Autores: Isabelle e Pedro
O funcionamento de embarcações é um tema que gera muita curiosidade entre as pessoas, devido ao choque de como algo tão grande e pesado consegue flutuar. Neste artigo, iremos explicar como os navios se mantém estáveis e como se locomovem, de forma simples e direta.
Como um navio flutua sendo tão pesado?
Primeiramente, precisamos lembrar o conceito de empuxo definido pelo princípio de Arquimedes. Empuxo é a força que surge em todo objeto imerso em um fluido, o que corresponde ao peso do fluido deslocado por esse objeto. Sua fórmula é definida por:
E= d * v * g
E = Empuxo
d = densidade do fluido
v = volume imerso do objeto
g = aceleração da gravidade
Por exemplo, quando tentamos afundar uma bola de futebol cheia na piscina. Já percebeu que quanto mais submersa a bola, mais força precisamos fazer? Essa força que empurra a bola pra cima é chamada de empuxo.
Quando um navio é posto na água, seu casco desloca um volume de água que estava naquela posição. Esse fluido que é deslocado realiza uma força contrária ao peso do casco do navio, que é o empuxo.
Mas o metal não é mais denso que água? Sim, porém a grande vantagem dos navios é que seus cascos são “ocos” por dentro, isto é, não são preenchidos por metal, mas sim por ar. Assim, o navio consegue ser menos denso que a água e flutuar com a força de empuxo.
Estabilidade
Muitos navios conseguem flutuar, mas não se mantêm estáveis e acabam adernando. Uma das formas para manter-se estável é quando seu centro de gravidade, ponto que se comporta como se toda a força peso estivesse concentrada nele, esteja abaixo do centro de empuxo ou centro da força de sustentação.
Existem algumas maneiras para manipular a posição desses pontos. Para abaixar o centro de gravidade, pode-se colocar cargas nas partes mais baixas do navio. Além disso, os navios são equipados com tanques nos cascos que, quando necessário, é enchido com água do mar ou do rio para diminuir o centro de gravidade, o chamado lastro. Já o centro de empuxo é definido pelo formato do casco.
Entretanto, o navio se mantém estável mesmo com o centro de gravidade em cima do centro de empuxo. Isso acontece quando o centro de gravidade e o centro de empuxo são projetados para que quando o navio incline seja criado um momento restaurador, que trará o navio para a posição de equilíbrio, uma vez que ao navio se inclinar o centro de empuxo muda de posição e o momento restaurador age.
Quanto à movimentação
De maneira geral, os navios se movimentam pela rotação dos hélices. Ao rotacionar, o hélice gera um fluxo de água mais veloz em uma face do que na outra e consequentemente, de acordo com o princípio de Bernoulli, surgem diferentes zonas de pressões.
A pressão atuando sobre a área de cada pá do hélice gera uma força e, por uma região ter uma pressão maior que a outra, há uma diferença de forças e a resultante delas propulsiona o navio a vante.
Como os navios param?
O principal passo para “frear” o navio é gerar uma força contrária à que impulsiona o navio para frente, isso pode ser feito de duas maneiras e depende diretamente do tipo de hélice. O hélice de passo fino precisa alterar seu sentido de rotação para gerar a força oposta. Já o hélice de passo controlado possui um sistema que alterna a angulação das pás do hélice, dessa forma, gerando uma força contrária de maneira mais rápida.
Além disso, pode-se girar o navio também. Pois o navio é projetado para possuir uma vantagem hidrodinâmica na proa (frente). Assim, ao girar o navio essa vantagem é reduzida e a força de arrasto aumentada, facilitando a frenagem.
Uma tentativa desesperada e perigosa para a frenagem do navio é a utilização da âncora. Com a velocidade já reduzida, aciona-se a âncora na tentativa de frenagem, mas na ocorrência de um pequeno erro pode emborcar o navio.
Manobrabilidade e Ponto pivô
Todas as embarcações possuem um ponto pivô que é um ponto imaginário no eixo longitudinal do navio e não fixo, nesse ponto, não há deriva/caimento no navio, ou seja, não há forças atuando. O ponto pivô é a base para a manobra de um navio, já que os movimentos são ao redor dele.
O ponto pivô varia de acordo com o movimento do navio, abaixo temos uma tabela com seus possíveis posicionamentos.
| Direção/Velocidade | Lento | Médio/Rápido | Parado |
| Avante | 1/8 do comprimento a partir da proa do navio | 1/3 do comprimento a partir da proa do navio | Na metade do comprimento da embarcação |
| Ré | 1/8 do comprimento a partir da popa do navio | 1/3 do comprimento a partir da popa do navio |
Exemplo de Ponto Pivô na popa
Então, quando o navio vai manobrar, o movimento é feito em torno do ponto, como ilustrado abaixo.
É muito comum o auxílio de navios rebocadores para fazer manobras, as forças pedidas aos rebocadores são de acordo com a posição do ponto pivô, tendo como base a fórmula do momento, já que funciona como uma grande alavanca.
M= F * d
Onde:
M= momento
F= força
d= distância
Com isso, pode-se perceber que quanto mais distante do ponto pivô menos força o rebocador terá que fazer.
O ponto pivô pode ser alterado.
Em alguns tipos de operações, o ponto pivô poderá ser manipulado através do sistema de posicionamento dinâmico (DP), sendo agora chamado de Centro de Rotação. Sendo assim, o navio é forçado a se movimentar nesse novo eixo que é determinado pela operação.
Pode-se citar a operação de lançamento de linha, onde a embarcação precisa, obrigatoriamente ter o seu ponto fixado na popa, então com os equipamentos de DP, poderá ser fixado o centro de rotação e realizar a operação e as manobras em torno desse novo eixo.
Conclusão
Após a leitura do artigo, podemos ver que o funcionamento de um navio não é uma grande charada, são apenas peças de um quebra cabeça físico. Entretanto, exige muito estudo e aperfeiçoamento para a sua total funcionalidade.
Fontes
Principles of Naval Architecture – Vol 1
Shiphandling course – Maesrk Training