Rebocadores Cap. 2 — Métodos de Utilização

1. Visão geral

Fonte: SILVA, Otávio Augusto Fragoso Alves da; GONÇALVES, Marcelo Campello Cajaty. Rebocadores Portuários. 1. ed. Rio de Janeiro: Conselho Nacional de Praticagem (CONAPRA), 2002 — Capítulo 2, Métodos de Utilização. Edital: Anexo 2-B, Área II (Arte Naval) → Rebocadores Portuários (Fragoso e Cajaty) · Anexo 2-A, Área II, item 4 — II.4 Rebocadores · código de obra II.12.

De uma maneira geral, os rebocadores são necessários em quatro situações: reboque, atracação ou desatracação, auxílio no governo ou giro do navio e acompanhamento (escort). A escolha da configuração dos rebocadores numa manobra depende de incontáveis detalhes — potência do rebocador, tipo e posição do propulsor, experiência anterior com o rebocador ou com o mestre, e até preferência pessoal —, mas este capítulo trata dos principais métodos de utilização de rebocadores e dos fundamentos mais importantes para a escolha de cada um deles.

Para operar em qualquer dessas situações, o rebocador pode ser usado de três formas: com cabo de reboque passado da proa ou da popa do navio, no costado do navio, ou numa combinação dos dois métodos. O capítulo está dividido em três blocos: o uso com cabo de reboque — que se desdobra na atuação na proa e na atuação na popa, esta última com quatro modalidades (ação direta, ação indireta, ação indireta forçada e arrasto transverso); o uso no costado do navio; e um guia comparativo sobre a melhor utilização em função do tipo de rebocador, convencional ou azimutal/cicloidal.

A distinção entre ação direta, ação indireta, ação indireta forçada e arrasto transverso é o núcleo do que o item II.4 do edital cobra: muda o que gera a força no cabo, como o rebocador se posiciona em relação à popa do navio e em que faixa de seguimento cada modalidade é mais eficiente.

2. Com cabo de reboque — fundamentos (1)

O cabo de reboque, neste método, sai da proa ou da popa do navio pela buzina do centro ou por alguma outra buzina próxima ao centro diametral do navio. É também conhecido como "Cabo Longo" ou "Método Europeu". A primeira grande vantagem de se utilizar este método é que as forças geradas pelo rebocador atuam nas extremidades do navio — consequentemente com o maior braço de alavanca possível — quando se quer atenuar (ou criar) uma tendência transversal da proa ou da popa do navio.

Braço de alavanca

Quanto mais próximo da extremidade do navio estiver o ponto de aplicação da força, maior o braço de alavanca disponível para a manobra.

Ângulo do cabo de reboque

A maior tração transversal é conseguida quando o cabo de reboque mantém 90 graus com o eixo diametral do navio, reduzindo-se rapidamente essa efetividade conforme o ângulo diminui (fig. 2.3). Quanto maior a resultante na direção perpendicular ao eixo do navio, maior a efetividade da força do rebocador.

Ângulo do casco em relação à corrente

O ângulo que o rebocador mantém em relação à corrente ou ao rumo do navio também influencia fortemente a força de tração que consegue aplicar: quanto mais afilado à corrente estiver o rebocador, menos resistência o seu casco vai sofrer (fig. 2.4). Quando o rebocador está atuando com cabo na popa, uma maior força da corrente no casco trabalha a favor da manobra, aumentando a força de tração efetiva do rebocador — é o princípio por trás da ação indireta, detalhada adiante. Já quando o rebocador está atuando na proa, é desejável que mantenha o menor ângulo possível com a corrente, pois assim menos força se despende num sentido diferente do pretendido na manobra — entendimento importante para comparar, mais adiante, a performance de rebocadores tratores e convencionais atuando com cabo na proa do navio.

3. Na proa do navio (1.1)

É a forma tradicional de utilização quando se quer rebocar um navio sem propulsão. É a posição mais eficiente para dar seguimento a vante, porém tem efeito limitado quando em águas restritas e com navio sem governo.

Um navio com seguimento a vante tem seu centro de giro deslocado em direção à proa. Com isso, há uma redução drástica do braço de alavanca, o que limita o resultado quando se quer governar utilizando o rebocador da proa. Ainda, enquanto houver seguimento a vante, um rebocador convencional não pode atuar exatamente no través, sob o risco de se atrasar em relação ao navio, ficando na perigosa situação em que o cabo de reboque fica de espringue.

Um rebocador convencional utilizado nesta forma pode atuar tanto de um bordo do navio quanto do outro, levando a proa do navio para um bordo e depois, após mudar de bordo, quebrando essa tendência, estando o navio com seguimento a vante ou parado. Nesta posição, a passagem do rebocador de um bordo para o outro não requer maiores cuidados, diferentemente do que se observa quando se tem rebocadores convencionais com cabo na popa do navio.

O rebocador trator, em especial, foi criado basicamente para atuar nesta posição: tendo os propulsores a vante, consegue se aproximar da proa do navio com muita segurança e, pela diferença entre a localização das forças de propulsão e de tração, mantém uma excelente capacidade de governo mesmo nas situações mais adversas. Rebocadores tratores reversos também podem atuar nesta modalidade, porém sempre navegando de popa ao acompanhar o navio e recebendo ou passando o cabo na sua proa — funcionando, dessa forma, com qualidades próximas às dos tratores. Um rebocador ASD pode optar entre passar o cabo no gato da popa e se comportar de forma semelhante a um rebocador convencional, ou usar o cabo do guincho ou cabeço na proa, atuando então como um trator reverso.

Trator × convencional na proa, com o navio em velocidade

É importante destacar que, apesar da maior segurança, a performance dos tratores azimutais ou cicloidais com cabo na proa é inferior à dos rebocadores convencionais quando o navio tem velocidade acentuada para vante e se pretende criar uma tendência para um dos bordos (fig. 2.6). Enquanto o rebocador com propulsão a ré (ASD ou convencional) gira sobre o ponto de aplicação da força (gato ou cabeço) e aproxima seu rumo ao rumo do navio enquanto puxa — reduzindo a resistência da água no costado do rebocador e aumentando o ângulo do cabo de reboque em relação ao eixo diametral do navio —, o trator puxa alinhado com o cabo de reboque, oferecendo uma grande resistência lateral à água, acentuada pelo skeg ou pelas pás verticais, se cicloidal. O rebocador é obrigado a orientar os propulsores para vencer essa resistência, o que subtrai parte da força de tração no sentido desejado: o ângulo do cabo de reboque em relação ao eixo diametral do navio fica menor e, consequentemente, a tração é menos eficiente que a exercida pelo rebocador convencional ou ASD. Conforme diminui a velocidade longitudinal do navio, a diferença de tração efetiva entre os dois tipos de rebocador tende a diminuir, anulando-se com velocidades inferiores a dois nós.

Finalmente, um rebocador com o cabo passado na proa do navio não é capaz de atuar quando se quer quebrar o seguimento a vante do navio.

4. Na popa do navio (1.2)

É o melhor ponto de aplicação da força quando se quer manobrar um navio com problemas de governo. É, também, uma utilização clássica para os rebocadores cicloidais ou azimutais. Devido ao deslocamento do centro de giro na direção da proa, quando o navio tem seguimento a vante, e ao consequente aumento do braço de alavanca na direção da popa, o rebocador com cabo na popa terá maior facilidade para mudar a direção do navio — fato já comprovado em experiências práticas conduzidas para a determinação do melhor método de acompanhamento (escort tug).

Rebocador convencional na popa — configuração de dois cabos

Rebocadores convencionais podem ser usados na configuração utilizada no Canal do Panamá e em outros portos, como Miami: o rebocador convencional segue afastado da popa do navio e recebe em sua proa dois cabos que saem das buzinas mais próximas das alhetas de bombordo e boreste do navio. Para atuar, o rebocador entra para o lado contrário ao que se quer guinar o navio — se quisermos que o navio guine para bombordo, o rebocador da popa dá máquina com o leme a boreste e, nesse momento, porta pelo cabo que sai da buzina de bombordo, guinando o navio para este lado (fig. 2.8). É uma manobra semelhante à ação indireta forçada descrita a seguir para rebocadores azimutais. É muito raramente utilizada no Brasil, sendo a preferência dada para dois rebocadores, de cabo passado na popa, seguindo um por cada bordo do navio (fig. 2.9).

Por outro lado, um rebocador cicloidal ou azimutal, com cabo passado da popa do navio, terá uma excelente atuação: por suas características de construção, poderá passar de um bordo para o outro, governar (pelo braço de alavanca) e quebrar o seguimento do navio com eficiência, rapidez e grande segurança. Embora não seja a sua melhor utilização, especialmente se comparado com os rebocadores não convencionais com tração a ré, um rebocador trator atuando nesta posição irá navegar de popa e atuará de forma muito semelhante aos tratores reversos.

Existem diversas formas de o rebocador não convencional trabalhar na popa do navio, podendo, em algumas delas, aplicar força superior ao seu próprio bollard pull. São quatro modalidades — ação direta, ação indireta, ação indireta forçada e arrasto transverso —, cada uma delas tratada em item próprio a seguir.

5. Ação direta (1.2.1)

É a forma mais "natural" e a mais utilizada. O rebocador irá, simplesmente, puxar, prolongando o cabo e levando sua extremidade livre na direção em que se quer a aplicação da força, atuando para governar, para quebrar o seguimento e para criar ou reduzir uma tendência do navio para um dos bordos. A extremidade de trabalho de um rebocador é onde se localiza o ponto de aplicação da força de tração (proa ou popa), e vai depender de suas características; a outra extremidade é a extremidade livre.

Deve-se notar que, na ação direta, ao aumentar a velocidade do navio, o rebocador levará mais tempo para se posicionar e atuar em cada um dos bordos, quando se quer governar o navio. É, normalmente, o método mais utilizado quando os navios estão parados ou em baixa velocidade.

6. Ação indireta (1.2.2)

Na ação indireta, ao contrário da direta, a extremidade de trabalho do rebocador será colocada na direção em que se quer a força atuando. Exatamente como um esqui aquático, o rebocador irá para o bordo desejado com o cabo fazendo aproximadamente 45° com a linha de centro do navio; ainda como um esqui aquático, colocará o casco do rebocador com um pequeno ângulo em relação à água, no máximo 30° (fig. 2.14).

Testes realizados mostram que, nesta configuração, a força gerada pela pressão da água no casco do rebocador é proporcional à velocidade do navio, chegando a ser maior que duas vezes o bollard pull do rebocador quando a velocidade se aproxima de 10 nós.

A ação indireta será mais eficiente quanto maior o seguimento do navio. Inversamente, em navios parados ou com pouco seguimento, a ação direta será mais eficiente (fig. 2.16). O gráfico apresentado na fig. 2.16, extraído de catálogo da Voith, mostra que, em velocidades maiores, a força na ação indireta passa a ser mais efetiva que na ação direta.

7. Ação indireta forçada (1.2.3)

É uma variação da ação indireta para ser utilizada em velocidades mais moderadas. Procura combinar a força obtida pela resistência da água no casco do rebocador com a força gerada por sua máquina. O rebocador abre um ângulo em relação à popa, como faria na ação indireta, e então dá máquina forçando sobre o cabo, com a extremidade de trabalho direcionada para onde se deseja a força atuando.

Dependendo da velocidade do navio, o rebocador poderá abrir para uma posição em que o cabo fará 90° com a linha diametral do navio, tendo, desta forma, toda a força gerada atuando para governar o navio. Testes realizados mostraram que, em velocidades entre 3 e 7 nós, as forças alcançadas no cabo do rebocador foram ainda maiores que na ação indireta — superiores a 2,5 vezes o bollard pull do rebocador.

8. Arrasto transverso (1.2.4)

É uma manobra muito pouco intuitiva e pouco conhecida, utilizada quando se deseja quebrar o seguimento a vante utilizando rebocador azimutal com cabo passado na popa do navio. Enquanto numa manobra tradicional o rebocador direcionaria seus propulsores para vante com toda força, no arrasto transverso os propulsores são direcionados transversalmente para fora. Quando a velocidade se reduz para menos de 4 nós, os propulsores vão sendo direcionados progressivamente para vante até a configuração no modo tradicional.

Acredita-se que a parede de água criada em cada lado do rebocador diminui a velocidade do navio. Os fabricantes informam que essa manobra, teoricamente, pode gerar uma força resultante no cabo maior que duas vezes o bollard pull do rebocador e, principalmente, pode ser usada em situações de emergência, com o navio ainda em alta velocidade, sem sobrecarregar os motores do rebocador.

Experiências com a aplicação do arrasto transverso em manobras reais, realizadas nos EUA, alcançaram 1,5 vezes o bollard pull do rebocador.

9. No costado do navio (2)

Também conhecido como "método americano", "puxa-empurra", "push-pull", "cabo curto" e "no poço", é o método no qual os rebocadores podem, em menor tempo, mudar sua atuação do "puxa" para o "empurra" (fig. 2.19). É excelente para levar o navio lateralmente, embora, devido ao delgado do navio, os rebocadores tenham de se afastar das extremidades (proa/popa), diminuindo o braço de alavanca e, consequentemente, a eficácia da aplicação da força. Porém, por poder atuar sem mudar de posição em relação ao navio, bastando inverter suas máquinas, essa diminuição no comprimento do braço de alavanca pode ser compensada pela rapidez na atuação.

Outro aspecto importante é a ação da corrente de descarga do rebocador que, despejada contra o costado do navio a uma curta distância, perde efetividade e pode produzir uma força no sentido diferente do desejado quando o rebocador puxa (efeito coanda). A força de tração efetiva pode ser reduzida substancialmente devido a estes efeitos.

Dificuldade dos rebocadores convencionais no costado

A principal dificuldade deste método está na utilização de rebocadores convencionais em região de corrente acentuada. Um rebocador convencional terá dificuldade em manter uma posição transversal ao navio com seguimento ou sob ação de corrente. Poderá manter a posição com uso de máquina e leme quando tiver de empurrar o navio (mesmo gastando parte de sua força nesta operação), mas, ao parar a máquina, ou, ainda pior, reverter para puxar, tenderá a afilar ao navio, ficando incapacitado de gerar uma força lateral para guinar, afastar ou aproximar o navio do cais. Este problema torna-se mais grave quando é necessário puxar, pelo fato de a força do rebocador convencional, quando com máquina para ré, já ser reduzida em comparação com a força produzida para vante. Nada, porém, impedirá este mesmo rebocador, a qualquer momento, de aplicar uma força longitudinal, dando seguimento a vante ou a ré.

Cabo auxiliar em portos americanos

Em portos americanos, é comum a utilização de um cabo vindo da popa do rebocador convencional e passado no costado do navio para vante ou para ré da posição onde tem volta o cabo principal, passado da proa do rebocador, conforme o sentido do movimento do navio. Este cabo permite que o rebocador permaneça posicionado perpendicularmente ao costado sem a utilização de máquina e leme, o que é particularmente útil quando é necessário puxar. Normalmente, este cabo sai de um guincho instalado especialmente para esta finalidade, o que possibilita encurtar o cabo quando a ação perpendicular do rebocador se faz necessária, ou solecá-lo (folgar) quando o navio tem muito seguimento e o rebocador acompanha afilado com o costado. Com a utilização de rebocadores azimutais ou cicloidais, a dificuldade do posicionamento perpendicular ao costado fica superada, da mesma forma que o problema da pouca força a ré dos rebocadores convencionais.

Bordo de posicionamento e eficácia do giro

Fato muito importante a ser observado é que a eficácia da manobra com rebocadores no costado, caso o navio tenha de girar para algum bordo com seguimento a vante, vai depender do bordo de posicionamento dos mesmos. O giro é muito mais fácil se for na mesma direção do bordo onde os rebocadores estão posicionados: o rebocador colocado a vante puxa somando sua força de tração ao próprio efeito que sua resistência à água provoca, mesmo que não consiga se posicionar perpendicularmente ao costado. O rebocador de ré, mesmo que convencional, consegue aplicar quase toda sua força empurrando, com melhor aproveitamento para o giro devido ao braço de alavanca.

Na situação oposta, giro para o bordo oposto ao do posicionamento, as condições são bastante desfavoráveis. A não ser que o rebocador de vante consiga se posicionar perpendicularmente — o que é difícil se a velocidade for elevada —, parte de sua força empurrando será transformada em mais velocidade para o navio, dificultando ainda mais sua ação no sentido do giro. Além disso, a posição de ambos os rebocadores oferece uma resistência à água que provoca uma tendência exatamente contrária à desejada. A ré, o rebocador deve atuar puxando perpendicularmente, o que, neste caso, com a soma de seguimento a vante do navio e o movimento transversal correspondente ao giro, só é possível com rebocadores azimutais ou cicloidais. Esta teoria é comprovada pela experiência realizada com o navio Baytown, descrita no item seguinte. Quando o navio tem seguimento a ré, valem os mesmos argumentos, mas, logicamente, as condições se invertem.

Finalmente, deve-se ter em mente que, quando se deseja aproveitar o máximo do braço de alavanca (e, por conseguinte, da força dos rebocadores), é ideal que eles estejam de cabo passado na proa e popa do navio. A configuração push-pull deve ser usada quando se tem potência de reserva nos rebocadores, principalmente em manobras com giro.

10. Melhor utilização em função do tipo de rebocador (3)

O teste com o navio Baytown

É bastante ilustrativo o teste realizado com o navio Baytown, com 57.720 toneladas de dwt e calado de 33 pés, auxiliado pelo rebocador convencional de dois eixos Califórnia, de 7.200 HP. Este teste foi descrito em dois periódicos especializados e gerou alguns debates quanto às explicações teóricas dos resultados obtidos, especialmente no caso do rebocador atuando na proa. O teste foi realizado com a máquina parada, o navio a 5 nós e o leme a meio. O rebocador foi amarrado em três posições diferentes: no costado a vante por bombordo, no costado a ré por boreste e com cabo passado na popa. O vento era de 25 nós por bombordo e, nos três casos, se pretendia guinar o navio para boreste.

Com o rebocador no costado a vante, o navio guinou, inicialmente, 3° por minuto. Porém, como o máximo que ele conseguia abrir em relação ao navio era 30°, parte da componente de sua força gerava mais seguimento a vante. Finalmente, após aumentar a velocidade do navio para 5,6 nós e mesmo continuando a empurrar com toda força, o navio parou de guinar para boreste e começou a guinar para bombordo — resultado surpreendente, mas amplamente aceito pela comunidade marítima e comprovado por modelações matemáticas. Com o rebocador no costado a ré, o navio guinou 12° por minuto, e com o cabo passado na popa guinou 24° por minuto.

Rebocadores convencionais

Funcionam bem com cabo passado na proa, porém oferecem riscos devido à interação e possível atraso do rebocador em relação ao seguimento a vante do navio. Funcionam razoavelmente no costado desde que o navio tenha pouco seguimento e/ou não haja corrente acentuada, sempre considerando que a força para puxar nunca será correspondente à obtida empurrando, e, ainda, que a atuação no costado é menos eficiente que nas extremidades do navio, devido à redução do braço de alavanca.

Rebocadores azimutais/cicloidais

Funcionam muito melhor que os convencionais no costado, sendo excepcionais desde que haja potência de reserva para compensar a diminuição do braço de alavanca. Os tratores reversos e ASDs são perfeitos para trabalhar com cabo passado na popa do navio, e os tratores, apesar de muito mais seguros que os convencionais para atuar com cabo na proa, são menos eficientes que estes quando o navio tem maior seguimento para vante. Os ASDs atuando com o cabo da proa do navio, com volta no gato de ré, têm eficiência igual aos convencionais, correndo, porém, os mesmos riscos que aqueles.

Nesta tabela, o ASD foi tratado como trator reverso quando trabalhando com cabo no guincho da proa, e como convencional na situação inversa.

Diferenças de preferência entre práticos

É conhecida a diferença entre europeus e americanos na preferência em utilizar os rebocadores com cabo passado ou no costado, respectivamente. Entre os portos brasileiros — e mais ainda entre os diversos práticos consultados na elaboração do livro — há diferenças na preferência e na forma predominante de emprego dos rebocadores: a pior deficiência para quem trabalha habitualmente com um rebocador convencional no costado é a falta de potência na máquina a ré; para quem normalmente utiliza o rebocador convencional de cabo passado, a maior deficiência é o risco de estabilidade. O capítulo se encerra com a pergunta que o próprio livro deixa em aberto: "Qual será, então, a maior deficiência de um rebocador convencional?"

11. Síntese para o prático

A escolha do método de utilização do rebocador combina três variáveis que este capítulo trata separadamente: a posição do cabo (proa, popa ou costado), o tipo de rebocador (convencional, trator, trator reverso, ASD ou azimutal/cicloidal) e — quando o cabo está na popa — a modalidade de atuação (ação direta, ação indireta, ação indireta forçada ou arrasto transverso).

Na proa, o cabo funciona bem com qualquer tipo de rebocador enquanto o navio mantém seguimento moderado, mas não permite quebrar o seguimento a vante; o trator é o mais seguro nessa posição, embora perca eficiência frente ao convencional quando o navio ganha velocidade. Na popa, a posição é a melhor para governar um navio com problemas de governo, mas o convencional corre risco real ao trocar de bordo — daí a preferência por rebocadores azimutais/cicloidais ou por dois convencionais, um por bordo. No costado, ganha-se rapidez para alternar entre puxar e empurrar, ao custo do braço de alavanca; o bordo de posicionamento dos rebocadores determina se o giro pretendido é favorecido ou dificultado.

Dentro da atuação na popa, a distinção decisiva é o que gera a força: a ação direta usa só a tração da máquina e serve para o navio parado ou devagar; a ação indireta usa a pressão da água no casco do rebocador — como um esqui aquático — e cresce com o seguimento do navio, podendo superar duas vezes o bollard pull perto de 10 nós; a ação indireta forçada soma essa resistência de casco à força da máquina, rendendo mais que a indireta em velocidades moderadas, entre 3 e 7 nós; e o arrasto transverso usa os propulsores voltados para fora, formando uma parede de água que ajuda a quebrar o seguimento em emergência, sem sobrecarregar os motores numa reversão brusca.