Section 1 – INTERACTION (I.Dand)
1)
Introduction
Quando navios ficam próximos uns dos outros,
on is apt to “feel” the presence of the other to a greater or lesser degree.
Nem sempre é possível evitar os efeitos súbitos e inesperados da interação : navios em canais longos e estreitos tem que passar uns pelos outros e outras embarcações (rebocadores e lanchas de prático) tem que ficar mais próximo ainda dos navio pela natureza própria dos seus trabalhos /serviços.
Este fenômeno hidrodinâmico que faz os navios próximos uns dos outros terem este comportamento chama-se interação e suas causas / efeitos são tratados neste artigo.
2) What causes Interaction?
Exemplos de interação em terra : sucção causada pelo trem em alta velocidade ; o “ground effect” experimentado pelo avião quando decolando /aterrisando...
No meio marítimo, a interação é causada quando os campos de pressão ao redor dos navio interagem.
Quando o navio está em equilíbrio, existem pressões hidrostáticas, que são somadas as pressões dinâmicas quando ele começa a se mover. As pressões dinâmicas são aquelas que geram os sistemas de ondas transversais e divergentes quando se movendo em calm water.
Se este sistema de pressões agindo abaixo do casco do navio for alterado, o estado de equilíbrio será alterado : navio poderá acelerar ou perder velocidade, mudar o curso (rumo), sink deeper into the water or rise on to its surface
(squat), ou trimar diferentemente.
2) What causes Interaction?
Quando o navio entra em águas rasas, a presença do fundo afetará as pressões no casco da seguinte forma:
1.Aumentará a interação;
2.O navio tenderá a aumentar o Squat;
3.As ondas do mar e ondas do navio “become
more steeper” (escarpadas, íngremes).
(Veja os efeitos de interação pelas figuras 1,
Fig.2 : “Surge / Sway forces and Yaw moments –
model ship in meeting” Fig.3: “ Bank acting as a mirror”
Efeitos do banco agir com um
“espelho” para o navio:
1.O navio normalmente é sugado pelo banco; 2.O sistema de ondas do navio também é afetado:
“the bow wave” próximo ao banco aumenta de tamanho e forma um “pressure cushion”.
Isto é aumentado “if the bank is sloping” (≠ TUP), when the wave may locally “go critical” and get even
steeper.
Este “cushion” tende a empurrar a proa para fora do banco e, se a velocidade é alta o suficiente, este movimento pode superar a sucção, de forma que o navio tende a ser “pushed bodily away” from the bank (≠SHFM)
3) Ship-Ship Interaction
De maneira geral, os testes com modelos indicaram que a interação ship-to-ship varia com:
1.Diretamente com V²;
2.Inversamente com a distância;
3.A grosso modo (“roughly”), com o inverso da
raiz quadrada da razão UKC / T.
Então, a velocidade e distância corretos são vitais para evitar interação, ou pelo menos para minimizá-la.
Head-on Passing
1. No início, as proas se abrem (“bow-out moment”) , há um suave aumento de velocidade;
2. Há um suave “bodily repulsion”;
3. A medida que os navios cruzam, o “bow-out moment” se transforma em “bow-in”, e a repulsão se reduz;
4. Quando a passagem está quase no final, o “bow-out moment” retorna, mais forte (que pode fazer os navio guinarem para fora um do outro). Pode ser sentida uma suave redução de velocidade.
5. No final, ocorre um “bow-in moment” fraco, e uma repulsão.
Head-on Passing
Comentários:
1.A vantagem (do ponto de vista da interação) é que, por ser rápida a manobra, os navios tem pouco tempo para reagirem as forças e momentos de interação.
2.Geralmente os efeitos dominantes são :
1) o “bow-out” quando começa a passagem (benéfico e geralmente pequeno para ser controlado) ; 2) o “bow-out” do final (mais forte, e que pode fazer
os navios guinarem para um banco de um canal
Overtaking
2 coisas ocorrem “as the overtaking overhauls the overtaken:”
1. Pequeno “bow-in moment” em ambos os navios;
2.A velocidade do “ overtaking ship” aumenta e a do “overtaken ship” diminui.
Como a velocidade relativa entre ambos é baixa, a interação tem tempo para atuar : o “overtaken” pode guinar para cima do “overtaking” e ocorrer colisão.
Se a colisão (abalroamento) não ocorre, (talvez porque as embarcações
estejam em rumos de colisão antes da ultrapassagem), então, o “overtaking ship will move past the other and both will feel powerful
bow-out moments together with a mutual atraction.” Isso pode fazer
ambos os navios “fly apart” e as popas colidirem.
Overtaking
Normalmente em uma ultrapassagem afetada por interação, ou
haverá abalroamento ou grande mudança de rumo.
Se isso ocorre, o “ overtaking” experimentará um aumento da resistência e diminui a velocidade, enquanto que o “overtaken” diminui a resistência e aumenta a velocidade. Resultado : o
“overtaking” ficará em uma situação mais difícil de completar a manobra e, em casos extremos, “get trapped”. (≠SHFM).
Overtaking
Normalmente em uma ultrapassagem afetada por interação, ou haverá
abalroamento ou grande mudança de rumo. Se isso ocorre, o
“overtaking” experimentará um aumento da resistência e diminui a velocidade, enquanto que o“overtaken” diminui a resistência e aumenta a velocidade. Resultado : o “overtaking” ficará em uma situação mais
difícil de completar a manobra e, em casos extremos, “get trapped”.
(≠SHFM).
Comentários:
1. As manobras de ultrapassagem devem ser tratadas com atenção.
2. Para evitar o abalroamento, deixe uma grande distância entre os
navios;
3. Para evitar que o “overtaking get trapped”, reduza a velocidade
deste ou daquele navio.
4. Quanto menor a Veloc Relativa, pior ( mais chances de problemas
Ship-Moored Interaction
Se um dos navios em uma “passing maneuver” está estacionário (“atracado num jetty”), pode ser afetado pela interação.
É a mesma seqüência de forças e momentos; mas, como o sistema de amarração do navio é mais fraco em “surge”, o navio atracado se move AV e AR do berço. Tal movimento, acoplado com sideways / rotary motions,
que podem gerar “snatch loads in any slack or
poorly-tended moorings which could may break.”
“Once one like is broken, other may soon follow”.
Comentários:
1. A velocidade do navio deve ser a mínima possível, e deve-se manter esta quando a UKC for pequena.
Tug-Ship Interaction
Como o rebocador é geralmente muito menor que o navio, e profundidade afeta mais o navio (“for a given depth of water may be deep for the tug, and well be shallow for the ship”), o navio terá um grande efeito de interação no
rebocador, enquanto o rebocador não terá (“virtually no effect”) efeito no navio.
Modernos tratores e tratores reversos tem potência e manobrabilidade suficientes estar menos expostos ao perigos da interação do que os rebocadores de propulsão convencional.
Embora isto não queira dizer que eles não são afetados (fig.6 – forças e momentos de um trator em relação a navio), por possuírem resposta mais rápida e maior manobrabilidade, são mais capazes de manobrar para sair das situações difíceis.
A fig.7 (fig.6.4 – TUP) apresenta as forças e momentos de interação de um rebocador de propulsão convencional, quando estiver a contrabordo. Note que :
1.Existem áreas próximas da proa e popa que devem ser evitadas – a força de controle que o
leme exerce é acrescida a interação ( ao invés de ser reduzida);
2.Atenção a tendência do rebocador de guinar para debaixo da proa do navio !
3.As mudanças bruscas de forças e momentos de interação no rebocador são importantes quando o rebocador altera sua posição “fore-and-aft along
4) Interaction near fixed boundaries
4.1) Bank Effects
Os efeitos de banco se manifestam com um “bow-out
moment together with a suction”.
Ocorrerá se o banco é : vertical (“as in waterway with
piled sides”); flooded ( “as in a fairway”) or sloping (“ as in a canal”). Também ocorrerá “if the water shoals to one side of the ship”.
O resultado prático é que o navio vai guinar para fora do banco (“bow cushion dominates”); e os efeitos vão diminuindo a medida que a distância do banco aumenta. Logo, para se mover paralelo ao banco, usa-se leme
na direção do banco.
Quando navegando na “centerline of a waterway” , os efeitos de banco devem se cancelar – isso ocorre quando os bancos são uniformes. Mas em “fairways and
rivers” onde os bancos podem não ser uniformes, tal
efeito não está implícito.
Então, nestas circunstâncias (bancos não uniformes), suscita-se que o navio automaticamente encontra o centro do rio, o banco agindo como um “control device”...
Só que devido a relação de sua 1)massa, 2)inércia
e 3)habilidade de guinada, é mais improvável que
o navio não irá simplesmente “overshoot the
centerline” e encalhar na outra margem /outro
banco.
Em um possível cenário deste caso, o navio irá “sheer off one bank” e aproximar da outra margem,; se o ângulo de aproximação for 90°, ele poderá guinar sob a influência de um “bow cushion” crescente, para deixar o banco sem tocá-lo, e aproar para a outra margem.
Geralmente este processo é divergente e a “reflexão” não ocorrerá pela 2ª vez e o navio irá
4.2) Ships in basins :
(Alguns efeitos de interação que ocorrem entre navios manobrando “in enclosed basins”)
1. Swinging and Manoevring: Navio manobrando sem
assistência em uma “enclosed basin” , usando a combinação de propulsores e bow thruster, pode movimentar a água nesta região. E o “resultant swinging” do navio pode causar mudanças de pressões (“ship acts as a form of paddle” – age como uma raquete na água).Os navios atracados nas proximidades podem ser afetados por estas mudanças de pressão e “range or surge on their
4) Interaction near fixed boundaries
2. Tug pumping: os propulsores dos rebocadores modernos (1 ou mais propulsores ou 2 “powerful thrusters” ), não somente são bons equipamentos de propulsão, como também, em espaços confinados, atuam como “effective pumps” , colocando a água em movimento. Isto, em espaços muito confinados (especialmente se os rebocadores estão com cabos curtos), podem fazer o navio atender de uma maneira
inesperada
Fig.9: (situação modelada fisicamente) :Mostra como o
fluxo induzido pela descarga do propulsor causa mudanças de pressão que afetarão o navio. Observa-se que o navio se move na direção do rebocador, embora a direção que o rebocador está puxando não sugira tão comportamento.
16 Algo em comum com Efeito Coanda do Tug Use in Port –
2. Tug pumping (cont.):
Fig.10: mostra o “turning moment” medido em um
modelo de navio rebocado por um rebocador.
Observe como este “turning moment” chega a mudar
de sinal (isto é, atuando na direção oposta a esperada),
em uma profundidade bem rasa.
É outro exemplo poderoso dos efeitos de águas rasas, e sugere cautela quando usando “powerful tugs on a short
4) Interaction near fixed boundaries
3. The following wake:
Quando o navio reduz a velocidade abruptamente, a esteira (“body of water which moves with the ship”) leva tempo para parar...e poderá ultrapassar o navio.
Isto pode afetar o navio, movendo-o para vante, em em casos extremos, podendo guiná-lo de uma forma descontrolada.
A lição é clara: Ao reduzir a velocidade ou fazer uma
“swinging manoeuvre” , faça-os gradualmente.
What Exactly is Ship Squat?
Squat em navios tem 2 formas :
1.Pelo movimento avante do navio ( maioria dos casos); 2.Quando o navio encontra-se atracado em uma maré de
vazante (“ebb tide”).
Squat é o decréscimo na UKC causado pelo movimento a vante.
A medida que o navio se move a vante, ocorre um “mean bodily sinkage together with a slight trimming
effect”.
A soma algébrica do afundamento (“bodily sinkage”) “ship
Deve ser enfatizado que squat NÃO É a
diferença de leitura de calados entre navio “stationary” e “underway”. Ex: a diferença entre as leituras de calado na proa devido ao movimento a vante pode ser de 2m, enquanto o decréscimo de UKC pode ser de apenas 0,4m.
A 2ª forma de squat ocorre quando há um navio atracado em uma maré de vazante. A velocidade da maré (corrente de maré) produz os efeitos de sinkage e trim.
Caso ocorra uma leitura errada de calado pelo pessoal marítimo, por exemplo, num “draught /draft survey” , pode-se levar a “underloading cargo aboard..”
What Exactly is Ship Squat?
Para navios pequenos e lentos, o Squat é de alguns centímetros, e pode ser desprezado.
Porém, com o surgimento de super-petroleiros (ex: 250k DWT) e navios porta- contêineres de grande velocidade, o Squat aumentou gradualmente para algo em torno de 1,50 a
1,75m, reduzindo a UKC estática destes navios
a 1,0m a 1,5m.
20 Estudos de Águas Rasas
Um navio se comporta de forma diferente em águas rasas em relação a águas profundas. Usa-se um “depth of
influence coefficient” (FD) para se saber se o navio
entrou em águas rasas.
FD = k . T ( k = 5,68 para Supertankers; 7,07 para General Cargo Ships).
H/T > FD : navio estará em águas profundas (squat e resistência não mudam);
H/T < FD : navio estará em águas rasas (resistência
aumenta, velocidade e RPM diminuem para mesmo regime de máquinas e o Squat aumenta a medida que H/T se aproxima de 1,10).
What Exactly is Ship Squat?
Estudos de Águas Rasas
Outras indicações que o navio entrou em águas rasas:
1. A “wave making” aumenta na proa do navio;
2.Embarcação se torna “sluggish to manouvre”;
3.O navio pode começar a vibrar
repentinamente (devido ao efeito de “entrained water” causando ressonância);
4.Os movimentos de roll, pitch e heave
diminuem, devido ao “cushion of water
Os principais fatores que afetam o Squat são:
1. VK: A velocidade a vante do navio
no fundo.
Ela é o fator
mais importante pois o squat varia diretamente com
V
K22.
C
B: squat varia diretamente com C
B(petroleiros e
OBOs terão comparativamente mais squat do que
navios de passageiros e porta-contêineres);
3.
H/T (razão profundidade / calado estático): Variações
de H/T no estudo do Dr. Barrass : 1,1
– 1,4.
4.
Presença de bancos : quanto mais próximo de bancos,
maior será o efeito squat;
Practical Calculations for Squat
Fatores importantes: 1. Blockage Factor: S = b .T / W. H
2.Velocity-Return Factor: S2 = S / 1 – S
22 Lembrando que os valores de H/ T no trabalho do Dr.Barrass são na faixa de 1,10 a 1,40 .
Practical Calculations for Squat
Onde o Máximo Squat ocorrerá?
R: “it all depends on how each ship is trimming when static”.
a. Se os navios estiverem “ on even keel when stationary”: 1.CB > 0.700 ( full-form vessels) : trim by the head; 2.CB < 0.700 (fine-form vessels): trim by the stern;
3.CB=0.700 (medium form vessels) : usually not trim;
squat terá somente o “bodily sinkage component”.
b. Se o navio estiver trimado pela proa / popa quando parado, quando estiver “underway”, também
trimará pela proa / popa, respectivamente.
Ademais, o efeito de “bodily sinkage” será acrescido ao Squat Máximo.
Dessa forma, o Squat aumentará qualquer trim estático que o navio tiver na mesma direção, quando o navio tiver velocidade a vante.
O Squat Máximo deverá ser somado ao maior dos
Practical Calculations for Squat
“Width of Influence” – Largura de influência ( FB) A largura de influência (FB) é uma largura artificial usada
nos cálculos de Squat, usada para representar a condição de navio operando em “open waters”.
Usando esta largura de influência, pode-se calcular o Squat máximo em um navio como se ele tivesse operando em rio ou canal.
Qualquer largura além da FB indicará valores idênticos de Squat.
Qualquer largura menor que FB produzirá aumento na
resistência, perda de velocidade, perda de RPM, e aumento de Squat.
FB = k . B (“k” varia de 8,32 para Supertankers ; 9,50 para General Cargo Ships). B =ship’s maximum breadth.
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Consequences of Ship Squat
Exemplos de 2 acidentes devido a negligência ao Efeito Squat:“Herald of Free Enterprise” e “QE2”. Custos a serem enfrentados pelos armadores
(“shipowners”) após encalhe: 1. Custos de reparo do navio; 2.Custos de reparo com“lock sills”;
3.Compensações por derramamento de óleo; 4.Despesas de docagem pela inspeção do navio;
5.Lucros cessantes devido ao navio estar fora de operação (“as high as £ 100k /day ).
Practical Calculations for Squat
Prevention of the Squat
A forma mais eficiente de prevenir um excessivo Squat é reduzir velocidade.
Outra forma é aumentar o valor de H/T (descarregando de água de lastro, ou navegar em águas mais profundas).
Possuir um programa de computador que faça previsão de Squat pode ser benéfico aos oficiais do navio. As informações abaixo são úteis:
1. Whether ship is in open or confined waters; 2.Maximum Squat and where they occur;
Além do pessoal de bordo ( master and deck officers) e práticos, as Autoridades Portuárias devem estar conscientes do que é o Efeito Squat.Algumas delas, requerem um mínimo UKC
estático de 1,0m a 1,25m, antes do navio adentrar no rio.
Também é requerida uma velocidade máxima de trânsito.
Pode ser requerida a postagem de um gráfico simples de Squat x Veloc no passadiço:
Questões de provas passadas
Q.66 ( 2011)
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Questões de provas passadas
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