ESCOLA NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE

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1 ESCOLA NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO João Emílio C. Silva 2007

2 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO 2 TECNOLOGIA MARÍTIMA Equipamentos e Sistemas do Navio ÍNDICE 1. SISTEMAS DE ARREFECIMENTO CIRCUITO DE ÁGUA DO MAR ARREFECIMENTO DOS MOTORES DIESEL SISTEMAS ABERTOS SISTEMAS FECHADOS SISTEMA DE ÁGUA DOCE COM CIRCUITOS DE ALTA E BAIXA TEMPERATURA CIRCUITO DE ALTA TEMPERATURA CIRCUITO DE BAIXA TEMPERATURA ARREFECIMENTO DOS ÊMBOLOS BOMBAS DE ÁGUA DOCE DE CIRCULAÇÃO ARREFECEDORES TRATAMENTO DA ÁGUA SISTEMA DE ÓLEO DE LUBRIFICAÇÃO CIRCUITO DE LUBRIFICAÇÃO PRINCIPAL CIRCUITO DE LUBRIFICAÇÃO DO VEIO DE RESSALTOS CIRCUITO DE LUBRIFICAÇÃO DAS CAMISAS SOBREALIMENTAÇÃO E EVACUAÇÃO BUCIM DO VEIO DO HÉLICE LINHA DE VEIOS PROPULSORES HÉLICES DE PASSO FIXO HÉLICES DE PASSO VARIÁVEL HÉLICES COM TUBEIRAS CONDIÇÕES QUE INFLUEM NO RENDIMENTO DOS HÉLICES CAVITAÇÃO SISTEMA DE PRODUÇÃO DE ÁGUA DOCE SISTEMA DE COMBUSTÍVEL DUPLOS FUNDOS E SISTEMA DE TRASFEGA DE HFO TANQUES DE DECANTAÇÃO DE HFO SISTEMA DE DEPURAÇÃO DE COMBUSTÍVEL (FUEL E DIESEL) CIRCUITO DE ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL DO MOTOR P.P SISTEMA DE PRODUÇÃO DE VAPOR CALDEIRA RECUPERATIVA GERADOR DE VAPOR CALDEIRA DE CHAMA CONDENSADOR DE VAPOR SISTEMA DE PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA DIESEL-GERADORES ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL AR DE SOBREALIMENTAÇÃO ÁGUA DOCE DE CIRCULAÇÃO ÁGUA DO MAR DE REFRIGERAÇÃO ÓLEO DE LUBRIFICAÇÃO SISTEMA DE GOVERNO SISTEMA DE AR COMPRIMIDO AUXILIAR SISTEMA DE ESGOTO SISTEMA DE LASTRO SISTEMA DE BALDEAÇÃO E INCENDIO SISTEMA AUXILIAR DE VAPOR SISTEMA DE AGUA DOCE DOS ALOJAMENTOS SISTEMA DE ÁGUA PARA O SERVIÇO SANITÁRIO SISTEMA DE TRATAMENTO DOS ESGOTOS NEGROS SISTEMA DE INCINERAÇÃO INSTALAÇÃO FRIGORIFICA DE MANTIMENTOS APARELHO DE CARGA APARELHO DE MANOBRA... 31

3 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO 3 1. SISTEMAS DE ARREFECIMENTO Um dos aspectos mais importantes a ter em conta nos sistemas de arrefecimento a bordo é a corrosão. Sabendo que a água do mar, pelas suas características químicas provoca uma corrosão acelerada dos sistemas e encanamentos, na construção naval moderna procura-se que a água salgada percorra dentro do navio o menor percurso possível, sendo o arrefecimento directo dos órgãos e sistemas efectuado através de água doce tratada e em circuito fechado Fig.1 - Circuito de água do mar 1.1. CIRCUITO DE ÁGUA DO MAR No esquema da Fig.1 podemos observar um circuito de água do mar típico em que aparecem representados os seguintes componentes: 01 - Máquina P.P Arrefecedor de água das camisas 02 - Tomada de fundo baixa 09 - Arrefecedor de ar de lavagem 03 - Tomada de fundo alta ou de costado 10 - Válvula termostática 04 - Filtro de fundo 11 - Válvula de descarga p/ borda 05 - Bombas de circulação de água do mar 12 - Circuito de recirculação de água do mar 06 - Sensor de temperatura 13 - Purgador de ar do sistema 07 - Arrefecedor de óleo de lubrificação Neste sistema a água do mar é aspirada pelas bombas de circulação de água do mar (05) através das caixas de fundo, passa pelos filtros de fundo (04) e circula os arrefecedores de óleo de lubrificação, arrefecedores de ar de lavagem (09) e arrefecedores de água doce de circulação das camisas, descarregando em seguida para o mar. Quando a água do mar se encontra com uma temperatura baixa (p. ex: quando o navio está a navegar em águas muito frias, a válvula termostática (10) faz com que a água do mar entre em recirculação total ou parcial. A aspiração da água do mar pode ser efectuada pela tomada lateral ou pela inferior de acordo com as condições de calado do navio.

4 4 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO No caso da fig. 2, a água do mar percorre um circuito ainda mais reduzido. Com base nestes pressupostos surgem diversas configurações possíveis dos circuitos de arrefecimento, cuja complexidade depende das dimensões e exigências dos sistemas e que pela sua diversidade se torna impossível descrevê-los a todos ARREFECIMENTO DOS MOTORES DIESEL Os sistemas de arrefecimento dos motores diesel desempenham duas funções principais: Remover 30 a 35% do calor gerado pelo motor Arrefecer o óleo de lubrificação SISTEMAS ABERTOS Nestes sistemas a água do mar contacta directamente com o motor. Para além do que já foi anteriormente referido, importa salientar mais especificamente as razões pelas quais estes sistemas têm sido abandonados. A temperatura máxima de saída é limitada a cerca de 50º C dado que, se esta temperatura for excedida o sal precipita-se no bloco e nas câmaras de circulação. Por outro lado, para além das tensões térmicas provocadas no motor pela entrada de água fria do mar, a corrosão é muito elevada SISTEMAS FECHADOS Estes sistemas estão livres dos problemas causados pela circulação da água do mar nos motores. ALIMENTAÇÃO ÁGUA DOCE TANQUE DE EXPANSÃO VÁLVULA TERMOSTÁTICA 3 VIAS DESCARGA PARA A BORDA VÁLVULA RECIRCULAÇÃO ARREFECEDOR ÁGUA DOCE BOMBA CIRCULAÇÃO ÁGUA MAR DA TOMADA DE FUNDO FILTRO DE FUNDO Fig. 2 - Circuitos de água do mar e água doce A água doce atravessa o motor desde a sua parte inferior, onde o motor está mais frio e a água também, circulando no sentido ascendente até à parte superior onde o motor e a água estão mais quentes. É aconselhável que o diferencial de temperatura através do motor se situe entre os 6 a 12 ºC de forma a evitar as tensões térmicas. Neste sistema existe um tanque de expansão (ou compensação) com uma capacidade de 5 a 10% do volume de água de arrefecimento em circulação. Este tanque tem por missão compensar as variações de volume devido às variações de densidade e compensar eventuais fugas que se possam verificar no sistema de circulação.

5 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO 5 O controlo de temperatura é efectuado por uma válvula termostática de 3 vias, que faz com que a água de circulação faça by-pass ao arrefecedor de água de circulação, até ser atingida a temperatura normal de circulação. É aconselhável manter uma temperatura média de circulação entre 70 e 80 º C no motor. A válvula termostática controla as quantidades de água que passam pelo arrefecedor ou por fora dele (bypass). O arrefecedor de água doce de circulação (fresh water cooler) é um permutador circulado pela água doce de circulação (fluído quente) e pela água do mar (fluído frio) aspirada a partir das tomadas de fundo através de filtros (ou ralos de fundo) e que tem por função retirar o calor à água de circulação e enviá-lo para o mar SISTEMA DE ÁGUA DOCE COM CIRCUITOS DE ALTA E BAIXA TEMPERATURA No sistema representado na figura 3, a circulação de água doce consiste em dois circuitos, um de alta temperatura - AT (vermelho) e outro de baixa temperatura - BT (laranja). Nesta configuração, a água doce vai circular quase todos os permutadores existentes no navio evitando, desta forma, a acção corrosiva provocada pela água do mar e permitindo uma melhor eficiência energética. Para melhor compreender este tipo de sistema indicam-se em seguida os diversos componentes: 1 a 8 Diversos arrefecedores do circuito de baixa temperatura (óleo de lubrificação PP, óleo de lubrificação do veio de ressaltos, óleo do sistema do controlo do passo do hélice, arrefecedores de ar de lavagem, compressores de ar, óleo da manga, etc.) 9 Tanque de expansão 10 Bomba de enchimento do Tq. Expansão 11 Controlador de temperatura (circuito de AT) 12 e 13 Bombas de circulação PP (circuito de AT) 14 - Bomba de circulação AUX (circuito de AT) 15 Válvula 3 vias de regulação de temperatura (circuito de AT) 16 Válvula de by-pass 17 Pré-aquecedor a vapor da água de circulação 18 Permutador do Vaporizador/Destilador 19 e 20 Arrefecedores PP 21 - Válvula 3 vias de regulação de temperatura (circuito de BT) 22 - Controlador de temperatura (circuito de BT) 23 e 24 - Bombas de circulação PP (circuito de BT) 25 - Bomba de circulação AUX (circuito de BT)

6 6 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO Fig.3 - Sistema de água doce de circulação com circuitos de alta e baixa temperatura CIRCUITO DE ALTA TEMPERATURA O circuito de alta temperatura (AT) é responsável pela circulação das camisas e êmbolos do motor PP. A água doce comprimida pelas bombas (12, 13 e 14) circula o motor e sai passando pela válvula reguladora de temperatura (15). Se a temperatura estiver abaixo do valor pré-definido no controlador (11), o controlador posiciona a válvula reguladora de temperatura (15) de forma a que toda a água vá directamente para a aspiração das bomba. Quando, o motor está a trabalhar, a temperatura de circulação atinge o valor estabelecido e o controlador faz com que a válvula reguladora de temperatura (15) comece a dar passagem da água do circuto de baixa temperatura, permitindo manter constante o valor da temperatura do circuito de AT. O pré-aquecedor (17) tem por finalidade colocar a máquina PP em aquecimento após paragem prolongada de forma a prepará-la para entrar em manobras. Este pré-aquecimento da água de circulação é efectuado ou à custa de vapor ou através da água de circulação dos Diesel-geradores. O permutador 18 encontra-se instalado no vaporizador/destilador que será tratado com detalhe mais adiante nestes apontamentos CIRCUITO DE BAIXA TEMPERATURA A água doce do circuito de BT é comprimida pelas bombas respectivas (23, 24 e 25), circulando os diversos permutadores intercalados no circuito (1 a 8) passando através da válvula de by-pass (16) ou misturando-se com a água do circuito de AT através da válvula reguladora de temperatura (15). O controlador 22 recebe o sinal do sensor de temperatura e actua sobre a válvula reguladora de temperatura do circuito de BT (21) fazendo com que a água de circulação passe pelos arrefecedores PP ou pela válvula de by-pass dos arrefecedores (19 e 20) em função da temperatura do circuito. Estes arrefecedores permitem transferir o calor da água doce do circuito de BT para a água do mar ARREFECIMENTO DOS ÊMBOLOS Numa prática mantida durante muitos anos e ainda hoje seguida por alguns construtores, o arrefecimento dos êmbolos é efectuado através da circulação de óleo de lubrificação. Com o desenvolvimento de novos motores de grandes dimensões e potências, com o correspondente aumento da quantidade de calor a dissipar, passaram a ser usados sistemas de arrefecimento dos êmbolos que utilizam água doce, dado que a água remove o calor de forma mais eficiente. Como o calor específico da água é cerca do dobro da do óleo de lubrificação, basta cerca de metade da quantidade de água para remover a mesma quantidade de calor. As dimensões e as potências das bombas são, neste caso, correspondentemente reduzidas.

7 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO 7 Quando a água doce é utilizada no arrefecimento dos êmbolos, o sistema de circulação é independente do sistema de circulação do motor. Os sistemas de arrefecimento são também frequentes para as válvulas de injecção de forma a prevenir sobreaquecimentos. Se a válvula injectora está sobreaquecida, o combustível que entra em contacto com ela pode carbonizar, causando o encravamento do bico do injector BOMBAS DE ÁGUA DOCE DE CIRCULAÇÃO As bombas de água doce de circulação são bombas centrífugas que comprimem a água através do sistema. Nos motores de média e alta velocidade é frequente que estas bombas se encontrem acopladas ao motor o que faz com que, neste caso, quando a máquina pára a circulação é interrompida. Nos motores de baixa velocidade, devido à complexidade do mecanismo de transmissão de movimento que seria necessário para que as bombas tivessem uma velocidade adequada, as bombas são accionadas por motores eléctricos. Durante os períodos de shutdown as bombas são mantidas a funcionar até que a diferença de temperatura entre a água e o motor seja sensivelmente zero ARREFECEDORES Existem diversos tipos de arrefecedores (permutadores de calor) desde os de tipo tubolar (shell and tube) até aos de placas, sendo sempre constituídos por duas partes, uma delas circulada pelo fluído frio e outra pelo fluído quente. Este tipo de órgão será estudado em pormenor na disciplina de máquinas auxiliares. FLUÍDO QUENTE FLUÍDO FRIO Fig. 4 Representação esquemática de um permutador de calor TRATAMENTO DA ÁGUA Ao contrário do que acontece com os sistemas abertos, nos sistemas em circuito fechado é possível efectuar o tratamento da água de circulação. A água doce de circulação deverá ser destilada ou desalinizada de forma a evitar os efeitos corrosivos e a deposição de sais que reduziriam o efeito de transferência de calor, causando o sobreaquecimento dos êmbolos e dos cilindros, acelerando o desgaste e em algumas situações, causando o agarramento dos aros dos êmbolos. É importante que os sistemas de circulação sejam mantidos livres de ferrugem e outros contaminantes que se depositariam de maneira não uniforme podendo provocar pontos quentes hot spots nas camisas ou blocos. Estes hot spots dão origem a tensões inesperadas que podem provocar falhas nos materiais. Como as películas lubrificantes não podem ser mantidas nas áreas sobreaquecidas os processos de desgaste dos aros e das camisas são muito acelerados. Para prevenir estas anomalias, são adicionados à água de circulação produtos inibidores que têm por missão depositar uma película nas superfícies metálicas com que contactam e que protege contra a corrosão e ataque erosivo. A erosão é causada normalmente por fenómenos de cavitação na camisa ou nas superfícies do motor. Este fenómeno ocorre quando a vibração linear provoca a formação de bolhas de vapor. Quando os inibidores geram a película, é esta que é afectada pela cavitação em lugar do próprio metal. Para que o programa de tratamento da água seja efectivo terá que garantir as seguintes condições: O sistema de arrefecimento deve estar limpo para que o inibidor seja capaz de proteger as superfícies das câmaras de circulação; O fluído arrefecedor deve ser verificado periodicamente quanto à alcalinidade, teor de crómio e cloretos. O inibidor deve ser mantido activo de acordo com as prescrições do fabricante; O fluído arrefecedor deve estar limpo e livre de sais minerais e com baixo teor de gases dissovidos;

8 8 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO O sistema de arrefecimento deverá ser inspeccionado periodicamente de forma a detectar e eliminar fugas ou entradas de ar ou gases. 2. SISTEMA DE ÓLEO DE LUBRIFICAÇÃO O sistema de óleo de lubrificação destina-se a assegurar as seguintes missões: Reduzir a fricção e o desgaste; Actuar como vedante entre os aros e as camisas evitando a passagem de gases da combustão; Arrefecer os componentes internos do motor; Limpar o interior do motor de sujidades e resíduos carbonosos. Os motores de cruzeta (crosshead engines) possuem dois sistemas independentes; um para as chumaceiras e componentes móveis (movimentos) e outro para os cilindros onde o óleo de lubrificação entra em contacto com os gases da combustão. No primeiro caso, as funções do óleo de motor são as de lubrificar as chumaceiras, arrefecimento dos êmbolos, protecção contra a corrosão e limpeza. Neste caso não é necessária a utilização de aditivos detergentes/dispersantes porque o óleo não entra em contacto com os gases da combustão. Também não são necessários aditivos de extrema pressão nem outros, obrigatórios quando se trata de motores de tronco (trunk piston). Os óleos dos cilindros são mais exigentes. Eles devem ser capazes de neutralizar os ácidos sulfúrico e carbónico formados pelos produtos de combustão SO 2 e CO 2 ao combinarem com a água. Por outro lado devem manter o motor limpo e não se devem deixar carbonizar ou coquizar nas linhas de lubrificação adjacentes a regiões dos cilindros com elevadas temperaturas Fig. 5 - Sistema de óleo de lubrificação da máquina PP A figura 5 representa um sistema de óleo de lubrificação de um motor principal de cruzeta, distinguindo-se 3 circuitos básicos: Circuito de lubrificação principal (veio de manivelas e cruzeta); Circuito de lubrificação do veio de ressaltos; Circuito de lubrificação das camisas CIRCUITO DE LUBRIFICAÇÃO PRINCIPAL

9 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO 9 Este sistema destina-se à lubrificação das chumaceiras do veio de manivelas e à lubrificação da cruzeta. O óleo de lubrificação é aspirado do tanque de serviço (sub-carter) (4) pelas bombas principais de óleo de lubrificação (5). Estas bombas estão normalmente providas de válvulas de alívio carregadas por mola (6) que, no caso de obstruções (p.ex: válvulas fechadas) evitam que a bomba entre em sobrecarga comunicando a descarga com a aspiração da bomba. Note-se que as bombas de óleo de lubrificação são do tipo volumétrico, geralmente de carretos e que, por esse motivo, uma obstrução do lado da descarga implica a sua rápida degradação. As válvulas de alívio são, em regra, também utilizadas para regulação da pressão no sistema CIRCUITO DE LUBRIFICAÇÃO DO VEIO DE RESSALTOS O sistema de lubrificação do veio de ressaltos constitui um sistema independente fechado destinado à lubrificação das chumaceiras do veio de ressaltos. Pelo facto das exigências de lubrificação serem idênticas às do sistema principal, apesar de possuir um tanque independente, o óleo utilizado é o mesmo. O enchimento do tanque é efectuado através da válvula 19 representada na figura 5 que comunica o sistema principal com o sistema do veio de ressaltos. O circuito possui bombas e arrefecedores próprios e, tal como acontece com o circuito principal, o controlo da temperatura do óleo é efectuado através de uma válvula de três vias de accionamento pneumático controlada por um controlador CIRCUITO DE LUBRIFICAÇÃO DAS CAMISAS A lubrificação das camisas é efectuada através de um outro circuito completamente independente dos restantes, em que o óleo de lubrificação possui características diferentes do óleo de lubrificação principal. O óleo passa por gravidade do tanque de serviço (2) para os lubrificadores automáticos (3) que através de tubos de pequena secção injectam pequenas quantidades de óleo através de orifícios situados em diversos pontos de cada camisa. Os aros raspadores do êmbolo forçam o óleo a descer na camisa, sendo drenado para a zona do bucim da haste do êmbolo onde é removido para um tanque de drenos, não voltando a ser utilizado. Os lubrificadores são em regra constituídos por um conjunto de pequenas bombas de êmbolo (junço) que recebem movimento a partir da transmissão do motor. 3. SOBREALIMENTAÇÃO E EVACUAÇÃO Em geral, os motores Diesel, designadamente os utilizados na propulsão são sobrealimentados. Tal como mostra a figura os sobrealimentadores são constituídos pela turbina de gases e pelo compressor de ar. Os gases de evacuação saem do colector de evacuação e libertam parte da sua energia cinética na turbina de gases que transmite movimento ao compressor de ar. Por sua vez, o compressor de ar aspira o ar da casa da máquina através de filtros e comprime o ar através de arrefecedores (arrefecedores de ar de lavagem intercoolers ) para o colector de admissão do motor. Em alguns sistemas de propulsão, os gases de evacuação são ainda aproveitados para accionamento de uma turbina de potência ligada ao veio de manivelas do motor através de uma caixa redutora. Este arranjo, também ilustrado esquematicamente na figura, permite melhorar o rendimento da instalação, baixando significativamente o consumo específico de combustível do motor.

10 10 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO Colector de Evacuação MÁQUINA PRINCIPAL Colector de Admissão Turbina de potência Arrefecedores de ar de lavagem 1 2 Sobrealimentadores 2 1 Filtros de ar Saída para caldeira recuperativa 1 Turbina de gases 2 Compressor de ar Fig. 6 Admissão e evacuação da máquina PP Ainda com o objectivo de aumentar o rendimento da instalação e permitir um melhor aproveitamento dos gases de evacuação, tendo em conta a elevada temperatura a que eles se encontram à saída das turbinas dos sobrealimentadores, eles são conduzidos para uma caldeira recuperativa, onde uma parte importante da sua energia térmica é utilizada para a produção de vapor.

11 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO BUCIM DO VEIO DO HÉLICE O veio propulsor passa para o exterior do casco pelo interior de uma manga vedada por um bucim, de forma a evitar que a água do mar possa entrar no navio. No caso de haver um hélice Pique de ré central, a manga atravessa o cadaste e o Bucim União Chumaceir veio trabalha apoiado numa chumaceira aí localizada. No caso dos navios que Manga possuem hélices laterais, os respectivos Túnel do veio veios, pelo facto de terem que se prolongar para ré e passarem a uma determinada distância do casco, são apoiados em suportes designados por aranhas ligados ao casco. Veio propulsor Veio i t édi Em regra, a manga do veio atravessa um Fig. 7 Veio do hélice tanque de água designado por pique de ré e que permite o arrefecimento da manga. Os bucins que, tal como ficou dito anteriormente, se destinam a vedar a entrada de água do mar para o navio, podem ser de diversos tipos. A concepção mais antiga e ainda hoje correntemente utilizada em embarcações de menores dimensões, consiste numa caixa (caixa de estofo) de diâmetro superior ao do veio. A vedação é garantida por um determinado número de anéis ou voltas de empanque que ao serem comprimidas dentro da caixa se adaptam à periferia do veio, impedindo assim a passagem de água. Outro tipo de bucim, designado por bucim simplex sendo de concepção mais complexa tem, contudo, a vantagem de aumentar consideravelmente o tempo de serviço e os intervalos entre as intervenções de manutenção. Este tipo de bucim é constituído por uma caixa que envolve o veio e que fica preenchida com óleo. Tanque de gravidade alto O óleo que circula nesta caixa encontra-se a uma pressão igual ou ligeiramente superior à pressão exercida pela água do mar evitando, desta forma o ingresso de água. Água de circulação Tanque de gravidade baixo A pressão do óleo no interior do bucim é criada Arrefecedor de óleo pela coluna de óleo formada entre os tanques de gravidade e o próprio bucim. S A existência de dois tanques, situados a alturas diferentes, permite compensar as diferenças de calado originadas pela carga do navio. Bombas de óleo do bucim Um sistema típico de bucim simplex encontra-se representado na figura 8. Bomba de enchimento do tq. de reserva Bucim do veio Filtros de óleo S P/ tanque de drenos Tanque de reserva Fig. 8 Circuito de circulação do bucim simplex 5. LINHA DE VEIOS Ocupar-nos-emos particularmente das linhas de veios de propulsor clássico (hélice), o qual continua a ser predominante sobre outros sistemas.

12 12 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO Veio de impulso é um veio de aço forjado, por norma com uma flange levantada a cada extremo, apertando pela parte de vante ao equipamento de propulsão e pela de ré a um veio intermédio ou ao veio propulsor se não existirem veios intermédios. Veios intermédios são igualmente de aço forjado também com flanges montadas a cada extremo, apertando pela parte de vante à chumaceira de impulso e pela de ré ao veio intermédio. O veio propulsor é também de aço forjado, com "flange" levantada no próprio veio quando a desmontagem se faz para o interior do navio ou de "flange" postiça quando se faz para o exterior. O veio propulsor pode ou não ser encamisado consoante os casos. Manga é o elemento através do qual a extremidade da ré do veio propulsor sai sara o exterior. Em geral de aço vazado, e em certos casos de construção mista com peças vazadas e tubo intermédio soldado. Interiormente a manga é provida de dois casquilhos ou buchas, um a vante e outro a ré, onde apoia o veio propulsor. As chumaceiras de apoio dos veios intermédias que rodam a baixas velocidades, possuem apenas os meios bronzes inferiores, sendo lubrificadas por chapinhagem e frequentemente com arrefecimento do óleo por serpentina circulada a água salgada. A última das chumaceiras da linha de veios a contar de ré é designada por chumaceira de impulso. É por seu intermédio que o propulsor transmite o impulso ao navio evitando assim que o esforço devido ao impulso seja suportado pela máquina principal. As chumaceiras de impulso tanto podem ser separadas como englobadas nos motores e nas caixas de engrenagens. 6. PROPULSORES Os propulsores mais vulgares são constituídos por hélices com ou sem tubeiras. Os hélices propulsores atacam a água, projectando-a para trás e esta reage para dar lugar a um impulso que faz mover o navio. Constam normalmente de duas, três, quatro, cinco ou seis pás fixadas numa peça central (o cubo) que se monta na extremidade posterior do veio propulsor. Fabricam-se em bronze, ligas de bronze e manganês ou em aço inoxidável, dado que com estes materiais se obtém maior resistência e melhor acabamento das superfícies do hélice do que com o aço ou ferro fundido. Passo do hélice define-se como sendo a distancia que o hélice percorreria na direcção da linha de veios se a água fosse um meio rígido, ao efectuar una rotação. Diâmetro do hélice define-se como sendo o diâmetro da circunferência que tangencia externamente as suas pás. Na prática podemos encontrar dois tipos distintos de hélices - Hélices de passo fixo - Hélices de passo variável Os hélices de passo fixo ou são direitos ou esquerdos, enquanto que hélices de passo variável são simultaneamente as duas coisas graças à possibilidade que têm de regulação angular das pás e por consequência do passo do hélice entre os limites extremos correspondentes a toda a força a vante e a toda a força a ré HÉLICES DE PASSO FIXO Dizem-se direitos quando na marcha a vante, rodam no sentido do movimento dos ponteiros do relógio, para um observador colocado à popa do navio virado para a proa. Dizem-se esquerdos quando rodam em sentido contrário. Os navios que utilizam dois hélices de passo fixo, com duas linhas de veios, adoptam normalmente um esquerdo e outro direito a fim de facilitar a sua progressão no meio liquido HÉLICES DE PASSO VARIÁVEL

13 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO 13 Com a utilização deste tipo de hélices, e ao contrário do que sucede quando se utilizam hélices de passo fixo, obtêm-se a regulação de velocidade do navio, a paragem e a inversão de marcha, sem necessidade de actuação no motor. A variação do passo do hélice ou seja do ângulo das pás faz-se através de um sistema hidráulico (bomba de óleo) comandado por um sistema telemotor. A par das incontestáveis vantagens que a utilização de hélices de passo variável confere, existem também alguns inconvenientes que todavia não têm impedido a generalização da sua aplicação. Como vantagens podem apontar-se: A extrema facilidade de manobra e de comando a distância a partir da ponte; melhor utilização de potência do motor em diversas condições de serviço (Particularmente interessante em navios de pesca e reboques); permite evitar gamas de velocidade interditas que eventualmente existam por criticas torcionais não elimináveis e de forma paralela, evitar as velocidades de rotação que determinem vibrações indesejáveis, as quais tanto num caso como no outro, se traduziriam em velocidades interditas se o hélice fosse de passo fixo; dispensa a utilização de máquinas reversíveis. Embora com menos frequência, o hélice de passo variável também se usa na propulsão a vapor apresentando a vantagem de dispensar a instalação da turbina de marcha a ré. Outra vantagem óbvia, quando se utiliza a propulsão a motor, resulta da redução do número de arranques, com vantagem para a consequente diminuição do volume das garrafas de ar de arranque bem como dos compressores. Como inconvenientes podem-se apontar-se: Possuem em geral menor rendimento na marcha livre do que o que com o hélice de passo fixo desenhado para o efeito devido ao cubo do hélice de passo variável ser mais volumoso (note-se que tal já não se verifica quando se enfrentam situações que conduzem a hélice fixo de compromisso); quando o passo do hélice é muito baixo o navio desgoverna ou governa mal por a aguagem cortar o seguimento dos filetes de água que actuam sobre o leme. Por vezes considera-se que o funcionamento da linha de veios do hélice de passo variável, significa manter constante a rotação e actuar apenas sobre o passo. Embora se possa operar dessa forma, é porém errado pois não se tira partido das possibilidades do sistema, o que facilmente se compreende se atentarmos que a 100% de rotação e passo nulo a grande aguagem produzida absorve potência apreciável, com consequente consumo elevado sem outro efeito que não seja desgovernar o navio. Para conseguir um melhor aproveitamento do sistema é vulgar instalar-se um dispositivo (combinador), cuja função é estabelecer uma relação entre a rotação do motor e o passo do hélice, por forma não só conseguir a melhor utilização, como também a salvaguardar a sobrecarga da máquina HÉLICES COM TUBEIRAS Os hélices de alguns navios são envolvidas por tubeiras ou anéis e aço inoxidável com o objectivo de aumentar a eficiência da propulsão. Têm, por isso o seu principal campo de aplicação em petroleiros de grandes dimensões, em reboques e em navios de pesca de arrasto. Também são por vezes utilizados em navios que navegam com frequência em águas baixas a fim de melhorar o seu rendimento propulsivo, o qual é afectado pela proximidade do fundo. Embora em certos casos se possa atribuir uma ligeira melhoria no que respeita à velocidade dos navios em marcha livre, em geral pode considerar-se que neste âmbito a influência da tubeira é por norma negativa CONDIÇÕES QUE INFLUEM NO RENDIMENTO DOS HÉLICES O rendimento dos hélices é influenciado gelo diâmetro, velocidade, imersão e posição, isto evidentemente para um determinado passo. Em regra convém adoptar hélices de grande diâmetro e pequeno número de rotações. Quanto à imersão, mostra a experiência que o rendimento cresce até certo limite, quando aquela aumenta. Neste sentido, convém que a distância da periferia das pás do hélice que se situa fora de água à linha de flutuação não seja inferior a 10% do seu diâmetro.

14 14 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO Nos casos em que se utilizam dois hélices há vantagem, para diminuir a resistência à propulsão e melhorar as qualidades evolutivas do navio, que as rotações sejam divergentes para um observador colocado à popa do navio e olhando para a parte superior dos hélices. A utilização de dois hélices aumenta a capacidade de manobra dos navios CAVITAÇÃO O aumento da velocidade do hélice, para além de determinado valor, origina um fenómeno designado por cavitação. Este fenómeno verifica-se quando a água deixa de afluir convenientemente ao dorso das pás devido ao descolamento da veia líquida dando origem a um vazio parcial. A ausência de água e o vazio criado origina a formação de bolhas que implodem provocando fortes vibrações e ruído e elevada corrosão por picado (pitting). 7. SISTEMA DE PRODUÇÃO DE ÁGUA DOCE Como já tivemos ocasião de ver, nos navios a vapor existe normalmente um destilador de água salgada aquecido a vapor. Nos navios a motor diesel, é corrente instalar um destilador que utiliza, como fonte de energia térmica, a água doce de circulação do próprio motor, cuja temperatura oscila em geral entre os 55 e os 70 ºC. Nestas condições, os vaporizadores destiladores trabalham a baixa temperatura, da ordem dos 40ºC, o que obriga a uma pressão de vácuo da ordem dos 93 % para se conseguir a ebulição da água. Como esta destilação é efectuada a baixa temperatura não há esterilização do condensado, razão pela qual nunca se deve pôr o sistema em funcionamento quer nos portos quer na proximidade das costas, pelo perigo de contaminação que isso representa. Com motores de potência elevada é, em regra, possível em condições normais, retirar da água de circulação das camisas, o calor suficiente para produzir até 9 toneladas de água doce em cada 24 horas, isto por cada 100 CV de potência instalada, enquanto que com motores de baixa potência, essa produção pode atingir valores de 1,5 toneladas em 24 horas, por cada 100 CV de potência instalada. Apesar de existirem numerosos tipos de sistemas utilizados na produção de água doce a bordo dos navios, vamos limitar-nos a descrever resumidamente um sistema típico que utiliza um vaporizador-destilador de baixa pressão ou de vazio, por ser aquele que é mais utilizado nos navios com instalação propulsora Diesel. Com já foi referido, a água de circulação dos motores principais e auxiliares, bem como a água de alimentação das caldeiras, é uma água destilada ou desmineralizada e sujeita a diversos processos de tratamento de forma a evitar ou reduzir os efeitos corrosivos, incrustações e outros contaminantes que reduzem a vida dos equipamentos e diminuem os períodos entre intervenções de manutenção. Esta água, na maior parte dos casos, é produzida por destilação da água do mar, em equipamentos especialmente concebidos para esta finalidade

15 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO 15 DESCARGA PARA A BORDA CONDENSADOR ÁGUA DO MAR EXTRACÇÃO DE ÁGUA DESTILADA EJECTORES ÁGUA DOCE DO CIRCUITO DE ALTA TEMPERATURA EXTRACÇÃO SALMOURA ESTERILIZADOR A B SALINÓMETRO ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA DO MAR VÁLVULA FILTRO CALIBRADA ASPIRAÇÃO ÁGUA MAR Fig. 9 - Vaporizador / Destilador A figura 9 representa um sistema de produção de água doce constituido por um vaporizador-destilador de baixa pressão (vácuo), possuindo na parte inferior um vaporizador e na parte superior um condensador ambos de feixe tubular. O vaporizador é circulado pela água de circulação do motor principal (circuito de água doce de alta temperatura) e o condensador é circulado por água do mar. Uma bomba de grande capacidade, aspira a água do mar e comprime-a a grande pressão para ejectores que funcionam pelo efeito de venturi, e que desempenham as seguintes funções: Extrair o ar do sistema criando o vazio; Extrair a salmoura precipitada durante a vaporização da água do mar. Em simultâneo, a bomba de água do mar alimenta o vaporizador através de filtros e de uma válvula de ajuste fino, garantindo uma pequena passagem de água do mar que vai ser vaporizada. Devido à baixa pressão (vácuo) reinante no vaporizador, a temperatura de vaporização da água do mar é relativamente baixa, sendo suficiente a temperatura da água doce de circulação do motor P.P ( 70º C) para produzir a vaporização da água do mar, não sendo necessária qualquer outra fonte de calor. Como a temperatura de vaporização é tanto mais baixa quanto maior for o vazio no vaporizador, e em consequência maior a quantidade de água produzida, é importante manter o sistema completamente estanque. Os vapores formados passam através do condensador e condensam sendo a água assim produzida removida por bombas de extracção e enviada para os tanques de armazenamento ou de aguada. Dado que a vaporização é efectuada a uma temperatura relativamente baixa, não é possível a eliminação da maior parte dos agentes bacterianos e por esse motivo a água produzida é sujeita a um processo de esterilização antes de poder ser consumida. Também, neste sistema, o controlo pode ser feito manual ou automaticamente. A água destilada produzida passa, antes de ser enviada para os tanques de aguada, por um salinómetro que mede o teor de sais que ela contém. Este salinómetro é um dispositivo eléctrico ou electrónico que mede a condutibilidade da água que é, como sabemos, dependente da quantidade de sais dissolvidos. Quando o teor de sais é superior a um determinado limite de referência o salinómetro envia um sinal eléctrico para as válvulas de solenóide (A) e (B) fazendo com que a válvula (A) feche e abrindo a válvul (B) ficando a água destilada a recircular através do vaporizador até que o teor de sais baixe até ao valor limite superior pré-definido. O sistema só deve ser colocado em funcionamento quando o navio navega em alto mar de forma a garantir que a água do mar de alimentação está isenta ou quase isenta de contaminantes.

16 16 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO Quando a temperatura da água de circulação do motor P.P. se estabiliza na temperatura normal de funcionamento ( 70º C), a válvula de by-pass (C) é fechada e abertas as válvulas (D) e (E) fazendo com que toda a água de circulação passe através do vaporizador. 8. SISTEMA DE COMBUSTÍVEL Os sistemas de alimentação de combustível dos navios, tal como acontece para os restantes sistemas, podem ter variadas configurações em função das dimensões do navio, potências instaladas, tipo de propulsão, etc. No caso de navios em que a propulsão é efectuada com motores Diesel de média e baixa velocidade, é comum que esses motores sejam alimentados durante a marcha normal por combustíveis pesados (HFO- Heavy Fuel Oils ou IFO-Intermediate Fuel Oils) e durante os períodos de arranque ou em manobras, por combustíveis mais leves (Marine Diesel ou mesmo gasóleo) de forma a facilitar os arranques, devido à maior relação de cetano do Diesel e evitar a acumulação de resíduos nos injectores, bombas de injecção e tubos de combustível. A diferença de características dos dois tipos de combustíveis implica que o sistema de alimentação seja constituído por componentes adequados à utilização desses combustíveis. Em termos gerais podemos dizer que o sistema de combustível é constituído por dois subsistemas que se interligam - Sistema de HFO (combustível pesado) e sistema de Diesel Oil (combustível mais leve) DUPLOS FUNDOS E SISTEMA DE TRASFEGA DE HFO O combustível a bordo é armazenado em tanques vulgarmente designados por duplos fundos que, de acordo com as novas normas de construção não podem servir de antepara de colisão. O combustível pesado é guardado à temperatura ambiente e apenas é aquecido quando se pretende trasfegar, dado que, para que a bombagem possa ser efectuada, é necessário baixar a sua viscosidade. É de notar que as operações de trasfega não se realizam apenas quando se prevê vir a consumir combustível do tanque, mas também, quando necessário para corrigir a inclinação do navio, seja a inclinação lateral seja o caimento (Trim). Fig. 10 Circuito de trasfega de combustível pesado. Como se pode observar na figura 10, o circuito permite trasfegar combustível entre duplos fundos, ou destes para os tanques de decantação. Dadas as características do HFO, particularmente a sua viscosidade, as bombas de trasfega são do tipo volumétrico (de deslocamento positivo), normalmente de engrenagens ou de parafuso.

17 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO 17 Tal como se pode observar na figura, os tanques de armazenamento são providos de sistemas de aquecimento a vapor que, na maioria dos casos, são constituídos por serpentinas fixas às paredes laterais dos tanques TANQUES DE DECANTAÇÃO DE HFO Os tanques de decantação representados na figura 11, constituem a primeira fase de tratamento do combustível destinado à alimentação da máquina P.P. É nestes tanques que o combustível passa um período de estágio de forma a que se possa dar a decantação (separação da água que o combustível contém). Esta operação é realizada a uma temperatura relativamente elevada que é função da qualidade do Fuel. Durante a fase de decantação torna-se necessário purgar com frequência a água que se acumula, devido à sua densidade ser superior à do Fuel, na parte inferior do tanque. Esta operação nos navios modernos é feita através de purgadores automáticos. Fig. 11 Tanques de decantação de HFO

18 18 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO 8.3. SISTEMA DE DEPURAÇÃO DE COMBUSTÍVEL (FUEL E DIESEL) Depois da fase de decantação, o combustível sofre outro tipo de tratamento designado por depuração. Tal como se pode observar na figura 12 as depuradoras de HFO aspiram dos tanques de decantação e enviam o combustível depurado para os tanques de serviço diário de fuel. Apesar de no esquema aparecer apenas uma depuradora de HFO, na prática é comum a existência de duas ou mais depuradoras. É comum a utilização de duas depuradoras em série, funcionando uma como depuradora e outra como clarificadora. No caso Diesel Oil, a depuradora aspira directamente dos tanques de armazenamento sem passar por tanques de decantação. Fig. 12 Circuito de depuração de combustível As bombas aspiram o combustível através de filtros, comprimindo-o para os aquecedores, entrando depois nas depuradoras onde, devido a um processo de centrifugação, a água residual e as lamas são separadas e descarregadas enquanto o combustível tratado é enviado para os tanques de serviço diário. Em alguns casos as bombas são acopladas às próprias depuradoras. O tanque diário de HFO alimenta tanto o circuito do motor P.P. como a caldeira de chama, enquanto o tanque diário de Diesel alimenta o circuito do motor P.P., os motores geradores e a caldeira de chama. As temperaturas dos tanques de serviço diário são mantidas nos valores adequados graças à acção de válvulas termostáticas que recebem o sinal de temperatura dos tanques. Na figura aparecem ainda representados encanamentos de retorno de combustível do circuito de alimentação do motor P.P., da caldeira e dos grupos geradores CIRCUITO DE ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL DO MOTOR P.P. A figura 13 mostra um circuito de alimentação de combustível típico de um motor P.P.. A válvula (01) permite fazer a mudança de Fuel para Diesel ou vice-versa. As bombas de alimentação (02) comprimem o combustível para o tanque de mistura através de um contador ou caudalímetro. O tanque de mistura tem por função uniformizar o combustível nas alturas de mudança de Fuel para Diesel ou Diesel para Fuel. Do tanque de mistura, o combustível passa por um primeiro grupo de filtros (filtros frios) situados antes das bombas elevatórias (05) é comprimido por estas para os aquecedores (07) que têm por função aumentar a

19 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO 19 temperatura do fuel de forma a garantir que este adquira uma viscosidade adequada a uma injecção e pulverização perfeitas. Depois de passar nos aquecedores, o combustível volta a ser filtrado no filtros quentes (08), seguindo para o colector das bombas de injecção. O controlo da temperatura nos aquecedores é efectuado por um viscosímetro que mede permanentemente a viscosidade do combustível e envia um sinal para comando da válvula termostática que regula a quantidade de vapor para os aquecedores. Nestes sistemas, é utilizado um sistema de vapor para aquecimento dos tubos e colector de combustível, de forma a impedir que este solidifique nas condutas no caso de paragem das bombas. Fig. 13 Circuito de alimentação de combustível do motor P.P. 9. SISTEMA DE PRODUÇÃO DE VAPOR Antes de entrarmos na descrição do sistema de produção de vapor, convém recordar que o sistema corresponde a uma instalação típica de um navio tanque petroleiro com propulsão por motor Diesel, em que o vapor é utilizado essencialmente para: Aquecimento de tanques de combustível; Accionamento do turbo-gerador; Operação das turbo-bombas de carga; Aquecedores de combustível e de água de circulação; Sistemas de tratamento de combustível (depuradoras). O sistema de vapor representado na figura (14) consiste numa caldeira recuperativa e numa caldeira de chama interligadas por um gerador de vapor comum. De forma a simplificar a representação dos componentes, o gerador de vapor surge como uma unidade separada sendo que, na realidade, este gerador faz, normalmente, parte integrante da caldeira de chama, funcionando como um ebulidor secundário colocado sobre o ebulidor primário (caldeira de dupla pressão). O vapor do sistema primário da caldeira de chama é condensado no gerador de vapor, passando por gravidade, na forma de água para o ebulidor primário. A água do gerador de vapor é aspirada para a secção de vaporização da caldeira recuperativa e uma mistura de água e vapor retorna ao ebulidor secundário.

20 20 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DO NAVIO O sistema primário de água é hermético e fechado não se verificando, em situação normal, qualquer consumo de água. Se a pressão, contudo, se tornar demasiado alta que leve à abertura das válvulas de segurança ou, se ocorrer alguma fuga, o nível de água no ebulidor primário desce, podendo ser reposto através de uma bomba de alimentação (06). Existem duas bombas de alimentação para o sistema secundário (08) e (09). A água comprimida pela bomba principal (09) é pré-aquecida na secção de economizadores da caldeira recuperativa antes de ser enviada para o ebulidor secundário, enquanto a bomba auxiliar (08) comprime directamente para o ebulidor secundário. A bomba auxiliar de alimentação só deve ser utilizada em situações de grande consumo de vapor, (p. ex: quando estão a funcionar as turbo-bombas de carga). Esta bomba possui cerca de cinco vezes a capacidade da bomba de alimentação principal. O nível da água no ebulidor secundário é regulado por um controlador de nível PID (10) com bandas de controlo proporcional, integral e derivativa, accionando duas válvulas de alimentação em paralelo, a partir de um conversor I/P. A transferência de calor na caldeira recuperativa é controlada por válvulas (dampers) que fazem com que os gases de evacuação do motor P.P. façam by-pass ao feixe tubular da caldeira. A posição dos dampers é também regulada por um controlador PID. O controlador master da caldeira de chama também actua de acordo com a pressão do vapor secundário. Os condensados provenientes dos aquecimentos e serviços diversos retornam a um tanque de filtragem/observação e daí passam ao tanque de alimentação. A água proveniente do condensador é enviada directamente para o tanque de alimentação. Quando a caldeira de chama se encontra em funcionamento, há um consumo de água devido ao consumo de vapor para atomização do combustível da caldeira. Por outro lado, a eventual abertura de válvulas de dreno e ventilação, válvulas de segurança, fugas de vapor e condensados, etc, provocam o abaixamento do nível da água no tanque de alimentação. A temperatura da água à chegada ao tanque de inspecção, proveniente dos condensados é de cerca de 80º C. Quando os feixes tubulares das caldeiras de chama e recuperativa se encontram cobertos de fuligem tornase necessário proceder à sua limpeza através de sopradores de fuligem que funcionam com vapor no caso da caldeira de chama e ar comprimido para a caldeira recuperativa CALDEIRA RECUPERATIVA Os gases de evacuação do motor P.P. são arrefecidos na caldeira recuperativa antes de sairem para a atmosfera através da chaminé. Com o motor a plena carga o vapor gerado na caldeira recuperativa é suficiente para accionar o turbogerador e fornecer o vapor necessário para diversos serviços (aquecimento de tanques, permutadores, etc.). Em situação de marcha reduzida ou quando o feixe tubular da caldeira recuperativa se encontra sujo com fuligem, é necessário que as caldeiras de chama e recuperativa trabalhem em paralelo de forma a gerar o vapor necessário para os diversos serviços. A caldeira recuperativa integra três secções distintas: Secção de sobreaquecimento; Secção de vaporização; Secção do economizador. O vapor saturado do gerador de vapor (ebulidor secundário da caldeira de chama) é sobreaquecido na caldeira recuperativa e enviado para accionamento do turbo-gerador. A água com uma temperatura próximo da ebulição é aspirada do gerador de vapor e comprimida para a secção de vaporização. A mistura de água e vapor retorna ao ebulidor secundário para separação. A água de alimentação é aspirada do tanque pela bomba de alimentação principal e enviada para o economizador, seguindo posteriormente para o ebulidor secundário. Normalmente no ebulidor a água não chega a vaporizar.