Rebocadores Cap. 5 — Navios com Recursos Especiais

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 5: Navios com Recursos Especiais. Edital: Anexo 2-A, Área II (Arte Naval), item 4 — II.4 Rebocadores · código de obra II.12.

O Capítulo 5 responde a uma pergunta prática: quando o navio dispensa o rebocador? Alguns navios são dotados de equipamentos ou recebem aperfeiçoamentos com o objetivo de aumentar sua capacidade de manobra, permitindo uma reavaliação do número de rebocadores utilizados nas manobras portuárias ou mesmo eliminando sua necessidade. Dentre esses recursos, os que merecem maior destaque são os propulsores transversais — os bow ou stern thrusters, conforme instalados a vante ou a ré — e os lemes especiais, que oferecem um efeito de leme superior ao dos lemes convencionais: os dotados de flap móvel, como os lemes Becker, Jastram ou Ulster, e os do tipo Schilling, com chapa no topo e na base e formato de rabo de peixe na saída d'água. No final dos anos 90 foi lançado ainda o leme cicloidal (VCR), que atua como leme convencional, como propulsor e como stern thruster — dispositivo do qual, até a data do livro, não se tinha notícia de nenhuma embarcação dotada entre as que frequentam a costa brasileira. O capítulo trata desses três recursos, nessa ordem.

Também é citado, como equipamento que aumenta a segurança e reduz a necessidade de rebocadores, o propulsor com passo controlado (controllable pitch propeller): permite administrar a velocidade com precisão, sem parar a máquina, mantendo o governo por mais tempo e com a certeza de que não haverá falha de partida quando for necessária máquina a ré. A principal crítica ao sistema é a dificuldade de governo quando a máquina é "parada" — o hélice fica com passo zero, "fechado", sem descarga de água no leme, o que elimina o escoamento e as qualidades hidrodinâmicas que dão governo ao navio. As alternativas são manter o menor passo que permita o governo até bem próximo do berço, ou — quando possível — desconectar o eixo do motor e manter o passo no maior ângulo possível, mantendo a descarga no leme sem aumento de velocidade. Outras críticas, relacionadas ao baixo desempenho da máquina a ré e à tendência da popa cair para boreste na mesma situação, foram eliminadas com o desenvolvimento de hélices com melhor resultado a ré e pela inversão do sentido de rotação (passo esquerdo). Já as falhas de partida nos navios de passo fixo — antigamente o pesadelo dos práticos —, hoje muito menos frequentes, e o custo e a complexidade bem menores do sistema convencional reduzem, na prática, as vantagens comparativas do passo controlado.

Uma inovação do início dos anos 90 foi a propulsão azipod — um propulsor azimutal semelhante ao usado em rebocadores, porém movido por um motor elétrico instalado dentro do próprio corpo do propulsor, possibilidade aberta pelo desenvolvimento de motores elétricos de grande potência. O navio Costa Classica, que frequenta portos brasileiros, teve um propulsor azipod instalado entre seus dois propulsores convencionais, o que aumentou substancialmente sua potência e, mais ainda, sua manobrabilidade. Navios equipados com azipod são mais silenciosos, consomem menos combustível e ganham espaço normalmente destinado à casa de máquinas, tubo do eixo etc. Cada fabricante desenvolveu azipods com características próprias, destacando-se o modelo SSP da Siemens-Schottel, com dois propulsores menores que somam a força total, instalados em cada extremo do pod e girando na mesma direção. Até março de 2002, apenas navios de passageiros equipados com esse tipo de propulsão estavam em operação, mas navios de outras características já haviam sido encomendados — inclusive com dois, três e até quatro propulsores azipod.

2. Bow e stern thrusters (1)

Instalação e princípio de funcionamento

Os propulsores transversais são normalmente instalados em túneis que atravessam o costado do navio de um bordo ao outro, permitindo, em função do sentido de rotação do hélice, impulsionar a proa ou a popa para boreste ou para bombordo. Mais raramente encontram-se propulsores retráteis e azimutais, geralmente instalados em navios menores que atuam no apoio a plataformas petrolíferas, em navios com posicionamento dinâmico ou em rebocadores.

Adoção pelos práticos e confiabilidade

Quando de seu aparecimento, os propulsores transversais não gozavam de grande popularidade entre os práticos, devido à pouca confiabilidade dos sistemas então desenvolvidos. Atualmente, muitos navios — em especial navios de passageiros, containeiros e navios Ro-Ro — são equipados com bow thrusters e alguns também com stern thrusters bastante confiáveis. Ainda surgem restrições, que têm origem na potência insuficiente dos thrusters em relação ao porte do navio ou em variações de trim que trazem o propulsor para muito próximo da superfície, reduzindo sua eficiência.

Eficiência em função da velocidade

A melhor atuação dos thrusters ocorre com o navio parado, reduzindo-se a eficiência drasticamente conforme aumenta a velocidade. Com cinco nós, a maioria dos thrusters já perde significativamente sua eficácia, pois a força exercida lateralmente combinada com o fluxo de água derivado do movimento longitudinal produz uma resultante quase paralela ao costado do navio. Por isso, é desaconselhável utilizar thrusters em substituição ao rebocador em manobras de acompanhamento e auxílio ao governo, ou em giro com seguimento elevado. Se dotados de potência adequada e suficientemente submersos, porém, podem ser mais eficientes que os rebocadores nas manobras de aproximação e afastamento transversais ao cais, dada a rapidez com que o sentido da propulsão pode ser invertido.

Restrições portuárias

Alguns portos estabelecem restrições ao uso de propulsores laterais nas atracações ou desatracações, temendo que a força do fluxo d'água possa danificar cais de construção mais antiga.

3. Leme Becker e leme Schilling (2)

O problema dos lemes convencionais em ângulos altos

O maior problema dos lemes convencionais é a formação de turbulências quando o ângulo de carregamento é muito alto, que levam o leme a "estolar" e perder o efeito. O quadro é especialmente grave em situações de manobra, quando a velocidade é sempre reduzida e são necessários maiores ângulos de leme para garantir a manobrabilidade do navio. Para resolver essa dificuldade, foram desenvolvidos lemes com características especiais que mantêm a efetividade mesmo com ângulos de carregamento bastante altos.

Leme Becker — flap móvel

Entre os lemes dotados de flap móvel na saída d'água, o modelo mais conhecido é o leme Becker. Sua particularidade em relação ao leme convencional é a existência do flap, com área correspondente a 20% ou 30% da área total do leme, governado junto com a parte principal e variando seu ângulo de duas a três vezes o ângulo dado à parte principal: se o leme é carregado para 30 graus a boreste, por exemplo, o flap automaticamente apresenta um ângulo de aproximadamente 60 graus. Menores ângulos de leme têm ângulos de flap proporcionalmente maiores.

Com qualquer ângulo de leme, o fluxo de água passa suavemente pela superfície do leme Becker, sem formação de turbulências que afetem sua eficiência. Como efeito, o navio tem suas qualidades evolutivas bastante aumentadas, e com o ângulo máximo de carregamento do leme (aproximadamente 50 graus) o efeito de redução da velocidade é acentuado. Algumas marcas de leme com flap móvel têm, na extremidade de vante, um rotor vertical que melhora ainda mais a organização do fluxo de água, evitando que o leme estole.

Leme Schilling — manovec e vectwin

O outro tipo de leme que oferece qualidades semelhantes é o leme Schilling. Sua particularidade é o formato elíptico na extremidade de vante e em forma de rabo de peixe na extremidade de ré, com chapas no topo e na base que impedem a fuga da água por cima ou por baixo do leme, garantindo um fluxo de água organizado mesmo com ângulos iguais a 70 graus. Esse leme apresenta excelente performance na versão manovec (um único leme) ou vectwin (dois lemes com um único propulsor) — esta última bastante incomum e de operação sofisticada, podendo cada leme ser carregado dentro de um arco de 145 graus, e a combinação entre os dois lemes produzir uma força apenas transversal ou unicamente na direção longitudinal.

Condição comum de eficiência

Em todos os casos, a eficiência dos lemes especiais depende basicamente da adequação entre o tamanho do leme e o do propulsor, e da proporcionalidade entre a área do leme e as dimensões do navio. Atendidas essas condições, um navio dotado de leme especial e de um bow thruster com potência compatível pode se permitir a realização de manobras sem a assistência de rebocadores na maioria das situações, compensando o custo adicional de construção com a economia na despesa portuária.

4. Leme cicloidal — VCR (3)

Princípio e posicionamento

O Leme Cicloidal ou Voith Cicloidal Rudder (VCR) é uma inovação lançada pelo mesmo fabricante dos propulsores Voith-Schneider, que tem encontrado bastante aceitação pela simplicidade do conceito. Como no propulsor cicloidal, o VCR tem um disco colocado paralelamente ao fundo do navio, do qual saem duas lâminas. Todo o conjunto é localizado por ante a ré do propulsor, recebendo a sua corrente de descarga.

Modo passivo

No modo passivo, o rotor apenas gira parcialmente, para um lado ou para o outro, como faria uma porta dupla de leme convencional. É usado com o navio em alta velocidade.

Modo ativo

Quando a velocidade do navio é baixa e o leme começa a perder eficiência, o VCR passa a atuar no modo ativo: o disco começa a girar em velocidade uniforme e, como no propulsor cicloidal, as lâminas passam a variar seu passo de forma a produzir a força na direção desejada. Nesse modo, o leme cicloidal pode atuar aumentando ou reduzindo o seguimento, em conjunto com o propulsor principal, ou atuar como um stern-thruster com controle direcional da força aplicada. São vantagens adicionais do leme cicloidal sobre o leme convencional a menor área de atrito e a maior eficiência.

5. Síntese para o prático

As três tecnologias do capítulo respondem à mesma pergunta — quando o navio pode reduzir ou dispensar o rebocador — por princípios distintos. O bow/stern thruster empurra lateralmente a proa ou a popa por um túnel transversal, com eficiência que cai drasticamente com a velocidade. Os lemes especiais (Becker e Schilling) mantêm o efeito de leme mesmo em ângulos de carregamento altos, por caminhos técnicos diferentes entre si. O leme cicloidal (VCR) soma, num único dispositivo, o papel de leme convencional (modo passivo) e o de propulsor com controle direcional, inclusive como stern-thruster (modo ativo).

O mesmo panorama de recursos que reduzem a dependência do rebocador inclui ainda o propulsor de passo controlado — pela segurança de governo e pela ausência de falha de partida a ré — e a propulsão azipod — pelo ganho conjunto de potência e manobrabilidade —, ainda que nenhum dos dois seja, no livro, um dos três blocos de "lemes e propulsores especiais" tratados em detalhe.

A condição comum a todos esses recursos é o dimensionamento adequado: um thruster de potência insuficiente, um leme especial desproporcional ao propulsor e ao casco, ou um VCR mal ajustado ao seguimento do navio não substituem com segurança o rebocador nas manobras mais exigentes — a economia de despesa portuária só se sustenta quando a engenharia do navio comporta o recurso.