ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de...

118
ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014

Transcript of ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de...

Page 1: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUEINFANTE D. HENRIQUE

TECNOLOGIA MARÍTIMATECNOLOGIA MARÍTIMA

Capítulo V – Sistemas de Capítulo V – Sistemas de Propulsão e GovernoPropulsão e Governo

ENIDH – 2013/2014ENIDH – 2013/2014

Page 2: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 2

Sistemas de propulsão

ÍndiceSistemas de propulsãoElementos de um sistema de

propulsãoHélicesSistema de governo

Page 3: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 3

Sistemas de propulsãoSistema de propulsão

A sua função é efectuar a propulsão dos navios

O número e tipos de órgãos mecânicos envolvidos na propulsão, depende da velocidade de rotação das máquinas principais e dos respectivos propulsores que accionam

Têm de operar para obter o melhor rendimento para a instalação propulsora, e por conseguinte do tipo de propulsão adoptada

Page 4: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 4

Sistemas de propulsão

Tipos de propulsãoPropulsão directa – quando a

máquina principal e o hélice que acciona, operam com bom rendimento à mesma velocidade de rotação

A máquina principal acciona directamente a linha de veios, em cuja extremidade a ré está montado o hélice (propulsor)

Page 5: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 5

Sistemas de propulsão

Tipos de propulsãoPropulsão indirecta – quando a máquina

principal apenas opera com bom rendimento a uma velocidade de rotação superior à do hélice que acciona

A máquina principal acciona, através de uma caixa de engrenagens redutoras, a linha de veios, a fim de que o hélice também montado na extremidade a ré desta, opere com bom a rendimento a uma velocidade de rotação mais baixa

Page 6: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 6

Sistemas de propulsão

Propulsão directaAs características do equipamento

utilizado na propulsão directa dos navios são normalmente as seguintes :Máquinas principais - motores diesel lentos a 2 tempos

Linhas de veios - accionadas directamente pelos motores

Hélices (propulsores) - de passo fixo ou de passo variável

Page 7: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 7

Sistemas de propulsão

Propulsão directaElementos de um sistema de

propulsão directa

Page 8: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 8

Sistemas de propulsãoPropulsão indirecta

As características do equipamento utilizado na propulsão indirecta dos navios, são normalmente as seguintes :Máquinas principais - motores diesel a 2

tempos, motores Diesel a 4 tempos de média velocidade, turbinas a vapor e turbinas a gás

Caixas de engrenagens redutoras e linhas de veios.

Hélices (propulsores) - normalmente de passo variável

Page 9: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 9© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 9

Sistemas de propulsão

Propulsão indirectaElementos principais

Page 10: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 10

Sistemas de propulsãoPropulsão indirecta

Motor diesel a dois tempos, caixa redutora e gerador de veioO gerador de veio permite obter energia

eléctrica para o navio a partir da máquina principal (condição de navio a navegar)

Deste modo, evita que estejam a funcionar os geradores Diesel auxiliares com o navio a navegar

Os geradores Diesel funcionam em geral com o navio em manobras, atracado ou a navegar com mau tempo (motivo de segurança)

Page 11: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 11

Sistemas de propulsão

Propulsão indirectaMotor diesel a dois tempos, caixa

redutora e gerador de veio

Page 12: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 12

Sistemas de propulsão

Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsorasPara que esta comparação seja

possível tem de ser efectuada no âmbito de aplicabilidade em que as diferentes tipos de instalações propulsoras possam concorrer, tendo em consideração uma potência propulsora, em geral superior a 25000 kW (≈ 34000 CV)

Page 13: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 13

Sistemas de propulsão

Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsorasPeso da instalação – a mais leve é a

que utiliza a turbina a gás e a mais pesada a que utiliza a solução diesel directa, ocupando a turbina a vapor uma posição intermédia

Espaço ocupado pela instalação – é semelhante para as soluções que utilizam turbinas a vapor e motores diesel e menor para a solução que utiliza turbinas a gás, o que por si só permite aumentar a capaci-dade de carga do navio em cerca de 13 %

Page 14: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 14

Sistemas de propulsão

Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsoras

Espaço ocupado

pela maquinaria (turbina a

gás vs. motor Diesel)

Page 15: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 15

Sistemas de propulsãoComparação entre os diversos tipos

de instalações propulsorasPessoal a utilizar na operação – é

sensivelmente o mesmo para as três soluções

Preço do equipamento – é sensivelmente igual para as três soluções. Mas à medida que a potência propulsora vai diminuindo, verifica-se uma progressiva redução do custo da propulsão com motor diesel em relação às restantes

Page 16: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 16

Sistemas de propulsão

Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsorasManutenção do equipamento – a

propulsão com motor diesel apresenta uma ligeira desvantagem devido aos maiores custos que envolve

Consumo de combustível – é menor no caso da propulsão com motor diesel, seguindo-se a propulsão com turbinas a vapor, sendo a propulsão com turbinas a gás a que consome mais para a mesma potência propulsora

Page 17: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 17

Sistemas de propulsão

Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsorasActualmente, a propulsão com motor

diesel é a que apresenta os custos de exploração mais baixos, para a maior parte dos navios mercantes

Este tipo de propulsão é actualmente utilizado em mais de 97% dos navios da frota mercante mundial

Page 18: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 18

Sistemas de propulsão

Sistemas de propulsão utilizados em naviosPropulsão mecânicaPropulsão CODOG Propulsão CODAGPropulsão CODLAGPropulsão Diesel-eléctrica

(convencional)Propulsão Diesel-eléctrica (AZIPOD)Propulsão a jacto

Page 19: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 19

Sistemas de propulsãoPropulsão mecânica (directa)

Utiliza-se quando o motor principal opera a baixa velocidade (entre 80 a 200 rpm)

Caso típico: motores diesel a dois temposNeste caso, o veio propulsor roda à mesma

velocidade da máquina principalEsta configuração é mais simples visto

dispensar a utilização de caixas redutorasPodem utilizar gerador de veio e turbina de

potência

Page 20: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 20

Sistemas de propulsão

Propulsão mecânica directa com recuperação de energiaNos motores de elevada potência,

parte dos gases de evacuação passa por uma turbina de potência (só funciona com carga do motor P.P. acima de 50%)

Os gases passam ainda por uma caldeira recuperativa, de modo a produzir vapor para uma turbo-geradora

Page 21: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 21

Sistemas de propulsão

Propulsão mecânica directa com recuperação de energia

Utiliza os gases de

evacuação do motor

recuperar energia

através de turbina de potência e

turbo-geradora

Page 22: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 22

Sistemas de propulsãoPropulsão mecânica (indirecta)

Sistema com duas linhas de veios

Page 23: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 23

Sistemas de propulsãoPropulsão CODOG (Combined Diesel

or Gas)É um sistema de propulsão que utiliza

motores Diesel para a propulsão em velocidade de cruzeiro

Para velocidades mais elevadas, e durante períodos não muito prolongados, utiliza-se uma turbina a gás de elevada potência (sistema muito usado em fragatas e outros navios de guerra)

Nesta situação, os motores Diesel não funcionam

Page 24: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 24

Sistemas de propulsão

Propulsão CODOG (Combined Diesel or Gas)

Page 25: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 25

Sistemas de propulsãoPropulsão CODAG (Combined

Diesel And Gas)É um sistema de propulsão que utiliza

motores Diesel para a propulsão em regime de velocidade de cruzeiro

Para aumentar a velocidade do navio, utiliza-se uma turbina a gás auxiliar em conjunto com os motores Diesel para aumentar a potência total de propulsão do navio

Desvantagem: maior complexidade das engrenagens redutoras

Page 26: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 26

Sistemas de propulsão

Propulsão CODAG (Combined Diesel And Gas)

Page 27: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 27

Sistemas de propulsão

Propulsão Diesel-eléctrica com uma linha de veios e caixa redutora

Page 28: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 28

Sistemas de propulsão

Propulsão Diesel-eléctrica com duas linhas de veios sem caixa redutora

Page 29: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 29

Sistemas de propulsão

Propulsão Diesel-eléctrica com sistema Azipod Sistema muito usado em navios de

cruzeiro

Page 30: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 30

Sistemas de propulsão

Sistema de propulsão AzipodPode utilizar uma ou mais unidades,

cada uma constituída por um motor eléctrico e um hélice

O conjunto é acoplado à estrutura do navio sendo capaz de rodar 360º

Este facto, permite eliminar o sistema de governo (leme), uma vez que o fluxo de água de propulsão é direccionado pelo Azipod

Page 31: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 31

Sistemas de propulsão

Sistema de propulsão AzipodAs perdas de potência nas caixas de

engrenagens e linhas de veios, são eliminadas, e o respectivo espaço ocupado pode ser utilizado para outros fins

Proporciona uma maior estabilidade ao navio e uma redução média de 15% no consumo de combustível

Quando utiliza duas unidades, os hélices operam em contra-rotação

Page 32: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 32

Sistemas de propulsão

Sistema de propulsão AzipodOs

motores eléctricos accionam os hélices

A direcção é hidráulica

Não necessita

m de máquina do leme

Page 33: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 33

Sistemas de propulsão

Sistema de propulsão AzipodSistema Azipod (Azipod propellers)

M/S Europa

(2x6,65 MW)

Page 34: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 34

Sistemas de propulsãoInstalação propulsora com sist.

Azipod

Esquema da

instalação propulsora do navio

de cruzeiro “Oasis of the Seas”

Page 35: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 35

Sistemas de propulsão

Sistema integrado de propulsão Azipod

Page 36: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 36

Sistemas de propulsão

Propulsão CODLAG (Combined Diesel-eLectric And Gas)Utiliza motores Diesel para produzir

energia eléctrica que vai alimentar os motores de propulsão do navio (velocidade de cruzeiro)

Para obter velocidades mais elevadas, utiliza-se uma turbina a gás auxiliar de modo a aumentar a potência eléctrica total utilizada para a propulsão do navio

Page 37: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 37

Sistemas de propulsãoPropulsão CODLAG (Combined

Diesel-eLectric And Gas)

Page 38: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 38

Sistemas de propulsão

Propulsão CODLAG (Combined Diesel-eLectric And Gas)

Turbina a gás do navio de cruzeiro Queen Mary 2

Page 39: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 39

Sistemas de propulsãoPropulsão eléctrica utilizando células

de combustível (fuel cells)Uma célula de combustível converte o

hidrogénio directamente em electricidadeEste sistema não possui partes móveisTem um elevado rendimento de

conversãoA reacção da célula de combustível é

semelhante do ponto de vista químico a um processo de combustão: o hidrogénio combina-se com o oxigénio e liberta vapor de água

Page 40: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 40

Sistemas de propulsãoPropulsão eléctrica utilizando células

de combustível (fuel cells)A reacção química produz igualmente

calor que é retirado através de um sistema de arrefecimento

A célula de combustível pode ser utilizada para substituir um grupo diesel-gerador

Aplicação: este sistema é utilizado nos novos submarinos da Marinha Portuguesa (sistema AIP - Air Independent Propulsion)

Page 41: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 41

Sistemas de propulsão

Célula de combustível (fuel cell)

Princípio de funcionamen

to de uma célula de

combustível

Page 42: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 42

Sistemas de propulsãoPropulsão marítima através de

células de combustível (fuel cells)

Page 43: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 43

Sistemas de propulsãoCélulas de combustível (Sistema

AIP)Células usados nos submarinos

U212/U214

Page 44: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 44

Sistemas de propulsão

Propulsão do submarino U214 –Marinha Portuguesa (2011)

Page 45: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 45

Sistemas de propulsãoPropulsão por jacto de água (water

jet)A descarga de um bomba a alta

velocidade provoca o impulso necessário para deslocar a embarcação

O seu uso está limitado a certos tipos de embarcações. Destacam-se:Ferries rápidosNavios militares Lanchas rápidas (guarda costeira, recreio, ...)

Motas de água, ....

Page 46: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 46

Sistemas de propulsãoPropulsão por jacto de água (water

jet)Utiliza uma bomba que descarrega o

caudal de água a elevada velocidade, à ré do navio

Page 47: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 47

Sistemas de propulsãoPropulsão por jacto de água (water

jet)Esquema em corte do sistema de

propulsão

Page 48: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 48

Sistemas de propulsãoPropulsão por jacto de água (water

jet)Conjunto motor+ tubeira de descarga

(é orientável para efeitos de manobra)

Page 49: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 49

Sistemas de propulsão

Propulsão através do ventoUm pouco de história marítima

O “Cutty Sark” foi um dos

últimos veleiros

(“Clipper”) a ser construído para fazer a rota do chá

(Escócia, 1869)

Page 50: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 50

Sistemas de propulsão

Propulsão através do vento

Entre 1895 e 1922 (27

anos) navegou sob

pavilhão português

com a designação “Ferreira”Actualmente, está em exposição em Greenwich,

Londres

Page 51: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 51

Sistemas de propulsãoPropulsão através do vento

Devido à crise e ao aumento do custo dos combustíveis, as empresas armadoras têm vindo a reduzir a velocidade de cruzeiro dos seus navios (“slow steaming”)

Devido a esta acção, uma das maiores empresas de navegação (Maersk Line) conseguiu reduzir os custos em 30%

Deste modo, actualmente a velocidade dos navios está ao nível da dos veleiros do século XIX (entre 12 e 15 nós)

Page 52: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 52

Sistemas de propulsãoPropulsão através do vento

De forma a reduzir o consumo de combustíveis fósseis bem como a libertação de gases de efeito de estufa para a atmosfera, têm vindo a surgir projectos que apostam no regresso à propulsão através do vento

A empresa B9 Shipping está a construir um navio que deverá estar operacional em 2012 e que irá navegar principalmente com recurso à acção do vento

Page 53: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 53

Sistemas de propulsãoPropulsão através do vento

O navio estará equipado com velas de ajuste automático que respondem ao minuto às mudanças do vento para maximizar a eficiência da propulsão

Vai também utilizar um parapente colocado à proa, que permite aumentar a eficiência da acção do vento e reduzir o consumo de combustível

O motor diesel movido a bio-combustível só entrará em funcionamento quando não houver vento disponível

Page 54: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 54

Sistemas de propulsão

Propulsão através do vento

Este navio irá dispor

de um motor

auxiliar que

fornece 40% da

potência de

propulsão

Page 55: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 55

Sistemas de propulsão

Propulsão através do vento

Dispõe à proa de um sistema avançado de detecção da

intensidade e direcção do vento, para optimizar a

orientação das velas

(automático)

Page 56: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 56

Sistemas de propulsão

Propulsão através do ventoNavio a motor da US Navy “MV

Beluga”Este navio

dispõe de um balão que lhe

permite reduzir o

consumo de combustível em cerca de

20 a 30%

Page 57: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 57

Sistemas de propulsão

Propulsão através do vento

Navio de cruzeiro moderno

com propulsão à vela (Nota: utilizam um

motor auxiliar)

Page 58: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 58

Sistemas de propulsão

Elementos de um sistema de propulsãoCaixa redutora (reduction gear)Linha de veios (line shaft)Chumaceira de impulso (thrust

bearing)Conjunto veio, manga, hélice e lemeHélice principal (main propeller)Hélices auxiliares (Bow and stern

propellers)

Page 59: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 59

Sistemas de propulsão

Caixa de engrenagens redutorasUtiliza-se na propulsão indirecta

para permitir que o hélice opere a uma velocidade de rotação inferior à da máquina principal que o acciona

É constituída por um conjunto de engrenagens redutoras de velocidade, de modo a obter-se uma rotação adequada do hélice (elevado rendimento)

Page 60: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 60

Sistemas de propulsão

Caixa redutora (esquema em corte)

Page 61: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 61

Sistemas de propulsão

Linha de veiosQuando a distância entre o hélice e a

máquina principal é grande, a linha de veios é constituída por:

Veio de impulso, veios intermédios e veio propulsor

Chumaceiras de impulso e de apoio Manga e bucim de vedação

Page 62: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 62

Sistemas de propulsão

Linha de veiosÀ medida que a distância entre a

máquina principal e o hélice que acciona vai diminuindo, o número de veios intermédios e de chumaceiras de apoio também diminui

No limite, pode existir apenas o veio propulsor a ligar a máquina principal ao hélice

Page 63: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 63

Sistemas de propulsão

Linha de veios

Page 64: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 64

Sistemas de propulsão

Chumaceira de impulsoÉ o dispositivo que suporta e

transmite o impulso do hélice ao navioÉ a primeira chumaceira a contar de

vante para réÉ por seu intermédio que o propulsor

transmite o impulso ao navio evitando assim que o esforço devido ao impulso axial seja suportado pela máquina principal

Page 65: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 65

Sistemas de propulsão

Chumaceira de impulsoNas instalações propulsoras cujas

máquina principais são motores diesel de média rotação, turbinas a vapor e turbinas a gás, a chumaceira de impulso pode ser integrada na respectiva caixa de engrenagens redutoras de velocidade de rotação

Page 66: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 66

Sistemas de propulsão

Chumaceira de impulsoImagens de chumaceira de impulso

Page 67: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 67

Sistemas de propulsãoChumaceira de impulso

Imagem de uma chumaceira de impulso

Page 68: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 68

Sistemas de propulsão

Chumaceiras de apoioServem de suporte ao veio de

impulso e aos veios intermédios da linha de veios

Situam-se entre a chumaceira de impulso e a manga

Permitem uma adequada lubrificação e arrefecimento dos respectivos moentes de apoio

Page 69: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 69

Sistemas de propulsão

Chumaceiras de apoio

Page 70: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 70

Sistemas de propulsão

Linha de veiosA linha de veios é constituída pelo

veio motor que liga à máquina, pelo veio propulsor acoplado ao hélice e pelo veio ou veios intermédios que estabelecem a ligação entre o veio motor e o veio propulsor

A distância entre a máquina e o hélice determina a existência ou não dos veios intermédios

Page 71: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 71

Sistemas de propulsão

Linha de veiosEsquema de uma linha de veios

Page 72: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 72

Sistemas de propulsãoManga

O veio propulsor atravessa o casco do navio passando por dentro de um tubo (manga)

A vedação é assegurada por um bucim, situado na extremidade anterior da manga que evita que a água entre para dentro do navio

A manga atravessa um tanque de água doce (pique de ré) que efectua o arrefecimento da manga

Page 73: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 73

Sistemas de propulsãoBucim do veio do hélice (tipo

comum)Os bucins destinam-se a vedar a

entrada de água do mar para o navio, e 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 certo número de anéis ou voltas de empanque

Page 74: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 74

Sistemas de propulsãoBucim do veio do hélice (“simplex”)

Tem a vantagem de aumentar consideravelmente o tempo de serviço e os intervalos entre as intervenções de manutenção (mais complexo)

Este tipo de bucim é constituído por uma caixa que envolve o veio e que fica preenchida com óleo

O óleo que circula nesta caixa encontra-se a uma pressão igual ou ligeiramente superior à pressão exercida pela água do mar

Page 75: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 75

Sistemas de propulsão

Bucim “simplex”

Circuito de óleo do bucim

“Simplex”

Page 76: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 76

Sistemas de propulsãoHélices propulsores

São os órgãos propulsores normalmente utilizados nos navios mercantes e de pesca, tanto na propulsão directa como na indirecta

Os mais utilizados são dos seguintes tipos: Hélice de passo fixo (Fixed Pitch Propeller - FPP)

Hélice de passo variável ou controlável (Controlled Pitch Propeller - CPP)

Page 77: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 77

Sistemas de propulsão

Fixação do hélice ao veio propulsor

Page 78: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 78

Sistemas de propulsão

Hélice de passo fixo

Page 79: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 79

Sistemas de propulsão

Hélices propulsoresEscoamento do fluido na pá do hélice

Page 80: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 80

Sistemas de propulsãoCavitação

Em certos pontos devido à aceleração do fluido pela pá do hélice, a pressão pode diminuir até ser inferior à pressão mínima a que ocorre a vaporização do fluido (Pv) à temperatura a que este se encontra

Neste caso, irá ocorrer uma vaporização local do fluido, dando origem à formação de bolhas de vapor

Este fenómeno designa-se por cavitação (formação de cavidades dentro da massa líquida)

Page 81: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 81

Sistemas de propulsãoCavitação

Estas bolhas de vapor podem chegar a uma região em que a pressão cresça novamente até ser superior à de Pv

Nesse caso, irá ocorrer a "implosão" dessas bolhas

Se a região de colapso das bolhas for próxima da pá, as ondas de choque geradas pelas implosões sucessivas das bolhas podem provocar com o tempo, o descolamento de material da superfície, originando uma cavidade de erosão localizada

Page 82: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 82

Sistemas de propulsão

Hélice a funcionar com cavitação

Page 83: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 83

Sistemas de propulsão

Implosão das bolhas geradas pela cavitação junto à superfície da pá

Page 84: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 84

Sistemas de propulsão

Danos provocados pela cavitação

Page 85: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 85

Sistemas de propulsão

Hélices propulsoresPerdas num hélice propulsor de

navio

Page 86: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 86

Sistemas de propulsão

Hélice de passo fixo (FPP)É o mais utilizado em quase todos os

tipos de navios mercantes, sendo constituído por 3 ou mais pás rigidamente fixadas ao cubo

Para um observador colocado a ré do navio e voltado para a proa, na marcha a vante o hélice roda num sentido e na marcha a ré, roda obviamente em sentido contrário

Page 87: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 87

Sistemas de propulsãoHélice de passo fixo (FPP)

A velocidade do navio regula-se através da variação de velocidade de rotação do hélice e por isso da máquina principal

A paragem e a inversão de marcha do navio, implica normalmente a paragem e novamente o arranque da máquina principal em sentido contrário

Os navios podem ter um, dois ou mais hélices (Ex: O navio “Oasis of the Seas” possui 3 hélices)

Page 88: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 88

Sistemas de propulsão

Hélice de passo fixo (FPP)Configuração dos hélices do navio

Titanic

Page 89: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 89

Sistemas de propulsão

Hélices propulsores - Pá do hélice (FPP)

FACE – lado de pressão

BACK – lado de aspiração

(navio a deslocar-se para vante)

Page 90: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 90

Sistemas de propulsãoPasso do hélice

O passo do hélice é o comprimento medido na direcção do veio, correspondente a uma espira completa, ou uma rotação da pá

Se a água fosse um meio rígido, o passo do hélice representaria o avanço que o hélice produziria no navio por cada rotação

Page 91: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 91

Sistemas de propulsãoPasso do hélice

Nestas condições a velocidade do navio V seria determinada por:

p – o passo do hélicen – número de rotações por unidade

de tempo

npV

Page 92: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 92

Sistemas de propulsãoPasso do hélice

Exemplo de meio rígido: rolha de cortiça

Page 93: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 93

Sistemas de propulsãoRecuo do hélice

Contudo, a água não reage como um corpo sólido mas antes como um corpo deformável o que dá origem a que o avanço por cada rotação seja inferior ao passo

À diferença entre a velocidade teórica V e a velocidade real (V’) chama-se recuo do hélice

Page 94: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 94

Sistemas de propulsão Recuo do hélice

O coeficiente de recuo é dado por:

O coeficiente de recuo varia, com bom tempo, entre 5 e 10% para navios de um só hélice e entre 10 e 20% para navios com dois hélices

V

VVrecuocoef

'_

Page 95: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 95

Sistemas de propulsãoPasso do hélice

Recuo do hélice

Page 96: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 96

Sistemas de propulsão

Hélice de passo variável (CPP)Neste caso, as pás montam-se

separadamente no cubo e podem sofrer um deslocamento angular durante a rotação do hélice

As pás são accionadas por um sistema hidráulico, que faz variar o passo

O início da marcha, a regulação de velocidade, a paragem e a inversão de marcha do navio, realizam-se sem que seja necessário parar a máquina principal

Page 97: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 97

Sistemas de propulsão

Hélice de passo variável (CPP)Estes tipos de hélices são indicados

para navios que tenham de variar com frequência as suas condições de operação

Exemplos: rebocadores, arrastões, ferries, navios de cruzeiro, etc..

A máquina principal pode operar sempre no regime mais eficiente, uma vez que o impulso é controlado pela regulação do passo do hélice

Page 98: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 98

Sistemas de propulsão

Hélice de passo variável (CPP)

Page 99: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 99

Sistemas de propulsão

Hélice de passo variável (CPP)

Aspecto típico de um hélice de passo variável

Page 100: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 100

Sistemas de propulsão

Hélice de passo variável (esquema do sistema em corte)

Page 101: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 101

Sistemas de propulsão

Hélice em tubeira (duct propellers)Usa-se em navios que requerem

grande capacidade de tracção a baixas velocidades, como é o caso de rebocadores, arrastões, barcaças, etc.

As suas características são: O hélice trabalha no interior de uma

tubeira que pode estar fixa (ou não) ao casco do navio

Page 102: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 102

Sistemas de propulsãoHélice em tubeira (duct

propellers)A forma geométrica da tubeira é

ligeiramente cónica, pelo que o seu diâmetro, que é cerca do dobro do comprimento, decresce na direcção da popa, a fim de acelerar o escoamento da água no seu interior

O rendimento de propulsão aumenta relativamente ao obtido com o hélice tradicional para cargas elevadas e baixas velocidades de operação

Page 103: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 103

Sistemas de propulsão

Hélice em tubeira (duct propellers)

Page 104: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 104

Sistemas de propulsão

Hélice em tubeira (duct propellers)

Page 105: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 105

Sistemas de propulsão

Hélice em tubeira (duct propellers)Para velocidades de operação mais

elevadas, a resistência ao avanço da própria tubeira faz diminuir o rendimento de propulsão (desvantagem)

Em alguns navios, como rebocadores e barcaças de rio, o sistema integrado de tubeira e hélice pode rodar, de modo a poderem ser manobrados de forma mais eficiente

Page 106: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 106

Sistemas de propulsãoHélice em tubeira (duct propellers)

Hélice orientável – o conjunto pode rodar, o que aumenta a manobrabilidade do navio

Page 107: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 107

Sistemas de propulsão

Hélice vertical (sistema Voith-Schneider)

Princípio de funcionament

o

Page 108: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 108

Sistemas de propulsãoHélice vertical (sistema Voith-

Schneider)Bom controlo da força de impulso Boa manobrabilidade Aplicação principal - rebocadores

Page 109: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 109

Sistemas de propulsãoUnidades auxiliares de propulsão

São unidades de propulsão de pequena potência, constituídas por hélices de passo variável instalados em túneis circulares situados na proa (bow thruster) e na popa (stern thruster) na direcção transversal do navio

Permitem melhorar a capacidade de manobra do navio quando a velocidade for muito baixa, pois nestas circunstâncias a acção do leme é pouco eficiente

Page 110: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 110

Sistemas de propulsãoUnidades auxiliares de propulsão

Normalmente possuem portas que estão fechadas durante a navegação

Page 111: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 111

Sistemas de propulsãoComparação entre hélices de

passo fixo e variávelOs hélices de passo fixo são mais

simples do que os hélices de passo variável, pelo que são mais fáceis de fabricar e por isso mais baratos

O rendimento propulsivo dos hélices de passo fixo, apenas é satisfatório quando operam à velocidade de rotação que melhor aproveita a sua forma geométrica

Page 112: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 112

Sistemas de propulsãoComparação entre hélices de

passo fixo e variávelOs hélices de passo variável são de

construção mais complexaIsto deve-se ao facto de necessitar

de um sistema hidráulico de posicionamento angular das pás

Por este motivo, o seu custo é mais elevado

Page 113: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 113

Sistemas de propulsãoComparação entre hélices de

passo fixo e variávelO rendimento do propulsor pode ser

optimizado para os diferentes passos do hélice, através de um dispositivo designado por “combinator”

Este sistema ajusta com rapidez a velocidade de rotação do motor ao passo do hélice, de modo a que este opere sempre com o melhor rendimento possível

Page 114: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 114

Sistemas de propulsãoSistema de governo do navio

O governo dos navios, efectua-se em geral através do aparelho de governo, constituído pelas máquinas do leme e respectivos sistemas de accionamento e controlo do leme

Por norma existe um leme por cada hélice, todavia, algumas embarcações especiais, tais como ferries, dispõem também de um leme na proa a fim de poderem aumentar a sua capacidade de manobra

Page 115: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 115

Sistemas de propulsão

Sistema de governo do navioHoje em dia, a quase totalidade dos

lemes clássicos são accionados por sistemas electro hidráulicos controlados por válvulas de solenóide, ou outros dispositivos equivalentes

Estes por sua vez, são operados por um servomotor também hidráulico comandado pela roda do leme, ou por joystick (comando na ponte)

Page 116: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 116

Sistemas de propulsão

Sistema de governo do navioPor motivos de segurança, os

regulamentos aplicáveis aos navios, obrigam sempre à existência de dois sistemas de accionamento idênticos para cada leme

Assim, um está normalmente em serviço a navegar e o outro de reserva (stand-by)

Em manobras, é usual utilizar os dois sistemas em simultâneo (segurança)

Page 117: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 117

Sistemas de propulsãoSistema de governo do navio

Esquema hidráulico (leme a 0º)

Page 118: ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014 ENIDH – 2013/2014.

© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 118

Sistemas de propulsãoSistema de governo do navio

Esquema hidráulico (leme a 20º a EB)