🧭 MMPH · Cap.2 — Types of Tugs

Mapa Mental PH (aula enxutíssima) · Hensen, Tug Use in Port · II.09-AN · Área II do edital · só o que cai, em esquemas · ✎ marque lacunas e oclusões para revisão ativa
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Como se nomeiam

NomesO rebocador é batizado pela propulsão, pelo fabricante ou pela localização da propulsão/governo → daí conventional, Voith-Schneider, Z-peller, Kort nozzle, tractor. Não existe sistema de nomes uniforme — um "Z-peller" pode ter azimutais à vante ou à ré, e para o desempenho essa diferença importa muito.
Hensen: melhor classificar pela localização da propulsão e do towing point, pois assistir é a razão de existir do rebocador.

Um pouco de história

  • Azimutais patenteados como "steering propellers" já no início da década de 1870; Mallory patenteou um azimutal de hélice dupla em 1881 (equilíbrio de torque).
  • O Voith também teve precursor: o USS Alarm (1874) levava hélice de eixo vertical Fowler.

Os dois grupos básicos (por propulsão + towing point)

GrupoPropulsãoTowing point
Conventionalà réperto de meia-nau
Tractorà vante de meia-nauà ré
reverse-tractor (pusher) = ASD-tugASD (Azimuth Stern Drive)combi-tug

Tipos relacionados: Rotortug (3 azimutais), Z-tech/RSD (2 sob uma das pontas); família FAST = um propulsor em cada ponta.

Tabela 2A.1
Tabela 2A.1 — Table 2A.1: Classification of harbour tugs. Note: The All-Rounder being built in 2021 can be added to the Related Tug Types
Bom desempenho = short response time + bollard pull + manobrabilidade + menor espaço de manobra possível + boa fendering + estabilidade adequada.

Timoneira (wheelhouse)

  • Campo de visão o mais próximo de 360° possível: pontas, towline, convés de trabalho, área de contato, navio assistido e direção da operação.
  • A informação externa essencial vem de 3 coisas: os towlines (direção e tensão), o navio assistido e a direção combinada navio/rebocador.
  • Lógica de comando: empurrar a alavanca no sentido em que se olha deve aumentar o movimento nesse sentido; recomenda-se VHF duplo.

Fendering e atrito

F = c × P › atrito borracha-aço ≈ 0,8 › camada low-friction de UHMW ≈ 0,15

Pressões de casco admissíveis (PIANC) caem com o tamanho do navio.
NavioPressão admissível
Carga geral ≤ 20.000 dwt400–700 kN/m²
Petroleiro > 60.000 dwt< 350 kN/m²
VLCC150–200 kN/m²
Gaseiro / graneleiro< 200 kN/m²

Tipos de fender: cylindrical (proa/popa, ideal para grandes flares), D-shaped, block (mais grip), M-shaped e W-shaped (tempo/mar mais extremos).

UsoPush-pull, alongside towing e — sobretudo em portos europeus — towing on a line. O mais simples: single-screw com single plate rudder.
Rebocando on a line, o risco principal é o girting (emborcamento por tração transversal), reduzido — não eliminado — por winch/gancho de quick-release. Potência a ré geralmente baixa.
Towing point ≈ 0,45 × LWL a partir de ré (mais a ré nos rebocadores americanos).

Propulsão, nozzles e rudders

A todo réHélice aberta fixed-pitch dá ~60% do empuxo máximo a vante; hélice CPP aberta só 40–45%.
Kort nozzleLudwig Kort — 1º nozzle em 1927 (em serviço 1932). Aumenta o empuxo em 15–25% rebocando/empurrando e ~30% a velocidade zero, mas o arrasto cresce com a velocidade → serve para rebocadores lentos e muito carregados. Tipo 19A = empuxo a vante; tipo 37 = "backing nozzle" (melhor a ré) — Fig. 2B.3.
RudderCaracterística-chave
Becker (flap)flap de 20–30% da área gira mais que o principal (principal 45–65°, flap 90–110°); lift máx ~30°, 60–70% maior; side thrust até 50% do empuxo a vante (Fig. 2B.6)
Schilling (fishtail)sem partes móveis; 30–40% mais lift, máx ~40°, útil até 70°; twin VecTwin vetoriza 360° e dá até 70% de side thrust (Fig. 2B.8)
Flanking / Towmastermelhoram o governo a ré (à frente do hélice / obturadores) — Figs. 2B.10, 2B.11
Fig. 2B-3
Fig. 2B-3 — Two commonly used nozzle types
Fig. 2B-6
Fig. 2B-6 — The system of a movable flap rudder. ©Becker Marine systems Figure 2B.7: A movable flap rudder behind a controllable pitch propeller
Fig. 2B-8
Fig. 2B-8 — Schilling rudder. ©Becker Marine systems Figure 2B.9: Comparison between fishtail rudder and conventional rudder
Fig. 2B-10
Fig. 2B-10 — Shutter rudder system with a fixed nozzle and two flanking rudders
Fig. 2B-11
Fig. 2B-11 — Towmaster rudder system of tug *Hazam* (LOA 38m, beam 11m, BP 70 tons ahead and 50 tons astern. Photo: Damen Shipyards, The Netherlands Figure 2B.12: Triple rudder system. Photo: Nautican, USA
Fig. 2B-11
Fig. 2B-11 — Towmaster rudder system of tug *Hazam* (LOA 38m, beam 11m, BP 70 tons ahead and 50 tons astern. Photo: Damen Shipyards, The Netherlands Figure 2B.12: Triple rudder system. Photo: Nautican, USA

Manobra e ship handling

  • Single-screw: dominado pelo transverse effect (paddle-wheel) a ré; hélice de rotação à direita a ré → popa cai a bombordo, proa a boreste. Não puxa em ângulo reto nem segura esse ângulo em corrente/vento.
  • Twin-screw: bem mais manobrável — gira no lugar e "flanca" (anda de lado).
Como stern tug, o conventional é muito limitado pelo towing point a meia-nau: acima de ~3 nós assiste de um só bordo, não troca de lado e não controla a velocidade do navio.
O que éConventional single-screw + bow thruster azimutal 360° + towing point extra a ré. Primeiro no início dos anos 1960. Ao contrário do tunnel thruster, o azimutal com nozzle abaixo da quilha mantém eficácia em qualquer direção mesmo com velocidade.
  • Exemplo: thruster de 400 hp num rebocador de 27 m/1.500 bhp → +meio nó na velocidade máx, ~5 nós só no thruster e +5 t de força juntos.
  • Conversão do San Pedro (thruster 600 bhp): bollard pull +40%, de 25 para 35 t.
  • O thruster é retrátil (arrasto quando ocioso); recolher em tempo quando o UKC é pequeno.
Brilha como stern tug on a line: pega navio ainda a 7 a 8 nós e controla velocidade/governo (Fig. 2B.17). Ao costado, mantém quase todas as desvantagens do conventional.
Conceito"Voith Water Tractor" (Fig. 2B.18): propulsão cicloidal sob a forebody e reboque no convés de ré. Motor a rpm constante; magnitude e direção do empuxo reguladas da timoneira = na prática um CPP.
  • Duas unidades VS lado a lado, ajuste uniforme em 360° sem atraso. Protection plate faz de nozzle; o rebocador atraca nessas placas e no grande skeg.
  • Posições: unidades a 0,25–0,30 × LWL de vante; towing point a 0,1–0,2 × LWL de ré (acima do skeg).
  • Princípio: centro de governo N deslocado do centro O; empuxo perpendicular à linha O–N e proporcional à distância O–N (Fig. 2B.20).
Fig. 2B-17
Fig. 2B-17 — Some assisting methods with a combi-tug 🔍 posições explicadas na legenda abaixo
Posições da figura, explicadas no texto (4)
  1. 1. The combi-tug makes fast aft and approaches stern first to the stern of the ship to pass the towline (see figure 2B.17 position 1*)*.
  2. 2 e 3. In positions 2 and 3 the incoming water flow creates lift forces on the tug and consequently a force in the towline.
    When the ship's speed reduces, the effect of the tug in position 2 and 3 will become less due to the reduced lift forces.
  3. 4. The original towing point is then in use again and the tug can operate again as a normal conventional tug (position 4).
    In circumstances where there are strong cross winds and/ or currents, and much effort is required from the tug to compensate for those forces, the tug is more effective when it proceeds with the assisted ship as a normal conventional tug (position 4) and thus can use its full ahead power.
  4. 5. As soon as the towline has been secured and the aft towing point is in use by means of a gob rope or fairlead, the combi-tug can control the vessel's speed (position 5) or assist in steering (positions
Fig. 2B-18
Fig. 2B-18 — The total concept of a Voith tractor tug 🔍 posições explicadas na legenda abaixo
Posições da figura, explicadas no texto (6)
  1. 1. Voith-Schneider propeller
  2. 2. Propeller guard plate
  3. 3. Skeg
  4. 4. Towing staple
  5. 5. Second towing position
  6. 6. Wheelhouse with specific Voith controls
Fig. 2B-20
Fig. 2B-20 — Principle of Voith propulsion. 🔍 posições explicadas na legenda abaixo
Posições da figura, explicadas no texto (3)
  1. 1. In sketch 1 there is no thrust; the propellers are 'idling'.
  2. 2. In sketch 2 the steering centre is moved by one hydraulic cylinder to port.
  3. 3. In sketch 3 the steering point N is moved by the two hydraulic cylinders to port and forward, which gives thrust in the indicated direction S.
Empuxo a ré quase igual ao de vante, gira no lugar, pouco wash; empurra com a popa (heavy stern fendering).
O empuxo transverso tem prioridade → não se aplica 100% do empuxo em todas as direções ao mesmo tempo. Instabilidade de rumo em L/B pequeno resolvida com estabilizadores StRAke.

Governo: indirect method a alta velocidade, direct method a baixa. Muda de line para pushing sem largar (tug de vante até ~2 nós). Melhor como after tug; making fast direto até ~5 nós.

O que éDois thrusters azimutais 360° sob a forebody. 1ºs azimutais em serviço nos anos 1960; 1º rebocador assim foi o alemão Janus (1967). Thrusters fixed-pitch (Niigata) — modulados de zero por embreagem deslizante — ou CPP.
  • Casco parecido com o VS, mas de mesma potência tem menos calado. Towing point ~0,1 × LWL de ré; propulsores a 0,30–0,35 × LWL de vante. Empuxo a ré ~5% menor.
  • Twin skegs: no compacto Damen ATD 2412 (L/B 1,89) um único skeg central gerava força de governo contrária (o rebocador virava para o lado "errado"); a solução patenteada Twin Fin devolveu estabilidade direcional.
Mais eficaz a velocidade no direct como stern tug e como forward tug on a line (bom towing point), mas um pouco menos eficaz no indirect a alta velocidade que um bom VS tractor (Fig. 2B.32).

Reverse-tractor (ex-pusher)

O que éDois azimutais sob a popa, projetados para trabalhar sobre a proa do rebocador (portos do West Pacific). Winch grande a vante e pouco material a ré (só um hook). Propulsores ~0,1 × LWL de ré; astern BP 5–10% abaixo de vante.
Mantém a relação de tractor mas navegando no sentido inverso (towing point para o navio, propulsores para longe). Ótimo como stern tug; fraco como forward tug on a line (Fig. 2B.35).

Conceito japonês (Japanese tug)

  • Reverse-tractor específico: proa muito flared com pneus, transom stern abaixo da linha-d'água, sheer acentuado, deckhouse longo, boca/calado pequenos e velocidade livre de 15 nós ou mais.
  • Dois thrusters a ré (Niigata), sem skeg (só um pequeno à frente dos hélices), sem funis (descarga pela popa = visão total).
  • Dois tipos: berthing/unberthing e escort-capable (potentes; não fazem fast durante o escort). No Japão o escort é compulsório para carga perigosa/certos comprimentos, com FiFi.
Fig. 2B-32
Fig. 2B-32 — Some assisting methods with azimuth tractor tugs.
Fig. 2B-35
Fig. 2B-35 — Assisting methods with a reverse tractor tug.
ASD-tugQuase igual ao reverse-tractor, mas projetado para operar sobre a proa (como reverse-tractor) e sobre a popa (como conventional) — combina os dois. Winch a vante + winch/hook a ré.
Towing point de ré num bom local para towing on a line: 0,35–0,4 × LWL da popa; azimutais a ~0,1 × LWL da popa. Empuxo máx a ré 5–10% abaixo de vante (Fig. 2B.44). Bollard pull amplo (ex.: Azistern 60–120 t).
TipoMelhor em
Conventionalforward tug towing on a line
Reverse-tractora ré e em push-pull
ASDtodo tipo de ship handling (assiste como os dois) — Fig. 2B.45
Fig. 2B-44
Fig. 2B-44 — Free sailing manoeuvring capabilities of an ASD-tug and reverse tractor tug.
Fig. 2B-45
Fig. 2B-45 — Some assisting methods with an ASD-tug. 🔍 posições explicadas na legenda abaixo
Posições da figura, explicadas no texto (4)
  1. 1. When towing forward on a line like a conventional tug (see figure 2B.45, 1, opposite page) the ASD-tug is very effective, although the risk of girting exists.
  2. 1 e 2. As a stern tug on a line an ASD-tug works over the bow (situation 1 and 2).
    Effectiveness when assisting in indirect mode (situation 2) is generally somewhat less when compared to VS tractor tugs, but ASD-tugs may be somewhat more effective when direct pulling (situation 1).
  3. 2. The forward ASD-tug should then assist like a reverse-tractor tug (situation 2) which is very often the case.
  4. 3. Like reverse-tractor tugs, ASD-tugs can also easily change from towing on a line to push-pull without releasing or changing the towline position (situation 3).

Uni-lever (master-pilot)

O que éUma única alavanca ajusta os dois thrusters automaticamente (comum em Coreia/Japão/China/Taiwan), com manete separado de rotação (Fig. 2B.47). Qualquer combinação dos controles separados é possível (Fig. 2B.48), mas é mais difícil achar a ótima → treino de qualidade.
O Uni-lever pode sobrepor-se ao master e "ficar preso a vante" (stuck ahead) se puxado de full ahead a full astern rápido demais, levando alguns minutos para recuperar.

Rotortug

O que éTrês thrusters azimutais em triângulo (o skeg é substituído pelo 3º thruster), winch a vante e a ré. Gerações ARTs: de ART 65-28 (27,5 m, BP 65 t) a ART 85-32W (31,5 m, BP 85 t).
Manobra "rotoring": gera até 70% do bollard pull transverso ao navio, dentro da boca do navio. Side thrust até 95% do BP; side-stepping ~6 nós.
Com ASD as unidades contrariam o heel no indirect; com Rotortug os thrusters aumentam o heel (reduzível baixando o empuxo). Três thrusters interagem → treino específico.

Z-tech & RSD

  • Z-tech (PSA Marine/Robert Allan, 1º em 2003): une tractor + ASD; wheelhouse bem a ré; velocidade/BP a ré ≥ 95% de vante.
  • RSD (Damen): proa e popa de igual altura → "tem duas proas". Primeiro: RSD 2513 (24,75 m, BP vante 70 t / ré 67 t).
Fig. 2B-47
Fig. 2B-47 — Uni-lever system, Niigata. Source: Niigata, Japan
Fig. 2B-48
Fig. 2B-48 — Separate controls for each thruster: either two GSO Levers for fixed pitch propellers or two GSP control for controllable pitch propellers.

Carrousel, DOT & All-Rounder

Um towing point móvel/rotativo num anel/trilho em volta da superestrutura deixa até um conventional governar para os dois bordos com o navio em andamento, com menos heel (não capsiza por tração transversal). 1º carrousel: Multratug 12 (2002).
O que éForward-Aft Single Thruster: um propulsor em cada ponta (azimutal ou Voith), na linha de centro, com towing point entre eles.
Cada ponta tem no máximo 50% da potência total, enquanto um tractor/reverse-tractor tem 100% a vante → perto da proa de um navio com velocidade pode não guinar o bastante. Exige treino minucioso de masters e pilotos.
Fig. 2D-27
Fig. 2D-27 — Performance diagram of CRT as stern tug. Diagram based on model tests performed at SVA. Note: Not all test have been performed with full power (reserve power available)
TipoMarca / dado
SDM / ATTassimétrico, boca muito larga; Mark I/II 27,4 m, BP 55–60 t; ATT espanhol até 74,5 t; side-stepping 6,5 nós
EDDYin-line hybrid diesel-elétrico; economia de combustível 30–50%; net pushing ~90%; tensão de towline contínua
CRT (carrousel RAVE)carrousel + 2 Voith; Multratug 32/33 (31,9 m) BP estático 70 t → dinâmico a 10 nós ≥ 150 t de governo / 170 t de frenagem (Fig. 2D.27)
GianoNápoles 2016; 25,75 m, BP 55 t em todas as direções; escort heel ≤ 15° (mediu 8° estático)

LNG terminal tugs

Zonas de riscoZone 0 = atmosfera explosiva contínua/longa (> 1.000 h/ano); Zone 1 = provável em operação normal (10–1.000 h/ano); Zone 2 = só brevemente (< 10 h/ano).
  • Requisitos extra: gas-detection na timoneira, rigsaver, spark arresters, FiFi 1 ou acima e fendering de baixíssima pressão — p.ex. não mais que 14 t/m².
  • Classes FiFi (DNV GL): monitores de 1.200–3.600 m³/h, alcance 120–180 m e altura 50–110 m.

Eco-tugs (MARPOL Anexo VI, Tier I–III)

O rebocador usa só ~20% da potência máxima em trânsito → a eficiência a carga parcial puxa para hybrid/elétrico. Três rotas: hybrid, combustível limpo, totalmente elétrico.
  • Combustível limpo: LNG a −162 °C (~2× o volume do diesel); hidrogênio (Antwerp Hydrotug, 1º a hidrogênio); amônia líquida a −34 °C (~3× o volume). Código IGF em vigor 1 jan 2017.
  • Elétrico: Zeetug Gisas Power (18,7 m, BP 32 t, carrega em 1 h); Sparky RSD-E 2513 (push-pull 70 t por ≥ 30 min, recarrega ~2 h).
  • Segurança de lítio é o ponto crítico: DNV — a ventilação sozinha não evita explosão se falharem muitos módulos (≥ 4.000 amp-hours) de uma vez → conter fogo/gás no menor espaço possível.

Ice tugs

ASD é geralmente o mais versátil no gelo; ASD com CPP é ótimo (recupera empuxo rápido). Em gelo muito duro preferem-se hélices abertas (nozzle bloqueado dá empuxo zero). Trabalho no gelo usa > 80% do MCR por > 80% do tempo.
A estabilidade exige atenção especial: o acúmulo de gelo em superestrutura/mastro reduz a estabilidade rapidamente. Exemplo: Yuribey (39,54 m, BP vante 97 t, Ice Class ARC6, projetado para −50 °C).

Pesquisa (CFD)

CFDSimula o escoamento em torno do rebocador. Cálculo viscous-flow desde ~2010 (antes só potential-flow). Precisa de verificação e validação: "garbage in, garbage out".

Dois princípios de desempenho

  • Fluxo positivo (wash a favor do fluxo) vs fluxo negativo (contra) — este dá mais empuxo, porém muito mais torque, cargas flutuantes e vibração.
  • Line pull ∝ rpm²; potência ∝ rpm³ → dobrar a rotação multiplica a força por 4 e a potência por 8.
Fig. 2A-4
Fig. 2A-4 — View of the wheelhouse with the tug master handling the tug with the Uni-lever system (right) and speed control handles. Photo: Piet Sinke
Fig. 2B-1
Fig. 2B-1 — Conventional twin screw tug Stan tug 3011.LOA 30.66m, beam 11.13m, BP 70 tons. Damen Shipyards, The Netherlands
Fig. 2B-5
Fig. 2B-5 — The working of a steerable nozzle with movable flap. ©Becker Marine systems

Bollard pull certificado

Medido por load cell em série com o towline, ao MCR. Certificado = força mantida sem cair por ≥ 5 minutos (harbour tugs), registrado a 1 Hz ou melhor. Sem degradação com profundidade ≈ 6× a imersão do hélice e comprimento de linha ≈ 50× o diâmetro (MARIN JIP 2016).
Propulsãot / 100 kWt / 100 bhp
Azimuth stern drive1,5–1,71,1–1,3
Azimuth tractor1,3–1,51,0–1,1
Voith-Schneider tractor1,2–1,40,9–1,0
Conventional, nozzled1,8–2,01,3–1,5
Conventional, open1,3–1,51,0–1,1
Fig. 2C-4
Fig. 2C-4 — Comparison performance Rotortug with ASD-tug. In the 4-8 knots speed range the Rotortug performs better and above 8 knots the ASD-tug performs better. Note: For an explanation of various assist modes, see escort chapter. Source: Kotug
Fig. 2C-5
Fig. 2C-5 — Performance diagrams of Rotortug ART80-32, LOA 31.95m, beam 12.60m, BP 80 tons, operating as stern tug in direct (yellow) and indirect (red) mode at 8 knots speed.
Fig. 2C-9
Fig. 2C-9 — Z-tech tug 6500 class tug built for service in the Panama Canal and approaches. LOA 27.40m, beam 12.20m, BP ahead 65 tons. See also double winches forward. Courtesy Cheoy Lee Shipyards
Fig. 2D-14
Fig. 2D-14 — Diagram showing pushing effectiveness. Nett pushing force (bollard pull) is about 90 per cent of maximum pushing force due to the not optimal flow of the water towards the thrusters.
Fig. 2D-22
Fig. 2D-22 — The EDDY tug *Telstar* has an additional towing point right above the aft thrusters, increasing tug capabilities. Photo: Henk Hensen
Fig. 2D-24
Fig. 2D-24 — Carrousel RAVE tug with two Voith propulsion systems in the centre line of the tug; towing point can move around the superstructure; on bow and stern are towing pins. Courtesy: Novatug, the Netherlands

Ajustes (Tab. 2E.3, Damen): CPP (exceto VS) −2%; ICE (exceto VS) −24% conforme a ice class.

Fig. 2E-2
Fig. 2E-2 — Typical mechanical propulsion system.
Fig. 2E-3
Fig. 2E-3 — Typical electrical propulsion system layout.
Fig. 2E-4
Fig. 2E-4 — Typical hybrid propulsion system.
Fig. 2E-5
Fig. 2E-5 — Typical electric propulsion system with hybrid power supply.
Fig. 2E-6
Fig. 2E-6 — Typical hybrid propulsion system with hybrid power supply.
Fig. 2E-7
Fig. 2E-7 — Electric propulsion with DC hybrid power supply.
Fig. 2E-9
Fig. 2E-9 — Hybrid system of a Rotortug: hybrid propulsion system with hybrid power supply. Source: Kotug
Fig. 2E-19
Fig. 2E-19 — Tank tests for escort performance with Damen ASD tug 3212. Photo: Damen Shipyards
Fig. 2E-23
Fig. 2E-23 — Example of a thrust vector diagram. Legend a) Tractor tug: Voith; b) Tractor tug: azimuth propeller in nozzles; c) Stern drive tug: azimuth propeller in nozzles; d) Conventional tug: twin screw (cpp) nozzles and bow thruster; e) Conventional tug: twin screw (cpp) with nozzles.