AULA ESTABILIDADE IFPE

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Prof. Antonio Porpino
Tecnologia naval
ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
INTRODUÇÃO
GEOMETRIA DA EMBARCAÇÃO
PRINCIPAIS NOMENCLATURAS
INTRODUCAO = A Seguranca de uma embarcacao esta relacionada a diversos fatores, entre eles a sua estabilidade que a torna apta a flutuar nas mais diversas condicoes operacionais. Esta disciplina apresenta conceitos basicos referentes a geometria da embarcacao, establilidade e flutuacao que devem ser do conhecimento dos maritimos que a tripulam.
GEOMETRIA = existem planos que servem para a contagem das cotas verticais , horizontais e leitura de calados. Tambem existem significados de deslocamento ( peso) e sua influencia nos limites de carga.
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ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
Loa – Comprimento total
T = Calado
P = Pontal
Borda livre
Ta = Calado aéreo
Convés Principal
Super estrutura
Popa
Proa
Linha D’água
Para falarmos de estabilidade temos que conhecer algumas nomenclaturas preliminares importantes da embarcacao. Temos ai a vists de perfil do navio.
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ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
Loa – Comprimento total
T = Calado
P = Pontal
Borda livre
Calado aéreo
Convés Principal
Super estrutura
Popa
Proa
Linha D’água
B = Boca
Numa embarcacao existem uma quantidade enorme de nomenclaturas, porem iremos abordar as mais importantes para o estudo da estabilidade.
Temos ai um corte transversal na popa do navio.
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ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
CALADO
TRIM
BANDA
DESLOCAMENTO
VOLUME DESLOCADO
ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
CALADO
Distância Vertical entre o plano de base
e a superfície da água.
São marcados no costado do navio.
Calado médio Cm = cav+car/2
Calado a meio navio (meia nau)
Digamos que temos o valor de Cav =1,80 + Car = 3,20 / 2 = 5,00/2 = 2,50m (calado medio).
Comparando o valor do calado a meio navio com o calado medio, podemos saber se a embarcacao esta com uma deflexao no casco ou com ma distribuicao de pesos.
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COMPORTAMENTO DINÂMICO
ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
2. TRIM
Também Conhecido como compasso
Diferença entre calados av e ar
Trim = Car – Cav
Serve para indicar se a embarcação se 
encontra embicada ou derrabada.
Nao devemos confundir Trim com calado medio, pois o mesmo é a diferenca entre os calados.
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ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
3. BANDA
Inclinação para um dos bordos.
Seu valor é expresso em graus.
Temos também banda permanente.
Distribuição de pesos.
ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
4. DESLOCAMENTO
Peso da embarcação.
Expresso em toneladas.
Representado pelo símbolo D ou Δ.
O Termo deslocamento é usado porque o peso da embarcacao é igual ao peso do volume dagua deslocado pela carena do navio.
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ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
O Termo deslocamento é usado porque o peso da embarcacao é igual ao peso do volume dagua deslocado pela carena do navio.
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ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
5. VOLUME DESLOCADO
Volume da parte submersa (carena)
Expresso em metros cúbicos
Representado pelo símbolo 
Δ
O Termo deslocamento é usado porque o peso da embarcacao é igual ao peso do volume dagua deslocado pela carena do navio.
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ESTABILIDADE INTACTA E EM AVARIA
É BOM SABER...
SOBRE VOLUME DESLOCADO
´E BOM SABER SOBRE VOLUME DESLOCADO.
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ESTABILIDADE INTACTA
ESTABILIDADE INTACTA
CENTROS DE GRAVIDADE 
E DE CARENA.
2. METACENTRO
ESTABILIDADE INTACTA
1. CENTROS DE GRAVIDADE E CARENA
Resultante de todos os pesos a bordo.
Tem como ponto de aplicação o centro
de gravidade.
Representado pela letra G.
Ponto notável com a cota vertical 
representado por KG.
A resultante de todos os pesos que atuam a bordo, o proprio peso da embarcacao vazia, peso dos oleos combustiveis e lubrificantes, agua potavel, de lastro de agua salgada, da carga e de todos os demais pesos existentes na embarcacao.
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ESTABILIDADE INTACTA
A importância do KG numa embarcação
 É BOM SABER...
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BRAÇO DE ENDIREITAMENTO (GZ > 0)
GRANDES ÂNGULOS ( >30 GRAUS)
TODA VEZ QUE UMA EMBARCAÇÃO INCLINA-SE PARA UM DOS LADOS, O BRAÇO DE ENDIREITAMENTO AUMENTA DE ACORDO COM O ÂNGULO TETA, COMO VIMOS NA FIGURA, OU SEJA, QUANTO MAIOR FOR MEU ÂNGULO, MAIOR SERÁ A MINHA INCLINAÇÃO. 
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Braço de Estabilidade (GZ)
Centro de Gravidade ( G)
Diferentes curvas hidrostáticas
Ângulo de inclinação
ESTABILIDADE INTACTA
2. METACENTRO
Posição do centro de carena (B)
Só tem valor fixo quando o navio 
permanece em repouso.
Quando o navio sofre pequenas bandas, o centro de carena descreve uma curvatura que tem centro fixo. 
Centro da curvatura do lugar geometrico dos centros de carena para pequenos angulos de banda é chamado de metacentro transversal.
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ESTABILIDADE INTACTA
2.1 RAIO METACÊNTRICO (BM)
Distância entre (B) e (M).
Divisão da inércia sobre volume deslocado
2.2 ALTURA METACÊNTRICA (GM)
Distância entre (G) e (M).
Expresso por GM=KB+BM-KG
Quando o navio sofre pequenas bandas, o centro de carena descreve uma curvatura que tem centro fixo. 
Centro da curvatura do lugar geometrico dos centros de carena para pequenos angulos de banda é chamado de metacentro transversal.
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 É BOM SABER...
estabilidade 
intacta
É importante nao confundir raio metacentrico com altura metacentrica, porque o BM depende de propriedades geométricas de carena, 
e o GM depende nao so dessas propriedades, como das condicoes de carregamento do navio.
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ESTABILIDADE INTACTA
Produto de uma forca ou pelo pela distancia ao seu ponto de aplicacao. No caso de uma embarcacao, todo peso que embarca ou desembarca a bordo terá como ponto de aplicacao do seu momento, o plano de base, o ponto K.
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ESTABILIDADE INTACTA
 BINÁRIO ou BRAÇO DE ENDIREITAMENTO
Sistema de duas forças parelelas, 
de mesma intensidade e sentidos contrários 
aplicadas ao mesmo corpo.
A tendência do binário é causar uma rotação.
Força de gravidade (peso) para baixo
Força de empuxo para cima.
Distância entre essas duas forças = GZ
Devido a existencia desse binario, ocorre um momento de endireitamento, que corresponde a intensidade da força que levara a embarcacao novamente a sua posicao de equilibrio. 
Esse momento é igual ao produto do deslocamento pelo braco de endireitamento.
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ESTABILIDADE INTACTA
 BINÁRIO ou BRAÇO DE ENDIREITAMENTO
Representado pela expressão:
 Me = Δ x GZ
(Produto do deslocamento x braço de endireitamento).
Devido a existencia desse binario, ocorre um momento de endireitamento, que corresponde a intensidade da força que levara a embarcacao novamente a sua posicao de equilibrio. 
Esse momento é igual ao produto do deslocamento pelo braco de endireitamento.
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ESTABILIDADE INTACTA
O KG no projeto é calculado para a pior situação de estabilidade
GZ = GM senθ
Para pequenos ângulos menores que 8 graus.
GZ = GM.θ
Para grandes ângulos acima de 8 graus
GZ não é mais: GZ = GM x sen θ
Quando um navio simetrico e inclinado de um angulo dø. Como resultado dessa inclinacao temos o deslocamento do centro de carena.
A distancia entre as linhas de acao do peso e do empuxo, GZ é chamado de braco de endireitamento.
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ESTABILIDADE INTACTA
 
Teste de inclinacao nada mais é do que um procedimento simples para a obtencao experimental do GM inicial.
O procedimento baseia-se na movimentacao de um item de carga a bordo, de peso conhecido (W), perpendicularmente a linha de centro da embarcacao e de uma distancia (d) que devera ser registrada.
A movimentacao dessa carga provocara uma banda de (ø) que devera ser medida, assim: 
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ESTABILIDADE INTACTA
De modo geral, a forma de representar as características de estabilidade de um navio a grandes ângulos de inclinação é através de curvas cujas abscissas representam os ângulos de banda (θ) e as ordenadas o Braço do conjugado de Endireitamento. Podem ser traçadas várias curvas de estabilidade de um mesmo navio variando-se os valores de deslocamento e de KG.
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ESTABILIDADEINTACTA
Essas sao as curvas de estabilidade de um navio.
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Estes acontecimentos são suficientemente frequentes para que seja necessário tomar medidas para proteger o navio contra os efeitos de alagamentos acidentais.
ESTABILIDADE EM AVARIA
Todos os tipos de navios e embarcacoes estao sujeitos ao risco de afundarem se perderem a sua estanqueidade devido a colisao , encalhe ou acidente interno ( explosao , por exemplo).
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ESTABILIDADE EM AVARIA
Dois problemas vitais podem ocorrer:
Perda de estabilidade ou afundamento de convés 
não estanque e o conseqüente embarque 
de mais água.
A análise desse problema pode ser feita por
dois métodos: 
método de adição de pesos
o método de perda de flutuabilidade.
Quando um navio sofre uma avaria nas obras vivas, 
pode ocorrer um alagamento (“água aberta”) e, 
com isso, aumentar de calado, adquirir banda e trim.
Dois problemas vitais podem ocorrer:
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O método mais eficaz de proteção contra este problema consiste na subdivisão do espaço interno do navio por meio de:
Anteparas transversais.
Anteparas longitudinais.
Duplos-fundos ou conveses estanques.
COMPARTIMENTAÇÃO
No final do século XIX as sociedades classificadoras estabeleceram regras empíricas para a instalação de anteparas em navios mercantes
 (surgem os piques tanques de ré e vante, espaços de máquinas e espaços de carga).
O interesse nesta área foi constante durante todo o final do século XIX e princípio do século XX, estimulado por acidentes como o do Titanic.
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As principais consequências de um alagamento podem ser:
Mudança do calado como resultado da perda de flutuabilidade. 
Mudança do trim.
Ocorrência de banda. 
Mudança na estabilidade. 
Mudança de borda livre
Perda do navio
EFEITOS DO ALAGAMENTO
O novo equilíbrio será encontrado quando o deslocamento da parte intacta for igual ao deslocamento anterior a avaria menos o peso de algum líquido ou carga que eventualmente tenha vazado.
navio tomará uma banda no caso da avaria causar alagamento desigual bordo a bordo, de tal maneira que seu novo centro de carena se encontre no mesmo plano vertical longitudinal do centro de gravidade. 
A inundação causa mudança da posição vertical do centro de flutuação bem como no momento de inércia da área de flutuação, mudando dessa maneira respectivamente KB e BM. 
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ESTABILIDADE EM AVARIA
Ou seja, um alagamento sempre resultará em:
Perda de flutuabilidade e trim excessivo
Perda de estabilidade transversal e consequente emborcamento
Uma avaria sempre é acompanhada de uma redução da borda livre da embarcação. Dessa maneira fica reduzida a região de braços de endireitamento positivos. Quanto maior a borda livre antes da avaria menos drástica será a sua diminuição com a avaria. Quando as mudanças do calado do trim e da banda necessárias para o restabelecimento da condição de equilíbrio são tais que provocam a inundação das partes não estanques do casco, passa a existir um alagamento progressivo que termina por afundar o navio. 
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ESTABILIDADE EM AVARIA
μ = permeabilidade
V = volume do compartimento
A = área do plano de flutuação(aw)
μs = permeabilidade de superfície média
a = área do compartimento avariado
H1 = calado após avaria
H = calado inicial
ESTABILIDADE EM AVARIA
Tipos de Alagamentos
Compartimentos sem comunicação livre com o mar (tipo 1).
Compartimentos com comunicação livre com o mar (tipo 2).
Compartimentos que são fechados no topo e que estão completamente cheios de água (tipo A).
Compartimentos que são abertos no topo ou estão parcialmente cheios (Tipo B).
Pode subdividir-se os compartimentos alagados de um navio em dois tipos básicos no que diz respeito à comunicação com o mar:
Os compartimentos destas duas categorias podem ainda pertencer a uma de duas categorias no que diz respeito ao seu extremo superior:
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EXTENSÃO DA AVARIA
Em função do estudo das avarias já ocorridas, as sociedades classificadoras estabelecem avarias padrão para as quais um determinado tipo de navio deve resistir. Essas avarias padrão determinam o tamanho e a profundidade da avaria. 
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ESTABILIDADE EM AVARIA
PERMEABILIDADE
Espaços para passageiros e tripulantes 95%
Espaços de máquinas 85%
Espaços de carga 60%
Tanques de serviços 0 a 95%
A permeabilidade de um espaço (μ) é determinado pela razão de volume que este espaço pode ser ocupada por água.
 A permeabilidade é expressa normalmente em percentagem. 
Pode também acontecer do ar contido num compartimento não poder escapar, o que causa a formação de uma superfície livre e o aprisionamento do ar no topo do compartimento alagado, chamando-se a este fenômeno pocketing.
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ESTABILIDADE EM AVARIA
MÉTODOS PARA CALCULAR OS EFEITOS
Adição de pesos
Perda de flutuabilidade
O cálculo dos efeitos do alagamento de um ou mais compartimentos pode ser feito de acordo com um dos métodos seguintes:
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ESTABILIDADE EM AVARIA
No Método de adição de peso a água proveniente do alagamento é tratada como um peso acrescentado (embarque de peso), devendo sempre levar em conta a presença de superfície livre.
ESTABILIDADE EM AVARIA
No Método da Perda de Flutuabilidade,
a água proveniente do alagamento e o próprio compartimento alagado são tratados como não pertencendo ao navio, isto é, como se esse compartimento deixasse de pertencer ao navio, originando uma perda de flutuabilidade.
ESTABILIDADE EM AVARIA
Podemos ver isso nesta ilustracao, quando isolamos a area do compartimento em avaria sendo considerado um corpo estranho ao navio.
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ESTABILIDADE EM AVARIA
método consiste em:
Calcular o novo calado do navio após o alagamento, sem considerar o trim ou o adernamento.
Recalcular a posição do centro de carena do navio, ainda sem rotações.
Calcular o adernamento resultante da nova posição transversal do centro de carena, tendo em conta que o centro de gravidade permanece fixo.
Finalmente, calcula-se o trim resultante da nova posição longitudinal do centro de carena, tendo em conta que o centro de gravidade permanece fixo.
Calculam-se então os calados finais do navio.
Neste método, o compartimento alagado, ou compartimentos alagados, é tomado como uma perda de flutuação no navio (equivalente ao compartimento deixar de pertencer ao navio). O deslocamento e centro de gravidade do navio permanecem constantes.
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ESTABILIDADE EM AVARIA
Considerações finais
ESTABILIDADE EM AVARIA
Prof. Antonio Porpino
Tecnologia naval
Obrigado!
e uma boa semana.
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