Trabalho embarcações propulsao naval codog e cogog

Trabalho embarcações propulsao naval codog e cogog

Rio de Janeiro 2010

Trabalho elaborado pela aluna Sâmara Pinto Souza, 2º período, referente à disciplina de Embarcações Especiais.

Rio de Janeiro 2010

Trabalho elaborado pela aluna Sâmara Pinto Souza, matrícula 1011367282, do 2º período de Tecnologia e Gestão em Construção Naval e Offshore da Universidade Estadual da Zona Oeste. Referente à disciplina de Embarcações

Especiais, lecionada pelo professor Bruno Sampaio Andrade.

Especificaremos nesse trabalho dois tipos de propulsão para navios, o sistema

Combined Gas or Gas (COGOG) e o sistema Combined Diesel or Gas (CODOG). Sistema este que alterna entre turbinas movidas a gás e sistema qual combina turbina a gás com motores a diesel, respectivamente.

RESUMO1
1. INTRODUÇÃO3
2. SISTEMA DE PROPULSÃO MARINHA GAS OR GAS (COGOG)4
3. SISTEMA DE PROPULSÃO MARINHA DIESEL OR GAR (CODOG)5
4. CONCLUSÃO7

1. INTRODUÇÃO

Propulsão naval é qualquer meio de produção de energia mecânica que permita o deslocamento de embarcações. Os sistemas de propulsão para navios e barcos variam de simples remos a grandes motores a diesel do mundo ou mesmo de propulsão nuclear. Esses sistemas se dividem em três categorias: de propulsão humana (o remo), vela, e de propulsão mecânica.

Durante muito tempo, a vela foi o principal meio de propulsão das embarcações, até o surgimento do motor a vapor no século XIX. No início, novamente uma solução híbrida foi adotada, a vela era utilizada durante o cruzeiro e o vapor para atingir velocidades maiores. Enquanto os ventos eram gratuitos, os motores a vapor exigiam grandes quantidades de carvão, o que ainda diminuía a carga útil do navio. Inicialmente o motor acionava uma grande roda na lateral do navio, esta roda atrapalhava o manuseio das velas e a faina do navio. Este problema só foi resolvido com a invenção da hélice por John Ericsson. No início do século X, com o aumento dos navios, a criação de embarcações totalmente metálicas e a hélice, o motor a vapor se firmou como principal meio de propulsão naval.

Com o desenvolvimento do motor a diesel, este substitui o motor a vapor, pois os motores de combustão interna possuem maior rendimento. Uma menor quantidade de diesel era necessária em peso e volume do que o carvão, aumentando a capacidade de carga das embarcações. Contudo, cerca de 9% dos navios modernos utilizam motores diesel alternativos. A rotação do eixo de manivela pode alimentar o hélice diretamente para motores de baixa velocidade, através de uma caixa de engrenagens para motores de alta velocidade e médias, ou através de um alternador e motor elétrico em navios diesel-elétrico .

Os motores dieseis marinhos entraram em uso em 1903. Os motores a diesel logo ofereceram uma maior eficiência do que a turbina a vapor, mas por muitos anos teve uma relação potência-espaço inferior. Navios movidos por motores a diesel de média ou de alta velocidade podem ter uma ou duas (às vezes mais) hélices, geralmente com um ou mais motores de condução de cada eixo da hélice através de uma caixa. Quando mais de um motor é orientado para um único eixo, cada motor irá conduzir, provavelmente através de uma embreagem, permitindo que os motores que não estão sendo usados serem desconectados da caixa de velocidade, enquanto outros continuam funcionando. Esse arranjo permite a manutenção ser realizada durante o caminho, mesmo distante do porto.

Muitos navios de guerra construídos desde a década de 1960 usaram turbinas a gás para propulsão, assim como um dos navios de passageiros, como o JetFoils. As turbinas a gás são usadas em combinação com outros tipos de motor. Mais recentemente, o Queen Mary 2 teve turbinas a gás instaladas, além de motores diesel. Devido à sua baixa eficiência térmica em baixa potência (de cruzeiro) de saída, é comum aos navios usá-las em motores a diesel para cruzeiros, com turbinas a gás reservado, para quando as velocidades mais altas forem necessárias.

No entanto, no caso dos navios de passageiros a principal razão para instalação de turbinas a gás tem sido a de permitir uma redução das emissões em áreas ambientais sensíveis ou no porto. Alguns navios de guerra e alguns cruzeiros modernos também têm utilizado as turbinas a vapor para melhorar a eficiência de suas turbinas a gás em ciclo combinado, onde desperdício do calor de uma turbina a gás de escape é utilizado para aquecer água e produzir vapor para a condução de uma turbina a vapor. Em tais ciclos combinados, a eficiência térmica pode ser o mesmo ou ligeiramente maior que a dos motores a diesel sozinho, no entanto, o grau de combustível necessário para essas turbinas a gás é muito mais dispendiosa do que a necessária para os motores a diesel, as despesas de funcionamento ainda são superiores.

2. SISTEMA DE PROPULSÃO MARINHA GAS OR GAS (COGOG)

O sistema de propulsão para navios Gas or Gas, (COGOG) utiliza motores de turbina a gás. As turbinas a gás, que são muito empregadas em aviação, vêm sendo aplicadas em navios de guerra de alta velocidade. Para avaliar as vantagens das turbinas a gás podemos compará-las com os motores de combustão interna tipo diesel; nestes, as três fases – compressão, combustão e expansão – ocorrem dentro de uma mesma estrutura, o cilindro, de modo que o impulso motor é intermitente, num ciclo que se repete. Nas turbinas a gás, ao contrário, a compressão se dá numa unidade, daí a massa de ar passa a um queimador onde se mistura com o combustível pulverizado, e a expansão se faz por meio de uma ou mais turbinas onde parte da energia se converte em potência útil. Assim, como nas turbinas a vapor, a potência gerada se aplica ao eixo de modo contínuo. As principais vantagens das turbinas a gás são as seguintes: ● são muito mais leves do que qualquer outro tipo de máquina: para a mesma potência, um motor a gasolina pesa cerca de seis vezes mais, e um diesel 12 vezes mais; ● a instalação é simples, não exigindo as numerosas peças móveis das máquinas como alternativas; ● ocupam um espaço muito menor que estas máquinas;

● permitem rápida partida mesmo em temperatura baixa, aceleram-se rapidamente e se ajustam prontamente às variações de carga;

● comparadas com os motores a diesel, produzem menos vibrações na potência máxima e exigem menor número de pessoas para manutenção e operação; quase não gastam óleo lubrificante. Modelos de turbinas de alta eficiência e baixo rendimento são utilizadas em cruzeiros. Já as turbinas de alto rendimento são usadas em operações de alta velocidade. Existe uma embreagem que permite que qualquer turbina possa ser selecionada, mas não há nenhuma caixa para permitir o funcionamento de ambas as turbinas de uma vez. Isto tem a vantagem de não necessitar de caixas pesadas, caras e potencialmente não confiáveis. A razão pela qual uma menor turbina é usada em cruzeiros é que uma pequena turbina rodando a 100% de potência é mais econômica em combustível do que uma maior turbina rodando a 50% de energia.

Figura 1 – Esquema simples de funcionamento do sistema de propulsão COGOG

3. SISTEMA DE PROPULSÃO MARINHA DIESEL OR GAS (CODOG)

O sistema de propulsão marinha Diesel or Gas (CODOG) combina motores diesel com turbinas à gás. É um tipo de sistema de propulsão para navios que precisam de velocidade máxima, que é consideravelmente mais rápido que a velocidade de cruzeiro, navios de guerra particular, como fragatas modernas ou corvetas. Os motores a diesel são os mais adequados para navios de velocidade moderada e constante. Suas principais vantagens são: ● eliminam a instalação de caldeiras e condensadores, o que representa uma grande economia de peso e espaço; ● economizam peso e espaço por dispensarem a água de alimentação de caldeiras e por consumirem menos combustível. Realmente, os motores a diesel consomem 175 gramas por CV- hora efetivo, enquanto as máquinas a vapor mais modernas para navios de potência moderada têm um consumo de cerca de 350 gramas. Isto representa, para um cargueiro a motor, a possibilidade de ter maior raio de ação, ou maior potência de máquina ou, então, maior velocidade, ou maior capacidade de carga; ● são reversíveis e, como as máquinas alternativas, desenvolvem praticamente a mesma potência na marcha a ré que na marcha a vante. É uma superioridade de manobra sobre os navios a turbina, cuja potência em marcha AR é limitada a 50% da potência em marcha AV; ● durante as estadias no porto o consumo dos motores é nulo, enquanto que as caldeiras dos navios a vapor devem ser mantidas sob pressão.

Suas principais desvantagens são: ● exigem uma instalação de ar comprimido para partida e injeção de combustível;

● maior custo de instalação; ● maior trabalho de manutenção, exigindo inspeção periódica a suas diversas peças;

● consome um combustível mais caro, e mais lubrificante. As turbinas são mais empregadas nos navios de guerra que necessitem de altas velocidades ou reserva de potência. Para os navios mercantes de modo geral ou navios de guerra com velocidades moderadas ou baixas, emprega-se o motor diesel.

Quando em sobrecarga, os vários tipos se comportam de maneira diferente. A máquina alternativa e o motor diesel são máquinas de conjugado motor constante; isto significa que, mantendo-se constante a admissão de vapor na máquina alternativa, ou a injeção de óleo no motor diesel, o conjugado motor permanecerá constante, não dependendo do número de rotações. As turbinas e os motores elétricos são máquinas de potência constante, aumentando o conjugado motor quando diminui o número de rotações.

Deste modo, quando for aumentada a resistência à propulsão do navio, pelo aumento de deslocamento ou por efeito de ondas e ventos contrários, a perda de velocidade em um navio movido a turbina ou a motor elétrico é bem menor, cerca de 1/3 do que seria se o mesmo fosse movido a máquina alternativa ou a motor diesel. Ao mesmo tempo, contudo, aumentam no primeiro caso os esforços no eixo e no propulsor. Daí uma exigência feita pelas Sociedades Classificadoras: eixos de maior diâmetro e pás mais fortes nos propulsores dos navios movidos a turbina ou a motor elétrico. Há ainda uma diferença sensível entre cargueiros e navios de passageiros: enquanto nos primeiros tem-se interesse em diminuir o espaço longitudinal ocupado pelo aparelho propulsor para destiná-lo à carga, nos navios de passageiros, isto não tem importância. Ao contrário, prefere-se aumentar o espaço disponível para os passageiros acima da flutuação, o que facilita a instalação da turbina, que tem pouco volume em altura, estendendo-se em comprimento. Nos cargueiros modernos, procura-se colocar as caldeiras por cima das turbinas.

Os navios de cabotagem e outros navios de pequeno porte, como rebocadores, desenvolvem baixa velocidade, exigindo pouca potência de propulsão – até 2.0 cavalosvapor. Neles são muito empregados os motores diesel.

Neste arranjo, utilizam-se motores diesel para velocidades até cerca de 18 nós (faixa mais econômica), enquanto a turbina a gás é destinada a manobras rápidas e altas velocidades. Um grande número de países adoutou este sistema incluindo a Austrália, Portugal, Nova Zelândia, Itália (MEKO-200), Brasil (Niterói e Inhaúma), Canadá (Halifax), França (Georges Leygues),

Alemanha (Brandenburg), Japão (Abukuma, Ishikari e Yubari), Espanha (Álvaro de Bazán), Peru e Venezuela (Lupo).

Figura 2 – Esquema simples de funcionamento do sistema de propulsão CODOG

4. CONCLUSÃO

Concluímos, portanto, diante da literatura descrita acima, que veículos marítimos que utilizam o sistema de propulsão COGOG, combinação de turbinas a gás, possui como vantagem a versatilidade e economia de combustível, são máquinas leves e econômicas comparadas a outros maquinários utilizados. Possuem rápida partida, menos vibrações, necessitam de menor número de profissionais para manutenção e quase não gastam lubrificantes. Compreendemos que o rendimento das turbinas contribui para identificar o tipo de operação a qual serão submetidas. Por exemplo, turbinas de baixo rendimento são utilizadas em cruzeiros, já as de alto rendimento, são geralmente utilizadas em veículos que necessitem chegar a altas velocidades.

O sistema de propulsão marinha que utiliza de uma combinação de motor a diesel e turbina a gás, o sistema CODOG, é voltado a navios que necessitem obter velocidade máxima.

Entre as principais razões quais os motores a diesel são utilizados para esse tipo de função podemos destacar a economia de espaço, já que abrem mão de caldeiras e condensadores. Além de serem reversíveis, possuem a mesma potencia a ré ou a vante.

Em contrapartida, os motores a diesel exigem instalações de ar comprimido, necessitam de maiores custos em instalação, manutenção, combustível e lubrificação.

Contudo, as turbinas são empregadas a navios que necessitem de maior velocidade, e os motores a diesel em embarcações que tenham a demanda de velocidades moderadas ou baixas. Isso se dá ao fato de que a perda de velocidade de um navio movido a turbina, diante de situações que resistem a sua propulsão, é bem menor do que um movido a diesel. Desse modo percebemos que os sistemas de propulsão com turbinas a gás, COGOG, e de motores a diesel combinados com turbinas a gás, CODOG, possuem suas delimitações e suas vantagens. Características essas que lhe inserem em um ambiente que compreende uma melhor utilização de suas funções. Ou seja, cada um dos dois sistemas de propulsão marítima possui particularidades quais são utilizadas para finalidades distintas, principalmente quando se refere a velocidade da embarcação e espaço interno exigido.

5. REFERÊNCIAS

Fonseca, Maurílio Magalhães, 1912-1972 - Arte Naval / Maurílio Magalhães Fonseca. – 7.ed. – Rio de Janeiro: Serviço de Documentação da Marinha, 2005.

Wikipédia Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/Marine_propulsion> Acesso em: Outubro de

2010 Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combust%C3%A3o_interna> Acesso em: Outubro de 2010 Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Propuls%C3%A3o_naval> Acesso em: Outubro de 2010 Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Propulsor> Acesso em: Outubro de 2010

Bl apresentações http://www.blbrasil.com.br/noticias/paper_fragatas.html

Patentes on-line Disponível em: <http://w.patentesonline.com.br/sistemas-maritimos-de-propulsao-edistribuicao-de-potencia-222121.html> Acesso em: Outubro de 2010

Naviera Armas (Canary Islands). The legendary GTS Finnjet. Disponível em: <http://farinha0.tripod.com/id137.html> Acesso em: Outubro de 2010

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