1- Arquitetura Naval - Nota: 10 PDF

Preview

Summary

Download 1- Arquitetura Naval - Nota: 10 PDF

Description

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Naval e Oceânica

ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA NAVAL Módulo 1: Arquitetura Naval

PROF. DR. ANDRÉ LUIS CONDINO FUJARRA

Material de apoio ao curso oferecido na Universidade de Pernambuco – UPE

2006

1

Especialização em Engenharia Naval

2

14/12/2006

Texto completo

1 Versão

28/11/2006 Data

Texto ainda incompleto Observações Apostila:

ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA NAVAL Módulo 1: Arquitetura Naval Dept./Unidade PNV/EPUSP

Data 2006

Autor Prof. Dr. André Luís Condino Fujarra

Curso oferecido pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo na Escola Politécnica da Universidade de Pernambuco

Módulo 1 – Arquitetura Naval

Especialização em Engenharia Naval

ÍNDICE 1.

Introdução............................................................................................... 6 1.1

Estrutura do Curso de Especialização em Engenharia Naval ........... 6

1.2

Programação do Módulo 1: Arquitetura Naval .................................. 6

2.

Nomenclatura ......................................................................................... 9

3.

Usos do Mar.......................................................................................... 10 3.1

3.1.1

Navios de carga geral .............................................................. 13

3.1.2

Navios porta containeres ......................................................... 15

3.1.3

Navios tanque .......................................................................... 19

3.1.4

Navios para Transporte de Gás Liquefeito .............................. 22

3.1.5

Navios de passageiros: cruzeiro e transporte rápido ............... 23

3.1.6

Rebocadores............................................................................ 25

3.2 4.

Plataformas: sistemas para produção de óleo e gás no mar .......... 27

Geometria do Navio ............................................................................. 31 4.1

As Linhas do Casco ........................................................................ 31

4.2

Definições quanto às Formas do Casco ......................................... 35

4.2.1

Medidas Lineares..................................................................... 35

4.2.2

Coeficientes de Forma ............................................................. 39

4.2.3

Velocidade Relativa ................................................................. 47

4.2.4

Proporções do Casco .............................................................. 48

4.3 5.

Navios: sistemas para transporte no mar........................................ 10

Curvas Hidrostáticas ....................................................................... 50

Estabilidade Estática ........................................................................... 52 5.1

Altura Metacêntrica e Braço de Endireitamento .............................. 54

5.2

Ensaio de Inclinação ....................................................................... 56

Módulo 1 – Arquitetura Naval

2

3

Especialização em Engenharia Naval

6.

7.

5.3

Curva de Estabilidade Estática ....................................................... 57

5.4

Alagamento e subdivisão ................................................................ 58

Estabilidade Dinâmica ......................................................................... 59 6.1

Curva de Estabilidade Estática e Energia do Movimento................ 59

6.2

Sistemas para Redução do Movimento de “Roll” ............................ 61

Resistência ao Avanço e Potência Requerida ................................... 63 7.1

Ensaios em Tanques de Provas ..................................................... 65

7.2

Séries Sistemáticas......................................................................... 68

7.3

Determinação da Potência Requerida ............................................ 69

8.

Propulsão e Sistemas Auxiliares ........................................................ 71

9.

A Estrutura do Navio............................................................................ 75 9.1

Requisitos para a Resistência do Casco......................................... 75

9.2

Arranjos Estruturais Típicos ............................................................ 80

9.3

As Sociedades Classificadoras....................................................... 85

9.4

Modelagem Numérica ..................................................................... 85

10. Materiais para a Construção Naval..................................................... 87 10.1

Propriedades Importantes para o Processo de Seleção do Material88

10.1.1

Maleabilidade e Disponibilidade à Junções ............................. 88

10.1.2

Resistência

à

Tração,

Compressão,

Flexão

e

Cisalhamento ........................................................................... 88 10.1.3

Densidade................................................................................ 88

10.1.4

Resistência à Corrosão............................................................ 88

10.1.5

Outras Propriedades de Acordo com a Especificidade da Embarcação............................................................................. 89

10.2

Materiais Não Metálicos.................................................................. 89

10.2.1

Madeiras .................................................................................. 89

10.2.2

Compósitos.............................................................................. 90

Módulo 1 – Arquitetura Naval

Especialização em Engenharia Naval

10.2.3 10.3

Concreto .................................................................................. 93

Materiais Metálicos ......................................................................... 94

10.3.1

Aço........................................................................................... 94

10.3.2

Ligas de Alumínio .................................................................... 95

11. Amarração e Linhas de Produção ...................................................... 97 11.1

Amarração ...................................................................................... 97

11.1.1

Máquina de supender .............................................................. 97

11.1.2

Tipos de âncoras ..................................................................... 98

11.2

Linhas de Produção (“risers” e umbilicais) ...................................... 99

12. Convenções, Normas e Regulamentos Marítimos .......................... 104 12.1

“IMO – International Maritime Organization” ................................. 104

12.2

Principais Convenções.................................................................. 105

12.2.1

Convenção de Linhas de Carga – “Load Lines”..................... 105

12.2.2

“SOLAS – International Convention for the Safety of Life at Sea” ....................................................................................... 107

12.2.3

“MARPOL – International Convention for the Prevention of Pollution from Ships”.............................................................. 108

12.2.4

“COLREGS – Convention on the International Regulation for Preventing Colisions at Sea”............................................. 108

12.2.5

“STCW – International Convention on Standards of Training, Certification and Watchkeeping for Seafarers”........ 108

12.2.6

Outras Convenções para casos mais específicos: ................ 109

12.3

Sociedades Classificadoras .......................................................... 109

12.4

Autoridade Marítima Brasileira ...................................................... 110

13. Referências Bibliográficas ................................................................ 113 14. Glossário............................................................................................. 114

Módulo 1 – Arquitetura Naval

4

Especialização em Engenharia Naval

Módulo 1 – Arquitetura Naval

5

Especialização em Engenharia Naval

6

1. INTRODUÇÃO 1.1 Estrutura do Curso de Especialização em Engenharia Naval O curso está organizado em 13 (treze) módulos. Os 12 (doze) primeiros módulos são disciplinas de formação, a saber: •

Módulo 1: Arquitetura Naval;

•

Módulo 2: Hidrostática;

•

Módulo 3: Hidrodinâmica;

•

Módulo 4: Análise Estrutural de Navios;

•

Módulo 5: Sistemas de Propulsão e Auxiliares;

•

Módulo 6: Análise de Projetos de Navios;

•

Módulo 7: Tecnologia de Construção Naval;

•

Módulo 8: Tecnologia de Fabricação, Inspeção e Controle de Corrosão;

•

Módulo 9: Gestão e Planejamento do Projeto e Construção Navais;

•

Módulo 10: Logística Aplicada à Construção de Navios;

•

Módulo 11: Metodologia de Pesquisa;

•

Módulo 12: Tecn. e Inspeção de Soldagem e END em Constr. Naval.

Após a finalização dos módulos de disciplinas, haverá um período de 30 (trinta) dias sem atividades. Após este período será iniciado o Módulo de Orientação, onde será desenvolvida uma monografia de conclusão de curso.

1.2 Programação do Módulo 1: Arquitetura Naval Neste contexto, a presente apostila refere-se ao Módulo 1 – Arquitetura Naval, cujo objetivo é familiarizar o aluno com o navio, assumindo-o como um sistema de engenharia. Para tanto, as atividades se iniciarão com a introdução da nomenclatura usualmente aplicada no meio naval (e oceânico). Nesta etapa algumas Módulo 1 – Arquitetura Naval

Especialização em Engenharia Naval

7

informações serão passadas aos alunos na forma de exposição áudio visual de projetos, desenvolvimentos e atividades importantes no segmento. Isto facilitará a compreensão e fixação dessas informações. Em seguida serão introduzidas as duas utilizações mais importantes do mar, aproveitando a oportunidade para apresentar os principais tipos de navio e plataformas de petróleo. Aqui cabe um comentário. Embora o foco do curso seja o navio, a título de enriquecimento do conhecimento, sempre que possível também serão apresentadas informações acerca da engenharia oceânica. Faz-se, então, uma apresentação da geometria do navio, discutindo elementos que facilitem sua representação e compreensão de maneira inequívoca. Esta etapa é fundamental para o desenvolvimento de muitos dos tópicos seguintes. Tendo sido apresentados aspectos quanto às formas do navio, discutir-se-ão outros relacionados com: estabilidade estática e dinâmica; resistência ao avanço; potência requerida; sistema propulsor; sistemas auxiliares; projeto estrutural; materiais para construção naval; sistema de amarração e fundeio; sistemas de “offloading” e, finalmente, regulamentações impostas por órgãos oficiais e sociedades classificadoras. Tratando-se de um módulo introdutório, os temas aqui abordados não serão desenvolvidos em sua plenitude, sendo reservada aos módulos subseqüentes esta função. Isto significa que o presente texto tem a opção por uma abordagem simples e clara, que facilite o primeiro contato do engenheiro que não tenha a formação naval com esse novo sistema de engenharia – o navio – sobretudo de uma forma que o motive e auxilie no aproveitamento dos conceitos e informações a serem fornecidos nos próximos módulos. A função do presente texto é, portanto, servir de material de apoio, indicando tópicos e assuntos que deverão ser complementados com textos indicados na bibliografia. Neste sentido, é importantíssima a participação ativa do aluno, agregando por conta própria um espectro maior de informações ao seu arcabouço de conhecimento.

Módulo 1 – Arquitetura Naval

8

Especialização em Engenharia Naval

A carga horária deste primeiro módulo será de 30 (trinta) horas-aula, de acordo com a seguinte programação:

Noite

Período

Noite

Quinta-feira Sexta-feira

01/12/2006

30/11/2006

Data

Horários

Assunto

18:30h – 19:20h

Apresentação: Professor, alunos, curso e módulo 1

19:20h – 20:10h

Nomenclatura

20:10h – 21:00h

Nomenclatura

21:00h – 21:50h

Filme de Motivação

18:30h – 19:20h

Usos do Mar: Navios Típicos e Plataformas

19:20h – 20:10h

Geometria do Navio

20:10h – 21:00h

Coeficientes de Forma

21:00h – 21:50h

Curvas Hidrostáticas

Manhã

09:40h – 10:10h

Visita ao Navio

Estabilidade Estática

Tarde

13:50h – 14:40h

Estabilidade Dinâmica

14:40h – 15:30h

Resistência ao Avanço

Período

Horários

Noite

Noite

13:00h – 13:50h

Manhã

Quinta-feira Sexta-feira Sábado

16/12/2006

15/12/2006

14/12/2006

Data

08:50h – 09:40h 10:10h – 11:00h

Tarde

Sábado

02/12/2006

08:00h – 08:50h

Assunto

18:30h – 19:20h

Revisão dos Tópicos Anteriores

19:20h – 20:10h

Potência Requerida

20:10h – 21:00h

Propulsão do Navio

21:00h – 21:50h

Sistemas Auxiliares

18:30h – 19:20h

A Estrutura do Navio

19:20h – 20:10h

Arranjo Estrutural Típico

20:10h – 21:00h

Materiais de Construção Naval

21:00h – 21:50h

Materiais de Construção Naval

08:00h – 08:50h

Amarração e Fundeio

08:50h – 09:40h

Linhas de Produção

09:40h – 10:10h

Introdução ao Projeto de Navios

10:10h – 11:00h

Exemplo de Projeto

13:00h – 13:50h

Convenções, Normas e Regulamentos Marítimos

13:50h – 14:40h

Autoridade Marítima Brasileira

14:40h – 15:30h

Sociedades Classificadoras

Módulo 1 – Arquitetura Naval

Especialização em Engenharia Naval

9

2. NOMENCLATURA Como premissa para a compreensão dos temas abordados neste e em outros textos deste curso de especialização, faz-se necessária a apresentação dos principais termos e definições usuais no segmento de engenharia naval. Desta forma, é estabelecido um vocabulário mínimo e preciso que proporcione aos alunos condições de compreender os vários aspectos teóricos que serão oferecidos e discutidos. Neste módulo introdutório de Arquitetura Naval, esta apresentação de termos e definições se faz com base em um conjunto mínimo disponível no glossário desta apostila. Obviamente, este glossário não contempla a totalidade da nomenclatura, podendo constantemente ser aprimorado pelos professores e os próprios alunos. Além desse glossário, outro, desenvolvido pelo Instituto Pan Americano de Engenharia Naval, é disponibilizado na forma digital. Se por um lado esse segundo glossário não traz descritivos e definições, de outro, apresenta uma tabela importante de equivalência entre termos nos idiomas português, inglês e espanhol. É importante deixar claro que em muitos casos, termos em inglês são mais empregados que seus equivalentes em língua portuguesa e / ou espanhola. Daí a valiosa disponibilidade deste material. Buscando sedimentar a nomenclatura, e concomitantemente complementá-la, parte das informações também é transferida através da apresentação de material áudio visual contendo alguns bons exemplos de atividades e tecnologias desenvolvidas no contexto da engenharia naval e / ou oceânica. Além deste objetivo, conforme adiantado na introdução, este material também contribui para a motivação dos alunos quanto aos principais tópicos a serem ministrados neste e nos demais módulos. Tratando-se de uma atividade menos expositiva e mais participativa, espera-se um aproveitamento melhor por parte dos alunos, logicamente pressupondo uma participação ativa dos mesmos. Módulo 1 – Arquitetura Naval

Especialização em Engenharia Naval

10

3. USOS DO MAR Com 70% da superfície da Terra coberta por águas, seguramente os oceanos representam uma imensidão de oportunidades à produção de alimentos e energia; à exploração de recursos minerais, principalmente hidrocarbonetos em reservatório submarinos; e à promoção de transporte de cargas e passageiros entre as regiões mais distantes do globo. Além dessas, há que se lembrar da oportunidade à crescente exploração náutica esportiva e recreativa. Portanto, tem-se também uma imensa demanda por veículos e sistemas que permitam o aproveitamento racional dessas oportunidades. A Figura 1 ilustra as oportunidades e alguns desses principais veículos e sistemas.

Figura 1: Oportunidades oferecidas pelos oceanos. Fonte: Moan, 2004. A função desta seção é apresentar os diferentes sistemas desenvolvidos para a utilização do mar, em particular navios e plataformas, identificando tecnologias e preocupações durante o processo de pesquisa e desenvolvimento dos mesmos.

3.1 Navios: sistemas para transporte no mar A economia moderna está intrinsecamente ligada ao transporte no mar. Cerca de 70% do comercio mundial, e 95% do transporte internacional, faz uso de navios, visto que nenhum país é suficientemente independente a ponto de não necessitar aporte de produtos como: combustíveis, matérias-primas, alimentos ou bens manufaturados.

Módulo 1 – Arquitetura Naval

11

Especialização em Engenharia Naval

Obviamente, os portos são parte importante do sistema de transporte, provendo um ponto de encontro entre os meios terrestre e aquático de movimentação de cargas e pessoas. Além disso, equipamentos especializados para a manipulação são altamente necessários, face à enorme quantidade de carga a ser movimentada e a imperativa eficiência neste processo. Regiões portuárias, portanto, têm se t...