Volume II. Arte Naval_2 - arte naval - cap. 12

Volume II. Arte Naval_2 - arte naval - cap. 12

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CAPÍTULO 12

12.1. Fatores de influência no governo dos navios – Manobrar um navio é uma arte e só se consegue manobrar bem à custa de muita prática no mar. Neste capítulo apresentaremos algumas considerações teóricas e regras práticas estabelecendo certos princípios que auxiliam a compreender a ação evolutiva dos navios em geral. Mas, desde já, advertimos que estes princípios devem ser empregados com o devido resguardo, não podendo ser generalizados, ou aplicados imediatamente a qualquer embarcação, ou ao mesmo navio, em situações diferentes, pois há sempre uma situação particular em cada manobra, dependendo do navio, do estado do tempo e do local.

Os seguintes fatores têm influência no governo de um navio: (1) efeito do leme; (2) efeitos do propulsor; (3) corrente de esteira; (4) condições de mar e vento; (5) calado, trim e banda; (6) pouca profundidade; e (7) pequena largura de um canal.

Quando não se disser o contrário, o navio que se considera neste capítulo é de tamanho médio, não tem formas especiais, está em sua flutuação normal, tem o leme de forma ordinária por ante-a-ré do hélice e está flutuando em mar tranqüilo de fundo regular, sem vento nem correnteza. Isto é uma consideração importante porque, para facilitar o raciocínio, estudaremos a influência daqueles fatores separadamente, desprezando momentaneamente alguns outros, o que não se dá na prática. A bordo nenhum de tais fatores pode ser esquecido, como o vento e a corrente, que se tornam preponderantes nas velocidades moderadas em que o navio em geral evolui.

Por isso é necessário acentuar que as propriedades evolutivas de cada navio devem ser determinadas praticamente a bordo. O que interessa ao comandante é conhecer seu próprio navio e saber como ele se comportará em determinadas situações, jamais tentando obrigá-lo a manobrar de maneira diferente. Em outras palavras: estude as qualidades de manobra de seu navio e procure manobrar de acordo com as tendências dele e não com as suas.

Um oficial prevenido, mesmo com muita prática, começará a pensar na manobra pelo menos alguns minutos antes de iniciá-la, subindo ao passadiço para um exame da situação, que deve levar em conta: (1) o navio (qualidades atuais de manobra); (2) a situação que se apresenta (lugar, espaço disponível, maré, corrente, vento etc.); e (3) a manobra que pretende realizar.

Neste estudo admitimos que os navios de um hélice têm o passo direito, que é o caso mais comum; invertendo-se os resultados pode-se estudar a ação do hélice de passo esquerdo.

12.2. Efeito do leme – Neste artigo desprezaremos as influências dos demais fatores, inclusive os hélices.

Consideremos um navio em marcha AV, leme a meio. O casco está, então, submetido a duas forças opostas: (1) a força de propulsão para vante; e (2) a

ARTE NAVAL580 resistência oferecida pelo meio líquido. Se o navio está em movimento uniforme é porque (1) é igual a (2); como o casco é simétrico, a resistência à propulsão é igual nos dois bordos, e o navio se move em linha reta.

Estando o navio em movimento, quando se carrega o leme para um dos bordos, a água passa a exercer uma forte pressão sobre a porta do leme. Esta pressão pode ser decomposta em duas componentes, uma paralela e outra perpendicular à porta. A primeira constitui uma resistência de atrito, semelhante à dos filetes líquidos na carena e, neste caso, de importância desprezível. A segunda, que chamaremos pressão normal, se decompõe também em duas outras; uma componente transversal ao casco, empurrando a popa para o bordo contrário àquele para onde foi o leme (isto produz a guinada do navio, além de um abatimento para esse bordo), e outra longitudinal ao casco, constituindo uma resistência à propulsão do navio. Portanto, quando se dá o leme para um bordo, com o navio dando adiante, a proa guina para esse bordo, a velocidade diminui e há um ligeiro abatimento do navio para o bordo oposto.

Com o navio dando atrás, o efeito do leme é o contrário do descrito acima: quando se carrega o leme para um dos bordos, a pressão normal se exerce de ré para vante sobre a porta do leme, obrigando a popa a guinar para o bordo em que se deu o leme. Portanto, com o navio dando atrás, a proa guina para o bordo contrário àquele em que se pôs o leme.

Para a mesma velocidade, a ação evolutiva do leme com o navio em marcha

AR é muito menor do que na marcha AV. Neste caso (fig. 12-1), os filetes líquidos, depois de contornarem o costado, vão ter diretamente ao ângulo formado pelo leme e o cadaste, criando uma reação favorável à evolução. Na marcha AR, ao contrário, os filetes líquidos contornam a face externa do leme, deixando na face interna uma zona de águas mortas.

A pressão normal (e, portanto, a amplitude da guinada do navio) depende do ângulo do leme, da velocidade dos filetes líquidos (que varia com a velocidade do navio), da área do leme e da forma da popa. Contudo, a ação evolutiva do leme depende de sua forma, isto é, da relação entre a altura e o comprimento da porta. Teoricamente, a pressão normal aumenta com o ângulo do leme até 45°. Mas na prática verifica-se que isto não acontece.

Quando o leme atinge certo ângulo, os filetes líquidos que corriam suavemente na sua superfície passam a borbulhar e a pressão normal torna-se irregular; isto reduz o aumento da ação evolutiva à proporção que cresce o ângulo do leme, a partir

Fig. 12-1 – Ação da água sobre o leme Navio a vanteNavio a ré deste ângulo de borbulho. Os lemes altos e estreitos têm maior efeito de guinada do que os lemes baixos e largos de mesma área, nos ângulos de leme pequenos. Contudo, os primeiros sofrem borbulhos em ângulos moderados, o que limita o emprego de lemes muito altos em relação à largura. Por outro lado, os lemes baixos e largos, que só borbulham em ângulos maiores, usualmente atingem maior efeito evolutivo do que os lemes altos e estreitos, antes de ocorrerem borbulhas.

Por isto, por causa do aumento da resistência à propulsão e também devido às limitações que a forma da popa apresenta, o ângulo máximo do leme é geralmente 35°, raramente chegando a 40°. Nos navios de guerra, onde a forma da popa exige lemes baixos, eles têm o máximo efeito num ângulo que varia entre 30° e 35°. Os navios mercantes, que não precisam ter as mesmas qualidades evolutivas e cuja forma da popa permite colocar lemes mais altos, têm o ângulo máximo do leme entre 25° e 30°.

Entre os navios de mesmo tamanho, os de menor velocidade devem ter maior área do leme, porque a pressão normal varia com o quadrado da velocidade do navio.

O efeito do leme é também influenciado pela forma da popa, pois esta pode formar redemoinhos e águas mortas, reduzindo a pressão normal. É o caso dos batelões e de certas embarcações de popa quadrada, que têm lemes relativamente grandes.

A forma em V das seções do casco AR, junto ao cadaste, aumenta a estabilidade de rumo dos navios. Os navios com a popa desta forma têm menor tendência a cabecear em mar grosso, mas oferecem maior resistência à ação evolutiva do leme. Por isto é que estas seções em V na popa desaparecem em certos tipos de navios, como os contratorpedeiros, que têm a popa em balanço.

Como o centro de pressão do leme fica situado sempre abaixo do centro de gravidade do navio, no início de uma guinada estabelece-se um momento de inclinação do navio (banda) para dentro da curva de giro. Normalmente este ângulo de inclinação é pequeno; com a continuação da guinada, vai se estabelecendo uma força centrífuga, aplicada no centro de gravidade do casco, que não só anula a inclinação inicial do navio para dentro como gera uma inclinação para o bordo contrário. O ângulo máximo desta inclinação é alcançado logo após o primeiro balanço do navio de dentro para fora da curva, porque o navio se inclina além da posição de equilíbrio estático, devido à sua inércia de massa. Se o leme for trazido a meio neste instante, desaparece o momento de inclinação para dentro da curva de giro, o que pode resultar num ângulo perigoso de inclinação para fora. É importante notar este fato, porque numa curva fechada em alta velocidade um timoneiro não avisado pode tentar quebrar a guinada com receio da inclinação para fora, e sua ação resultará justamente no aumento desta inclinação. A única manobra que se impõe neste caso é reduzir e velocidade sem alterar o leme até que o navio comece a voltar à posição direita. A força centrífuga varia com o quadrado da velocidade e por isto pode-se avaliar a influência que a redução da velocidade terá nesta manobra.

Convém ainda notar que a guinada de um navio não depende somente do ângulo do leme e da pressão normal sobre este, mas também do tempo empregado para carregar o leme.

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12.3. Efeitos do propulsor – Num navio de um só propulsor, o movimento do hélice no meio líquido determina o seguinte:

Quando gira, o hélice põe em movimento a porção de água em que está imerso, originando uma corrente de descarga, que é lançada axialmente para trás, através das pás. No lugar desta massa líquida vão afluindo novas massas de água, estabelecendo-se uma corrente de sucção. Esta última tem a direção sensivelmente paralela ao eixo do hélice, enquanto que a corrente de descarga participa do movimento rotativo das pás, tomando uma direção diagonal à quilha. Estas correntes são dirigidas para ré, com o hélice dando adiante, e para vante, com o hélice dando atrás. 1o caso – Hélice dando adiante: na marcha AV, a corrente de sucção não tem efeito no governo do navio, pois é paralela ao eixo (fig. 12-2a). A corrente de descarga é lançada sobre o leme, produzindo um esforço que tende a levar a popa para um bordo, se ele está a meio, ou aumenta o efeito do leme, se ele tem qualquer ângulo. Estando o leme a meio, há dois efeitos opostos. As pás do hélice que estiverem no alto movem-se de B para BE (hélice de passo direito), lançando a água sobre a face esquerda do leme; as pás embaixo movem-se em sentido contrário, jogando a água sobre a face direita do leme. Em geral prepondera o efeito das pás de baixo, isto é, na marcha AV, estando o leme a meio, a popa tende a cair para B, principalmente quando o navio está em lastro (com pouca carga, o hélice aflora na superfície). 2o caso – Hélice dando atrás: a corrente de sucção não tem qualquer efeito no governo do navio se o leme estiver a meio, pois corre paralelamente a ele (fig. 12- 2b). Com o leme para um bordo, a corrente de sucção, dirigindo-se de ré para vante sobre o leme, tem grande ação evolutiva, aumentando o efeito dele.

A corrente de descarga, na marcha a ré, é dirigida contra a popa e, como ela participa do movimento rotatório do hélice, o efeito das pás que estão no alto é fazer cair a popa para B (fig. 12-2c), e o das pás embaixo é o contrário. Em geral a popa tem a forma muito cheia em cima e fina embaixo (popa em V), preponderando o

Fig. 12-2a – Correntes do hélice, marcha AV

Fig. 12-2b – Correntes dohélice, marcha ARFig. 12-2c – Efeito da corrente de descarga sobre a popa, na marcha AR efeito das pás mais altas, pois a água lançada pelas pás inferiores passa por baixo da quilha. Portanto, na marcha AR, com o leme a meio, a popa tende a cair para B. Este efeito é aumentado pela pressão lateral das pás, como veremos a seguir.

12.4. Pressão lateral das pás – A rotação do hélice origina na água reações no sentido transversal, podendo-se distinguir as reações causadas pelas pás no alto das reações causadas pelas pás que estão embaixo, porque elas se exercem em sentidos opostos. Como as pás inferiores giram em maior profundidade (sob pressão maior), exercem maior esforço na água e, por isso, na marcha AV, nos navios de um só hélice (de passo direito), a tendência é ser a popa empurrada para BE; na marcha AR, o efeito é o inverso.

Contudo, o efeito da pressão lateral não tem importância na prática, a não ser quando as pás no alto ficam emersas (navio em lastro), ou quando essas pás agitam a superfície da água nos primeiros momentos ao se pôr em marcha o navio.

12.5. Corrente da esteira – Quando o navio está em movimento, arrasta consigo certa massa de água, em virtude do atrito da carena na água, originando-se uma corrente chamada corrente da esteira. Ela depende da área de flutuação e, portanto, atinge seu máximo volume e velocidade máxima na linha-d’água no navio, decrescendo até a quilha, onde é praticamente nula. É muito difícil calcular o valor exato da velocidade desta água arrastada, mas alguns autores avaliam em 1/10 da velocidade do navio.

Na marcha AV a corrente da esteira origina-se na popa; ela reduz a velocidade dos filetes líquidos resultantes do movimento do navio, diminuindo o efeito do leme. Como é maior nas proximidades da linha-d’água do navio, ela aumenta a pressão sobre as pás superiores do hélice. Por isso é que o efeito da pressão lateral das pás não é sensível com o navio em movimento e o hélice bem mergulhado.

A tabela 12-1 apresenta um resumo dos efeitos do propulsor no governo dos navios de um só hélice (de passo direito).

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12.6. Ação conjunta do leme e do hélice – Estudaremos a seguir a ação conjunta do leme e do hélice no governo do navio, sem levar em conta outras influências externas, como vento e corrente. Como estas considerações têm caráter geral, é indispensável que sejam feitas experiências em cada navio, para determinar a ação evolutiva nas diferentes situações.

Apresentaremos os quatro casos: (1) navio e hélice com marcha a vante; (2) navio e hélice com marcha a ré; (3) navio com seguimento para vante e hélice dando atrás; e (4) navio com seguimento para ré e hélice dando adiante. 12.6.1. Navio e hélice em marcha a vante – Neste caso a ação do leme tem a maior importância e pode-se dizer que os efeitos do propulsor não têm ação sensível no governo do navio, exceto em certas situações, que apreciaremos a seguir.

Leme a meio: partindo do repouso, com o leme a meio, ao dar o navio adiante, a proa tende a guinar para B, por causa da pressão lateral das pás. À medida que aumenta a velocidade esta tendência desaparece gradualmente (devido à corrente da esteira), e a meia velocidade pode-se admitir que o hélice não tem efeito evolutivo algum. Contudo, parece que alguns navios adquirem, nas altas velocidades, ligeira tendência para guinar para BE.

Leme para um bordo: suponhamos que se carrega (total ou parcialmente) o leme para um dos bordos, estando o navio parado. Quando se der adiante, a corrente de descarga (do hélice) incidirá sobre a porta do leme, com uma força bem maior que a da pressão lateral das pás, e a proa guinará para o bordo em que foi carregado o leme. Esta guinada se dá mais facilmente para B do que para BE, porque o efeito da pressão lateral se soma à ação da corrente de descarga sobre o leme. À medida que o navio adquire seguimento, o efeito do leme devido ao movimento do navio gradualmente se sobrepõe aos efeitos do propulsor e o governo dependerá inteiramente da ação do leme.

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