Como um navio funciona?

Autores: Isabelle e Pedro

white and black ship

    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.      

File:Bernoulli-efecto-.png - Wikimedia Commons

     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/VelocidadeLentoMédio/RápidoParado
Avante1/8 do comprimento a partir da proa do navio1/3 do comprimento a partir da proa do navioNa metade do comprimento da embarcação
1/8 do comprimento a partir da popa do navio1/3 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

http://aprendendofisica.net/rede/blog/como-se-movem-os-navios/
http://machineryspace.blogspot.com/2013/05/how-does-ship-move-forward-propeller.html#:~:text=The%20ship%20moves%20forward%20when%20the%20propeller%20is%20rotated.&text=The%20working%20of%20a%20propeller,forward%20is%20called%20as%20Thrust
https://adventure.howstuffworks.com/cruise-ship3.htm
https://www.brighthubengineering.com/seafaring/51309-how-does-a-ship-move/
http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20021/Berenice/hidro2#:~:text=%22Um%20fluido%20em%20equil%C3%ADbrio%20age,do%20volume%20de%20fluido%20deslocado.%22

Principles of Naval Architecture – Vol 1

Shiphandling course – Maesrk Training 

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado.