Arquitetura Naval 01

Arquitetura Naval 01

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ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

NAVAL E OCEÂNICA

HIDROSTÁTICA E ESTABILIDADE DO NAVIO E

DE SISTEMAS OCEÂNICOS

Volume 1

Marcos Oliveira Pinto

São Paulo, fevereiro de 1999

SUMÁRIO

1. Flutuabilidade e Condições de Equilíbrio

1.1 Pressão Hidrostática e Empuxo

1.2 Condições de Equilíbrio de Corpos Flutuantes

1.3 Exercícios

2 Estabilidade Inicial

2.1 Exercícios

3. Curvas Hidrostáticas

3.1 Propriedades Hidrostáticas

3.2 Área do Plano de Flutuação; Toneladas por Centímetro de Imersão; Posição Longitudinal do Centro de Flutuação

3.3 Raio Metacêntrico Transversal e Longitudinal

3.4 Deslocamento Moldado e Total; Posição Vertical e Longitudinal do Centro de Carena.

3.5 Correção do Deslocamento devido ao Trim.

3.6 Curvas de Bonjean

4. Estabilidade Transversal

4.1 Curvas Cruzadas de Estabilidade

4.2 Correções à Posição do Centro de Gravidade

4.2 Cálculo das Tangentes às CCE

4.4 Traçado das Curvas Cruzadas com Auxílio de um Dinamômetro

4.5 Efeito de Cargas Móveis Sobre a CEE

4.5.1 Efeito na Estabilidade Inicial

4.5.2 Efeito de Superfície Livre na CEE

4.6 Estabilidade Dinâmica

5. Adição e Remoção de Pesos

5.1 Efeito da Movimentação de Pesos a Bordo

5.2 Efeito da Adição de Pesos

5.2.1 Procedimento de Cálculo

5.2.2 Procedimento Prático e Exercícios

6. Estabilidade Avariada

6.1 Introdução e Histórico

6.2 Efeitos Fundamentais da Avaria

6.2.1 Extensão da Avaria

6.2.2 Efeitos da Inundação

6.2.3 Efeitos da Flutuabilidade Intacta

6.3 Subdivisão e Estabilidade Avariada

6.3.1 Método da Adição de Peso e da Perda de Flutuabilidade

6.3.2 Aplicação do Método da Perda de Flutuabilidade

6.3.3 Discussão de Resultados e Exemplo de Aplicação

6.4 Comprimento alagável

6.5 Exercícios

INTRODUÇÃO

O objeto de estudo destas notas é a hidrostática de navios e sistemas oceânicos. Entende-se por hidrostática todas as propriedades do comportamento estático do corpo flutuante, resultantes da interação do corpo com o meio fluido que o suporta. É o resultado da interação do seu peso e das forças de pressão oriundas do meio que o circunda.

A interação dessas duas forças, empuxo e peso, determina a condição de flutuabilidade e estabilidade do corpo. Como o centro de pressão hidrostática do casco movimenta-se com a variação da porção submersa (com o corpo girando, por exemplo), os momentos das forças alteram-se e a condição de equilíbrio também. Por isso o estudo da hidrostática está fortemente vinculado ao estudo das formas do casco e de suas propriedades geométricas.

Pode-se então separar o estudo em duas etapas: a primeira etapa que deve cobrir tópicos de mecânica elementar ( pressão, empuxo, Leis de Newton e equilíbrio); a segunda etapa que estuda a influência da forma do casco no comportamento hidrostático da embarcação.

1. FLUTUABILIDADE E CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO____

Neste capítulo serão apresentados conceitos básicos, como o conceito de pressão hidrostática, empuxo e a definição de equilíbrio de corpos flutuantes, que introduzem o assunto em pauta.

1.1 Pressão Hidrostática e Empuxo

A pressão é definida como força por unidade de área.

No Sistema Internacional sua unidade é o Pascal (1Pa=1N/m2). Como a Engenharia Naval tem forte ligação histórica com a Inglaterra ainda é muito comum o uso de unidades inglesas neste campo. A pressão de 1N/m2 equivale, em unidades inglesas, a 1,39667.10-4 lbf/pol2. As principais unidades inglesas de interesse têm sua conversão dada pela tabela abaixo.

Unidade Inglesa

Sistema Internacional

1 lbm (libra massa)

0,4536 Kg

1 pol (polegada)

0,0254 m

1 pé = 12 pol

0,3048 m

1 lbf (libra força)

4,4482 N

1 ton (tonelada Inglesa)

1,0160 t

Tabela 1.1 - Conversão de unidades

A pressão em um ponto situado a uma profundidade h de um meio fluido é obtida por meio da Lei de Stevin:

Figura 1.1 - Pressão em um fluido

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