 9 – Interação entre Casco e Hélice 10 – Determinação de características dos hélices por Séries Sistemáticas (*) – a ser editado BIBLIOGRAFIA. 1. Fundamentos de Teoria de Arquitetura Naval – George C. Manning 2. Principles of Naval Architecture – Hernry E. Rossel & Lawrence B. Chapman 3. Principles of Naval Architecture – John Comstock 4. Statics and Dynamics of the Ship – V. Seminov – Tyan-Shansky 5. Projeto de Normas – Terminologia – Arquitetura Naval – ABNT 6. Arte Naval – Maurílio Fonseca 7. Arquitetura Naval para Oficiais de Náutica – CLC Carlos R. Caminha Alunos: Paulo Roberto Lage Almeida Leandro Pestana de Souza Luiz Tiago Balbi Finkel Orientação: Prof. Carlos Fernando M. Pamplona ESTÁTICA DO NAVIO Flutuação. Princípio de Arquimedes. Estabilidade Estática. Metacentro. Curvas Hidrostáticas. Curvas de estabilidade. Estabilidade Dinâmica Experiência de inclinação. Efeito da Mudança de pesos. Efeito de Superfície Livre Flutuação parcial. Encalhe.Docagem. Estabilidade em avaria. Alagamento. Subdivisão estanque. Comprimento alagável. Resistência estrutural. MECÂNICA DO NAVIO DINÂMICA DO NAVIO Resistência à Propulsão. Resistência de Atrito Resistência de Formação de Ondas Resistência residual Tanques de prova Resistência total e potência efetiva Teoria da Propulsão Interação entre casco e hélice Séries sistemáticas PAGE iv