Ponto de partida
Com o navio parado na água (sem velocidade pela água), um rebocador de 30 t de bollard pull dá o mesmo efeito qualquer que seja seu tipo — desde que opere do modo mais eficaz. As diferenças entre tipos só aparecem com o navio em movimento pela água.
Foco do cap.Desempenho do rebocador assistindo navios em andamento (com velocidade).
Manobra eficaz › bollard pull › posicionamento correto › tipo certo de rebocador
Definições a dominar antes (4.2)
- pivot point do navio assistido; towing point, pushing point e lateral centre of pressure do rebocador.
- métodos direct e indirect towing; skegs; e estabilidade do rebocador.
Tudo em 4.3 (o que cada tipo pode/não pode fazer) decorre de como esses pontos se posicionam entre si.
Definiçãopivot point = ponto imaginário flutuante na linha de centro, entre proa e popa, em torno do qual o navio gira. Posição não é fixa: muda com forma do casco submerso, leme, trim, folga sob a quilha e sentido de movimento.
Como velocidade e leme deslocam o pivot point
- Parado na água + empuxo à vante com leme → pivot point bem à vante; ganhando velocidade → desloca-se para ré.
- Em curva estabilizada, leme todo → assenta a ⅓ do comprimento a partir da proa (Fig. 4.1).
- Navio a ré girando (ex.: bow thruster) → pivot point entre popa e meia-nau.
- Navios cheios/boca larga e trim de proa → pivot point mais à vante, giro mais fechado.
- Diâmetro de giro independe da velocidade (se rotação casa com a velocidade), depende do ângulo de leme e cresce muito em águas rasas.
Empuxo à vante e o Donkey Effect
Empurrar a proa na direção do giro parece dar braço longo, mas o efeito é fraco: as forças hidrodinâmicas centradas à vante se opõem ao rebocador. Por isso o bow thruster faz pouco em velocidade baixa-moderada à vante.
Donkey Effect: se o rebocador de vante empurra um pouco à ré do centro hidrodinâmico dianteiro, o navio gira ao contrário (para BE quando se queria BB). Remédio: empurrar mais à vante.
Exceção útilTanque em lastro, trim de popa → centro hidrodinâmico bem mais à ré → empuxo à vante fica muito mais eficaz.
Empurrar/puxar à réBraço longo e a resistência lateral de vante ajuda o giro: quanto mais à vante e/ou à ré do pivot point o rebocador trabalha, maior o braço e mais eficaz.
Navio parado, 1 rebocador vante + 1 ré de igual bollard pull › gira em torno da meia-nau (calado parelho) › 1 só rebocador na proa/popa gira em torno de ponto a ~1 boca da extremidade oposta (Fig. 4.2)
Desempenho do rebocador é governado pela posição relativa de três forças resultantes: centre of thrust (P, propulsão), towing/pushing point (T/Pu) e lateral centre of pressure (C). A força do fluxo de água cresce com o quadrado da velocidade.
Towing point
- Não é o gancho/guincho, mas o ponto de onde a espia sai reta para o navio — em geral o staple ou fairlead (Figs. 4.3, 4.4).
- Pode ser fixo ou móvel: gob-rope (Fig. 4.7), radial towing hook (Fig. 4.11), carrousel (Fig. 4.13), sistemas DOT. Móveis para o bordo emborcado encurtam o braço de banda (Fig. 4.12) — ganho de estabilidade e desempenho (carrousel sobretudo).
Lateral centre of pressure (C)
Fluxo de travésC fica atrás da meia-nau, a 0,3–0,4 × LWL de ré: ~0,3 LWL convencional, ~0,4 LWL tractor; reverse-tractor/ASD mais à vante. Proa contra o fluxo → C avança (convencional/tractor não além de 0,5 LWL).
Rebocador de vante na espia: convencional > tractor
A velocidade, um rebocador convencional é mais eficaz de vante na espia que um tractor tug: no convencional a força de governo (propulsão à ré) soma-se à espia; no tractor (propulsão à vante) a força de governo subtrai. Pior, o towing point do tractor é mais à ré (Fig. 4.5).
Movendo-se a ré pela água, um towing point à vante num tractor tug é muito perigoso — pode emborcar (grande momento de banda + longo braço vertical — ver Fig. 4.6). Solução segura: towing point à ré, logo a vante de C — base do indirect towing seguro.
Direct vs indirect (Fig. 4.8)
| Método | Quando | Como |
|---|---|---|
| Direct | rebocador de ré, baixa velocidade | puxa na direção desejada p/ governar/frear |
| Indirect | rebocador de ré, acima de 5–6 nós | angula-se: o fluxo no skeg/casco gera força na espia muito acima do bollard pull |
Indirect é a base do escorting (Cap. 9). Menor a distância C–T frente a P–T → melhor o desempenho direto.
Skegs (§4.2.2)
| Skeg | Efeito |
|---|---|
| (a) Tractor (à ré) | estabilidade de rumo à vante; leva C para ré rumo ao towing point → mais força indirect como rebocador de ré |
| (c) Box keel (ASD/rev-tractor) | corre até o forefoot, leva C para vante; estabilidade de rumo à vante e sobretudo a ré (crucial p/ bow-to-bow seguro) |
| (e) ASD twin skegs | estabilidade a ré; maior momento de giro; mais indirect e bow-to-bow |
CompromissoRebocador portuário puro deve render melhor abaixo de 6–7 nós (navio desacelerando, sem controle); quem também escolta precisa de casco/skeg p/ altas forças indirect — requisitos opostos.
Forças de través na espia podem, em indirect towing, ser muito superiores ao bollard pull — amplificadas por controle irregular, ondas e espias de baixa elasticidade (aço, HMPE: Dyneema, Spectra).
Essenciais: GM, GZ, down-flooding
- Braço de endireitamento = GZ; curva de estabilidade = GZ vs ângulo de banda.
- GM = distância entre metacentro inicial M e G. Mais alto G → menor GM; pode ficar negativo (ex.: gelo pesado — o mais perigoso).
- Boca tem grande influência: mais boca → maior GM e momento de endireitamento. Relações L/B caindo (~2,8:1 ou menos; Broward 2,5:1; Tiger Sun e Giano 2,0; SDMs até 1,8).
- Sponsons adicionam área de convés e reserva de flutuabilidade sem alargar a linha-d'água.
Carrousel marginForça de través na linha de centro emborca o rebocador a ~31°; a mesma força num carrousel de raio ½ boca só a ~18° — grande reserva de estabilidade dinâmica (Fig. 4.14).
Regras de estabilidade (4.2.3.1)
OrigemGrupo liderado pela Bureau Veritas, projeto SafeTug (MARIN), propôs regras harmonizadas à IMO.
IMO adotou emendas ao 2008 IS Code (Intact Stability) em 25 nov 2016, com critérios de rebocador; valem para rebocadores novos (batimento de quilha) desde 1º jan 2020. IS Code aplica-se a navios de 24 m ou mais.
| Grupo | Operação |
|---|---|
| Harbour towage | assistência em águas abrigadas |
| Coastal/ocean | fora de águas abrigadas (forças ~função do bollard pull) |
| Escort | forças vêm da hidrodinâmica no casco + empuxo; heel estático máx. 15° no equilíbrio |
- Self-tripping: rebocador emborca sob o binário de banda (espia + hélice) → energia de endireitamento ≥ energia de banda.
- Tow-tripping: rebocador arrastado de través a 5 nós; ângulo de equilíbrio < ângulo de down-flooding.
- Quick release agora obrigatório também no guincho de reboque.
Down-flooding angleBanda em que a 1ª abertura não-estanque imerge → rebocador considerado perdido. Foco: ventiladores da praça de máquinas (mantidos abertos p/ ar) tratados como pontos de down-flooding.
O método tow-tripping é questionado: foi feito p/ convencionais, ignora ASD sobre a proa, sem requisito de estabilidade residual, e porta-contêineres podem entrar bem acima de 5 nós.
A estabilidade muda continuamente desde que o rebocador larga o cais — combustível queima dos tanques baixos, tanques ficam slack, ondas põem água no convés. Efeitos em geral negativos e cumulativos.
Conheça o rebocador; mantenha o stability book
Fator nº1Conhecer capacidades e limitações do rebocador — evitar o que ele não aguenta e preparar-se p/ situações extremas. Todo terminal/escort tug carrega stability book, mas em reboque dinâmico a situação real pode ser pior que o livro.
O que eleva G (e corta GM)
| Causa | Efeito |
|---|---|
| Bunkers | maior GM com tanques cheios; tanques baixos vazios → GM cai (pode ir abaixo da classe) |
| Tanques slack | negativo (superfície livre) — minimizar o número |
| Água no convés | peso alto: G sobe, GM cai + superfície livre — pior em indirect a alta velocidade |
| Icing | reduzir velocidade, mudar rumo, remover gelo na 1ª chance |
| Trim de proa | negativo — evitar |
Aberturas, espia e interação
Banda grande vem nos momentos de risco (girting, sob a proa saliente, atingido pelo bulbo). Se entrar água, o rebocador emborca depressa → fechar todas as aberturas, inclusive portas do passadiço (Fig. 4.17).
A resposta prática à banda perigosa é largar a espia — não fechar os ventiladores da praça de máquinas: a banda vem rápida demais para confiar no fechamento.
- Cuidado com interação navio-rebocador perto da proa em velocidade (forças ∝ velocidade²) — manter velocidade baixa.
- Testar o quick-release nas maiores cargas; onde a espia é presa à cabeço, manter machado/faca (só fibra, nunca aço).
Deck-edge immersionSem carrousel/braço radial grande, a imersão da borda do convés é tomada como ângulo máximo de banda — bom aviso. Acima de 4–5 nós a água invade com força e momento de emborcamento crescentes.
Na espia, tudo decorre da posição do towing point vs propulsão (Fig. 4.18): no convencional o towing point fica à vante da propulsão; no tractor, à ré dela.
Rebocadores de vante
- Qualquer tipo governa/dá força de través aos dois bordos, mas resposta difere.
- Tractor: move-se rápido lado a lado, mas vence mais resistência lateral à custa da tração → menos eficaz que o convencional a velocidade.
- Convencional (ou ASD sobre a popa): gira em torno do towing point, menor ângulo de ataque, usa melhor a hidrodinâmica → tração mais eficaz.
- Regra: subindo a velocidade, convencional melhora, tractor piora; maior a velocidade, maior o vão (Fig. 4.19).
Posições da figura, explicadas no texto (2)
- 1. At lower speeds a tractor tug can give steering assistance by the direct towing method (see position 1a, 1b).
A speed increasing force vector is applied in position 1a. - 1 e 2. If required, a tractor tug can easily change from positions 1 to position 2 for speed control or to a position to give steering assistance to port.
Even at higher speeds (eg seven knots) a tug can safely swing around from position 1a to position 2 owing to the aft location of the towing point.
Tractor de vante é speed-limited: se o ângulo de reboque cresce demais, ele não vence a resistência e gira alinhado (vem a contrabordo) se a espia não folgar/largar rápido. No convencional, ângulo excessivo → girting, que pode emborcar se a espia não for largada a tempo.
Quick-release hooks podem travar sob carga muito alta e espia com ângulo vertical íngreme; guinchos com quick-release são mais seguros.
Baixa velocidade (B1b)Convencional de vante dá governo muito eficaz: a resistência gera alta força de governo sem aumentar a velocidade do navio. Reverse-tractor trabalha como tractor mas bow-to-bow.
Rebocadores de ré
| Tipo | Como governa de ré |
|---|---|
| Tractor (4.19C) | baixa vel.: direct (pos. 1a aumenta vel., 1b freia); alta vel.: indirect (1c) — governa aos dois bordos e controla velocidade, mesmo a ~7 nós |
| ASD/rev-tractor | similar, proa p/ a popa do navio; pouco menos eficaz que o tractor no indirect a alta velocidade |
| Convencional (4.19D) | governa a um só bordo; mudar de quarto impossível acima de 1–2 nós; acima de 3 nós é perigoso ir da pos.1 à 2 (vem a través, emborca) |
Convencional de ré é muito restrito pela posição do towing point: acima de ~3 nós governa só um bordo; só em velocidade muito baixa (≤3 nós) fica de través e governa os dois.
Convencional perto da popa: o hélice do navio deve ser usado com muito cuidado — o wash pode emborcá-lo. Máquina a ré em navios grandes é genuinamente perigosa — sempre avise os rebocadores de ré antes de dar máquina.
Empurrando (pushing, Fig. 4.21)
Eficiência = trabalhar a ângulo reto sem aumentar a velocidade do navio; depende da razão a : b — braço da propulsão (P–Pu) vs braço da força hidrodinâmica (C–Pu).
- Convencional: C à ré dificulta manter ângulo reto; push eficaz esgota-se a ~3–4 nós.
- ASD/rev-tractor: muito eficaz — Seaspan (ex-C H Cates) alegou push a 90° até 8 nós (vs 4 do convencional).
- Tractor: também bem melhor que o convencional (propulsão omnidirecional).
Ângulo máx. de bandaQuanto mais alto o pushing point, maior o momento de banda (∝ vel.²). A alta velocidade empurra-se a ângulo menor e a lift gera forças de push bem altas (Fig. 4.22).
Puxando (pulling) & frenagem
- Rebocadores a contrabordo precisam de boa força a ré (~igual à de vante) → propulsão omnidirecional serve p/ push-pull.
- Convencional puxando gira e precisa de stern line à vante p/ puxar a ângulo reto (paddle-wheel do hélice soma ao giro); só baixa velocidade.
- Perda-chave: o wash do hélice batendo no casco do navio pode custar até um bollard pull inteiro → tractor push/pull com a popa; azimutais desviam o thruster; espia mais longa ajuda.
- Frenagem: ASD/rev-tractor/tractor freiam muito melhor — bollard pull a ré ≈ a vante.
Outros tipos (4.3.2)
- Rotortug (2 thrusters à vante, 1 à ré): alta força indirect + alto push, trabalha dentro da boca do navio.
- Carrousel/DOT: towing point variável → grande ganho de capacidade e segurança na espia.
- FAST tugs (1 thruster cada ponta): como o Rotortug em espaços estreitos, mas só metade da potência em cada ponta. Exceção: CRT (Carrousel RAVE Tug) — carrousel + pinos de reboque → muitos modos e alta força na espia.
Resumo por tipo (4.3.3)
| Tipo | Na espia | A contrabordo |
|---|---|---|
| Convencional | vante: os dois bordos; ré: um bordo acima de baixa vel.; risco de girting | push cai rápido (~3–4 nós); pull só a vel. zero/baixa |
| Tractor/rev-tractor | ré muito bom (2 bordos + controle de vel.); girting ~nulo | eficaz em push/pull/frenagem; calado grande em rasa é desvantagem |
| ASD | vante como convencional/rev-tractor; ré como rev-tractor, alto desempenho | muito eficaz push/pull/frenagem |
| Carrousel/DOT | muito seguro, risco de emborcar nulo | — |
Como se determinam (4.3.4)
FontesEnsaios de modelo, provas em escala real e simulação. Desempenho mostrado por polar diagrams (força na espia vs ângulo de reboque e velocidade do navio).
O que os diagramas mostram
- Push convencional (40 m, 50 t): força transversal cai acima de 5 nós (Fig. 4.24); em ~6 ft de onda, acima de 3 nós. Limite prático ≈ 3 nós (4 p/ os mais manobráveis).
- Push ASD (31 m, 50 t, heel máx. 6°): só força transversal, sem componente que aumente velocidade; a ~8½ nós, 80% do push vem da lift (Fig. 4.25).
- Espia ASD vs ATD (TUGSIM, 70 t, heel máx. 11°): a 6 nós próximos (Fig. 4.28); a 8 nós+ o ATD twin-fin supera o ASD (skeg baixa a força hidrodinâmica; twin fins dão menor banda).
Frenagem azimutal (Aquamaster): Reverse Arrest (thrusters a 180°, em linha) até 1,5 × bollard pull a ré, abaixo de 8 nós; Transverse Arrest (thrusters a ~90°) acima de 8 nós (nota 6: na ASD 2411 o cruzamento foi ~6 nós).
Transverse Arrest exige dois thrusters orientáveis → FAST tugs não conseguem; carrousel freia trabalhando de través atrás do navio.
Posição eficaz (4.3.5, Fig. 4.29) — navio girando a BE
| Posição | Avaliação |
|---|---|
| Nº1 vante, espia | alta força de governo, mas limitada pelas forças de proa; flexível p/ vento/corrente |
| Nº2 ombro vante, push | ruim — braço curto, resistência opõe-se ao giro; pode girar o navio ao contrário (caso Brandner, tanque carregado) |
| Nº3 alheta ré, a ré | boa p/ governo a BE (com bow line): freia e ajuda o giro |
| Nº4 ombro/alheta ré, push | eficaz — braço longo; velocidade quase não afetada |
| Nº5 ré, espia | muito eficaz — maior braço de governo, não aumenta velocidade (ainda freia) |
| Nº6 | tão eficaz quanto o Nº5 no governo, mas aumenta a velocidade |
Girar navio parado no círculo de giro: melhores são 1 e 5/6 (maiores braços). Amarração de navios grandes: até 4 rebocadores, muitas vezes 3 e 4 empurrando, 1 e 5/6 controlando aproximação.
Posições da figura, explicadas no texto (13)
- 1. Forward tug no 1, towing on a line, is capable of exerting quite high crosswise steering forces on a ship.
The tug has to overcome the same transverse forces as tug no. 1, but the lever of crosswise steering forces exerted by the tug is much shorter and the tug's underwater resistance opposes the turn. - 1 e 2. Apart from what has just been mentioned, the positions of tugs no 1 and 2 are not always inadequate.
- 1 e 3 e 4. If crosswise drift forces from port have to be compensated for in a narrow fairway, tugs no. 3 and 4 are in a good position and also tugs no. 1 (when this tug shifts to port), 5 and 6.
- 1 e 5. If tug no 1 is a tractor tug, reverse-tractor tug or ASD- tug operating as a reverse-tractor tug, then tug no 1 together with tug no 5 can easily push as well as control the ship's approach speed towards the berth during mooring.
- 1 e 5 e 6. For swinging, eg when the ship is stopped in the turning circle, tugs no 1 and 5 or 6 are in the best position due to the long lever of exerted tug forces.
- 2. Position of tug no 2 is not so good for the steering assistance required.
Regarding tug no 2, it should be kept in mind that this tug might even have an opposite effect. - 2 e 3. In case stopping assistance is required tugs no. 2 and 3 (with bow lines) and 5 will assist effectively.
- 3. Tug no 3 can assist the starboard turn by going astern.
If the tug has a bowline secured, it could also assist in the starboard swing by going astern, in the same way as tug no 3. - 3 e 4. For instance, assume that tug no. 3 and no. 4 are of same type and bollard pull and both pushing at right angles.
For reasons explained, as soon as ship's speed increases, the effect of tug no. 3 is smaller than that of tug no. 4 and the ship starts turning to starboard. - 3 e 4 e 5 e 6. If steering assistance to starboard is required during passage towards a berth then tugs no. 3, 4, 5 and 6 are in a good position.
- 4. If the same tug is pushing at the shoulder of the tanker when in deep water, in ballast condition and trimmed by the stern, the tug does turn the tanker in the required direction and the effect does not differ much from a tug pushing at the quarter (tug no 4).
Tug no 4 is in an effective position to assist the starboard turn by pushing, because of the long lever and forward - 5. Tug no 5 can even give steering assistance to both sides.
- 5 e 6. Tug no. 6 is in a similarly effective position to tug no. 5, but has the disadvantage that this tug increases ship's speed.
Espia vs contrabordo (4.3.6)
Na espia: rebocadores no bordo seguro, flexíveis quanto ao bordo de atracação; assistem até o último momento; omnidirecionais mudam p/ push-pull sem largar a espia. Contrabordo: podem estar no bordo errado (exige reposicionar, com o navio sem assistência) e ter de escapar entre navio e cais.
Consequências de projeto (4.4)
- VS tractor tão eficaz como rebocador de ré na espia → alguns são construídos com o passadiço girado 180° e popa elevada (Baut, Boris, Boxer; Redbridge).
- Risco de girting do towing point central do convencional motivou o carrousel; a necessidade de espaços estreitos motivou o SDM.
Rebocadores portuários — nevoeiro, ondas, swell (4.5.1)
Nevoeiro em área confinada torna a assistência muito arriscada (movimentos rápidos demais p/ o radar; espia perde-se de vista) → muitos portos restringem abaixo de ~0,5 milha de visibilidade.
| Limite (rebocador portuário típico) | Valor |
|---|---|
| Visibilidade (vários portos) | 0,5 milha |
| Altura sig. de onda — convencional | 1,5 – 1,8 m |
| Altura sig. de onda — tractor/rev-tractor/ASD | 2,0 m |
| Swell — Port Hedland a 8 nós | 2,5 m |
Swell (período ≥ 8 s) exige espias longas (ex.: 80–100 m) p/ evitar picos de carga. Amarrar no centre lead de vante e/ou ré é o mais seguro.
Terminal/escort tugs; SAFETUG (4.5.2)
SAFETUGProjeto conjunto no MARIN, 2005–2010, envolvendo a indústria; envelopes operacionais p/ um ASD e um Voith.
- Roll é o limitante: amortecido por bilge keels (20–40%), Voith active roll damping (~50%), hard-chine único (~40%), skeg (~10%).
- Hs = média do terço mais alto das ondas; a maior onda individual ≈ 2 × Hs (bom em 3 m Hs deve aguentar ~6 m). Período e direção importam tanto quanto a altura.
- Perda por wash (Fig. 4.34): reboque na proa/popa perde pouco (média máx. 12%); puxando a contrabordo a ~1 comprimento perde em média 43–64% — em ondas quase 90%.
Conclusões sobre tipos (4.6)
Segurança e bom desempenho são os dois fatores governantes. Para baixo risco, o que importa (em ordem): 1) towing point · 2) tipo/localização da propulsão · 3) estabilidade e freeboard · depois guincho, casco/skeg/fender · e facilidade de manobra (+ calado máx.).
Maior fator de segurançaUm tug master bem treinado que conhece os limites do rebocador — conhecimento igualmente vital p/ prático e comandante.
Aspectos práticos (4.7)
- Cooperação: prático, comandante e tug captain devem conhecer as capacidades/limitações mútuas; o prático vigia os rebocadores.
- Comunicações: ordens claras, de interpretação única, rebocador chamado por nome ou posição, ordens confirmadas e repetidas.
- Uso: casar potência do rebocador ao tamanho do navio; bollard pulls dos rebocadores de um mesmo navio não muito diferentes; planejar config. com antecedência e evitar reposicionar (largar/reamarrar custa tempo, deixa o navio menos assistido).
- Velocidade: controlada aos limites dos rebocadores — quanto menor a velocidade, mais eficaz e seguro.
Navio parado é o mais difícil de iniciar: conforme começa a mover, o centro hidrodinâmico assenta à vante e opõe-se ao rebocador de vante; sua tração enfraquece e o navio pode derivar de volta ao cais — exigindo rebocadores mais fortes.
Efeito centrífugo › push/pull a ângulo reto na proa do navio parado dá velocidade lateral + giro em torno de ponto perto da popa › o CG segue trajetória curva → a "força centrífuga" quase em linha com o navio faz o navio ganhar seguimento à vante (Fig. 4.36)
