UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

Trabalho de Iniciao Cientfica

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

Trabalho de Iniciao Cientfica

Objetivo: texto didtico (apostila) para um curso de Mecnica Aplicada ao Navio, visando servir como consulta bibliogrfica para a nfase em engenharia naval oferecida atravs de opo pela disciplina Arquitetura Naval, no curso de Engenharia Mecnica.

O texto calcado em uma edio revisada, atualizada e reeditada da apostila do curso de Mecnica do Navio, de autoria do engenheiro naval Pedro Paulo Charnaux Sert, professor da disciplina na Escola Naval, com uma introduo extrada da obra clssica Arte Naval, do Comte. Maurlio M. Fonseca.

Alunos: Paulo Roberto Lage Almeida Leandro Pestana de Souza Orientao: Prof. Carlos Fernando M. Pamplona

Luiz Tiago Balbi Finkel

PREFCIO

Esta publicao especificamente direcionada utilizao dos alunos do curso de Engenharia Mecnica da Uff, como suporte bibliogrfico s disciplinas optativas com nfase na rea martima, relacionadas com as atividades de construo, reparo e operao de estruturas flutuantes, como os navios, as plataformas de petrleo, etc.

O NAVIO um sistema complexo. o que melhor engloba as mais diversas aplicaes da engenharia mecnica numa nica construo: na fabricao de seu casco, como uma estrutura metlica, composta de barras, vigas, colunas, chapas e placas, conectadas por pinos, rebites, parafusos, solda, chavetas, cavilhas; como um corpo que deve se manter flutuante e que se desloca em manobras sobre a superfcie ondulada das guas e em condies de estabilidade, como uma viga submetida a esforos primrios de flexo, corte e toro, alm da presso sobre o costado, conveses e anteparas; tendo um sistema propulsor que utiliza diversos equipamentos, como eixos acionadores de hlices, conectados por engrenagens e sustentados por mancais sob lubrificao.

O sistema propulsor acionado por motores de combusto interna ou turbinas, a gs ou a vapor, gerado por ciclos termodinmicos, utilizando caldeiras, aquecedores, condensadores, bombas, ventiladores de tiragem forada, compressores, trocadores de calor em plantas com tubulaes, vlvulas, drenos, medidores, sistemas de controle e automao. Vasos de presso para armazenamento e transporte de fluidos, alm de tanques de combustvel, aguada e lastro , so utilizados.

Esto sempre presentes sistemas auxiliares como os de ar comprimido para partida de motores e acionamentos pneumticos, servomecanismos, ar condicionado para compartimentos habitveis, grupos destilatrios, sistemas de refrigerao para frigorficas, lavanderia, cozinha, etc;

Alm da gerao e distribuio de energia eltrica para iluminao e potncia, para acionamento de motores, atravs de quadros eltricos, disjuntores, transformadores, servomecanismos, estabilizadores, agulhas giroscpicas, sempre dispe de equipamentos de deteco e telecomunicaes, navegao via satlite, etc.

Equipamentos nuticos como aparelhos de fundeio e amarrao, guinchos, cabrestantes, aparelhos de movimentao de carga, como guindastes, elevadores, so freqentes. Novos desenvolvimentos da tecnologia naval se relacionam com a propulso nuclear, com a construo de submarinos, de plataformas mveis para prospeco de petrleo, etc.

Realmente: como dito, o NAVIO o conjunto de sistemas que melhor engloba as mais diversas aplicaes da engenharia mecnica numa nica construo.

Por isso, esta publicao tem como objetivo apresentar aos alunos desse curso os conceitos bsicos relacionados com a geometria e a nomenclatura das diversas partes do navio, com o seu comportamento como um corpo flutuante carregado, em condies de estabilidade, resistncia estrutural e, em geral, com propulso.

A publicao est sendo elaborada como uma atividade acadmica complementar de Iniciao Cientfica e Tecnolgica, pelos alunos do Programa de Educao Tutorial (PET):

. Paulo Roberto Lage Almeida,

. Luiz Tiago Balbi Finkel,

. Leandro Pestana de Souza,

orientados pelo professor (engenheiro naval) Carlos Fernando M. Pamplona.

O texto calcado em uma edio revisada e atualizada da apostila intitulada Mecnica do Navio, de autoria do engenheiro naval, comandante Pedro Paulo Charnaux Sert, professor da disciplina na Escola Naval, com uma introduo extrada da obra clssica Arte Naval do comandante Maurlio M. Fonseca.

A primeira edio est sendo publicada em partes para utilizao dos alunos da disciplina Arquitetura de Estruturas Flutuantes, ministrada em 2006-2, pelo professor (engenheiro naval) Domingos de Faria Brito David.

NDICE

INTRODUO

I Nomenclatura. Termos Nuticos

Do navio em geral

Peas principais da estrutura dos cascos metlicos

Subdiviso do casco. Conveses. Compartimentos

Aberturas do casco. AcessriosII Geometria do Navio . Definies. Dimenses.

Definies

Dimenses lineares Desenho de linhas e plano de formas Coeficientes de forma Deslocamento e Arqueao

Curvas hidrostticasESTTICA DO NAVIO

1 Introduo

1.1 Conhecimentos prvios.

1.2 Sistemtica de abordagem2 - Flutuao

2.1 Condies de equilbrio

2.2 - Princpio de Arquimedes

2.3 Variao do Calado

2.3.1 - Flutuante com formas geomtricas simples

2.3.2 Flutuante com forma de embarcao

2.3.3 Corpos submersos

2.4 Sistemas de Unidades

2.5 Regras de Integrao

2.6 Curvas hidrostticas

2.6.1 Maneiras de representar

2.6.2 Clculos para os traados das curvas

2.6.3 Clculos de momentos de inrcia

2.6.4 Clculo de reas e centrides das balizas

2.6.5 Curvas de Bonjean

2.6.6 Clculos de volume, deslocamento, KB e LCB

3 Estabilidade Inicial.

3.2 Introduo

3.3 - Reviso

3.4 - Estabilidade dos Corpos Flutuantes

3.4.1 Condies iniciais.

3.4.2 Condies Adicionais

3.4.3 Conjugado de endireitamento (ou recuperao)

3.4.4 Conjugado emborcador

3.4 Determinao da posio do Centro de Gravidade

3.4.1 Importncia da determinao da posio do CG.

3.4.2 - Clculo da posio do CG

3.4.3 - Comentrios

3.4.4 - Experincia de inclinao

3.5 Estabilidade transversal

3.5.1 Introduo

3.5.2 - Curvas cruzadas de estabilidade

3.5.3 Uso de instrumentos e computadores

3.5.4 Correo para a posio exata do CG

3.6 Curva de Estabilidade

3.6.1 Generalidades

3.6.2 Observaes sobre a curva

3.6.3 Informaes obtidas atravs das curvas de estabilidade

3.6.4 Informaes reais

3.6.5 - Folheto de estabilidade

3.7 Estabilidade Dinmica

3.7.1 Estabilidade dinmica e curva de estabilidade

3.7.2 Estabilidade dinmica dos navios

4 Caractersticas do Navio que afetam a Estabilidade.

4.1 Caractersticas ideais da curva de estabilidade.

4.2 Anlise Sumria

4.2.1 Efeito do GM sobre a curva de estabilidade

4.2.2 Efeito da Borda-Livre

4.2.3 Efeitos de outros elementos de forma

4.2 4 Alguns mtodos para melhorar a estabilidade

4.2.5 Anlise mais detalhada

5 - Efeitos de Mudana de Pesos e de Superfcie Livre.

5.1- Introduo

5.2 - Princpios gerais. Adio, remoo e deslocamento de pesos

5.3 Mtodo de aplicao ao navio

5.4 Aplicao prtica do mtodo

5.5 Efeito de superfcie livre

5.5.1 Introduo

5.5.2 - Efeito na estabilidade inicial

5.5.3 Conseqncias do efeito de superfcie livre

5.5.4 Influncia da S.L. na curva de estabilidade esttica

5.5.5 Efeitos dinmicos

5.5.6 Cargas mveis (m peao) e cargas suspensas.

6 Equilbrio de corpos parcialmente flutuantes

6.1 Introduo

6.2 Caso de fora de reao de encalhe no plano central.

6.3 Caso mais geral: fora de reao de encalhe fora do plano central

6.4 Estabilidade durante a docagem

6.5 Encalhe. Casos mais complexos.

6.6 - Lanamento

6.6.1 - Objetivo

6.6.2 - Tipos.

6.6.3 - Pista

6.6.4 Fases. Tombamento. Queda.

7 Estabilidade em avaria. Alagamento.

7.1 Mtodo de adio de pesos

7.2 Mtodo de perda de flutuabilidade

7.3 Efeitos do alagamento na altura metacntrica transversal

7.4 Efeitos do alagamento na altura metacntrica longitudinal

7.5 - Efeito transversal do alagamento.

7.6 - Compartimentagem

7.6.1 - Introduo

7.6.2 Navios de 1, 2, ... compartimentos. Avaria-padro.

7.5.3 - Curvas de comprimento alagvel

8 Resistncia Estrutural (*)

8.1 A Viga-Navio

8.2 Esforos primrios, secundrios e tercirios

8.3 Momento Fletor e Fora Cortante

8.4 Tenses devido flexo

8.5 Mdulo de Resistncia da Seo-Mestra

8.6 Sociedades Classificadoras

DINMICA DO NAVIO (*)

1 Natureza da Resistncia Propulso

2 Resistncia do Atrito

3 Resistncia devida formao de Ondas

4 - Outras componentes da Resistncia

5 Tanques de Prova Mtodos de apresentao

6- Clculo da resistncia total e da Potncia efetiva

7 Introduo teoria dos propulsores

8 Ensaios com modelos de hlices

9 Interao entre Casco e Hlice

10 Determinao de caractersticas dos hlices por Sries Sistemticas

(*) a ser editado

BIBLIOGRAFIA.

1. Fundamentos de Teoria de Arquitetura Naval George C. Manning

2. Principles of Naval Architecture Hernry E. Rossel & Lawrence B. Chapman

3. Principles of Naval Architecture John Comstock

4. Statics and Dynamics of the Ship V. Seminov Tyan-Shansky

5. Projeto de Normas Terminologia Arquitetura Naval ABNT

6. Arte Naval Maurlio Fonseca

7. Arquitetura Naval para Oficiais de Nutica CLC Carlos R. Caminha

Alunos: Paulo Roberto Lage Almeida

Leandro Pestana de Souza

Luiz Tiago Balbi Finkel

Orientao: Prof. Carlos Fernando M. Pamplona

ESTTICA DO NAVIO

Flutuao. Princpio de Arquimedes.

Estabilidade Esttica.

Metacentro. Curvas Hidrostticas.

Curvas de estabilidade.

Estabilidade Dinmica

Experincia de inclinao.

Efeito da Mudana de pesos.

Efeito de Superfcie Livre

Flutuao parcial. Encalhe.Docagem.

Estabilidade em avaria. Alagamento.

Subdiviso estanque. Comprimento alagvel.

Resistncia estrutural.

MECNICA DO NAVIO

DINMICA DO NAVIO

Resistncia Propulso.

Resistncia de Atrito

Resistncia de Formao de Ondas

Resistncia residual

Tanques de prova

Resistncia total e potncia efetiva

Teoria da Propulso

Interao entre casco e hlice

Sries sistemticas

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