UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

ESCOLA POLITECNICA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

PROGRAMA DE MOBILIZAÇÃO DA INDÚSTRIA NACIONAL DE PETROLEO E GÁS (PROMINP)

ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA NAVAL E OFFSHORE

ANDRÉ FERREIRA DE OLIVEIRA

ANÁLISE DA CAVITAÇÃO EM PROPULSORES UTILIZADOS

EM REBOCADORES

Salvador

2013

ANDRÉ FERREIRA DE OLIVEIRA

ANÁLISE DA CAVITAÇÃO EM PROPULSORES UTILIZADOS EM REBOCADORES

Monografia apresentada ao Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal da Bahia, como parte integrante das exigências para a conclusão do Curso de Especialização em Engenharia Naval e Offshore.

Orientador: Professor Valmar Pereira Cabral Junior, Msc.

Salvador

2013

RESUMO

A presente monografia tem como objetivo analisar os efeitos do fenômeno da

cavitação em propulsores que são utilizados em rebocadores. Será avaliado como a

cavitação interfere no desempenho dos rebocadores.

Os propulsores avaliados serão: propulsor de hélice de passo controlavel, propulsor

de hélice de passo fixo, propulsor com dutos, propulsor azimutal e o propulsor Voith

Schneider. Serão apresentados os principais tipos de rebocadores e os seus

sistemas propulsivos. O fenômeno da cavitação será descrito em detalhes, com

análises e comentários. Serão abordados os principais tipos de cavitação em

propulsores e serão apresentados estudos comparativos entre os sistemas de

propulsão citados acima.

Serão abordados três critérios para verificação da cavitação, sendo um deles o

Diagrama de Burrill que é o mais consagrado. A sequência do presente trabalho

será a seguinte: descrição dos rebocadores, descrição dos sistemas propulsivos,

análise do fenômeno da cavitação e seus efeitos e estudos da cavitação em

propulsores.

Palavras – chaves: rebocador, cavitação, propulsor.

ABSTRACT

This thesis aims to analyze the effects of the phenomenon of cavitation in propellants

that are used on tugs. In this work will be evaluated how cavitation affects the

performance of the tugs.

The thrusters will be evaluated: thruster with controllable pitch propeller, with fixed

pitch propeller, with propeller with ducts, with azimuth thruster and propellant Voith

Schneider. Be lodged with the main types of tugs and their propulsive systems. The

phenomenon of cavitation will be described in detail, with analysis and commentary.

We will address the major types of cavitation on propellers and we will present

studies comparing the propulsion systems mentioned above.

It will examine three criteria for verification of cavitation, one being the diagram of

Burrill, the most devoted. The result of this work will be the following: description of

tugs, description of propulsive systems, analysis of the phenomenon of cavitation

and its effects and studies of cavitation in propellers.

Key - words: tug, cavitation, propeller.

AVALIAÇÃO DO ORIENTADOR

Considerando os fundamentos apresentados e as análises realizadas pelo aluno

André Ferreira de Oliveira, na presente monografia, intitulada ANÁLISE DA

CAVITAÇÃO EM PROPULSORES UTILIZADOS EM REBOCADORES, atribuo nota

____ à mesma.

Prof.: Msc. Valmar Pereira Cabral Junior

Orientador

Salvador, Bahia, 09 de setembro de 2013.

5

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 8

2. REBOCADORES .................................................................................................... 9

2.1 REBOCADORES COM PROPULSÃO CONVENCIONAL ............................... 10

2.2 REBOCADORES COM PROPULSÃO NÃO CONVENCIONAL ...................... 14

2.3 REBOCADORES DE PROPULSÃO A VANTE (TRATORES) ......................... 15

2.4 REBOCADORES DE PROPULSÃO A RÉ (ASDS) .......................................... 15

3. TRAÇÃO ESTÁTICA (BOLLARD PULL) ............................................................ 16

4. GEOMETRIA DO PROPULSOR ......................................................................... 19

5. TIPOS DE PROPULSORES ................................................................................. 21

5.1 HÉLICES DE PASSO FIXO............................................................................... 21

5.2 HÉLICES DE PASSO CONTROLAVEL ............................................................ 23

5.3 PROPULSORES AZIMUTAIS ........................................................................... 25

5.4 PROPULSOR VOITH SCHNEIDER .................................................................. 27

5.5 PROPULSÃO EM DUTO ................................................................................... 29

6.CAVITAÇÃO .......................................................................................................... 30

6.1 CONCEITO DE CAVITAÇÃO ............................................................................ 30

6.2 MECANISMOS DA CAVITAÇÃO ...................................................................... 31

6.3 TIPOS DE CAVITAÇÃO .................................................................................... 34

6.4 EFEITOS DA CAVITAÇÃO ................................................................................ 36

6.5 CONTROLE DA CAVITAÇÃO ........................................................................... 37

6.6 CRITÉRIOS PARA CAVITAÇÃO ...................................................................... 39

6.7 TÚNEL DE CAVITAÇÃO ................................................................................... 41

7. CAVITAÇÃO EM PROPULSORES ..................................................................... 42

7.1 PASSO CONTROLÁVEL ................................................................................... 43

7.2 PROPULSOR AZIMUTAL.................................................................................. 45

7.3 PROPULSORVOITH SCHNEIDER ................................................................... 52

7.4 PROPULSORKORT–NOZZLE (TUBULÃO) ..................................................... 62

7.5 HÉLICES DE PASSO FIXO............................................................................... 67

8. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 73

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 75

6

LISTA DE FIGURAS

Figura 1:rebocador mono hélice.........................................................................................................11 Figura 2:rebocador convencional duplo hélice...................................................................................11 Figura 3:leme de flanco......................................................................................................................12 Figura 4:tubulão – Kort.......................................................................................................................13 Figura 5:Towmaster............................................................................................................................13 Figura 6:rebocador com propulsão mista...........................................................................................14 Figura 7:rebocador de propulsão a vante...........................................................................................15 Figura 8:rebocador com propulsão a ré..............................................................................................16 Figura 9:teste de bollard pull..............................................................................................................18 Figura 10: geometria do hélice............................................................................................................19 Figura 11: propulsor de hélice de passo fixo......................................................................................23 Figura 12: recuo da hélice..................................................................................................................23 Figura 13: funcionamento do hélice de passo controlavel...................................................................24 Figura 14: hélice de passo controlavel, visão interna.........................................................................25 Figura 15: propulsor azimutal em um rebocador................................................................................26 Figura 16: sistema elétrico de propulsão azimutal ..............................................................................26 Figura 17: sistema de propulsão cicloidal. Visão interna....................................................................27 Figura 18: distribuição de forças no sistema Voith Schneider ............................................................28 Figura 19: propulsor Voith Schneider..................................................................................................29 Figura 20: tubulão acelerador e desacelerador...................................................................................30 Figura 21: fluxo e pressão em torno de um aerofolio..........................................................................31 Figura 22: pressão de vapor da agua em função da temperatura.......................................................33 Figura 23: vistas do hélice...................................................................................................................35 Figura 24: tipos de cavitação...............................................................................................................36 Figura 25: hélice super cavitante.........................................................................................................38 Figura 26: perfil Ogival e perfil NACA..................................................................................................38 Figura 27: Diagrama de Burill..............................................................................................................40 Figura 28: tunel de cavitação...............................................................................................................42 Figura 29: teste no tunel de cavitação.................................................................................................44 Figura 30: modelo do propulsor...........................................................................................................44 Figura 31: gráfico σN x KT para P0,7/D = 1,106....................................................................................45 Figura 32: gráfico σN x KT para P0,7/D = 0,469 ....................................................................................45 Figura 33: tanque de testes.................................................................................................................46 Figura 34: crescimento da cavitação durante a aceleração................................................................48 Figura 35: Crash Stop – fase inicial.....................................................................................................49 Figura 36: Crash – stop: mudança de direção.....................................................................................49 Figura 37: continuação do crash – stop...............................................................................................49 Figura 38: a cavitação para pequenas angulações do Azipod............................................................50 Figura 39: Azipod a 15º da linha de eixo.............................................................................................51 Figura 40: Azipod a 35º da linha de eixo. Implosão dos vortices........................................................51 Figura 41: mudança de cavitação em “folha” para cavitação em vortice............................................52 Figura 42: perfis utilizados nos testes.................................................................................................53 Figura 43: observação da cavitação para angulo de ataque de 12º...................................................54 Figura 44:observação da cavitação para angulo de ataque de 19º...................................................55 Figura 45: teste de cavitação no tunel do VPS P9659.........................................................................56 Figura 46: distribuição de pressões no VSP.........................................................................................57 Figura 47: evidência na cavitação nas pás..........................................................................................57 Figura 48: ocorrência da cavitação em “folha”.....................................................................................58 Figura 49: vortice se desprende da pá.................................................................................................58 Figura 50: cavitação em condição de bollard pull................................................................................59 Figura 51: protótipo utilizado nos testes..............................................................................................60 Figura 52: bollard pull para o perfil 4...................................................................................................60 Figura 53: bollard pull para o perfil 9...................................................................................................61 Figura 54: linhas de cavitação na superficie exterior do tubulão..........................................................63 Figura 55: perfil dos tubulões nº 26 e nº 30.......................................................................................63

7

Figura 56: propulsor – duto................................................................................................................64 Figura 57: variação do número de cavitação do propulsor com duto................................................65 Figura 58: cavitação em propulsores – duto......................................................................................66 Figura 59: estimativa do risco de redução do bollard pull devido acavitação...................................67 Figura 60: preparação do teste no tunel de cavitação.......................................................................69 Figura 61: resultado propulsor A........................................................................................................70 Figura 62: resultados de 10 propulsores............................................................................................71 Figura 63: variação de pressão no propulsor D.3..............................................................................72

8

1. INTRODUÇÃO

Com o crescimento da indústria naval no mundo, existe cada vez mais um

maior número de embarcações trafegando no mar. Em Cingapura, por exemplo,

embarcações de grande porte são construidas em apenas três meses.

Neste cenário, há uma demanda crescente por um maior número de

rebocadores. Rebocadores são embarcações destinadas a várias tarefas tais como:

reboque de outras embarcações em alto mar, apoio nas operações de atracação e

desatracação de navios, operações de resgaste e de combate a incêndio.

Os rebocadores têm no máximo 45 metros de comprimento, ficando a maioria

entre 30 e 35 metros. A potência varia entre 2500 a 3000KW, em alguns casos

chegando a 5000 KW. A velocidade varia de 10 a 15 nós, que é proporcional a raiz

quadrada do seu comprimento.

O primeiro rebocador a navegar foi em 1830 na Grã–Bretanha. Em 1900 os

rebocadores começaram a ser construidos segundo os mesmos principios adotados

no projeto de navios.

Em 1955, no Reino Unido foram construidos rebocadores a vapor e a diesel e

o tubulão (Kort nozzle) começava a ganhar popularidade. Em meados de 1960

foram construidos rebocadores com potência de 2000 bhp equipados com tubulões

controlaveis que geravam um bollard pull de 30 toneladas.

Em 1980 foi construído o primeiro rebocador ASD e o uso do tubulão se

tornou universal. Nesta mesma década, na Voith foram construídos rebocadores

comduplo hélice, como o „Lady Elizabeth‟, que tinha 30 metros de comprimento e

gerava 30 toneladas de bollard pull.

A partir de 1990 houve um aprimoramento do sistema propulsor ASD. Os

rebocadores construídos ganhavam em potência e com um bollard pull cada vez

maior. Em 1999 foi construído o „Rotor Tug‟, um rebocador com três unidades de

propulsão sendo duas a vante e uma a ré.

Nos anos 2000 foi criado o propulsor Voith Schneider, que proporcionou um

ganho significativo de potência e bollard pull com embarcações de 37 metros de

comprimento, com uma potência de 6530bhp e bollard pull de 68 toneladas.

9

O princípio de funcionamento de um rebocador é bastante simples. Uma força

externa é aplicada através de um cabo a embarcação que está sendo auxiliada.

Essa força pode ser aplicada de maneira direta ou indireta. Na maneira direta

grande parte da força de empuxo é dada pelo sistema de propulsão. Na maneira

indireta a maior parte da força de empuxo provém da pressão da agua gerada ao

redor do casco que é proporcional a velocidade do rebocador.

O sistema de propulsão é parte vital no desempenho dos rebocadores. Os

propulsores são responsáveis pela força de tração (bollard pull) dos rebocadores, ou

seja, a capacidade de “puxar” as embarcações. Os principais tipos de propulsores

utilizados em rebocadores são: propulsor cicloidal ou Voith Schneider, propulsor

azimutal, propulsor de hélice de passo fixo,propulsor de hélice controlável e

propulsor com duto.

Cada um tem vantagens e desvantagens que serão abordadas neste

trabalho. O enfoque será o desempenho desses propulsores quando submetidos ao

fenômeno da cavitação. A cavitação é altamente prejudicial às pás dos propulsores

e ao sistema propulsivo em geral. Em casos extremos pode ocorrer empenamento

do eixo propulsor e severa erosão nas pás.

Serão abordados métodos e procedimentos a serem adotados para evitar o

fenômeno da cavitação e caso ela ocorra minimizar os seus efeitos. Para realização

desse trabalho foram feitas pesquisas e estudos em diversas fontes bibliográficas

tais como: livros, apostilas, normas, meio eletrônicos, recursos computacionais,

manuais e catálogos. No total foram mais de quinze referências consultadas.

Vale ressaltar a importância desse trabalho no sentido prático, pois a partir do

mesmo pode-se melhorar a qualidade dos sistemas propulsivos utilizados em

rebocadores, gerando desta forma impacto positivo na indústria naval e marítima.

2. REBOCADORES

A capacidade de manobra de um rebocador é condição essencial para o seu

bom desempenho. De acordo com FRAGOSO e CAJATY (2002) Os principais

parâmetros na avaliação da manobrabilidade de um rebocador são:

10

Estabilidade;

Deslocamento;

Potência;

Força de tração estática (bollard pull);

Tipo de propulsão;

Posição do(s) propulsore(s);

Posição do gato, cabeço ou guincho (ponto de aplicação da força de

tração);

Forma e dimensões do casco e da superestrutura.

Dos parâmetros listados acima o principal é o tipo de propulsão, que é objeto

deste trabalho. Baseado no tipo de propulsão os rebocadores podem ser

classificados em:

2.1 REBOCADORES COM PROPULSÃO CONVENCIONAL

São rebocadores mais antigos, podem ter um ou mais hélices sempre fixos.

Tem manobrabilidade limitada e requerem cuidados com a estabilidade em

manobras, possuem força de tração a ré que geralmente é muito menor do que a

força de tração a vante.

11

Figura1: rebocador mono hélice (MOLLAND, 2008)

Os rebocadores de um hélice tem menor potência e são usados em

operações de pequeno porte tais como: reboque de chatas e barcaças. Devido à

baixa potência não é indicado para operar em locais de forte correnteza, sendo

indicado para operações em aguas abrigadas.

O rebocador de dois hélices tem funcionamento semelhante ao rebocador de

um hélice. A principal diferença é que com dois hélices, usando–se rotações

diferentes é possivel criar um binário de forças na popa do rebocador melhorando a

manobrabilidade e a estabilidade do rebocador.

Figura 2: rebocador convencional duplo hélice (FRAGOSO; CAJATY, 2002).

12

2.1.1 Avanços Tecnologicos dos Rebocadores

Devido às dificuldades de manobrabilidade dos rebocadores convencionais,

foi preciso buscar alternativas na tentativa de solucionar o problema. Uma das

primeiras alternativas foram a utilização de lemes posicionados ante a vante do

propulsor e carregados para vante, chamados de lemes de flanco. A função do leme

de flanco é direcionar o fluxo de agua, quando com a máquina para ré,aumentando

a manobrabilidade e o controle dos rebocadores tanto o de um quanto o de dois

hélices. Vale ressaltar que os rebocadores possuem originalmente lemes ante a ré

do propulsor e carregado para ré, sendo os lemes de flanco, lemes adicionais que

são utilizados a vante, sendo dois lemes para cada hélice que funcionam de maneira

independente dos lemes a ré, proporcionando melhor governabilidade dos

rebocadores, principalmente o de dois hélices.

Figura 3: leme de flanco (FRAGOSO; CAJATY, 2002).

Outro avanço foram os tubulões – Kort. Foram desenvolvidos na decada de

30 e utilizados a partir de 1935 na Inglaterra. São tubos fixos que envolvem o hélice,

direcionando o fluxo de descarga, possibilitando um ganho de até 30% na tração a

vante, mas reduzindo a governabilidade do rebocador, sendo necessária associação

com lemes mais eficentes. O sistema towmaster é utilizado em alguns rebocadores

13

em conjunto com o tubulão – Kort. Esse sistema é um conjunto de lemes instalados

a vante e a ré do tubulão, proporcionando ganho de tração e melhora da

governabilidade do rebocador. Como é um sistema bastante complexo sua utilização

é reduzida.

Figura 4: tubulão – Kort (FRAGOSO; CAJATY, 2002).

Figura 5: Towmaster (FRAGOSO; CAJATY, 2002).

A instalação de bow thrusters é outro avanço. São utilizados em rebocadores

de grande potência. Esse sistema proporciona significativa melhora na

manobrabilidade do rebocador, tornando–o capaz de rebocar grandes navios. Eles

podem ser propulsores embutidos em túneis no costado do rebocador ou ser

propulsores azimutais, neste caso os rebocadores são de propulsão mista.

14

Figura 6: rebocador com propulsão mista (FRAGOSO; CAJATY, 2002).

2.2 REBOCADORES COM PROPULSÃO NÃO CONVENCIONAL

São rebocadores com sistema de propulsão cicloidal (Voith Schneider) ou

azimutal. A diferença principal é a substituição do hélice com eixo fixo, que produz

uma força sempre na direção longitudinal por um propulsor que pode mudar o

sentido da corrente de descarga dirigindo sua força para qualquer ponto do azimute

da embarcação.

A principal caracteristica desses rebocadores é não precisar de leme para

governo, pois o propulsor faz esse papel rotacionando 360 graus. Isso possibilita

que o rebocador navegue de proa ou até mesmo de lado.

As principais vantagens desses rebocadores em relação aos convencionais

são: excelente manobrabilidade, possibilitando ao rebocador realizar com segurança

operações de atracação e desatracação e mantendo a mesma força de tração em

qualquer direção.

Os rebocadores azimutais e cicloidais podem ser classificados em dois tipos

conforme o posicionamento do propulsor:

Rebocadores de propulsão a vante (tratores);

Rebocadores de propulsão a ré (tratores reversos ou ASDs).

15

2.3 REBOCADORES DE PROPULSÃO A VANTE (TRATORES)

Tem normalmente, o ponto de aplicação da força de tração (guincho, cabeça

ou gato) na popa. O rebocador trator é muito eficiente trabalhando com cabo da proa

do navio. Nesta embarcação os propulsores são sempre em número de dois,

dispostos em linha equidistantes do plano diametral, a vante da embarcação. Podem

ser cicloidais ou azimutais, podendo navegar tanto a vante quanto a ré com

segurança.

Figura 7: rebocador de propulsão a vante. (FRAGOSO; CAJATY, 2002).

2.4 REBOCADORES DE PROPULSÃO A RÉ (ASDS)

Rebocadores desse tipo tem desempenho bem semelhante aos tratores, a

força de tração é bem próxima da dos rebocadores com propulsão a vante. As

desvantagens são que como o propulsor fica localizado na popa o rebocador está

mais sujeito a colisões e encalhe e o seu calado é menor comparado com um

rebocador de propulsão a vante semelhante.

16

Como vantagens apresentam o formato do casco mais hidrodinâmico,

favorecendo as operações em mar aberto e portos não protegidos. E também tem

menor custo de manutenção, pois os reparos nos propulsores não exigem a

docagem da embarcação.

Figura 8: rebocador com propulsão a ré. (FRAGOSO; CAJATY, 2002).

3. TRAÇÃO ESTÁTICA (BOLLARD PULL)

Bollard pull é a força de tração de um rebocador, expressa em toneladas

metricas ou kilonewtons. Algumas vezes essa força não pode ser determinada por

métodos matemáticos sendo necessário ser feito o teste de tração estática.

O teste consiste basicamente no seguinte: a embarcação é atracada através

de um cabo de reboque ligado a terra. A outra ponta do cabo é ligada em um

dinamômetro que mede a força despreendida pelo rebocador. A avaliação do bollard

pull geralmente ocorre em três níveis de carga: 80%, 100% e 110%.

17

O resultado do teste é dado em BHP (Break Horse Power), conhecido como

“potência de freio”. A conversão de BHP para toneladas métricas é a seguinte:

Rebocador com propulsor de passo fixo: BHP x 0,9 x 1,10 / 100 =

(t);

Rebocador com propulsor de passo fixo e tubulão: BHP x 0,9 x

1,20 / 100 = (t);

Rebocador com propulsor de passo controlavel: BHP x 0,9 x 1,25 /

100 = (t);

Rebocador com propulsor de passo controlavel e tubulão: BHP x

0,9 x 1,40 / 100 = (t).

Vale salientar que o teste de bollard pull é feito em condições de mar calmo e

condições climáticas favoraveis (sem ação significativa de ventos). Mas cada porto

tem caracteristicas únicas como: condições de corrente e vento diferente das

ideais,logo é comum que em cada porto tenha formulas especifícas para o cálculo

do bollard pull,levando em conta esses fatores.

A fórmula empírica para o cálculo do bollard pull é a seguinte:

BP = [(∆2/3 V3) / (120 x 60) + (0,06 B x D1)] x K

Onde:

BP = bollard pull requerido (toneladas)

∆ = deslocamento da embarcação (toneladas)

V = velocidade de reboque (nós)

B = boca (metros)

D1 = calado (metros)

K = fator referente às condições de tempo e de mar

18

Figura 9: teste de bollard pull. Disponivel em: <www.eilon-engineering.com>.

Tabela 1: relação de correspondência entre tonelagem bruta da embarcação, força de tração estática

(bollard pull) e número minimo de rebocadores a serem utilizados. Disponivel em

<https://www.dpc.mar.mil.br/npcp_npcf/cpes/cpes.pdf>

Tonelada de porte bruto TPB (t)

Força de tração (bollard pull) em tonelada

métrica

Numero recomendado de rebocadores

De 2000 até 2500 3.0 1

De 2501 até 3000 5.0 1

De 3000 até 4500 6.0 1

De 4501 até 5000 7.0 1

De 5001 até 7500 9.0 1

De 7501 até 10000 11.0 1 a 2

De 10001 até 12500 14.0 1 a 2

De 12501 até 15000 17.0 1 a 2

De 15001 até 17500 19.0 1 a 2

De 17501 até 20000 21.0 1 a 2

De 20001 até 25000 25.0 1 a 2

De 25001 até 30000 28.0 1 a 2

De 30001 até 35000 32.0 2

De 35001 até 40000 36.0 2

De 40001 até 45000 39.0 2

De 45001 até 50000 42.0 2

19

De 50001 até 60000 46.0 2

De 60001 até 70000 51.0 2

De 70001 até 80000 53.0 2

De 80001 até 90000 55.0 2 a 3

De 90001 até 100000 56.0 2 a 3

De 100001 até 110000 58.0 2 a 3

De 110001 até 120000 60.0 2 a 3

De 120001 até 130000 62.0 2 a 3

De 130001 até 140000 64.0 2 a 3

De 140001 até 150000 66.0 2 a 3

4. GEOMETRIA DO PROPULSOR

Entender a geometria do propulsor é essencial para o projeto do mesmo, pois

de acordo com a sua geometria ele pode ter diferentes formatos e

consequentemente diferentes aplicações. O hélice é formado por um conjunto de

pás, que também são chamadas de lâminas.Será visto adiante que a forma e as

dimensões do propulsor também interferem no fenômeno da cavitação.

Figura 10: geometria do hélice (MANEM; OOSSSANEM, 1988).

20

A figura acima exemplifica os parâmetros envolvidos no projeto do propulsor.

Os parametros são:

Diâmetro: diâmetro da circunferência medida pela ponta das pás;

Passo: é o avanço obtido pela pá após uma rotação completa,

considerando o propulsor como um parafuso que avança em um meio

sólido;

Bosso: é o disco maciço central ao que estão ligadas as pás do hélice

e que se liga ao eixo propulsor e recebe o movimento por transmissão

por chaveta;

Face da pá: é o lado do propulsor voltado para ré onde ocorre alta

pressão;

Dorso da pá: é o lado do propulsor voltado para vante onde ocorre a

pressão de sucção;

Caimento (Rake): inclinação longitudinal da pá. A ré é positiva, a vante

é negativa;

Esconso (Skew): curvatura da linha da máxima espesssura;

Área projetada (AP): é aárea determinada após a projeção em um

plano perpendicular ao eixo da hélice;

Área do disco (A0): é a área da circunferência de diâmetro igual ao

diâmetro da hélice;

Área desenvolvida ou área expandida (AE ou AD): é a área contida em

uma curva definida pelas extremidades dos elementos radiais das pás,

caso essa curva seja retificada;

Razão passo – diâmetro (P/D): se o passo for variável ao longo do

raio, o passo é considerado como passo a 70% do raio;

Razão de área expandida: somatório da área expandida de todas as

pás dividida pela área do disco.

21

5. TIPOS DE PROPULSORES

Os propulsores são parte essencial de qualquer embarcação, principalmente

em se tratando de um rebocador, que precisa de alta potência e alta força de

empuxo. Serão apresentados neste trabalho cinco tipos de sistema de propulsão.

São eles:

Hélice de passo fixo

Hélice de passo controlável

Propulsor azimutal

Propulsor cicloidal (Voith Schneider)

Propulsor em dutos

5.1 HÉLICES DE PASSO FIXO

É um sistema bastante utilizado sendo constituído por três ou mais pás

rigidamente fixadas ao cubo. A velocidade do navio é regulada através da variação

da rotação do hélice e por isso da máquina principal. Um problema desse tipo de

sistema é que para haver uma inversão de marcha geralmente é necessário parar a

embarcação, inverter a marcha e depois ligar o motor novamente.

O passo é a distância percorrida pelo hélice após uma volta completa ou uma

rotação da pá. É chamada de passo fixo, justamente porque o passo é constante, ou

seja, é igual ao longo da pá, desde o bordo de ataque até o bordo de fuga. É

importante salientar que se a água fosse um meio rígido o passo da hélice

representaria o avanço por rotação. Mas como a água é um meio fluido, ocorre o

escorregamento da hélice, que é denominado de slip. Como consequência o avanço

por cada rotação é inferior ao passo. A diferença entre a velocidade teórica e a

velocidade real é chamada de recuo da hélice.

22

O coeficiente de recuo da hélice é:

Coef_ recuo = (V – VA) /V

Onde:

V = velocidade teórica

VA = velocidade de avanço

Existem dois tipos de slip: o real e o aparente. O real serve apenas como

referência para análise do desempenho do navio, requer o conhecimento do fator de

onda e utiliza a velocidade de avanço. Enquanto o slip aparente que utiliza a

velocidade do navio é adotado nos cálculos de maneira geral.

Vantagens do sistema de passo fixo:

Fácil construção e facilidade de manutenção;

Não necessita de sistema auxiliar;

Hélices menores com esse sistema tendem a ter maior eficiência em

águas abertas;

Desvantagens do sistema de passo fixo:

Risco potencial de cavitação quando o propulsor é submetido a

condições de alto carregamento;

A eficiência cai rapidamente quando o propulsor é submetido a

condições diferentes para qual foi projetado por longos períodos de

tempo.

Se o diâmetro do propulsor for maior que 0,30 metros podem ser fabricados

em aço inoxidável ou bronze manganês. Se for menor, podem ser fabricados em

nylon, alumínio, polímeros ou fibra de carbono.

23

Figura 11: propulsor de hélice de passo fixo (CARLTON, 2007).

Figura 12: recuo da hélice. Disponivel

em:<http://www.enautica.pt/publico/professores/baptista/TecMar/SlidesCap5-SistPropulsao.pps>

5.2 HÉLICES DE PASSO CONTROLAVEL

Os hélices de passo controlável podem ter a angulação entre as pás variadas

a partir de um acionamento hidráulico, mudando o sentido do fluxo. Uma grande

vantagem desse sistema é que não é mais necessário parar a embarcação quando

24

for feita uma inversão. Com isso há um grande ganho em manobrabilidade e

governo da embarcação.

As pás de um hélice de passo controlável giram em único sentido

descartando a necessidade de uma embreagem reversa, para produzir empuxo

reverso como acontece no hélice de passo fixo. Como há um controle preciso no

HPC, consequentemente há um menor consumo de energia e combustível. Além do

mais essa precisão é benéfica em operações de atracação e desatracação, e em

casos de posicionamento dinâmico de embarcações.

Esse sistema é muito utilizado, principalmente em rebocadores, que

necessitam de boa manobrabilidade e governo.

A variação na angulação das pás é obtida por acionamento hidráulico, caso

esse sistema falhe, as pás podem ser travadas na posição de passo a vante através

de um dispositivo de bloqueio, fazendo com que o HPC se comporte como um HPF.

A figura a seguir exemplifica como atua um HPC.

Figura 13: funcionamento do hélice de passo controlavel. Disponivel em: <

http://pt.scribd.com/doc/61312589/Sistema-de-passo-controlavel-meu>.

Na posição 1 , o navio está se movendo para vante, observa–se que há um

somatório de forças na mesma direção.Na posição 2 observa- se que as forças se

anulam,ou seja posição zero. Na posição 3há uma reversão em comparação com a

posição 1,ou seja, há uma mudança de direção da embarcação.A posição das pás

varia conforme a carga da embarcação.

25

A mudança de direção ocorre em segundos, o que propicia a embarcação

grande capacidade de manobra. Como desvantagem o sistema HPC apresenta

dificuldade na manutenção e nos reparos pelo elevado número de peças incluindo

componentes hidraulicos e anéis.

Figura 14: hélice de passo controlavel, visão interna. Disponivel em:<

http://pt.scribd.com/doc/61312589/Sistema-de-passo-controlavel-meu>

5.3 PROPULSORES AZIMUTAIS

A partir da década de 60 foi criado o propulsor azimutal. O propulsor azimutal

tem dois hélices geralmente envolvidos por um tubulão e com capacidade de giro de

360º. O propulsor azimutal combina propulsão com governo da embarcação,

dispensando dessa forma o uso do leme.

Tradicionalmente no sistema de propulsão azimutal o motor era colocado no

interior do casco e a transmissão de movimento para as pás era puramente

mecânico. Atualmente o acionamento é feito através de um motor elétrico colocado

no veio do propulsor. O sistema de propulsão azimutal também é chamado de

Azipod.

As vantagens do sistema Azipod são:

26

Proporciona grande manobrabilidade e governo da

embarcação,mesmo em situações críticas;

Em casos de embarcações de grande largura dois ou mais

propulsores que são independentes entre si podem ser usados,

proporcionando uma melhora na manobrabilidade;

Economia de combustivel e óleo lubrificante;

Economia de espaço.

Figura 15: propulsor azimutal em um rebocador. Disponivel

em:<http://pt.scribd.com/doc/22830355/AZIMUTH-PODDED-PROPULSION-SYSTEM>.

Figura 16: sistema elétrico de propulsão azimutal.Disponivel em

:<http://pt.scribd.com/doc/22830355/AZIMUTH-PODDED-PROPULSION-SYSTEM>.

27

5.4 PROPULSOR VOITH SCHNEIDER

O propulsor Voith Schneider, também chamado de propulsor cicloidal, foi

desenvolvido em 1927 pela Voith baseado nos conceitos do engenheiro Austriaco

Ernest Leo Schneider (1894-1975).

O propulsor cicloidal colocado no fundo do navio é composto por um conjunto

de lâminas paralelas com movimento de rotação segundo um eixo vertical, com

variação de velocidade. Cada lâmina tem seu próprio movimento que oscila em

torno do seu proprio eixo. O deslocamento das lâminas determina a força de impulso

gerada enquanto a variação angular (0º a 360º) determina a direção do impulso.

Esse sistema permite gerar força propulsiva em qualquer direção,

combinando força propulsiva e governo da embarcação, além do que as mudanças

de direção são rápidas e precisas. A intensidade e a direção da força propulsiva são

controladas por um conjunto cinemático de transmissão mecânica. Devido a

excelente capacidade de governo esse sistema tem ampla aplicação, desde

rebocadores até plataformas petroliferas.

Figura 17: sistema de propulsão cicloidal. Visão interna. Disponivel em:<http://www.uni-

ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/mawi2/forschung/preprint-server/2005/0504_vspopt-final.pdf>.

Na figura abaixo é mostrada a distribuição de forças no propulsor cicloidal de

acordo com a movimentação das pás. O ponto C é onde as pás são conectadas por

um sistema articulado e que podem ser movidas em diferentes posições no plano do

disco.

28

Com C localizado em (a), a força resultante tem é na mesma direção do

movimento. Com o ponto C localizado em (b), a força resultante tem a direção da

popa, oposta ao movimento. E com o ponto C localizado em (c), a força resultante

atua em uma angulação a direita do movimento do navio.

Figura 18: distribuição de forças no sistema Voith Schneider. ( MANEM;OOSSANEN,1988).

29

Figura 19: propulsor Voith Schneider. (JURGENS; PALM, 2009).

5.5 PROPULSÃO EM DUTO

É um conjunto formado por um duto e um hélice que opera no interior do duto.

O duto em forma de fólio pode ter um formato constante ou variável. O propulsor que

opera no tubulão pode ser de passo fixo, controlável ou em contra rotação. Podem

ser empregados sempre que a embarcação exigir alta força de empuxo a baixas

velocidades de avanço como no caso dos rebocadores.

A força de empuxo é devido ao hélice e ao duto. O tubulão pode ser

responsável por até 50% do bollard pull. Mas com o aumento da velocidade essa

porcentagem decresce e pode vir a ser negativa devido ao arrasto induzido no

tubulão.

Existem basicamente dois tipos de dutos:

Acelerador

Desacelerador

O acelerador opera preferencialmente em marcha a vante enquanto o

desacelerador preferencialmente opera em marcha a ré. No caso de um rebocador

portuário que opera tanto a vante quanto a ré, o mais indicado seria um tubulão

30

bidirecional. O desacelerador é indicado quando se deseja diminuir a cavitação e o

ruídona embarcação.

Figura 20: tubulão acelerador e desacelerador. (GERR, 2001).

6. CAVITAÇÃO

6.1 CONCEITO DE CAVITAÇÃO

“A velocidade elevada do escoamento da água pelo hélice provoca regiões de

baixa pressão. Se a pressão cair o suficiente, forma-se-ão cavidades com vapor.

Estas cavidades desaparecerão quando a pressão aumentar. O crescimento e o

colapso dessas “bolhas” é extremamente rápido”. (TRINDADE, 2012)

A cavitaçãoé um fenômeno extremamente nocivo, pois quando ocorre o

colapso das “bolhas” é liberada uma grande quantidade de energia que pode causar

erosão nas pás ou até empenamento do eixo propulsor em casos mais severos.

“O primeiro registro de cavitação em um navio foi o Destroyer Britânico Daring

em 1894. O Daring possui duplo hélice com três pás em cada um e alcançou a

velocidade de 24 nós quando a desejada era de 27 nós. Quando os hélices foram

substituidos por outros com a area das pás 45% maior que os originais, o navio

alcançou os 24 nós com 17% a menos da potência necessária original, alcançou

velocidade máxima de 29,25 nós e eliminou a maior parte da vibração observada

anteriormente” (MANEM;OOSSANEM,1988p.171 - 172).

31

6.2 MECANISMOS DA CAVITAÇÃO

Figura 21: fluxo e pressão em torno de um aerofolio. (MANEM;OOSSANEN,1988).

Considerando a seção de uma pá ou um aerofolio com um pequeno ângulo

de ataque em um fluxo não viscoso e uniforme (figura 18). A velocidade em regime

uniforme é Vo e a pressão total correspondente é Po.

Selecionando uma linha de fluxo tal como AB, de acordo com o teorema de

Bernoulli temos a seguinte relação:

Po+ [(1/2)ρVo2] = cte

Em um ponto P qualquer onde a velocidade é V1 e a pressão é P1, tem–se:

P1 + [(1/2)ρVo2] = Po + [(1/2)ρVo

2]

Logo, ∆p é:

p1 – p0 = 0,5ρ(V02 – V1

2)

32

Se V1>V0, então o fluxo está acelerando e se p1<p0, o diferencial de pressão é

negativo. Em algum ponto S perto do “nariz” da seção o fluxo se divide e o fluido que

segue o fluxo dividido sofre um deslocamento de 90 graus perdendo a sua

velocidade e o seu momento em relação ao movimento ao longo da linha de fluxo.

Por isso no ponto S, V1 é zero, então tem–se:

∆p = p1 – p0= 0,5ρ(V02)

O aumento de pressão no ponto S acima da pressão ambiente p0 é

representado por 0,5 x ρ x (V02). O ponto S é chamado de ponto de estagnação ou

pressão dinâmica de fluxo que é representada pelo símbolo q, portanto:

q =0,5ρ(V02)

O fluido na parte de cima da superfície passa com grande velocidade,

resultando em uma queda de pressão, enquanto que o fluido na parte de baixo da

superfície se movimenta a baixa velocidade, resultando em um aumento de pressão.

Desta maneira tem-se um diferencial de pressão.

Voltando ao ponto onde se tem a pressão igual ap1 e velocidade igual aV1:

p1 = p0 + 0,5ρ (V02 – V1

2) = p0 + ∆p

A condição para p1 ser zero é:

∆p = - p0

Como a água não pode suporta tensão, o fluxo sofrerá um “descolamento”

nesse ponto com a formação de bolhas e cavidades tendo como resultado a

cavitação. Na prática isso acontece quando p1se iguala a pressão de vapor do fluido,

iniciando um processo de vaporização do mesmo e a formação de cavidades. Sendo

assim:

pv = p0 + ∆p

33

ou

∆p = - (p0 - pv)

Dividindo a expressão acima pela pressão dinâmica 0,5ρ(V02), a cavitação

ocorrerá quando:

(- ∆p/q) ≥ (p0 - pv) / q

A expressão (p0 - pv) / q = σ é conhecida como número de cavitação. A

pressão de vapor depende da temperatura e o q depende da densidade do fluido e a

velocidade do fluxo.

Figura 22: pressão de vapor da agua em função da temperatura. (TRINDADE, 2012)

No caso de um hélice imerso a uma distãncia h do eixo, a pressão total é:

pa + ρgh - pv,onde pa é a pressão atmosférica. Considerando uma seção de

raio r do centro, a pressão será minima quando a pá estiver em sua posição mais

“alta” que é:

pa + ρgh - ρgr - pv

34

Como o hélice gira, a pressão sobre sua seção varia de uma quantidade ±

ρgh e em fluxo uniforme é esperado que ocorra cavitação transiente em primeiro

lugar na parte superior do disco do hélice.

Levando em conta esse efeito, a velocidade relativa é composta pela

velocidade de avanço Va, pela velocidade angular e pela velocidade do fluxo. A

velocidade de fluxo geralmente é desconsiderada a menos que seja feito calculo

detalhado do hélice. Vale ressaltar que essa diferença entre velocidade relativa e a

de avanço deve-se também ao efeito de escorregamento do hélice em meio fluido

(água). A velocidade relativa é:

(VR)2 = (Va)2 + ω2r2

Onde ω é a velocidade angular e o número de cavitação localizada é:

σL = (pa + ρgh - ρgr - pv) /{(0,5ρ)[(Va)2 + ω2r2]}

Pode-se observar que a definição do número de cavitação do hélice varia

conforme asituação que será aplicada e as considerações feitas.

6.3 TIPOS DE CAVITAÇÃO

Cavitação em hélice pode ser classificada de acordo com a região do hélice

onde ela ocorre: cavitação no bordo de fuga (“trailing edge”), cavitação no bordo de

ataque (“leading edge”), cavitação na raiz (“root”), cavitação na extremidade da pá

(“tip”), cavitação no dorso (“back”) dapá e na face (“face”) da pá.

A ocorrência da cavitação localizada em um hélice indica uma região de baixa

pressão e alta velocidade. É possível reduzir ou eliminar a cavitação localizada

mudando a geometria do hélice.

35

Figura 23: vistas do hélice. (GERR, 2001)

A cavitação também pode ser classificada de acordo com a natureza das

cavidades ou sua aparência: “cavitação em nuvem” (cloud cavitation), cavitação em

vórtice (vortex cavitation), cavitação em bolhas (bubble cavitation), cavitação nodular

(spot cavitation), cavitação “em forma de listra” (streak cavitation) e cavitação “em

forma de folha” (sheet cavitation).

Na cavitação “sheet” a cavidade tem a forma de uma folha fina atingindo uma

grande parte da superfície da pá. Ela ocorre quando existe um forte pico de baixa

pressão no bordo de ataque da pá, portantoela ocorre perto do bordo de ataque. O

pico de baixa pressão geralmente é causado quando o ângulo de ataque é muito

grande. Se o ângulo de ataque é positivo a cavitação “sheet” ocorre no dorso da pá,

se o ângulo de ataque for negativo ela ocorre na face da pá. A seção da pá que

trabalha com ângulo de ataque zero ou com pequeno ângulo de ataque geralmente

não sofre cavitação superficial (sheet) a menos que seja projetada para ser um

hélice supercavitante.

Cavitação em bolhas ocorre em propulsores que não são projetados para ter

uma distribuição uniforme de pressão sobre o dorso. As bolhas são formadas

apenas próximas da máxima espessura onde a pressão cai próxima a pressão de

vapor. O impacto do colapso das bolhas é extremamente alto podendo chegar a

uma pressão de 2800 Mpa. A implosão continua das bolhas causa rápida erosão

nas pás e pode causar a falha no sistema de propulsão. A cavitação erosiva devido

36

à implosão das bolhas é um sério problema para propulsores altamente carregados.

A cavitação em nuvens é prejudicial da mesma forma.

Cavitação em vórtices ocorre na raiz e na extremidade da pá. A força do

vórtice gerado na extremidade da pá cresce com a velocidade induzida na sua

jusante e a cavitação ocorre próximo da jusante da pá. Quanto mais carga tiver o

hélice maior a probabilidade da ocorrência da formação do vórtice. A cavitação em

vórtice tem a aparência de uma fina corda fiada, sendo cada fio para uma pá do

hélice. Em alguns casos a cavitação se extende para o casco do navio e é chamada

de cavitação em vórtice no casco.

Figura 24: (a) cavitação em “folha” e em “nuvens”; (b) cavitação em bolhas. E em “listra” no

bordo de ataque; (c) cavitação no cubo do hélice; (d) cavitação em vortice. (CARLTON, 2007)

6.4 EFEITOS DA CAVITAÇÃO

A formação de cavidades altera a forma da seção das pás do propulsor

devido ao seu efeito erosivo. E como consequência há uma perda de torque do

hélice e também pode haver queda na eficiência do mesmo. Em mar aberto, a

cavitação provoca um aumento da potência do propulsor para uma mesma

velocidade e às vezes o navio não consegue atingir a velocidade especificada. Se o

37

colapso das bolhas ocorrerem na extremidade da pá ou no bordo de fuga onde a

seção da pá é mais fina o impacto gerado pode causar empenamento das pás.

Cavitação nodular pode intesificar o processo de corrosão e erosão nas pás,

inclusive corrosão por pite.

Outro efeito da cavitação é a vibração e o ruído excessivo. O propulsor induz

vibrações no casco do navio devido a variações de pressão quando a embarcação

opera em mar agitado. Essa vibração é intensificada pela cavitação. Aliado a sua

baixa frequência de excitação a cavitação pode causar vibrações de alta frequência

das pás dos propulsores girando e na estrutura do navio.

6.5 CONTROLE DA CAVITAÇÃO

Existem três metodos básicos para reduzir ou eliminar a cavitação:

Aumentando o numero de cavitação;

Diminuindo a carga no propulsor;

Projetando o hélice para um carregamento uniforme.

Quanto maior o numero de cavitação menor é a cavitação. O número de

cavitação pode ser aumentado, aumentando-se a profundidade de imersão do

propulsor e também diminuindo-se a velocidade relativa da seção da pá, diminuindo

assim a velocidade de avanço e a rotação do propulsor.

Para diminuir a carga no propulsor pode-se aumentar a área da pá ou então

se pode distribuir a carga entre um grande número de propulsores. Projetar o hélice

para um carregamento uniforme requer uma distribuição uniforme da pressão na

seção no dorso da pá. Quando o ângulo de ataque é zero a face e o dorso da pá

apresenta curvatura uniforme. Os melhores propulsores contra a cavitação são os

Karman–Trefftz. Informações detalhadas a respeito desse propulsor fogem ao

escopo desse trabalho.

Deve-se evitar que o passo seja excessivo, velocidade excessiva na

extremidade da pá em consequência do passo, pois contribui para o surgimento da

38

cavitação. Perfis de pás NACA favorecem a cavitação, pois aumenta a chance de

picos de pressão. Para evitar isso, é recomendado o uso de perfis ogivais.

Em alguns casos é impossivel a ocorrência da cavitação. Nestes casos, a

cavitação é permitida em todas ou em algumas seções da pá. Desta maneira o perfil

das pás são alterados de maneira que a cavitação atinge todo o dorso. Com esse

novo formato o colapso das bolhas ocorre longe do hélice, livrando-o dos efeitos

nocivos da cavitação. Esses hélices são denominados hélices supercavitantes.

Figura 25: hélice super cavitante (GERR, 2001).

Figura 26: perfil Ogival e perfil NACA (GERR, 2001).

39

É dificil evitar a cavitação para um propulsor altamente carregado que opera

em mar agitado uma vez que a velocidade de incidência e o ângulo de ataque em

qualquer seção radial dependem fortemente da variação da velocidade de onda

neste raio. Para reduzir a cavitação deve-se projetar o casco e a localização do

propulsor no mesmo para que o fluxo seja o mais uniforme possivel.

6.6 CRITÉRIOS PARA CAVITAÇÃO

Existem muitos métodos para verificação da cavitação. Nessa seçãosão

abordadostrês métodos:

Um que leva em conta a pressão para início da cavitação

Diagrama de Burrill

NSMB

De acordo com Gerr (2001) através da formulação abaixo obtem-se a pressão

pra início da cavitação, chamada de pressão admissivel (Pa):

Pa = 1,9.Va0,5

.FT0,05 , onde:

Pa = pressão admissível em psi

Va = velocidade de avanço em nós

FT = imersão do centro do eixo propulsor em pés

Pressão efetiva (PE):

PE = T / AD = (326. DHP. ηo) / (Va. AD), onde:

DHP = potência entregue ao eixo propulsor em HP;

ηo = rendimento em água aberta;

T = força de empuxo em N;

AD = área expandida de todas as pás em pol2.

Va = velocidade de avanço

40

Se PE >Pa ,há o risco de cavitação e será necessário aumentar a área

expandida.

O segundo critério é o de Burrill (1978). Este critério se baseia em dois

adimensionais. Um dependente da tensão normal devido à força axial de empuxo e

o outro é o número de cavitação dependente das pressões de coluna d‟agua e da

pressão hidrodinâmica. A diferença entre o método de Gerr (2001) e o de Burrill

(1978) é que o segundo inclui não só a velocidade de avanço como outras variáveis.

O gráfico abaixo é a representação do Diagrama de Burrill. O eixo x é o

número de cavitação σ e o eixo y é a tensão normal devido à pressão hidrodinâmica.

Evita-se a cavitação distribuindo a força propulsiva por uma área maior, aumentando

o diâmetro do hélice ou a razão da área expandida AE / A0. O diagrama de Burrill

indica os limites para evitar a cavitação. A tensão normal é:

ζc = (T / Ap) /{ 0,5.ρ[V2A + (0,7.π.n.D)2]

Sendo AP = área projetada da pá que é:

AP = [1,082 – 0,229(P/D)]. AD

A fórmula original tinha o número 1,067 ao invés de 1,082. A razão dessa

mudança é que foi sugerido que a pá tenha um formato elíptico. (GHOSE; GOKARN,

2004).

Figura 27: Diagrama de Burill. Disponivel

em:<http://traktoria.org/files/personal_submarine/propulsion/propeller/lecture_notes/cavitation.pd

f>

41

De acordo com Ghose e Gokarn (2004) a aplicação do Critério de Burrill para

rebocadores é:

ζc = 0,0416 + 0,2893. σ0,7R – 0,1756. σ20,7R + 0,0466. σ3

0,7R

(0,28 ≤ σ0,7R ≤ 1,60), onde: σ0,7R = número de cavitação na região de

velocidade critica da pá (0,7 do raio da hélice).

Sendo que essa equação não pode ser usada fora do limite acima.

O método NSMB (“Netherlands Ship Model Basin”) tem como critério uma

área mínima da pá para evitar a cavitação. Este critério é baseado na análise do

número de propulsores, alguns em túnel de cavitação, alguns em tamanho real.

(AP)2 = T2 / {[1360(p0 – pv)]1,5VA} ,onde:

AP = área projetada das pás, em pés quadrados;

T = força axial em libras;

p0 = pressão ambiente de referência ,em psi;

pv = pressão de vapor d‟água,em psi;

VA = velocidade de avanço, em nós.

6.7 TÚNEL DE CAVITAÇÃO

O ensaio no túnel é um ensaio experimental que tem como objetivo obter o

número da cavitação em propulsores. O ensaio consiste na passagem de água por

um túnel de maneira a gerar o escoamento tão uniforme quanto possível. O

propulsor é colocado na parte inferior do túnel para evitar a cavitação, visores são

colocados em pontos no túnel para observação e os propulsores são iluminados

com luz estroboscópica para serem observados com aspás sempre na mesma

posição. Normalmente a pressão é reduzida por bombas de vácuo para ajuste do

número de cavitação.

Para o teste de cavitação ser válido o prototipo que será utilizado deve ser

geometricamente semelhante ao propulsor real. Consequentemente quatro

condições devem ser obedecidas.

42

Eles devem ter a mesma velocidade avanço que implica em um

mesmo número de Froude;

O número de Reynolds na seção da pá deve ser o mesmo para

ambos;

O slip (recuo) deve ser o mesmo;

O número de cavitação deve ser o mesmo para ambos.

Figura 28: túnel de cavitação. (CARLTON, 2007)

Nota: as condições acima estabelecem a lei de semelhança para ensaio de cavitação em propulsores. A lei de semelhança é obtida pelo teorema dos π, que não será abordado neste trabalho.

7. CAVITAÇÃO EM PROPULSORES

Nesse item serão abordados estudos sobre a cavitação decincotipos de

propulsores que são utilizados em rebocadores. São eles:

Hélice de passo controlável

Hélice com propulsão azimutal

Hélice com propulsão cicloidal

Propulsorde dutos

43

Hélice de passo fixo

7.1 PASSO CONTROLÁVEL

Esse estudo foi realizado na Universidade de Gênova, na Itália, utilizando o

tanque de provas “CEHIPAR” para testes em águas abertas e o túnel de cavitação

“DINAEL”. O objetivo do referido estudo foi avaliar o fenômeno da cavitação em

propulsores CPP para diferentes valores do passo do hélice. Foi considerado no

estudo o passo como a 70% do raio (r = 0,7R). O propulsor escolhido foi um CPP

convencional operandoem um navio com duplo hélice com RPM constante. Segue

abaixo os dados do propulsor:

Diâmetro do propulsor: 4,6 metros

Relação P0,7/D: 1,106

Relaçao P0,7/D ,modificada: 0,469

Número de pás: 4

RPM: 180

V para P0,7/D: 1,106 = 24 nós

V para P0,7/D: 0,469 = 11 nós

Relação AE/A0 = 0,663

Para o teste foi utilizado um dinânometro K & R H39 que foi inclinado a 9º em

relação ao eixo, alémdisso, outros dispositivos foram adicionados ao eixo para

simular o efeito de onda com o objetivo de reprentar o mais fielmente possivel as

condições reais que a embarcação será submetida.

44

Figura 29: teste no túnel de cavitação (BERTETTA et al., 2011)

Para o teste foi fabricado um modelo de propulsor com diâmetro de 250 mm.

A cavitação ocorreu de maneira diferente para os dois passos analisados. Para o

P0,7/D = 1,106 a cavitação ocorre em vórtice na pá,no dorso e a cavitação em forma

de bolhas na raiz da pá ocorre somente quando o número de cavitação é reduzido.

Para maior carregamento, a cavitação ocorre prematuramente e a formação

de vórtice no bosso da pá;quando o carregamento é diminuido, a cavitação ocorre

mais lentamente e a cavitação na face da pá é observada.

Para o P0,7/D = 0,469 a cavitação ocorreu para um menor carregamento e se

establizou a medida que o carregamento foi aumentado.além do mais os diversos

tipos de cavitação ocorrem separadamente ao contrário do primeiro caso onde

ocorrem simultaneamente.

Figura 30: modelo do propulsor (BERTETTA et al., 2011).

45

Figura 31: gráfico σN x KT para P0,7/D = 1,106 (BERTETTA et al., 2011).

Figura 32: gráfico σN x KT para P0,7/D = 0,469 (BERTETTA et al., 2011).

7.2 Propulsor Azimutal

Este trabalho aborda os efeitos da cavitação durante operações de manobra

em um navio equipado com um sistema elétrico de propulsão azimutal. A pesquisa

foi conduzida pelo “Krylov Shipbuilding Research Institute” localizado em São

Petesburgo, na Rússia. A cavitação foi observada sob diferentes condições de

operações da embarcação, incluindo:

Aceleração

“crash–stop” (parede de emergência): o navio em seguimento avante é

forçado a parar bruscamente e mede-se o tempo e a distância

percorrida até a parada.

46

Manobrabilidade em velocidade de serviço completa

A pesquisa levou em consideração as seguintes premissas:

Variações constantes de carregamento nos propulsores;

Alterações no ângulo de fluxo da hélice quando há variação no ângulo

de deriva da popa no navio;

Alterações no ângulo de fluxo da hélice devido arotação do propulsor;

Mudanças contínuas de posição do propulsor, fazendo em que

algumas vezes o hélice não estivesse visível para os observadores.

O teste foi feito em um tanque de água onde foi colocado um monitor de TV.

Depois as imagens foram processadas em um computador com o objetivo de

visualizar as imagens que mostram a cavitação associado as operações de manobra

do navio.

Figura 33: tanque de testes (PUSTOSHNY; KAPRANTSEV, 2001)

Propulsores azimutais são projetados para minimizar as flutuações de

pressão (Kurimo, 1997); logo a cavitação em vórtice na extremidade da pá é

limitada. Durante o teste de aceleração foi observada apenas um tipo de cavitação:

a cavitação em vórtice localizada no lado de baixa pressão (sucção). Quanto maior a

velocidade do navio, menor a “espessura” do vórtice (figura 34).

Durante o crash–stop a velocidade a vante de rotação dos propulsores

diminui e é acompanhada de cavitação no lado de alta pressão por certomomento

47

(figura 35). Devido à instabilidade do fluxo no cubo da hélice, ocorreu algumas vezes

a formação caótica de vórtices ao longo do cubo da hélice.

Em velocidades baixas do navio ocorreram padrões de vórtices altamente

caóticos. Foi considerado que os observadores viram fragmentos do vórtice sendo

gerados próximos ao eixo do propulsor (figura 36).

Quando o navio acelerou a ré foram observados vórtices de cavitação no lado

de alta pressão que se estende ao longo de uma trajetória para longe da lâmina

(figura 37). Quando o crash–stop foi realizado na velocidade máxima causou ruídos

semelhantes a uma explosão no compartimento do tanque de observação.

Em manobras, o navio foi dirigido pelo Azipodem uma angulação de ±10º.

Isso quer dizer que o navio estava praticamente em linha reta. O padrão de

cavitação para esse limite angular foi bem próximo do padrão para o navio em linha

reta (figura 38). A impressão dos observadores é que para pequenos ângulos de

variação do Azipod, a intensidade da cavitação diminuiu (vortices mais “finos”).

O círculo de giro de um navio equipado com Azipod é menor que um navio

equipado com hélices convencionais e a perda envolvida na velocidade é muito

maior. Consequentemente o carregamento no propulsordeve aumentar

consideravelmente. Mesmo o Azipod operando em ângulos moderados em

velocidade de serviço, o fenômeno da cavitação se torna mais intensa: os vórtices

cresceram significativamente (figura 39).

Quando se aumenta a variação do ângulo, o fenômeno da cavitação se torna

mais evidente. Para 15º a cavitação se apresenta em ambos os lados (região de alta

e de baixa pressão) em forma de folha (“sheet cavitation”) se prolonga por toda a pá

até formar um vórtice na extremidade da mesma.

Em 35º de rotação é visível a formação de três “caudas” dos vórtices na

extremidade da pá. Isto indica que a cavitação pode ter sido muito abrangente

atingindo todas as pás (figura 40). Quando o cursor do Azipod tender a se afastar da

linha de eixo a cavitação não se concentrou, mas na extremidade da pá no lado de

baixa pressão. Movimentando o cursor para bombordo ou boreste, o vórtice muda

de lado e ocorre a cavitação em forma de “folha” (figura 40 e 41). Mudanças rápidas

na forma de cavitação aparentemente tem haver com a rotação do cursor do Azipod,

para se ter certeza seria necessário uma análise mais aprofundada da interação

casco–propulsor, o que não foi comtemplado neste estudo.

As conclusões desse teste foram as seguintes:

48

Deve-se procurar reduzir a vibração induzida nos propulsores e em

manobra o cursor do propulsor azimutal deve estar entre 5º e 7º graus

de angulação quando o navio estiver “puxando”, principalmente em

velocidades mais altas.

Enquanto o navio está acelerando a forma predominante da cavitação

é em vortice na extremidade da pá e pode ser aumentada com um

aumento de carregamento no propulsor.

É necessário atenção a implosão dos vortices, principalmente quando

o navio opera “puxando” em ângulos de incidência maiores.

A cavitação se mostrou extensa principalmente quando o navio faz a

guinada e a perda de velocidade do navio em curva ocasiona um

aumento no carregamento que acelera o início da cavitação e que

angulações maiores que 15º também aumentam a cavitação.

Figura 34: crescimento da cavitação durante a aceleração (PUSTOSHNY; KAPRANTSEV,

2001).

49

Figura 35: Crash Stop – fase inicial (PUSTOSHNY; KAPRANTSEV, 2001).

Figura 36: Crash – stop: mudança de direção. De a vante para a ré (PUSTOSHNY;

KAPRANTSEV, 2001).

Figura 37: continuação do crash – stop – cavitação indo do bordo de fuga para o bordo de

ataque (PUSTOSHNY; KAPRANTSEV, 2001).

50

Figura 38: a cavitação para pequenas angulações do Azipod é semelhante a cavitação que ocorre com o navio em linha reta em velocidade de serviço (PUSTOSHNY; KAPRANTSEV, 2001).

51

Figura 39: Azipod a 15º da linha de eixo. Cavitação mais intensa. (PUSTOSHNY; KAPRANTSEV, 2001).

Figura 40: Azipod a 35º da linha deeixo. Implosão dos vórtices (PUSTOSHNY; KAPRANTSEV, 2001).

52

Figura 41: mudança de cavitação em “folha” para cavitação em vórtice (PUSTOSHNY; KAPRANTSEV, 2001).

7.3 Propulsor Voith Schneider

Este estudo aborda a cavitação em uma embarcação altamente carregadasob

condições de bollard pull operando com o sistema de propulsão Voith Schneider.

O estudo foi realizado na Universidade de Berlim, Alemanha. Diferentes perfis

de pás foram utilizados e um novo perfil foi desenvolvido, com o objetivo de

evidenciar o comportamento da cavitação.

Cinco perfis foram investigados para diferentes ângulos de ataque e

diferentes números de cavitação. Os principais parâmetros dos perfis utilizados

foram:

53

Comprimento do perfil (L): 390 mm

Comprimento da corda (c): 150 mm

Espessura relativa (t/c): 0,16

Figura 42: perfis utilizados nos testes (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

A cavitação no modelo MP 73 foi observada para os ângulos de ataque 12º e

19º. A cavitação em “folha” surgiu no bordo de ataque no lado de sucção do perfil

durante o teste com um ângulo de ataque de 12º.

Para o ângulo de ataque de 19º o fluxo se desprende do lado de sucção. A

cavitação em vórtice foi observada na separação do fluxo. A cavitação em vórtice é

evidenciada apenas para este perfil (MP 73).

54

Figura 43: observação da cavitação para ângulo de ataque de 12º (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

55

Figura 44: observação da cavitação para ângulo de ataque de 19º (JÜRGENS; HEINKE,

2009).

O teste foi realizado no túnel de cavitação SVA com o modelo VSP P9659

com rotação em sentido horário. A velocidade máxima do rotor do VPS é limitada

para 6 rps. Os dados do VSP P9659 são os seguintes:

Diametro (D): 200 mm

Comprimento da pá (L): 166,50 mm

56

Comprimento da corda (c): 40 mm

Número de pás: 5

Figura 45: teste de cavitação no túnel do VPS P9659. (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

A figura abaixo mostra a distribuição de pressões de um VSP com pás

simetricamente distribuídas. Podem-se ver regiões de baixa pressão e

consequentemente com grande risco de cavitação entre 300º e 360º. A cavitação irá

ocorrer no dorso e na face das pás (figura 46).

57

Figura 46: distribuição de pressões no VSP (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

Figura 47: evidência na cavitação nas pás (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

Os resultados acima foram obtidos através de um software de anaálise de

escoamento de fluidos, mas a questão é que o software não consegue diferenciar os

58

diversos tipos de cavitação, por esse motivo, os testes com o modelo são

essenciais.

O início da cavitação para o modelo VSP P9659 foi observado para σN = 6.94

(número de cavitação). A cavitação em “folha” aparece primeiro no bordo de ataque

próximo ao rotor (figura 48).

Para σN = 3.36 a cavitação em folha e a cavitação em vórtice entre 270º e

360º. A cavitação se desprende da pá (figura 49).Para σN = 2.71 na condição de

bollard pull, a cavitação em “folha” se torna evidente no bordo de ataque em todo o

comprimento da pá(figura 50). Na extremidade da pá foi observada a cavitação em

vórtice de maneira intermitente. O vórtice se desprende da pá e se choca com a

seguinte.

Figura 48: ocorrência da cavitação em “folha” (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

Figura 49: vortice se desprende da pá (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

59

Figura 50: cavitação em condição de bollard pull (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

7.3.1 Cálculo do Bollard Pull Pela Lei de Semelhança e Túnel de Cavitação UT2

O teste foi realizado no túnel de cavitação UT2 para estudar a influência da

cavitação nas forças e nos momentos. O teste foi feito em um túnel de seção de

11m de comprimento, 5m de largura e 3m de profundidade. Os testes foram feitos

com Vs = 0 e rotação do rotor variando de 1 a 5,5 rps. O intervalo para o número de

cavitação estáentre σN = 2.176 (profundidade da água no nível do rotor) e σN = 2.573

(profundidade da água com submersão da pá).

Para investigação do bollard pull foi usado um protótipo equipado com

sistema de propulsão VSP. Foram utilizados diferentes perfis de VSP e os

resultados mostraram que a variação na força dos VSP tem pouca influência na

cavitação.

Mas observou-se que o perfil das pás influência diretamente na cavitação e

também na variação de parâmetros do VSP. As figuras 52 e 53 mostram os

resultados de medição do bollard pull para os perfis 4 e 9 ,respectivamente.

60

Figura 51: protótipo utilizado nos testes (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

Figura 52: bollard pull para o perfil 4 (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

61

Figura 53: bollard pull para o perfil 9 (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

A cavitação no VSP com pás com o perfil 4 leva a um ligeiro aumento do

coeficiente de torque (figura 52). O empuxo do VSP com cavitação é um pouco

menor do que sem cavitação.

A cavitação no VSP com pás com o perfil 9 não tem influência no impulso e

nem no coeficiente de torque bem como no bollard pull.

De acordocom os resultados pode-se afirmar:

De acordo com os esforços obtidos concluiu-se que orisco de falha do

sistema de propulsão devido a cavitação é pequeno;

A cavitação ocorre apenas em uma determinada faixa angular;

A cavitação se desprende rapidamente da pá e flutua como vapor em

torno do VSP e se choca com a pá seguinteintensificando os efeitos da

cavitação;

Cavitações erosivas em forma de bolhas ou nuvens não foram

observadas nas pás do VSP durante os testes;

Cavitação em “folha” é observada em toda a área da pá enquanto que

a cavitação em vórtice ocorre na extremidade da mesma;

62

A ocorrência da cavitação depende do perfil escolhido da pá;

O desprendimento da cavitação das pás não causa erosão nas

mesmas e nem redução do empuxo;

A variação de sustentação no perfil da pá pode garantir grande força

de empuxo e números de cavitação baixos.

7.4 Propulsorkort–Nozzle (tubulão)

Este estudo foi relizado por (Manen; Oosterveld). Foram utilizados cinco

series de propulsores Kaplan (19, 26, 30,31 e 32) que é geralmente utilizado em

conjunto com o tubulão.Em cada série foram avaliados cinco propulsores.Foi

utilizado o túnel de cavitação NSMB número 1 com dimensões 900 mm x 900 mm e

um fluxo uniforme.

As caracterisiticas principais dos propulsores são:

Diâmetro: 240 mm

Número de pás: 5

Relação P/D: 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8.

Distribuição do passo: uniforme próximo aextremidade, diminuindo até

a base;

Relação área expandida (BAR): 100%

Perfil dá pá: tipo Kaplan

Seção da pá: NACA – 16 parabólico

Número total de propulsores: 5

Os propulsores foram testados com rotação (RPM) constante e velocidade de

avanço para slip variando de 40–100%. A cavitação foi observada durante todo o

63

experimento. Na figura abaixo são mostradas as linhas que marcam o inicio da

cavitação.

Figura 54: linhas de cavitação na superficie exterior do tubulão (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

Não foi observada cavitação no exterior e nem no interior da superfície do

tubulão (30, 31 e 32) para velocidade da água acima do limite considerado. A

curvatura dos tubulões 26 e 30 tem geometria praticamente igual (figura 55). A

curvatura é diferente somente no bordo de ataque dos perfis dos tubulões. Foi

observado “descolamento” do fluxo no interior da superfície do tubulão nº 26 durante

os testes no túnel de cavitação. Este fenômeno pode ser explicado pela forma do

bordo de ataquedo tubulão que é desfavorável.

Figura 55: perfil dos tubulões nº 26 e nº 30 (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

Para o mesmo valor do coeficiente de empuxo (CT) o início da cavitação para

um alto valor do número de cavitação (σo) corresponde a um aumento do

carregamento no tubulão ou um aumento da relação empuxo do propulsor sobre o

empuxo total (Tρ / T).

64

A distribuição do passo depende da velocidade induzida no bocal na

superfície do propulsor e da distribuição da carga radial no hélice. A distribuição da

velocidade induzida no bocal é bem diferente para os bocais 30,31, 32 e 19.

Consequentemente esses hélices não tem bom desempenho a respeito da cavitação

quando são testados em conjunto com os bocais 30, 31 e 32. Por essa razão não

foram relatadas observações quanto a cavitação nestes hélices.

Figura 56: propulsor–duto (JÜRGENS; HEINKE, 2009).

O estudo abaixo está disponivel em: http://www.sva-potsdam.de/tugs.html e

aborda rebocadores equipados com sistema de propulsor com tubulão.

Propulsores com tubulão quando altamente carregados correm grande risco

de falha devido à cavitação. A figura abaixo mostra como o formato da pá influencia

nos coeficientes do propulsor comduto, durante variação do número de cavitação

para condição de alto carregamento (baixo coeficiente de avanço).

65

Figura 57: variação do número de cavitação do propulsor com duto. Disponivel

em:<http://www.sva-potsdam.de/tugs.html>

O comprimento da corda na extremidade da pá é muito importante para

análise do comportamento da cavitação bem como da falha do sistema de

propulsão. A análise da cavitação indica que a falha do propulsor – duto começa

quando a cavitação ocorre na extremidade da pá para uma volta completa. As

figuras abaixo mostram a referida cavitação em dois propulsores – duto.

66

Figura 58: cavitação em propulsores – duto. Disponivel em: <http://www.sva-

potsdam.de/tugs.html>

67

A cavitação em vórtice pertuba o fluxo no difusor do duto. Pode-se mostrar

que o empuxo no duto decresce se a área de escoamento é reduzida pela

separação do fluxo que pode causar um aumento do empuxo do propulsor e do

torque. Os resultados dos testes de cavitação com diferentes propulsores-dutos são

mostrados no diagrama abaixo.

Figura 59: estimativa do risco de redução do bollard pull devido a cavitação. Disponivel em:

<http://www.sva-potsdam.de/tugs.html>

Através desse tipo de diagrama é possivel prever o risco de colapso do

sistema na fase preliminar do projeto.

7.5 HÉLICES DE PASSO FIXO

Este estudoaborda a cavitação em dez propulsores, sendo oito propulsores

de passo fixo e dois propulsores de passo controlável. Este estudo foi apresentado

no “7th international Symposium Cavitation”. O software Ansys CFX foi utilizado para

68

análise da cavitação. E para efeito de comparação os propulsores foram ensaiados

no túnel de cavitação. Os dados dos propulsores estão na tabela abaixo:

Tabela 2: parâmetros dos propulsores avaliados (SATO, K. et. al., 2009).

As condições de carregamento e pressão foram ajustadas para as condições

de operação de cada navio da mesma maneira dos modelos testados. Para efeito de

comparação e validade dos resultados obtidos pelo software foram realizados testes

no túnel de cavitação. O coeficiente de empuxo (Kt) e o número de cavitação (σN)

são ajustados para as condições de operação de cada navio controlando a

velocidade do fluxo e pressão no túnel.

Foi utilizado um propulsor de diâmetro de 250 mm e 25 rps de velocidade.

69

Figura 60: preparação do teste no túnel de cavitação. (SATO, K. et. al., 2009)

Nos testes com o software o propulsor A com θ = (0 deg) apresentou

inicialmente cavitação em forma de “folha”, enquanto no túnel o propulsor

apresentou cavitação em bolhas. Com a variação angular os resultados obtidos pelo

software e os obtidos no túnel se assemelham.

Para os outros propulsores as diferenças e semelhanças entre os resultados

foram bem próximas do que ocorreu no propulsor A.

70

Figura 61: resultado propulsor A. Esquerda: computacional. Direita: túnel (SATO, K. et. al.,

2009)

71

Figura 62: resultados de 10 propulsores. Computacional: em cima (θ = 42 deg). Túnel: em

baixo (θ = 40 deg) (SATO, K. et. al., 2009).

72

Foi analisada a variação de pressão no propulsor em função da variação

angular. Pela análise computacional o gráfico se assemelha a uma senóide,

enquanto no teste feito no túnel de cavitação o gráfico se apresenta de maneira

aleatória com picos de alta frequência. Essa diferença provavelmente se deve ao

fato do software não apresentar a mesma acurácia em prever o comportamento real

do propulsor quando comparado ao teste no túnel de cavitação.

Figura 63: variação de pressão no propulsor D.3(SATO, K. et. al., 2009)

Através desse estudo pode – se concluir:

O método computacional apresentou resultado satisfatório na análise

do comportamento da cavitação em “folha”;

Os resultados entre os dois testes foram diferentes para análise da

cavitação em θ = 0 deg;

O método computacional não foi eficiente em detectar a cavitação em

bolhas;

A variação de pressão no propulsor obtida pelo método computacional

não representa satisfatoriamente as condições reais de operação do

propulsor;

73

A variação de pressão obtida pelo teste no túnel de cavitação se

aproxima das condições reais, inclusive mostrando picos de alta

frequência que devem ser evitados, pois favorecem o fenômeno da

cavitação.

8. CONCLUSÃO

O fenômeno da cavitação foi analisado e discutido. Foram apresentados

diversos estudos sobre os principais propulsores no que tange a cavitação e os seus

efeitos. A partir disso chegaram-se as seguintes conclusões:

O formato da pá do hélice influencia diretamente na ocorrência ou não da

cavitação;

Atenção especialpara a cavitação deve ser tomada quando o propulsor é

altamente carregado;

Quanto maior o ângulo de rotação do propulsor maior a ocorrência da

cavitação;

Formação de vórtices de cavitação é predominante em propulsores com duto,

causando perda de empuxo do propulsor por prejudicar o fluxo no duto;

A cavitação pode causar redução do bollard pull, parâmetro determinante

para o bom desempenho dos rebocadores;

A cavitação em “folha” foi observada em todos os propulsores analisados,

sendo a mais comum;

O propulsor Voith Schneider se mostrou pouco suscetível à falha devido à

cavitação;

O propulsor de passo fixo apresentou predominantemente cavitação em

forma de “folha, sendo detectada cavitação em bolha apenas na posição θ = 0

deg;

74

A cavitação em bolha é a mais nociva para o propulsor, pois a implosão das

bolhas pode provocar erosão e até o empenamento das pás;

Para ângulos de incidência maiores, o propulsor azimutal sofreu aumento da

cavitação;

No propulsor azimutal com um aumento da velocidade e do ângulo de

incidência houve mudança da cavitação em “folha” para cavitação em

vórtices;

Os propulsores com tubulão são muito utilizados em rebocadores por fornecer

grande força de empuxo;

No estudo sobre o propulsor de passo controlável para relação P/D maior que

1, foi observado que a cavitação crescia quando o número de cavitação e o

carregamento também cresciam. Já para P/D menor que 0,5 a cavitação

decrescia com a diminuição do número de cavitação e com o aumento do

carregamento;

O Diagrama de Burrill é o método mais utilizado para prever a ocorrência da

cavitação. Tem a vantagem de estabelecer limites para a cavitação para

diversos tipos de embarcações;

O método adotado por Gerr é mais empírico e se baseia na pressão para

início da cavitação. Tem a vantagem de ser um método mais simples e direto;

O método NSMB é baseado no projeto do propulsor e pode ser usado

previamente para análise da cavitação, sendo essa sua grande vantagem.

Este trabalho representa um estudo comparativo dos propulsores no que

tange a cavitação e os seus efeitos e sobre como a cavitação pode interferir no

desempenho de rebocadores, podendo servir de auxílio para o desenvolvimento dos

sistemas propulsivos.

75

REFERÊNCIAS

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