Critério de Estabilidade Estabilidade de Nyquist Introdução ...
Aula 2 - Parte 1 Estabilidade Intacta
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Arquitetura Naval II
Csar Salhua
rea de Engenharia Naval
Departamento de Engenharia Mecnica
Universidade Federal de Pernambuco
Parte I : Estabilidade Intacta
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Parte 1: Estabilidade Intacta
1 Estabilidade a grandes ngulos
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Caractersticas Principais da Curva de GZ
a) Regio Linear
Para pequenos ngulos, at 8 aproximadamente. A altura metacntrica o valor a ser
Considerado para analisar a estabilidade de uma embarcao.
Sabe-se que GZ = GMT fEsta a equao de uma reta. Portanto, nesta regio a curva de GZ para pequenos e
grandes ngulos deve ser a mesma.
-
b) Imerso do convs principal
Para a maioria das embarcaes, este um ponto de inflexo da curva GZ, desde o
ponto de vista do projeto um indicador importante para poder mudar os pontos de
alagamento progressivo (aberturas do casco no convs) e incrementar o pontal, com o
intuito de incrementar a estabilidade a grandes ngulos.
-
c) GZ mximo
Este o mximo brao de restaurao que a embarcao pode ter num determinado
ngulo de escora. O ngulo onde este brao apresentado de muita importncia.
-
d) Limite de estabilidade
o ngulo de escora para o qual o brao de estabilidade nulo.
-
e) Faixa de estabilidade
Esta faixa representa a regio entre dois ngulos de escora onde os braos GZ so
nulos.
f) rea da curva
Esta curva representa a energia de restaurao.
f
f
f
2
1
Md1A Dividindo entre o deslocamento:
ff
f
ff
f
2
1
2
1 dGZ
dGZ
A
-
Um dos primeiros trabalhos a considerar a energia de restaurao como parmetro
a ser analisado para verificar a estabilidade de embarcaes foi desenvolvido por
Piorrettet (1935).
Energia escorante: A1 + A3 + A4
Energia de restaurao: A2 + A3+ A4
Condio minima: Energia escorante = Energia de restaurao
Energia de restaurao Energia escorante = A2+A3+A4-(A1 + A3 + A4) = 0
Energia de restaurao Energia escorante = A2-A4= 0
A2=A4
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Efeito da altura metacntrica negativa na curva GZ-Em algumas condies, a altura metacntrica de uma embarcao negativa, o
qual produz que o momento de restaurao seja negativo, portanto o brao GZ
negativo tambm.
-Porm, a partir de um determinado ngulo de escora o momento de restaurao
volta a ser positivo e a embarcao volta ter estabilidade. Sendo que o ngulo de
equilbrio transversal mudou para f1, que se conhece como ngulo de loll.-Este efeito produz um movimento de balano indesejvel.
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Formulao simplificada do navio com costados retos-Formulao que permite estudar o comportamento do brao de restaurao
considerando que os costados da embarcao so retos ao longo de todo seu
comprimento.
-Sua aplicabilidade prtica limitada devido ao fato que no muitas embarcaes
apresentam os costados retos ao longo de todo seu comprimento, sobre todo na
proa e na popa existe mudana na forma do costado.
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Exemplo considerando um GMt negtivo
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2 Critrios de Estabilidade
William Froude (1868) percebeu que a estabilidade de embarcaes deve ser
tratado como um fenmeno dinmico, incluindo o efeito da onda, devido ao fato
que ele observou que o balano das embarcaes aumentava quando ondas
incidiam longitudinalmente sobre a embarcao (perodo de oscilao de pitch
duas vezes o perodo natural de roll).
Devido as complexidades envolvidas o problema foi tratado do ponto de vista
esttico, ou seja considerando guas calmas.
Uma das primeiras iniciativas para incluir os efeitos dinmicos, foi a
considerao da energia dos momentos escorantes e restauradores propostos
por Reed (1868). Porm, sempre considerando guas calmas (hidrosttica).
-
Rahola (1939) marco uma referncia na avaliao pratica da estabilidade de
embarcaes. Este trabalho parte da sua tese doutoral, na qual utilizou como
referencia resultados oficiais de 34 casos de emborcamento, onde foram
analisadas e comparadas curvas de momentos de restaurao de embarcaes
emborcadas com as curvas de momentos de restaurao com estabilidade
satisfatria (existentes naquela poca). De esta forma, foi capaz de estabelecer
valores mnimos para o momentos de restaurao que garantissem a segurana
dos navios frente ao emborcamento.
O trabalho de Rahola causou grande impacto devido a que foi o primeiro estudo
amplo do seu tipo e porque o mtodo proposto foi relativamente simples de ser
aplicado na prtica, ao no requerer de qualquer outro tipo de clculo complexo
uma vez conhecidas as curvas de braos de restaurao.
Por este motivo, muitas das regras ou recomendaes de estabilidade, por
exemplo, a Conveno de Torremolinos (IMO, 1977), ainda baseiam seus
critrios de avaliao de estabilidade na metodologia desenvolvida por Rahola.
Estes critrios como de esperar, no so totalmente confiveis para as
embarcaes atualmente existentes, como queda evidenciado nos grandes
acidentes onde a estabilidade de estes satisfazia (muitas vezes por um amplo
margem) os critrios da IMO e a pesar disto emborcaram.
-
Durante muitos anos, as tentativas para entender e tratar o problema de
emborque de embarcaes em ondas tem sido esporadicamente y, em geral,
sem nenhuma coordenao global por parte de autoridades. A pesar disto,
muitos pesquisadores e instituies envolvidas com o avano do conhecimento
nesta rea tem dado contribuies importantes, como por exemplo, Du Cane e
Goodrich (1962), Oakley et. al. (1974), Hamamoto e Nomoto (1982), Umeda e
Renilson (1994) entre outros.
Muitos destes trabalhos tem permitido identificar analtica, numrica e/ou
experimentalmente muitos fenmenos prprios do comportamento dinmico de
embarcaes, para os quais, ainda hoje, existem poucos ou nenhum critrio
unnime de avaliao.
Dentre os fenomenos que levam a perda de uma embarcao, o que mais tem
atraido a ateno de pesquisadores e instituies como a Organizao Martima
Internacional (IMO), a Conferencia Internacional de Tanques de Reboque (ITTC),
Sociedades Classificadoras, entre outras, so os mecanismos que levam ao
emborcamento, principalmente em mar de popa, pois este a condio mais
desfavorvel para uma embarcao.
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Resoluo A.167 da IMO, baseada quase integralmente no estudo de Rahola.
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Critrio complementar considerando momentos escorantes
Durante a operao de uma embarcao importante considerar efeitos que
possam fazer com que embarcao sofra ngulos de escora, estes angulos podem
comprometer a estabilidade.
Dentre os efeitos que podem produzir escoras podem-se mencionar os seguintes:
-Vento que atua transversalmente na superestrutura
-O movimento de balano do casco produzido pelas ondas.
-As foras produzidas no casco durante as manobras.
-O carregamento e descarregamento de pesos.
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a) Momentos escorantes produzidos pelo vento
Brao do momento escorante produzido pelo vento
Brao escorante
Onde:
A: rea projetada (m2 ).
V: vento medio, considerar 100 ns.
l: brao de momento desde a metade do calado at o centride de reas
expostas projetada transversalmente (m).
: deslocamento da embarcao (MN).
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Critrio a ser adotado:
O ngulo S o ngulo de equilibrio entre o momento do vento e o momentoescorante se o vento for constante e no existirem ondas.
A partir do ngulo S trazado um ngulo de 25o com sentido negativo do eixo
de angulos de escora, a partir da vertical desse ngulo considerado o inicio
de aplicao do momento escorante e de restaurao.
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b) Momentos escorantes produzidos por levantar um peso pelo costado
Brao do momento escorante pelo iamento de um peo transversalmente
Brao =
Onde:
W : peso a ser iado
a: distncia transversal da linha de centro at peso no final do brao do guindaste.
: deslocamento incluindo o peso a ser iado.
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Critrio a ser adotado segundo a USN (United States Navy)
b) Momentos escorantes produzidos por levantar um peso pelo costado
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c) Momento produzido durante o giro de uma embarcao durante manobras
O momento devido a fora centrifuga durante uma manobra de giro obtido
aproximadamente pela seguinte equao:
O brao de escora devido a o giro da embarcao:
Onde:
V: velocidade da embarcao (m/s).
g: gravidade (m/s2).
R: raio de giro, pode a metade do diametro tactico (m).
T: calado (m).
KG: altura do centro de gravidade (m).
-
Critrio a ser adotado:
c) Momento produzido durante o giro de uma embarcao durante manobras
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Exemplo:
Uma embarcao com deslocamento de 50MN tem um KG = 8.40m, apresenta
as curvas GZ de estabilidade mostradas a seguir , as quais foram determinadas
com um KG = 5.0m.
GZ(m)
-
Soluo:
Verificar se a curva tem cumpre com os seguintes critrios:
-
a) Energia de restaurao (estabilidade dinmica)
rea at 30 = 0.0565m*rad > 0.055m*rad
rea at 40 = 0.1219m*rad > 0.090m*radCumpre com este critrio
rea entre 30 e 40 = 0.0654m*rad > 0.030m*rad
-
GZ = 0.29m > 0.20m
b) Brao de restaurao para = 30
c) GZ mximo para um > 30
GZ = 0.46m para = 45
d) Altura metacntrica inicial deve ser > 0.15m
Da curva de GZ pode-se obter a seguinte equao: GMt = 0.0045
Considerado = 1rad = 57.29o
GMt = 0.0045 (57.29) = 0.2578m
Cumpre com este critrio
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Verificar se a embarcao apresenta suficiente estabilidade transversal quando
Incide sobre ela um vento de 100 ns.
GZs = 0.077m
GZmax = 0.49m
A1=0.031857RAD*M
A2=0.218537RAD*MA1
A2
A2>=1.4*A1
0.218537>0.0445
GZs
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2.1 Critrios de Estabilidade - Regulamentaes
NORMAM : Normas da Autoridade Martima Brasileira
Tem regras prprias que impem critrios mnimos que devem ser cumpridas por
toda embarcao, dentro do regime aplicvel, que operaro no mar brasileiro.
NORMAM 01 Embarcaes para mar aberto
NORMAM 02 Embarcaes para navegao interior
IMO: International Maritime Organization
a agencia das Naes Unidas que se responsabiliza pela segurana das
operaes martimas e a preveno da poluio marinha por navios.
Emite uma srie de regras com critrios mnimos aplicveis a todas as
embarcaes com bandeira ou que operaro em algum dos pases membros da
IMO.
-
MARPOLMarpol 73/78 uma Conveno Internacional para a Preveno da Poluio por Navios,
criado em 1973 e alterado pelo Protocolo de 1978. ("Marpol" uma abreviao para "marine
pollution" e 73/78 uma abreviao para os anos 1973 e 1978.)
Marpol 73/78 uma das mais importantes convenes ambientais internacionais. Ela foi
criada com o intuito de minimizar a poluio dos mares , incluindo dumping de leo e
poluio de escape. Seu objeto declarado : para preservar o meio marinho atravs da
completa eliminao da poluio por hidrocarbonetos e outras substncias nocivas e a
minimizao da descarga acidental de tais substncias.
A Conveno MARPOL original foi assinado em 17 de fevereiro de 1973, mas no entrou em
vigor. A Conveno atual uma combinao da Conveno de 1973 e do Protocolo de 1978.
Ela entrou em vigor em 02 de outubro de 1983. Em 31 de dezembro de 2005, 136 pases,
representando 98% da tonelagem mundial de navegao, j faziam parte da Conveno.
Todos os navios embandeirados em pases que so signatrios da Conveno MARPOL
esto sujeitos s suas necessidades, independentemente de onde eles navegam e as
naes membros so responsveis por embarcaes registradas em suas respectivasnacionalidades.
2.1 Critrios de Estabilidade - Regulamentaes
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SOLAS (International Convention for the Safety of Life at Sea, 1974)
A Conveno Internacional para a Salvaguarda da Vida no
Mar (em ingls: Safety of Life at Sea - SOLAS) (International Convention for the
Safety of Life at Sea). o mais importante tratado sobre a segurana da marinha
mercante.
A primeira verso da SOLAS foi assinada em 1914, consequncia directa do
acidente com o Titanic. Em 1928 foi adoptada a segunda emenda da conveno,
em 1948 a terceira e em 1965 a quarta.
Hoje, a SOLAS data de 1974, ano em que foi profundamente revista.
A Conveno Internacional para a Salvaguarda da Vida Humana no Mar tem por
propsito estabelecer os padres mnimos para a construo de navios, para a
dotao de equipamentos de segurana e proteo, para os procedimentos de
emergncia e para as inspees e emisso de certificados.
-
TORREMOLINOS
A Conveno Internacional de Torremolinos para a Segurana das Embarcaes
de Pesca, de 1977, bem como o seu Protocolo adotado pela Conferncia de
Torremolinos, de 1993, realizadas no mbito da IMO Organizao Martima Internacional, nunca entraram internacionalmente em vigor devido ao insuficiente
nmero de ratificaes por parte dos Estados signatrios.
-
Sociedades de Classificao
No setor da navegao, Sociedades Classificadoras so empresas, entidades
ou organismos reconhecidos para atuarem em nome da Autoridade Martima
Brasileira na regularizao, controle e certificao de embarcaes nos aspectos
relativos segurana da navegao, salvaguarda da vida humana e da
preveno da poluio ambiental. As normas e procedimentos previstos na
presente norma complementam os dispositivos legais em vigor, no
desobrigando os utilizadores de conhecer esses dispositivos, em especial a Lei
no 9537 de 11/12/97 que dispe sobre a segurana do trfego aquavirio
(LESTA) e o Decreto no 2.596 de 18/05/98 (RLESTA). Alm dos Representantes
da Autoridade Martima devidamente designados, somente as Sociedades
Classificadoras formalmente reconhecidas por meio de Acordo de
Reconhecimento podero realizar, em nome da Autoridade Martima Brasileira, as
auditorias, inspees, vistorias e emisses de certificados e demais documentos
previstos nas Convenes e Cdigos Internacionais das quais o pas signatrio
e/ou na legislao nacional aplicvel.
-
Embarcao descrita na
NORMAM e com propsito
tambm descrito na NORMAMUtilizar NORMAM
Embarcao descrita na
NORMAM e com propsito no
descrito na NORMAM
Utilizar :
-NORMAM
-Norma IMO, SOLAS ou MARPOL
-Ou Sociedade de Classificao
Embarcao no descrita na
NORMAM
Utilizar :
-Norma IMO
-Ou Sociedade de Classificao
LEMBRAR O CRITRIO MAIS EXIGENTE DAS NORMAS UTILIZADAS O QUE
DEVE SER UTILIZADO!!!!
-
Exemplo:
Empurrador fluvial
Regra aplicvel Tipo de Embarcao Funo
NORMAM 02 Rebocador/Empurrador Rebocar/Empurrar
NORMAM 02 2011Existem duas possveis opes, dependendo da regio onde o rebocador ir a
operar : rea 1 ou rea 2
-
Continuao:
-
Continuao:
-
2.2 Condies de CarregamentoA avaliao da estabilidade dever ser efetuada para as condies de
carregamento nas quais o proprietrio pretende operar a embarcao. Porm, de
boa prtica avaliar todas as possveis condies nas quais a embarcao pode
estar at atingir a condio de carregamento de projeto.
Por exemplo:
Embarcaes de carga
a) Condio de partida de porto:
Carregamento mximo com 100% de consumveis (tanques de combustvel,
gua e comestveis)
b) Condio de chegada ao porto de destino:
Carregamento mximo com 10% de consumveis (tanques de combustvel,
gua e comestveis).
c) Condio de peso leve:
Sem carregamento e 0% de consumveis (tanques de combustvel, gua e
comestveis)
-
Condio Leve
Chegada ao porto de destino: 100% Carga 10% Consumveis
-
Embarcaes de pesca
a) Condio de partida de porto:
0% do carregamento com 100% de consumveis (tanques de combustvel,
gua e comestveis)
b) Condio de chegada a zona de pesca:
0% do carregamento com 60% de consumveis (tanques de combustvel,
gua e comestveis).
c) Condio de sada da zona de pesca:
100% do carregamento com 60% de consumveis (tanques de combustvel,
gua e comestveis).
d) Condio de peso leve:
0% de carregamento e 0% de consumveis (tanques de combustvel, gua e
comestveis)
e) Condio de retorno ao porto:
100% do carregamento e 10% de consumveis (tanques de combustvel, gua
e comestveis)
-
Condio Leve
100% Carga 10% Consumveis
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2.3 Efeito de superfcie livre na estabilidade agrandes ngulos
MREST : Momento de restaurao original
MREST TOTAL : Momento Total
MSL : Momento devido ao efeito da superfcie livre do tanque
MREST TOTAL = MREST - MSL
-
Brao de restaurao com
efeito de superfcie livre:
-
Efeito de superfcie livre produzido pelo tanque:
Tanque:
Momento produzido pelo tanque:
-
Momento da
primeira cunha:
Analogamente o
momento da
segunda cunha:
-
Momento do efeito de
superfcie livre:
Diminuio do brao de
restaurao devido ao
efeito de superfcie livre
IT : Momento de inrcia transversal do tanque em relao ao centroide da rea
inicial.
-
Tanque Esfrico
Movimentao do centroide do
liquido do tanque
Movimentao do centro de
gravidade da embarcao
-
Diminuio do brao de
restaurao devido ao
efeito da superfcie livre
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Efeito da superfcie livre sobre a curva de restaurao a grandes ngulos:
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ATA DE ESTABILIDADE E TRIMADO OU FOLHETO DE
TRIM E ESTABILIDADE
Documento que avalia as condies de trimado e estabilidade do projeto em
vrias condies de carregamento.
As regras e normas de estabilidade aplicveis devem ser utilizadas.
As caractersticas dos tanques devem ser informados, assim como a
porcentagem de preenchimento.
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Exemplo Catamar de passageiros:
CARACTERSTICAS DA EMBARCAO
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Compartimentagem:
-
CRITRIO DE ESTABILIDADE
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CONDIO DE SAIDA DE PORTO : 100% CONSUMIVEIS
-
CONDIO DE SAIDA DE PORTO : 100% CONSUMIVEIS
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CONDIO DE CHEGADO AO PORTO: 10% CONSUMIVEIS
-
CONDIO DE CHEGADO AO PORTO: 10% CONSUMIVEIS