Engenharia Mecânica e o Mar
Porto de Leixões
Adamastores Mecânicos
Projeto FEUP 2015/2015 – Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica:
Coordenador do curso: Lucas Filipe Silva
Equipa 1M08_1:
Supervisor: Abílio Jesus Monitor: Leonor
Estudantes & Autores:
Guido C. Croce, up201504899@fe.up.pt
Diogo Nóvoa, up201508255@fe.up.pt Bruno R. Augusto, up201504233@fe.up.pt
Pedro D. Menezes, up201505395@fe.up.pt Afonso F. Albuquerque, up201505850@fe.up.pt
Equipa: 1M08_1
Agradecimentos
Este trabalho foi realizado com o apoio e colaboração da monitora Leonor e do professor supervisor A. Jesus, que nos ajudaram a escolher um rumo para o trabalho, e a desenvolvê-lo posteriormente.
Agradecemos a ajuda essencial, pois contribuíram para a nossa aprendizagem sobre o processo de construção de um trabalho, e para o aperfeiçoamento do mesmo.
Equipa: 1M08_1
Resumo
Neste trabalho apresenta-se um estudo sobre o porto marítimo de Leixões, que serve a cidade
e região do Porto, passando pela caracterização histórica, fazendo uma comparação com outros portos similares, quer a nível nacional como internacional, e analisando dados relevantes como número de navios que utiliza este porto.
Ao longo do relatório aborda-se o percurso das cargas, transportados por navios com características específicas a cada tipo. Sobre os navios, temas como os motores e as suas capacidades, a estrutura necessária, os materiais que constituem estes meios de transporte ou a capacidade de flutuação são abordados.
Um elemento emblemático do porto é a sua ponte com tabuleiro móvel, para permitir a
passagem de navios por baixo desta, envolvendo um mecanismo de grande inovação e um
excelente exemplo da atividade do engenheiro mecânico.
Neste relatório são abordados diversos temas relativos à ponte móvel, tais como a sua estrutura, o sistema de elevação em si, a sua capacidade hidráulica e as tarefas de restauração levadas a cabo para manter funcional e sempre atual esta obra.
Também foi importante abordar o tema das maquinarias funcionais no Porto de Leixões tendo em conta que são o motor de tudo o que se realiza neste sítio. Sem a utilização de gruas para transporte de mercadorias, por exemplo, o porto seria muito menos prático e eficiente.
Com este trabalho pretende-se elucidar os diversos sistemas e sua complexidade a operar no Porto de Leixões e a importância do Porto de Leixões no panorama nacional e internacional.
Equipa: 1M08_1
Palavras-Chave
-Porto de Leixões -Navios -Mercadorias -Motor -Engenharia Mecânica - Princípio de Arquimedes - Metais de Sacrifício -Guindastes e gruas -Roldanas -Gruas -TitãEquipa: 1M08_1
Índice
Lista de figuras ... 7 Lista de Abreviaturas ... 9 1. Introdução ... 10 2. Porto de Leixões ... 112.1 Características e Partes Constituintes ... 11
2.1.1 Cais Convencionais de Carga Geral e Granéis Sólidos ... 13
2.1.2 Cais de Movimentação de Granéis Líquidos ... 14
2.1.3 Terminal de Petroleiros ... 14
2.1.4 Terminal RO-RO (Roll-On Roll-Off) ... 15
2.1.5 Terminais de Contentores ... 15
2.1.6 Terminais de Cruzeiros ... 16
2.2 Evolução do Porto de Leixões... 17
2.3 O Porto de Leixões no Mundo ... 18
2.4 Navios no Porto de Leixões ... 18
2.4.1 Navios de Passageiros ... 19
2.4.2 Navios de Carga ... 20
2.4.2.1 Navio de Contentores ... 23
2.4.2.2 Navio Tanque ... 24
2.4.2.3 Navios Graneleiros ... 25
2.4.2.4 Navios de Carga Geral ... 26
2.4.2.5 Navios RoRo (Roll-On Roll-Off) ... 26
2.4.2.6 Navios Graneleiros Agro-alimentares ... 27
... 27
2.5 A Ciência dos Navios ... 28
2.5.1 Propulsão... 28
2.5.2 Flutuação ... 32
2.5.3 Resistência dos materiais à oxidação ... 33
2.5.4 Constituição ... 34
Equipa: 1M08_1
2.6.1 Estrutura ... 37
2.6.2 Sistema Hidráulico ... 38
2.7 Maquinaria do Porto de Leixões ... 39
2.7.1 Maquinaria de Movimento Vertical ... 39
2.7.1.1 Guindastes e Gruas ... 39
2.7.1.2 Princípio das Roldanas ... 39
2.7.1.3 Titã ... 40
2.7.2 Maquinaria de Movimento Horizontal ... 41
2.7.2.1 Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos ... 41
4. Conclusão ... 43
5. Recomendações ... Erro! Marcador não definido. Referências bibliográficas ... 44
Equipa: 1M08_1
Lista de figuras
Figura 1 – Mapa do Porto de Leixões [3]
Figura 2 – Cais Convencionais de Carga Geral e Granéis Sólidos [4] Figura 3 – Cais de Movimentação de Granéis Líquidos [4]
Figura 4 – Terminal de Petroleiros [4] Figura 5 –Terminal RO-RO [4]
Figura 6 –Terminal de Contentores[4]
Figura 7 –Terminal RO-RO Terminal de Cruzeiros[5] Figura 8- Nº de Navios de Passageiros Anual [6]
Figura 9- Nº de Passageiros Anual [6]
Figura 10- Movimento de Mercadorias Anual por Mercadoria[7] Figura 11- Movimento de Mercadorias Anual [7]
Figura 12– Navio de passageiros (categoria comercial) "Celebrity Infinity" no Porto de Leixões[8]
Figura 13- A típica embarcação do Douro, o barco Rabelo[11] Figura 14 -O gigantesco "Ventura" [12]
Figura 15- O maior navio do mundo, o "Prelude", um navio tanque concebido para extrair e
transportar gás liquefeito do fundo dos oceanos[13]
Figura 16- No canto superior direito, as tubagens do "Prelude" para extrair o gás liquefeito[14] Figura 17 - Navio de Contentores no Porto de Leixões [15]
Figura 18 - "Knock Nevis"- o maior petroleiro do mundo [16]
Figura 19- "Vale Brazil", o maior Navio Graneleiro do mundo, que transporta Minérios de
Ferro. Superiormente, é possível observar as comportas deslizantes, por onde entra a granel. [17]
Figura 20- O Navio de Carga Geral "Guimarães" em Aveiro [18]
Figura 21 - No Porto da Graciosa, podemos observar a rampa de entrada para as comportas.
[19]
Figura 22 - Navio Roll-On/Roll-Off da NYK line. É possível constatar a dimensão do costado. [20] Figura 23- O Rebocador "Pégaso" do Porto de Leixões[21]
Equipa: 1M08_1
Figura26- Máquina a vapor de Thomas Savery [28] Figura27- O maior motor do mundo. [25]
Figura 28- Entradas no Porto de Leixões entre Janeiro e Agosto de 2015
Figura 29- Entradas dos Navios de Carga no Porto de Leixões entre janeiro e Agosto 2015 Figura 30- A hélice de um navio[26]
Figura 31 - Princípio de Arquimedes[37]
Figura 32- Tabela da força relativa de oxidantes e redutores[38] Figura 33- Elementos básicos de um navio de carga[39]
Figura 34- Réplica de balizas [40] Figura 35- Vaus[41]
Figura 36- Esquema de uma longarina[55] Figura 37- Quilha de um navio[42]
Figura 38- Ponte de Leixões[53]
Figura 39 - Sistema Hidráulico, Motores[54] Figura 40- Esquema de forças na roldana[49] Figura 41- Titãs em atividade[50]
Figura 42- Incêndio no Porto de Leixões[51]
Equipa: 1M08_1
Lista de Abreviaturas
TEU – Unidade equivalente a 20 pés (Twenty-Foot Equivalent Unit). Um TEU equivale à
capacidade de carga de um contentor com 20 pés de comprimento, 8 pés de largura e de altura.
INESC TEC - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores - Tecnologia e Ciência. TCL – Terminal Contentores Leixões.
Equipa: 1M08_1
1. Introdução
Sempre que se compra um artigo de um supermercado, de uma loja de roupa ou de outro tipo de loja, é fácil reparar na grande variedade de destinos de origem que estes apresentam; oriundos dos pontos mais distintos do planeta. Mas como será que estes produtos chegaram ao nosso país? Quais são os mecanismos e estruturas necessárias para a entrada destes produtos no nosso país? Foram estas algumas das questões a que o grupo 1 da turma 1M08 do MIEM se propuseram a responder e, como tema para um trabalho, inserido no contexto da “Engenharia Mecânica e o Mar”, foi escolhido o estudo do Porto de Leixões.
O Porto de Leixões, estrutura portuária intrínseca à cidade de Matosinhos e ao distrito do Porto em geral, é um exemplo da ligação da Engenharia Mecânica ao mar: os navios e os seus motores, a ponte elevatória, todo o tipo de maquinarias e estruturas desde gruas e guindastes, à imponente Titã, são fruto da atuação dos engenheiros mecânicos. Em todo o Porto de Leixões respira-se Engenharia Mecânica.
Foi uma expectativa da equipa de trabalho explorar/ descobrir o Porto de Leixões procurando integrá-lo no tema “Engenharia Mecânica e o Mar”.
Equipa: 1M08_1
2. Porto de Leixões
2.1 Características e Partes Constituintes
Tendo sido construído entre 1884 e 1895, de forma a transformar um porto de abrigo natural para navios numa estrutura portuária, o Porto de Leixões é atualmente a maior infra – estrutura portuária da Região Norte de Portugal e o segundo maior porto artificial a nível nacional [1] [2]. Situa-se pois no Norte de Portugal, nas proximidades da cidade do Porto, a cerca de 4Km a Norte
da foz do rio Douro (Latitude - 41º 11' N Longitude - 8º 42' W), numa zona privilegiada devido à
sua ligação à indústria e comércio do distrito do Porto. Envolve uma área marítima de cerca de 120 hectares, contando ainda com 55 hectares de terreno aplanado e 5km de cais [1].
De facto, o Porto de Leixões apresenta excelentes condições de acessibilidade marítima, rodoviária e ferroviária. Para além disso, tem ao seu dispor os mais modernos equipamentos e sistemas de gestão e logística. Na Figura 1 é possível observar a variedade de cais e terminais destinados a todo o tipo de navios e mercadorias [1].
Equipa: 1M08_1
g u ra 1 Ma p a d o P o rto d e L eix õ es [3]Equipa: 1M08_1
De seguida destacam-se algumas áreas do porto que são fundamentais para o seu funcionamento.
2.1.1 Cais Convencionais de Carga Geral e Granéis Sólidos
Estes cais, tal como o nome indica, têm como objetivo receber navios que transportam mercadorias de carga geral e granéis sólidos. Ao todo estendem-se por 4 docas: Doca 1 Norte, Doca 1 Sul, Doca 2 Norte, Doca 2 Sul e Doca 4 Norte- Terminal Cerealífero; sendo que a maior parte dos granéis sólidos agroalimentares são movimentados neste último terminal.
As mercadorias que são movimentadas nestes cais são: madeira em bruto, prensada e serrada; ferro e aço; rolos de chapa; pedras de granito; sucata; granéis agro-alimentares, maquinarias em geral e cargas de projeto tais como transformadores e geradores eólicos [4].
Figura 2 Cais convencionais de Carga Geral e Granéis Sólidos [4]
Equipa: 1M08_1
2.1.2 Cais de Movimentação de Granéis Líquidos
Estes cais, que se estendem ao Molhe Sul, Doca 1 Sul e Doca 2 Sul, estão destinados a receber granéis líquidos que depois serão movimentados para as empresas: CEPSA, REPSOL e ED&FMAN. É importante referir a existência nestes cais de pipelines e de reservatórios para armazenamento de melaço e derivados. Nestes cais são movimentadas as seguintes mercadorias: combustíveis líquidos como gasóleo, gasolina, fuelóleo; gases de petróleo liquefeitos; asfaltos e produtos asfálticos e melaços [4].
Figura 3 Cais de Movimentação de Granéis líquidos [4]
2.1.3 Terminal de Petroleiros
O Terminal de Petroleiros, para além de receber os navios petroleiros, funciona como proteção à entrada do porto. Está construído sobre o quebra-mar submerso, apresentando 700 metros de comprimento e localiza-se a 15 metros acima do nível do mar. Está ainda concessionado à Petrogal – Petróleos de Portugal, S.A. e possui pipelines ao longo de 3 postos de acostagem.
Recebe as mercadorias que se seguem: ramas de petróleo, produtos refinados diversos, gases de petróleo liquefeitos e compostos orgânicos [4].
Equipa: 1M08_1
2.1.4 Terminal RO-RO (Roll-On Roll-Off)
O Terminal RO-RO (situado na Doca 1 Norte) reúne todos os requisitos necessários para a acostagem dos navios RO-RO, que são navios especializados no transporte de veículos. O terminal proporciona, portanto, serviços de embarque e desembarque de carga rolante e para navios RO-RO com porta à popa, existe uma plataforma fixa incorporada no cais com 21 metros de comprimento, 22 metros de largura e inclinação de 7,7%.Possui ainda uma área de parqueamento de 100 reboques/trailers.
A nível de carga recolhida referem-se os veículos ligeiros e equipamento pesado como camiões e trailers [4].
Figura 5 Terminal RO-RO [4]
2.1.5 Terminais de Contentores
Existem dois terminais de contentores: o Terminal de Contentores Norte e o Terminal de Contentores Sul, estando os dois concessionados à empresa TCL – Terminal de Contentores de Leixões, S.A. A nível de equipamento destacam-se pórticos de cais, pórticos de parque, semi-reboques, empilhadores frontais e reach-stackers.
O Terminal de Contentores Norte tem uma capacidade de armazenagem de 4000 TEU’s, o que equivale a cerca de 2.600 contentores, e uma capacidade de movimentação de 250.000 TEU’s por ano, o equivalente a 172.800 contentores.
A capacidade de armazenagem do Terminal de Contentores Sul é de 15.000 TEU’s, cerca de 10.000 contentores, e uma capacidade de movimentação de 350.000 TEU’s por ano, cerca de 226.000 contentores [4].
Equipa: 1M08_1
Figura 6Terminal de Contentores [4]
2.1.6 Terminais de Cruzeiros
O Porto de Leixões apresenta dois Terminais de Cruzeiros: o Terminal de Cruzeiros Norte e o Terminal de Cruzeiros Sul.O Terminal de Cruzeiros Norte está localizado na Doca 1 Norte, dispondo de um cais acostável com 300 metros de comprimento e conseguindo receber navios com até 250 metros de comprimento. A Estação de Passageiros, inaugurada em 1961, é considerada Património Arquitetónico e Histórico da cidade de Matosinhos. O Terminal de Cruzeiros Sul situa-se no Molhe Sul. Foi inaugurado em abril de 2011 para receber os maiores e mais luxuosos cruzeiros do mundo. O seu cais tem 340 metros de comprimento e tem capacidade para receber navios com até 300 metros de comprimento.
Em 2014, passaram por Leixões cerca de 64.440 passageiros de navios de cruzeiros, oriundos principalmente de países como o Reino Unido, Alemanha e Estados Unidos da América [4].
Figura 7 Terminal de Cruzeiros [5]
Na figura abaixo, apresenta-se a evolução do número de navios de passageiros e do número de passageiros que atracaram no Porto de Leixões desde 1994 até 2014.
Equipa: 1M08_1
2.2 Evolução do Porto de Leixões
O Porto de Leixões com os equipamentos/áreas de trabalho referidas na Secção 2.1 e aliadas a um elevado nível de competitividade e eficiência tornam-no num dos melhores do país. Não é por acaso que tem verificado um crescimento gradual no que toca a mercadorias movimentadas desde 1990, tendo em 2014 um máximo de 18,091 milhões de toneladas. Nas figuras 10 e 11, apresenta-se a tendência de crescimento do porto quer o nível de cada tipo de mercadoria, quer a nível global.
Figura 10 Movimento de Mercadorias Anual por Mercadoria [7] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 Milh õ es d e Ton elad as Anos
Carga Geral Fracionada Carga Contentorizada RO-RO
Granéis Sólidos Granéis Líquidos
0 10 20 30 40 50 60 70 80 1994 1998 2002 2006 2010 2014 Milh ar es d e P ass agei ro s Anos 0 20 40 60 80 100 1994 1998 2002 2006 2010 2014 Milh ar es d e N av ios Anos
Equipa: 1M08_1
Figura 11 Movimento de Mercadorias Anual [7]
2.3 O Porto de Leixões no Mundo
Em termos de comparação a nível internacional, o Porto de Leixões, em conjunto com o Porto de Viana, é, desde setembro, dos portos tecnologicamente mais desenvolvidos do mundo. Tal empreendimento foi alcançado pela implementação de uma ferramenta de gestão 3Port, desenvolvida pelo INESC-TEC e pelo TRIEDE-TTI. Esta ferramenta permite gerir necessidades e processos de negócio das autoridades portuárias de forma integrada, interligando áreas estratégicas, com fornecimento e partilha de dados estruturados, por métodos de georreferenciação [8].
Para além disto, o Porto de Leixões também conseguiu o segundo lugar do prémio “Melhor Porto do Ano”, à frente do Porto de São Francisco, nos Estados Unidos da América, e atrás da Estação de Passageiros do Porto de Amesterdão, nos Países Baixos. Estes efeitos deveram-se aos investimentos no setor dos cruzeiros e promoção turística [8].
2.4 Navios no Porto de Leixões
Diariamente, circula no Porto de Leixões uma enorme variedade de navios, cada um desempenhando uma função específica.
Podemos dividir os navios em várias categorias e subcategorias, dependendo do tipo de carga que transportam, tamanho, forma do casco, etc. Obtemos assim as seguintes classes:
Navios militares;
Navios industriais (mais relacionados com a atividade piscatória); Navios auxiliares; 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 Millõe s d e To n elad as Anos
Equipa: 1M08_1
A última categoria é a mais comum no Porto de Leixões, tendo em conta que o Porto tem como finalidade, entre outras, a de auxiliar e potenciar a atividade comercial.
Esta categoria terá portanto um maior destaque no nosso trabalho, visto que é a classe com
maior afinidade com o objeto de estudo, o Porto de Leixões. Tendo em conta que esta classe de navios abrange uma enorme variedade de embarcações, que apesar de pertencerem à mesma categoria são, em muitas qualidades distintas, vemo-nos na necessidade de subdividir a categoria em várias subcategorias. Deste modo, podemos distinguir rapidamente dois tipos de navios de passageiros e navios de carga:
2.4.1 Navios de Passageiros
Têm como objetivo principal o transporte de pessoas através de rios, mares e oceanos. De acordo com a Legislação Portuguesa, para uma embarcação ser considerada embarcação de passageiros, necessita de transportar comercialmente mais de 12 pessoas. Deste modo, as suas dimensões variam em larga escala, desde os barcos Rabelos, muito comuns no rio Douro, que transportam entre 70 a 100 passageiros, ao enorme "Ventura", o maior navio de passageiros a atracar no Porto de Leixões, com 291 metros de comprimento, 116 mil toneladas de massa e capacidade para transportar 4 827 pessoas.
Figura 12 Navio de passageiros (categoria comercial) "Celebrity Infinity" no Porto de Leixões, [18]
Equipa: 1M08_1
2.4.2 Navios de Carga
Têm como finalidade o transporte de cargas para posterior finalidade mercantil. Estas embarcações desempenham um papel indispensável na economia global, e também nacional. Isto porque o "mar é reconhecido como um dos principais e potenciais catalisadores da economia nacional" [13]. Deste modo, a economia nacional tem apostado no sector marítimo e consequentemente na renovação e na melhoria das infraestruturas dos portos Portugueses, tendo em conta que, cerca de 80 por cento do tráfego internacional de mercadorias é feito através dos transportes marítimos. Para além de serem gigantes na economia global, os navios de carga são também considerados como o maior meio de transporte existente.
"Prelude" é o nome do maior navio do mundo, com uns impressionantes 488 metros de comprimentos (o que é correspondente ao comprimento de 4 campos de futebol) e
capaz de transportar o equivalente a, em litros de água, 175 piscinas olímpicas [10][11].
Foi no entanto construído para extrair e transportar em quantidades massivas gás liquefeito do fundo dos oceanos.
Nos dias de hoje, beneficiando dos avanços tecnológicos e do crescente uso de maquinaria de ponta nestas embarcações, os navios têm sido dotados de uma maior automação e consequente eficácia na realização das tarefas [12].
Figura 13 A típica embarcação do Douro, o barco Rabelo [11]
Equipa: 1M08_1
Figura 15 O maior navio do mundo, o "Prelude", um navio tanque concebido para extrair e transportar gás liquefeito do fundo dos oceanos [13];
Equipa: 1M08_1
Considerando as classes de navios referidas em cima (os navios de passageiros e os navios de
carga), apresenta-se um gráfico na Figura xx, a distribuição de entradas destes dois tipos de
navios no Porto de Leixões, entre os meses de Janeiro e Agosto de 2015. Podemos concluir que a presença dos navios de carga domina o Porto de Leixões, correspondendo a um total de 1671
entradas nos meses considerados.
São de facto a classe mais importante e influente no Porto de Leixões.
92% 3% 5% Navios de carga Navios de Passageiros Outras Embarcações
Equipa: 1M08_1
Mas dentro desta classe, podemos ainda notar que há uma predominância de entradas para uma categoria de navio ainda mais específico:
2.4.2.1 Navio de Contentores
Esta categoria foi concebida para transportar as suas cargas em contentores uniformizados. Estes contentores são empilhados de acordo com uma técnica denominada de contentorização [15]. Para agilizar esta operação, encontram-se no porão do navio guias ou celas com as medidas estandardizadas dos contentores [14]. Por norma, cada contentor equivale a um TEU (medida que representa o volume de carga de um contentor com 20 pés de comprimentos, 8 de largura e 8 de altura). O facto de serem os navios mais regulares no Porto de Leixões, só demonstra uma tendência mundial para o uso deste tipo de embarcações no transporte de cargas, o que faz deles a classe dominante no tráfego marítimo de mercadorias.
9% 52% 11% 4% 5% 19%
Navios de Carga Geral
Navios de Contentores
Navios Graneleiros
Navios Graneleiros Agro-Alimentares
Navios Roll-On/Roll-Off
Navios Tanque
Equipa: 1M08_1
Para além do Navio de Contentores, o Porto de Leixões recebe diversas outras classes com a sua respetiva importância, e que iremos analisar agora por ordem decrescente relativa ao número de entradas.
2.4.2.2 Navio Tanque
Estes navios transportam exclusivamente a denominada "granel líquida", como por exemplo o petróleo, gás liquidefeito, água, vinho [16]... São portanto uma vertente mais específica dos Navios Graneleiros, que irão ser mencionados em baixo. A bordo, possuem comportas que deslizam horizontalmente de modo a permitir mais facilmente a entrada e saída das cargas [15]. Nesta categoria, os petroleiros são os mais importantes e também os maiores. Durante a década de 1970, o auge na construção destes navios, muitos deles possuíam comprimentos superiores a 400 metros, e eram capacitados de pórticos capazes de transportar mais de 500 000 TAB, o correspondente a 1.415.842,3296 quilolitros de crude (petróleo não processado).
Equipa: 1M08_1
2.4.2.3 Navios Graneleiros
São navios que transportam cargas homogéneas e não utilizadas [18] denominadas de
granel. Define-se de granel as mercadorias que podem ser despejadas, e não são transportadas em embalagens individuais. Este granel pode ser sólido (cereais, areia, minérios) ou líquida (petróleo e seus derivados, gás natural liquefeito). Os graneleiros são navios de grandes dimensões e capazes de transportar uma enorme quantidade de carga, carga esta que chega a atingir normalmente valores acima das 200 mil toneladas. Dentro do grupo dos navios graneleiros temos navios mais específicos ainda, como os Petroleiros, mencionados no tópico acima, os Graneleiros Sólidos (Mineraleiros, Cimenteiros, etc.), os Graneleiros Químicos, etc.
Figura 21 "Vale Brazil", o maior Navio Graneleiro do mundo, que transporta Minérios de Ferro. Superiormente, é possível observar as comportas deslizantes, por onde entra o material [17]
Equipa: 1M08_1
2.4.2.4 Navios de Carga Geral
Tal como o nome indica, são navios que abrangem todo o tipo de mercadorias. Desta maneira devem possuir compartimentos para transportar a granel, tanques para os líquidos, câmaras frigoríficas para as mercadorias que necessitem de condições de temperatura reguladas, etc. [16].
2.4.2.5 Navios RoRo (Roll-On Roll-Off)
Mais uma vez, o nome dá indicação para a particularidade das mercadorias para as quais este tipo de embarcações foi concebido. Estas mercadorias têm de ser capazes de entrar e sair dos pórticos pelos seus próprios meios, através de rodas, e portanto são normalmente automóveis, camiões, autocarros, etc. . Estes navios estão equipados com rampas, de modo a que as viaturas possam subir por si mesmas para o convés do navio (que se localiza entre os costados, que normalmente possuem dimensões superiores às habituais), e ficarem aí alojadas. Como a carga destes navios se encontra toda no convés, a sua capacidade é medida em função do volume do convés [17].
Figura 22 O Navio de Carga Geral "Guimarães" em Aveiro [18]
Figura 23 No Porto da Graciosa, podemos observar a rampa de entrada para as comportas [19]
Figura 24Navio Roll-On/Roll-Off da NYK line. É possível constatar a dimensão do costado (revistafatorbrazil.com.br) [20]
Equipa: 1M08_1
2.4.2.6 Navios Graneleiros Agro-alimentares
Mais uma variante dos navios graneleiros, cujo granel, neste caso, são produtos agro-alimentares. Os navios deverão ser equipados com câmaras de refrigeração capazes de manter as condições de temperatura necessária ao transporte deste tipo de granel, que podem ser azeites, vinhos, lacticínios, cereais, etc. [18]
Para além destas categorias, movimentam-se no Porto de Leixões diversas outras embarcações, com usos e propósitos variados. Desta diversidade, realçam-se os navios auxiliares, como Rebocadores, Navios Draga, Navios Faróis, Lanchas de Pilotos, Batelões, que servem exatamente para dar auxílio, ajuda, e assegurar a segurança e integridade do navio mercante [16].
Equipa: 1M08_1
2.5 A Ciência dos Navios
2.5.1 Propulsão
O Porto de Leixões é um espaço dedicado aos gigantes: a maquinaria é gigante; a quantidade das cargas é gigante; os navios são gigantes. Ora, para se mover um navio com 215 metros de comprimento e arqueação bruta de 115, 055 toneladas, como o cruzeiro "Azura", que atracou no Porto de Leixões no dia 12 de Junho de 2015, precisamos de um também gigante motor.
Começando por falar um pouco sobre a história, pois a propulsão dos navios sofreu, com o passar dos séculos, inúmeras mudanças.
No início, o homem era o motor que fazia a tração do barco, através de remos. E o combustível, era o seu próprio esforço. Deste modo, os barcos moviam-se forçosamente, e não era possível atingir grandes velocidades.
De remos passou a velas. Através do uso de velas, a ciência passou a ser outra. Era a força dos ventos que fazia deslocar o barco. Assim, as viagens faziam-se mais amente e com menos esforço. No entanto, todo o movimento estava dependente da intensidade e direção do vento.
Das velas, passou-se a motores movidos a vapor, e propulsionados por hélices. As embarcações adquiriram pela primeira vez uma fonte de energia própria, calor. Através do aquecimento da água, e obtendo vapor, trabalhando a altas pressões, era possível obter energia mecânica e movimento. O carvão era o combustível utilizado para fazer aquecer a água. O conceito base que está por trás desta revolução foi primeiramente desenvolvido por por Heron de Alexandria, no século I d.c.. Mas só em 1618, essa ideia foi convertida numa máquina a vapor de interesse industrial, por Thomas Savery [32][36].
Equipa: 1M08_1
Por fim, do vapor, os motores passaram a ser movidos através do processo de combustão interna. Semelhante ao funcionamento dos carros, o combustível é queimado dentro dos cilindros, explodindo, e fazendo girar os pistões que originarão força mecânica e consequentemente movimento. Desta maneira, os motores tornavam-se mais eficientes, o rendimento era mais elevado, e o espaço melhor aproveitado, considerando que o volume de carvão necessário para alimentar o motor era bastante maior do que o volume ocupado pelos combustíveis utilizados nestes motores . Não só o volume era menor, mas também a massa. Assim sendo, os navios tornaram-se mais eficientes e capacitados de um maior volume de carga. Mas, apesar de comparativamente ao carvão, a escala desta solução ser aparentemente menor, o motor em si, continua a ser um colosso da engenharia.
Figura 27 Eolípila de Heron [27] Figura 28 Máquina a vapor de
Equipa: 1M08_1
Na Figura 3 ilustra-se o maior motor do mundo, e foi construído para propulsionar o navio cargueiro Emma Maersk Triple-E. Este motor é turbo diesel a dois tempos. Com 13,5 metros de altura, 27,3 metros de comprimento, 2 300 toneladas de massa e 14 cilindros, é capaz de produzir mais do que 109.000 cavalos de potência [31][33].
O movimento gerado pelo motor vai ser posteriormente transmitido às hélices do navio, o que resultará na posterior propulsão da embarcação. Esta propulsão é obtida devido ao desenho das hélices. A sua forma em parafuso permite uma menor complexidade na transmissão do movimento do motor, e as suas pás, posicionadas estrategicamente de modo a gerarem uma força horizontal, contra a massa de água, impulsionam o navio.
Equipa: 1M08_1
Os combustíveis utilizados nestes motores, concebidos para os navios, são semelhantes aos utilizados para os automóveis. Estamos a falar portanto de gasóleo, gasolina, etc.
Equipa: 1M08_1
2.5.2 Flutuação
O maior navio cargueiro do mundo tem 400m e pesa 125 mil toneladas. Como é que um objeto deste tamanho consegue flutuar no oceano carregado com milhares de toneladas de carga? Para o explicar Arquimedes desenvolveu um princípio (ver Figura 31): “Todo corpo imerso num fluido sofre ação de uma força verticalmente para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo/proporcional ao volume submerso”. Apesar da densidade dos materiais utilizados na sua construção e da sua dimensão, estes são distribuídos por uma fina camada de metais em forma de casco, passando assim o barco a ter uma densidade inferior à densidade da água [37].
Figura 31 Princípio de Arquimedes [37]
Equipa: 1M08_1
2.5.3 Resistência dos materiais à oxidação
Para garantir a resistência dos materiais utilizados na estrutura do navio, e como consequência a segurança deste, são utilizados Ânodos de Sacrifício, metais colocados nas zonas de maior oxidação (como por exemplo o casco do navio que está em permanente contacto com a água do mar). Estes metais têm um poder redutor menor que o material do casco, sendo portanto oxidados mais facilmente, protegendo-o [38].
Figura 32 Tabela da força relativa de oxidantes e redutores [38]
Equipa: 1M08_1
2.5.4 Constituição
Proa: Parte da frente do navio, afiada para conferir menor resistência possível do navio sobre a água.
Popa: Parte de trás da embarcação. Tem forma adequada para facilitar a passagem da água que irá preencher o vazio produzido pela embarcação em seu movimento, a fim de tornar mais eficiente a ação do leme e do hélice.
Bordos: Duas partes em que o casco é dividido, ou seja, são os dois lados da embarcação. A parte da direita é chamada de estibordo, e a parte da esquerda de bombordo. Isso supondo que o observador esteja olhando para a proa. A superestrutura é todo o conteúdo do navio localizado sobre o convés principal.
Castelo: Superestrutura na parte da frente da proa. O tombadilho é a superestrutura na parte de trás da popa, originando assim uma elevação da borda. [39]
Equipa: 1M08_1
2.5.5 Casco
O casco do navio é a parte exterior dos navios. A segurança do navio está dependente da qualidade e resistência deste, ou seja, caso haja algum problema com a sua estanquicidade o navio corre risco de afundar. Os cascos são constituídos por:
Balizas- vigas em planos transversais com a função de aumentar a resistência do navio.
Vaus- Vigas horizontais que ligam as balizas segundo um plano transversal. Figura 34 Réplica de balizas [40]
Equipa: 1M08_1
Longarinas- outro tipo de vigas de suporte [55].
Quilha- Viga mestra do navio. Costuma ser a primeira peça a ser assentada durante a construção de qualquer embarcação. Constitui a espinha dorsal da embarcação e percorre todo o seu comprimento, desde a roda de proa. [42]
Figura 37 Quilha de um navio [42] Figura 36 Esquema de uma longarina [55]
Equipa: 1M08_1
2.6 Ponte Elevatória do Porto de Leixões
2.6.1 Estrutura
A Ponte de Leixões foi um projeto integrante de uma renovação do Porto de Leixões (Plano Estratégico de Desenvolvimento do Porto de Leixões) tendo sido inaugurada a 30 de Julho de 2007. A tecnologia de ponta utilizada na ponte requereu um investimento de 14 milhões de euros, sendo classificada como a quarta maior ponte levadiça do mundo. [44]
A Ponte substituiu a anterior, que durava há 50 anos. O vão da mais recente chega aos 92 metros e permite o alargamento do canal navegável de 59 para 77,5 metros. A estrutura é caracterizada por uma grande leveza e um sistema hidráulico pioneiro. [45]
A estrutura inclui também uma cobertura para os peões e dois elevadores para os mesmos. O peso total estimado é de 1300 t, enquanto que cada vão pesa apenas 290 t. A altura máxima da ponte atinge os 42 metros, havendo uma diferença de 9,4 para 10,7 metros na altura do vão.
Equipa: 1M08_1
2.6.2 Sistema Hidráulico
A ponte do porto de Leixões funciona à base de um sistema hidráulico inovador com as seguintes características:
Duas unidades hidráulicas, cada uma com uma capacidade de 5500L, potência 360kW,
caudal 1200 l/m, pressão máxima 300 bar, construídas em aço inoxidável.
Cada unidade tem cerca de 6 metros de comprimento e 2,6 de largura e 2 m de altura,
pesando cerca de 15 600 kg cada.
4 Cilindros hidráulicos com uma capacidade de 300 t cada, com blocos de segurança
dotados de válvulas de controlo de movimento.
2 Redes de tubagens (óleo-hidráulicas) em aço inoxidável, com ligações à base de
soldadura TIG, e ligações flexíveis de alta pressão.
Sistema de controlo de acionamento de abertura e fecho, composto por 2 Quadros de
Comando em cada Margem do porto, e 2 Mesas de Comando com Sistema de comunicação redundante entre as duas margens da doca por fibra ótica e via rádio. Este sistema permite a passagem de barcos de maior dimensão e uma regulação do tráfego mais estáveis, permitindo o bom funcionamento de ambas as vias de deslocamento [46][47].
Equipa: 1M08_1
2.7 Maquinaria do Porto de Leixões
2.7.1 Maquinaria de Movimento Vertical
2.7.1.1 Guindastes e Gruas
Maquinaria utilizada para mudar pesos de um lugar para outro. Inventados pelos gregos, movidos por homens, na idade antiga, posteriormente foram introduzidas engrenagens, facilitando assim a elevação de cargas maiores. Na idade média foram introduzidos guindastes nos portos marítimos, para carga e descarda de mercadoria assim como para construção e manutenção de navios.
Nos dias de hoje estes são constituídos por uma torre provida de cabos e roldanas, aumentando ainda mais a carga máxima que estes engenhos podem levantar.
O Porto de Leixões está repleto de gruas e guindastes, imprescindíveis para a carga e descarga de mercadorias nos navios. [48]
2.7.1.2 Princípio das Roldanas
A roldana ou polia, mecanismo utilizado para transferência de energia cinética, constituído por uma roda de metal ou outro material qualquer e uma corda, corrente ou correia que a acione.
Com a utilização de apenas uma roldana, duas cargas de massas diferentes, a polia ir-se-á se deslocar no sentido da que tiver maior massa.
Com a utilização de mais do que uma roldana, a força necessária para que a uma carga suba (T-tensão), irá diminuir. Como se pode constatar na figura abaixo, com a utilização de duas roldanas, essa força vai se reduzir para metade. [49]
Equipa: 1M08_1
2.7.1.3 Titã
No seculo XIX, foram construídos molhes, estrutura alongada constituída por pedras ou blocos, assentes somente pelo próprio peso. Para a construção desses molhes foram usados granitos de pedreiras próximas, que chegavam a pesar 50 toneladas. Um dos grandes desafios desta obra foi conseguir erguer estes grandes blocos, e colocá-los no sítio desejado. Para ultrapassar essa dificuldade, foram encomendados, a uma famosa oficina francesa “Fives”, dois gigantescos guindastes movidos a vapor, que se moviam em cima de carris.
Devido à sua dimensão e aspeto, estes foram batizados como os titãs, sendo considerados atualmente peças únicas de arqueologia industrial.
Ao contrário do que se pensa, estes não foram inicialmente adquiridos para desempenhar funções de carga e descarga mas sim para a construção do próprio Porto de Leixões. Em 1892 um destes titãs caí sobre o mar devido a queda do molhe durante uma forte tempestade, onde este estava assente. Apenas após 3 anos, após muitos estudos, se conseguiu reerguer o velho titã do fundo do mar, com a ajuda de grandes macacos hidráulicos.
Ano após ano estes foram várias vezes desmantelados, umas vezes intencionalmente, outras vezes devido a bombardeamento, pois os portos comerciais eram um dos maiores alvos durante a 1º e º2 guerras mundiais.
Existem outros exemplares, noutros países, porem nenhum deles com o porte e potência dos nossos. Em 2012, a queda de uma peça deste guindaste, originou a rotura de uma conduta de gás, provocando varias explosões e incêndios. [50]
Equipa: 1M08_1
2.7.2 Maquinaria de Movimentação Horizontal
Quer seja para a movimentação de contentores e mercadorias, quer seja para a organização e empilhamento das mesmas, é indispensável a qualquer estrutura portuária elementos de transporte horizontal. O Porto de Leixões não é exceção, possui semirreboques, empilhadores frontais, reach stackers com spreader, pá-carregadoras, etc.
No entanto, um produto da Engenharia Mecânica muito utilizado nestes equipamentos, principalmente nos reach stackers com spreader, é sem dúvida os sistemas hidráulicos e pneumáticos.
2.7.2.1 Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos
Os sistemas hidráulicos e pneumáticos são mecanismos que utilizam fluidos sob pressão para provocarem o movimento. A pressão (P) é a grandeza física dada pelo quociente entre a força aplicada (F) e a área (A) onde está distribuída:
𝑃 =𝐹𝐴 (1)
A unidade S.I. de Pressão é o Pascal (Pa) ou Newton por metro quadrado (N/𝑚2). Pela
análise da expressão, conclui-se que mantendo os valores de Pressão, é possível aumentar a intensidade de força aplicada aumentando a área onde se aplica pressão.
Equipa: 1M08_1
Assim, pela aplicação destes princípios, é possível por meio de líquidos movimentar grandes cargas com forças de aplicação “relativamente” reduzidas.
Equipa: 1M08_1
4. Conclusão
O Porto de Leixões é um espaço onde a engenharia mecânica se concretiza em larga escala.
É também um elemento crucial na economia nacional, e uma ponte para o mercado internacional. E o mar é o seu ponto de contacto.
Estudar o Porto de Leixões é, portanto, estudar a poderosa simbiose existente entre a engenharia mecânica e o mar, e de que maneira esta relação contribui para a agilização e reforço das relações internacionais.
Conclui-se afirmando que, a engenharia mecânica é um pilar no mundo onde vivemos. E neste caso mais concreto, na sua aplicação no meio marítimo. Quer falemos dos navios, de carga ou passageiros, da ponte presente no Porto de Leixões, nas maquinarias necessárias ao transporte e deslocamento das cargas, e nas próprias cargas em si, a Engenharia Mecânica encontra-se presente em todo o lado, e em tudo contribui para um melhor funcionamento do mundo que nos rodeia.
Foi este o propósito que atraiu o grupo 1 a desenvolver este trabalho, e a conhecer de uma forma mais aprofundada o Porto de Leixões.
Equipa: 1M08_1
Referências bibliográficas
[1]http://www.apdl.pt/historia (acedido em 8-10-2015) [2]https://pt.wikipedia.org/wiki/Porto_de_Leix%C3%B5es (acedido em 8-10-2015) [3]http://www.apdl.pt/mapa-do-porto (acedido em 8-10-2015) [4]http://www.apdl.pt/caracteristicas/cais-e-terminais (acedido em 8-10-2015) [5]http://www.cotandre.pt/portos/ (acedido em 11-10-2015) [6]http://www.apdl.pt/estatisticas/passageiros2(acedido em 11-10-2015) [7]http://www.apdl.pt/estatisticas/carga1(acedido em 11-10-2015) [8] http://www.apdl.pt/header (acedido em 13-10-2015)[9] "Navios Graneleiros", M.Ventura, http://www.mar.ist.utl.pt/mventura/Projecto-Navios-I/PT/1.4.3-Navios%20Graneleiros.pdf) [10] http://economia.terra.com.br/infograficos/maior-navio-ja-construido/ http://hypescience.com/conheca-o-maior-navio-mundo/ [11] https://pt.wikipedia.org/wiki/Navio_cargueiro [12] http://www.transportesemrevista.com/Default.aspx?tabid=210&language=pt-PT&id=2624 [13] https://pt.wikipedia.org/wiki/Navio_porta-contentores [14] https://pt.wikipedia.org/wiki/Transporte_mar%C3%ADtimo [15] http://www.transportes-xxi.net/tmaritimo/investigacao/classificacaodenavios [16] "Navios Roll-on/Roll-off", Affonso, 12/10/2015)
http://www.projetomemoria.org/2010/03/navios-roll-onroll-off/ [17] http://www.tmb.pt/ [18] http://www.simplonpc.co.uk/Infinity-Cruise131021-Porto.html [19] http://www.dourovalley.eu/poi?id=7052 [20] http://cruzeirospdl.blogspot.pt/2012_03_01_archive.html [21] http://www.tecmundo.com.br/navio/69648-conheca-prelude-maior-embarcacao-mundo.htm [22]http://embarcacoesdomundotodo.blogspot.pt/2015/05/conheca-prelude-maior-embarcacao-do.html [23] http://www.apdl.pt/-/mv-niledutch-antwerpen-no-porto-de-leixoes-na-viagem-inaugural?p_p_state=exclusive
