Aspectos que influem na capacidade de manobra de um rebocador — oito. Potência e bollard pull são os mais destacados na qualificação, mas é a combinação de todas que define manobrabilidade, melhor posição de uso na manobra, limitações e qualidades.
- estabilidade
- deslocamento
- potência
- força de tração estática (bollard pull)
- tipo de propulsão
- posição do(s) propulsor(es)
- posição do gato, cabeço ou guincho — o ponto de aplicação da força de tração
- forma e dimensões do casco e da superestrutura
Como o livro classifica
Critério inicial = tipo de propulsão › convencional × azimutal ou cicloidal
+ posição dos propulsores e posição do ponto de aplicação da força de tração › azimutal/cicloidal divide-se em propulsão a vante (tratores) × propulsão a ré (tratores reversos / ASD)
+ tipo de propulsão em si › cicloidal (Voith Schneider) × azimutal
O que classifica não é o nome comercial nem o fabricante do propulsor: é a posição do(s) propulsor(es) combinada com a posição do ponto de aplicação da força de tração em relação a eles. Fig. 1-1 — Rebocador Convencional.
Blocos do capítulo1 convencionais (um hélice; dois ou mais hélices; tubulão-Kort e aperfeiçoamentos) › 2 azimutais/cicloidais (tratores, a vante — cicloidais e azimutais; tratores reversos/ASD, a ré) › 3 novas tendências (rebocador rotor).
Concepção mais antiga ainda em atividade: um ou mais hélices, sempre fixos. Capacidade de manobra limitada; o uso exige atenção constante às situações que possam comprometer a estabilidade.
Traço marcantea força de tração a ré é, geralmente, bastante inferior à força de tração a vante.
Ponto de tração principal = gato de escape a ré do rebocador, mas sempre a uma distância ante a vante do propulsor que permita o governo quando em operação com cabo no gato. (Gato a ré do rebocador; a vante do propulsor — não confundir as duas referências.)
Tendência mundialna maioria dos países desenvolvidos vêm sendo progressivamente substituídos, no auxílio a manobras de navios, por azimutais ou cicloidais.
Brasilcontinuam sendo construídos, porém com dois ou três eixos e tubulão, geralmente móvel — somando-se à grande quantidade de convencionais antigos ainda em atividade nos portos.
Um héliceo mais simples: um eixo e um leme. Os de menor potência servem ao apoio portuário nos portos brasileiros — reboque de chatas, barcaças etc.
Dois hélices — a diferençacom rotações diferentes nos dois eixos, cria um binário de forças na popa do rebocador que se soma à ação do leme para governar. O segundo propulsor aumenta consideravelmente manobrabilidade e segurança.
| Aspecto | De um hélice | De dois ou mais hélices |
|---|---|---|
| Manobrabilidade | mais limitada; um eixo e um leme | maior, por binário entre os dois eixos + leme |
| Aproximação na proa/popa | corre riscos com muito seguimento a vante ou muita corrente; atua bem com cabo na proa em local de pouca corrente e navio em baixa velocidade | maior facilidade de aproximação, de acompanhar com cabo na proa e de mudar de bordo |
| Costado (puxa/empurra) | gasta parcela expressiva da potência só para se manter perpendicular ao costado; em alguns momentos é impossível puxar antes de aplicar substancial força empurrando para se pôr perpendicular | mais facilidade em manter-se perpendicular mesmo com pequeno seguimento ou corrente fraca — ainda assim exige "sobra" de potência bastante elevada além da exigida pelo porte do navio |
| Cabo na popa do navio, com seguimento a vante e mudança de bordo | desaconselhável e arriscado | também desaconselhável e arriscado |
Para o de um hélice, o puxa/empurra no costado é pouco recomendável — recomendação do autor — mesmo com potência elevada, sobretudo em locais restritos, com corrente intensa ou sob condições adversas de mar.
Três propulsoresem alguns portos brasileiros, com bons resultados, geralmente com tubulões móveis que atuam de forma solidária. Ou os três produzem a mesma força de tração, ou o propulsor central concentra a maior parte da potência — nesse caso os laterais facilitam governo e posicionamento, deixando a maior parte da tração ser aplicada no sentido exigido pela manobra. Nos demais aspectos, comportam-se como os de dois hélices. Fig. 1-2.
Surgiram das dificuldades do convencional em diversas situações de manobra e na falta de outra alternativa.
| Aperfeiçoamento | O que é | Efeito principal |
|---|---|---|
| Leme de flanco | dois lemes por hélice, ante a vante do propulsor e carregados para vante, além dos tradicionais ante a ré do propulsor e carregados para ré; funcionam de forma independente dos de ré | direcionar o fluxo de água com máquina para ré → aumenta a governabilidade, sobretudo nos de dois hélices. Copiado da experiência das barcaças fluviais, principalmente nos Estados Unidos |
| Tubulão-Kort fixo | tubo fixo que envolve o hélice, organizando o fluxo de descarga | ganho na tração a vante de até 30%, mas reduz o governo → exige associação com lemes mais eficientes |
| Towmaster | grupo de lemes instalados a vante e a ré do tubulão, em conjunto com o Kort | melhoria do governo + ganho na potência a ré; sistema bastante complexo, de utilização reduzida |
| Tubulão-Kort móvel | tubulão que envolve o hélice com mobilidade controlada pelo aparelho de governo | funciona como propulsor e leme, direcionando a descarga do hélice → aumenta tração e manobrabilidade; instalação mais onerosa |
| Wing Nozzle | tubulão de pequeno comprimento e formas hidrodinâmicas especiais | leva o conceito de tubulão a navios de maior velocidade — navios-tanque e cargueiros |
| Bow-thruster / propulsão mista | propulsor embutido em túnel no costado ou — os mais eficientes — azimutal (360° de curso), retrátil ou não, colocado a vante e de potência reduzida em relação à total | aumento substancial da manobrabilidade de convencionais antigos, mas de grande potência → permite usá-los em manobras de navios de grande porte; excelentes resultados em diversos casos |
Kort — datas e nomes
Desenvolvido na década de 30 pelo alemão Ludwig Kort › difundido pela Kort Propulsion Company, da Inglaterra › a partir de 1935, quando instalado no primeiro rebocador
Esses aperfeiçoamentos aumentam significativamente a tração a vante e podem melhorar o governo — mas não alteram substancialmente a força de tração com máquina a ré. Kort é originalmente destinado a embarcações de baixa velocidade (rebocadores, pesqueiros). No Brasil há número significativo de rebocadores com Kort, e foi encontrado ao menos um que o usa em conjunto com lemes de flanco. Figs. 1-3 a 1-8.
Concepção revolucionária: substituir o hélice de eixo fixo — que produz força sempre na direção longitudinal — por um propulsor que muda o sentido da corrente de descarga, dirigindo a força para qualquer ponto do azimute.
Característica principalnão precisam de leme para governar — o propulsor, atuando nos 360 graus, já faz esse papel. A interação propulsão/direção é tão boa que é comum vê-los navegando de popa ou mesmo de lado.
Qualidades ante o convencional
- controlam com segurança a aproximação com a proa ou a popa do navio em velocidade, evitando os riscos da interação;
- atuam para vante ou para ré mantendo praticamente a mesma força de tração → o puxa-empurra com volta no costado fica muito mais eficaz que com convencionais.
Por isso foram desenvolvidos e são preferidos nas manobras de navios.
Denominações — o ruído
| Nome | De onde vem / a que se cola |
|---|---|
| trator | usado para qualquer rebocador de propulsão não convencional, especialmente os cicloidais |
| Schotel | nos portos brasileiros, chama-se assim qualquer azimutal — é a marca de propulsor azimutal mais encontrada no país |
| Z-peller | abreviatura de azimuth propeller; em vários portos do mundo é associado ao azimutal com propulsão a ré, por ser o modelo mais comum no Japão e em Hong Kong |
O mesmo rebocador é conhecido em portos diferentes por denominações diversas, derivadas do tipo de propulsão, do nome do fabricante ou do tipo de utilização. O nome comercial não classifica.
Arranjo do trator: propulsor a vante + ponto de aplicação da tração (guincho, cabeço ou gato) na popa → excelente atuação trabalhando com cabo da proa do navio, objetivo que norteou sua concepção.
Propulsoressempre em número de dois, dispostos em linha, equidistantes do plano diametral, a vante da embarcação. Podem ser cicloidais ou azimutais — tecnologias radicalmente diferentes, comportamento em manobra bastante semelhante.
Regra que rege a aproximação: o cabo deve ser passado sempre a ré do rebocador. Daí o trator elege o sentido de movimentação conforme onde vai operar — navega para ré com a mesma desenvoltura que para vante.
| Onde vai operar no navio | Como o trator se aproxima |
|---|---|
| cabo na popa ou no costado do navio | aproximação sempre de popa |
| cabo na proa do navio | navega no sentido normal, de proa, evitando os efeitos da interação — mesmo em alta velocidade — graças às características e à posição dos propulsores, enquanto passa ou recebe o cabo |
Cronologiaos primeiros tratores foram cicloidais; no início dos anos 50 já havia rebocadores assim em operação — o primeiro rebocador cicloidal é de 1951 (Fig. 1-11).
Propulsor = dois conjuntos de lâminas verticais móveis, fixados em discos paralelos ao fundo do rebocador, na mesma linha transversal e, geralmente, a vante.
Discos giram em velocidade constante › a força tem intensidade e sentido controlados pela variação do ângulo de cada lâmina › conceito semelhante ao hélice de passo controlado › diferença: o posicionamento das pás é transversal à força exercida
Skeg de grandes proporções localizado a ré, na altura do ponto de tração, para aumentar a estabilidade de governo — importante especialmente nas operações com cabo da proa ou popa do navio.
Vantagens
- atuar para vante ou para ré com a mesma força de tração;
- a velocidade com que se alteram o sentido de aplicação e a intensidade da força — rotação do motor e das pás mantida constante durante as manobras;
- o resultado vem da mudança do ângulo das pás por processo mecânico bastante simples → resposta imediata ao comando do passadiço.
Comandos do mestre — doisum volante = movimento e intensidade da força no sentido transversal · duas alavancas operadas em conjunto (uma por propulsor) = mesma função no sentido longitudinal.
Desvantagens
- grande calado — além das lâminas há uma estrutura que protege cada propulsor e funciona como direcionador do fluxo;
- fundo do casco reto e largo → prejudica a hidrodinâmica e dificulta operar em mar aberto ou em alta velocidade;
- relação tração estática / potência do motor inferior à de outros sistemas: 0,8 no Voith Schneider contra 1,3 no tubulão-Kort móvel.
Trator VS atuando com cabo: volta em guincho, cabeço ou gato na popa do rebocador. No costado, empurra com a popa → exige sistema de defensas robusto a ré.
Surgimentoa partir da década de 60: dois propulsores (hélices), geralmente envolvidos por tubulões, com capacidade de girar 360°, instalados a vante (Fig. 1-15).
Fabricantesvários no mercado, mas as diferenças entre modelos são pequenas e geralmente amenizadas por outras características → semelhança muito grande entre os equipamentos.
| Aspecto | Cicloidal (Voith Schneider) | Azimutal |
|---|---|---|
| Época | início dos anos 50 | a partir da década de 60 |
| Propulsor | dois conjuntos de lâminas verticais em discos giratórios | dois hélices, geralmente com tubulão, giro de 360° |
| Calado | maior | consideravelmente menor — faz diferença em áreas de pouca profundidade |
| Deslocamento e custo (construção e manutenção) | maiores, para tração estática semelhante | normalmente inferiores |
| Desempenho em velocidade | prejudicado pelo fundo reto e largo | melhor — menor resistência das obras vivas |
| Ação indireta com cabo da popa do navio | mais eficiente | menos eficiente — menor calado dos propulsores e skeg geralmente menor |
| Tração estática / potência | 0,8 | superior |
Do ponto de vista da utilização em manobra, funcionamento e características de atuação não diferem muito entre trator VS e trator azimutal. O mesmo motivo — menor resistência das obras vivas — explica as duas diferenças opostas: melhor em velocidade, pior na ação indireta com cabo da popa do navio.
Governo e manobrabilidade comparáveis aos tratores: movimentam-se em qualquer direção e produzem força de tração para ré quase igual à produzida para vante.
Vantagens de ter o propulsor na popa
- reduz o risco de os propulsores serem atingidos numa colisão ou num encalhe;
- calado menor que o de um trator de dimensões correspondentes;
- forma de casco mais hidrodinâmica → vantagem em mar aberto ou portos não protegidos;
- custos de manutenção mais reduzidos que os tratores — reparos nos propulsores não exigem docagem.
Espelho do trator: trator = configuração ideal para cabo da proa do navio · azimutal com propulsão a ré = configuração ideal para cabo da popa do navio, podendo atuar direta ou indiretamente.
No costado, condições até superiores às dos tratores: mesma manobrabilidade e tração equivalente empurrando ou puxando e, ao puxar, não produzem descarga sobre o costado do navio — a corrente de descarga é despejada sobre o próprio casco do rebocador, reduzindo apenas ligeiramente a força de tração.
Com cabo da proa do navio
Recebem o cabo na sua própria proa › aproveitam a distância entre a extremidade de trabalho do rebocador (a proa) e a extremidade onde estão os propulsores (a popa) › distância ainda superior à dos tratores de porte semelhante
Desvantagem nessa condição, na proa do navio: são obrigados a navegar de popa, com redução de estabilidade direcional.
Duas configurações de azimutal com propulsão a ré nos portos, separadas por onde fica o gato/cabeço/guincho de popa em relação aos propulsores.
| Trator reverso | ASD — Azimuth Stern Drive | |
|---|---|---|
| Gato/cabeço de popa | existe, mas fica muito a ré e muito próximo dos propulsores → não é utilizado nas manobras de navios | projetado com guincho ou gato a ré a uma distância dos propulsores semelhante à do convencional → utilizável |
| Como opera | sempre com o cabo passado da sua proa | alternativamente com cabo na sua popa — funcionando aí como um convencional de dois propulsores, com o ganho de governo dos azimutais |
| Reboque pela proa do navio | dificilmente atua, seja em trechos longos dentro da área portuária, seja no reboque costeiro ou em mar aberto | flexível — compartilha as qualidades do trator reverso com as do convencional |
Advertência do próprio livro: é frequente, mesmo na literatura especializada, ver trator reverso e ASD aplicados de forma genérica a todo rebocador com propulsão azimutal na popa, sem considerar essa importante diferença.
Trator reverso azimutal (2.2.1)
- Dois propulsores, afastados igualmente do eixo diametral — como o trator azimutal, só que localizados a ré.
- Marca identificadora: atuam sempre — no costado, com cabo na proa ou na popa do navio — com a proa como extremidade de trabalho.
- Geralmente guincho na proa → facilita a passagem do cabo e permite administrar seu comprimento conforme a manobra.
- Passando cabo para a proa do navio com seguimento: obrigados a navegar de popa → governo bastante sensível, dificultado em alta velocidade ou em portos expostos a ondas e ventos.
- Na popa podem ter guincho, cabeço ou gato, sempre muito próximos dos propulsores, dificilmente utilizados em manobra portuária; a superestrutura deixa pouco espaço de convés a ré, dificultando ainda mais o reboque costeiro ou offshore.
- Frequentes em portos do Japão e de outros portos da Ásia, onde se adequam ao tipo de manobra predominante.
Trator reverso cicloidal (2.2.2)
Caso particularmodelo concebido em 1995 pela Voith Schneider, com propulsão cicloidal instalada a ré — posição um pouco mais para vante que a dos tratores reversos azimutais, mas comportamento similar.
Finalidadeoferecer opção de cicloidal com características ideais para o acompanhamento (escort) com cabo passado na popa do navio.
O fabricante o denomina trator — o mesmo nome dos dotados de propulsão a vante.
ASD — Azimuth Stern Drive (2.2.3)
- Dois propulsores a ré; geralmente atuam com a proa como extremidade de trabalho, como os tratores reversos.
- Diferem no posicionamento da superestrutura, no espaço de convés a ré e na posição do gato, cabeço ou guincho de popa em relação aos propulsores — nesses aspectos assemelham-se ao convencional, com comportamento semelhante trabalhando com cabo na popa.
- Formato de casco diferente do trator, com a proa mais profunda: protege os propulsores de impactos frontais, mas, pela maior resistência da água, reduz levemente a força de tração ao puxar para vante.
- Opção de construção mais comum entre os azimutais; no Brasil, a grande maioria dos azimutais recentemente construídos é ASD.
Concepções recentes com características tão particulares que não cabem na classificação anterior. Modelos divulgados até o ano de 2001, sempre baseados em propulsão azimutal.
| Aspecto | SDM — Ship Docking Modules | Rebocador Rotor (Rotor Tug) |
|---|---|---|
| Concepção | 1998 | 1996; operações iniciadas em 1999 |
| Origem | sul dos Estados Unidos | Holanda |
| Propulsores | dois azimutais: um a ré e outro a vante, em lados opostos em relação ao eixo diametral | três azimutais de igual potência: dois a vante, como num trator, e um terceiro a ré, no lugar do skeg |
| Potência / tração estática | 4.000 HP; tração estática superior a 40 toneladas de bollard pull | tração estática total de 75 toneladas |
| Capacidade direcional | atua em qualquer direção aplicando 95% da força máxima | navegação lateral de até seis nós |
| Vocação | águas abrigadas e costado do navio (puxa/empurra) | área de atuação dos escort tugs |
SDM — o que o casco permite
- boca superior a 50% do comprimento; superestrutura reduzida e afastada dos bordos; defensas reforçadas em todo o costado, para facilitar o puxa/empurra.
- Puxa/empurra mantendo a posição afilada ao navio — sem perder tempo e potência para se pôr perpendicular. Vários deles trabalham hoje em portos americanos.
Rotor — o terceiro propulsor
- Pode substituir com vantagens o skeg ou, onde esse apêndice não importa, aumentar a manobrabilidade (daí a navegação lateral).
- Reação e manobra tão rápidas que obrigaram a Schottel a desenvolver um computador — master pilot — para auxiliar o mestre no controle dos propulsores (informação técnica de origem holandesa).
- Permite operar mesmo com a falha de um dos propulsores, com desempenho inferior ao normal.
- Em 2000, o rotor R/T Magic foi eleito a embarcação do ano na Holanda.
| Tipo | Posição do propulsor | Ponto de tração | Configuração ideal de uso |
|---|---|---|---|
| Convencional | fixo, longitudinal (um, dois ou mais hélices) | ante a vante do propulsor (gato de escape a ré) | reboque com cabo na proa; costado com limitações de potência |
| Trator (cicloidal ou azimutal) | a vante, dois propulsores | guincho, cabeço ou gato na popa | cabo passado da proa do navio |
| Trator reverso (azimutal ou cicloidal) | a ré — e é por o gato de popa ficar muito próximo deles que ele não é usado | a proa, sempre — extremidade mais distante dos propulsores, distância superior até à dos tratores | dificilmente reboca pela proa do navio; cabo sempre da sua própria proa. Vocação: manobra na área portuária |
| ASD | a ré, com gato/guincho de popa afastado dos propulsores | popa ou proa, alternadamente | assemelha-se ao convencional operando com cabo na popa; opção mais comum no Brasil |
| Rebocador Rotor | três azimutais: dois a vante, um a ré no lugar do skeg | flexível, conforme a manobra | escort tugs, alta manobrabilidade, inclusive navegação lateral |
Nos convencionais a limitação é a propulsão de eixo fixo: tração a ré geralmente bastante inferior à de vante e governo dependente do leme — leme de flanco, tubulão-Kort (fixo ou móvel) e bow-thruster ampliam, mas não eliminam a limitação. Nos azimutais/cicloidais, o propulsor faz o papel do leme, atuando nos 360° do azimute — por isso são preferidos nas manobras de navios.
O objetivo do capítulo: dada qualquer descrição — número e posição de propulsores, tipo de propulsão, posição do gato/guincho em relação aos propulsores —, classificar o rebocador mesmo sem o nome comercial.