Hidrostática de Navios

Transcrição

1 Capítulo 8 Limitações da Estabilidade Estática

2 Introdução A teoria da estabilidade estática aplicada no cálculo das forças e momentos de restituição em arfagem, balanço e cabeceio (métodos convencionais) pode apresentar limitações acentuadas em relação às reais condições de operação dos navios no mar. Para além dos erros humanos que podem ser cometidos nos procedimentos de cálculo hidrostático, existem ainda três outros tipos de erros que podem ser devidos a: 1) Descrição insuficiente ou inadequada das formas do casco do navio ou ainda procedimentos de cálculo demasiado simplificados; 2) Pressupostos erróneos, como por exemplo, o pressuposto de que a grandes ângulos de inclinação um dado momento de restituição transversal irá provocar apenas uma inclinação no plano transversal (ausência de inclinação longitudinal - caímento); 3) O pressuposto de que a pressão exercida no casco do navio é sempre hidrostática, ou seja, ignorar as variações de pressão no casco do navio que se move relativamente às ondas e que uma simplificacao do sistema dinamico (nao-linear) navio sob influencia do vento e ondas nao introduz erros no balanco energetico efectuado.

3 1.1 Descrição da Geometria do Casco 1) Actualmente a descrição das formas do casco do navio mais precisa e rigorosa utilizada em engenharia corresponde à utilização de uma superfície. Onde, inclusivamente a partir dessa superfície poderão ser gerados painéis tri-dimensionais, wireframes ou linhas de intersecção com os planos transversal ou horizontal do navio para efeitos de cálculo hidrostático. 2) O cálculo hidrostático poderá ser efectuado pelo método tradicional da integração de áreas e volumes do casco para determinar os centróides e os centros de impulsão, etc. Ou, em alternativa, é também por vezes utilizado (mesmo em software comercial) o método da integração de pressões no casco do navio. 2.1) No método tradicional da integração de áreas e volumes interessa ainda distinguir qual o algoritmo de integração (explo: regra dos trapézios ou regras de Simpson), pois consoante o algoritmo adoptado assim se devem definir o número de planos de intersecção nas zonas do casco com maiores variações das suas formas. 2.2) Nos métodos de integração de pressões podemos também distinguir a integração de pressões em painéis (geralmente com malhas triangulares) e a integração de pressões ao longo de segmentos das várias faixas bi-dimensionais do casco.

4 1.2 Descrição da Geometria do Casco Superfície do casco Wireframe Linhas de intersecção

5 Plano Geométrico (Arrastão)

6 2 Efeito do caímento Todas as curvas de braços de estabilidade transversal (GZt) obtidas em função do ângulo de balanço e sem considerar a existência de caímento, correspondem habitualmente a resultados optimistas de estabilidade, pelo facto de a energia endireitante (área sob essa curva) obtida ser superior àquela relativa a um navio a flutuar livremente. Note-se que, caso seja aplicado o conceito de energia, facilmente se percebe que a introdução de uma restrição no sistema (como por exemplo, a condição de navio direito sem caímento) irá implicar que o navio assuma uma posição de um nível de energia mais elevado que aquele correspondente ao navio a flutuar livremente. Trim Effect onto Transverse Righting Arms Curves GZ [m] Free Trim Fixed Trim =0º Heel Angle [º]

7 3.1 - Variação da estabilidade em ondas Os problemas de estabilidade dinâmica do navio em ondas na condição intacta são habitualmente associados ao movimento de balanço transversal de grande amplitude. Por sua vez, estes movimentos surgem quando o navio encontra as ondas com uma frequência coincidente da sua frequência natural em balanço (ressonância). Este mecanismo é bem conhecido e pode ser tratado no âmbito da teoria linear do comportamento dinâmico em ondas pelo través. Porém, além das respostas síncronas em balanço excitadas pelas ondas pelo través, existem mais três fenómenos não-lineares susceptíveis de gerar um movimento de balanço dinamicamente instável e capaz de atingir grandes amplitudes. Estes fenómenos estão dependentes do nível de amortecimento em balanço, determinado pela velocidade de avanço e pela altura metacêntrica efectiva do navio ao deslocar-se nas ondas, as quais não devem ser tratadas como parâmetros estáticos mas como variáveis dinâmicas.

8 3.2 - Variação da estabilidade em ondas Portanto, os cenários de risco em que surgem os fenómenos não-lineares antes referidos são os seguintes: Navio na condição de ressonância paramétrica; Balanço excessivo devido à perda de estabilidade transversal quando o navio é capturado na crista de uma onda; Instabilidade direccional acoplada com o balanço excessivo devido à redução da estabilidade transversal em ondas, designada por guinada brusca; Saltos em balanço em condições de ressonância, com frequências múltiplas da frequência natural de balanço e estão associados à existência de um termo de restituição em balanço não-linear.

9 3.3 - Variação da estabilidade em ondas

10 3.3 - Variação da estabilidade em ondas Braços de Estabilidade GZ T ( cm ) Água Parada Cava MN Crista MN ξ 4 ( º ) GM T = 0.17 H / L = 1 w pp ( cm ) λ/ L pp =1.0

11 3.3 - Variação da energia endireitante do navio sob a acção de ondas e vento Waves Wind ( + A ).&& ξ + B.& ξ + B.& ξ. & ξ +. g. GZ ( ξ = F + F I ) 44 44