Cap. 11 — Instrumentos Náuticos

1. Visão geral — as "ferramentas" do navegante

Manobrar em águas restritas exige medir, o tempo todo, quatro grandezas: direção, velocidade/distância percorrida, distância a um ponto e profundidade. Cada uma tem seu instrumento. Este capítulo inventaria essas ferramentas — da agulha ao ecobatímetro, do compasso ao ECDIS — sem aprofundar a teoria de cada uma (que já foi vista, por exemplo, nas agulhas do Capítulo 3), mas fixando o que cada instrumento faz, como funciona e quando falha.

A escolha dos instrumentos a bordo depende de três fatores: o porte do navio, o seu uso e os recursos disponíveis. Navios de guerra, mercantes e de pesquisa carregam instrumentação variada e sofisticada; embarcações menores ficam com o básico. Para o prático, dominar todos eles importa porque a confiança numa indicação errada — um odômetro que mede na água e não no fundo, um aplicativo de celular não homologado — é fonte direta de acidente.

1.1 Classificação por finalidade

O livro organiza os instrumentos náuticos em oito grupos, segundo a finalidade. Esta é a espinha do capítulo e a ordem em que os estudaremos:

  • Medida de direções — agulhas náuticas e dispositivos de marcação/azimute (§2).
  • Medida de velocidade e distância percorrida — odômetros e velocímetros (§3).
  • Medição de distâncias no mar — estadímetros, sextante, guarda-posto (§4).
  • Medição de profundidades — prumo de mão e ecobatímetro (§5).
  • Uso das cartas náuticas em papel — réguas, compasso, transferidor universal (§6).
  • Uso das cartas náuticas digitais — ECDIS e ECS (§7).
  • Ampliação do poder de visão — binóculos e lunetas (§8).
  • Outros instrumentos — cronógrafo, calculadora, lanterna, aplicativos (§8).
Repare na lógica: os quatro primeiros grupos medem grandezas do mundo (direção, velocidade, distância, profundidade); os demais servem ao uso da carta (papel ou digital) e à ampliação dos sentidos. Guardar essa divisão já organiza todo o capítulo na memória.

Fonte: MIGUENS, A. P. Navegação: a Ciência e a Arte. v. 1. 2. ed. rev. atual. Rio de Janeiro: DHN, 2023, cap. 11 (Instrumentos Náuticos).

Edital: Anexo 2-A, Área III — instrumentos náuticos e de navegação; agulhas; medida de velocidade, distância e profundidade; instrumentos para cartas em papel e digitais (ECDIS).

2. Instrumentos para medida de direções no mar

As direções no mar — rumos e marcações — saem das agulhas náuticas e de seus acessórios, estudados em detalhe no Capítulo 3. Aqui o foco é prático: quais agulhas equipam o navio moderno e quais dispositivos tomam marcações e azimutes.

2.1 Agulhas magnéticas

Alguns navios mantêm duas agulhas magnéticas, com papéis distintos:

AgulhaLocalFunção
Agulha padrãoTijupá, o mais livre possível de influências eletromagnéticas, com visada desobstruídaDeterminar rumos e marcações — é a referência
Agulha de governoPassadiço, por ante-a-vante da roda do lemeGoverno do navio; seu rumo é obtido por comparação com a padrão

O procedimento clássico: põe-se o navio no rumo pela agulha padrão e lê-se o que a agulha de governo indica; passa-se então a governar por ela. Na configuração atual, suprimiu-se a agulha de governo — na agulha padrão (Tijupá) instala-se um periscópio que leva a leitura de rumo ao timoneiro no Passadiço, como no NHo Cruzeiro do Sul.

Fig. 11-1
Fig. 11-1 Fig. 11-1 — Agulha magnética (Tijupá) e periscópio (Passadiço), NHo Cruzeiro do Sul

A rosa-dos-rumos

As direções recebem nomes de ventos — daí rosa-dos-ventos. Das quatro cardeais (N, E, S, W) derivam as intercardeais (NE, SE, SW, NW) e as colaterais (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW). O sistema divide os 360° em 32 "pontos", cada ponto valendo 11°15', ainda subdivisível em meio ponto e 1/4 de ponto.

$$1\ \text{ponto} = \frac{360^\circ}{32} = 11^\circ 15'$$
Fig. 11-2
Fig. 11-2 Fig. 11-2 — Rosa graduada em graus, pontos e quartas

Agulha eletrônica (fluxgate compass)

A agulha eletrônica mede o campo magnético terrestre (princípio visto no item 3.2.8). A instalação é simples e o rumo pode ser apresentado de duas formas: analógica (NHo Amorim do Valle) ou digital. Vantagens: transmite-se facilmente, é exibida remotamente, alimenta radares e o piloto automático, e funciona em latitudes mais altas que a agulha magnética convencional.

Fig. 11-3
Fig. 11-3 Fig. 11-3 — Agulha eletrônica, apresentação analógica
Fig. 11-4
Fig. 11-4 Fig. 11-4 — Agulha eletrônica, apresentação digital

Magnetômetro de smartphones e tablets

O sensor dos dispositivos móveis baseia-se no efeito Hall: produz uma tensão proporcional à intensidade e polaridade do campo magnético no eixo de cada sensor, convertida em sinal digital. Mede o campo em três eixos perpendiculares, com faixa de até 2 mT por eixo — para referência, o campo terrestre fica entre 20 e 70 μT. Costuma vir com acelerômetro embutido para corrigir as medições pela inclinação.

Fig. 11-5
Fig. 11-5 Fig. 11-5 — Magnetômetro em dispositivo móvel detectando o norte magnético
Posição oficial da MB: a Marinha do Brasil não reconhece o uso desses aplicativos, que não substituem as agulhas magnéticas convencionais.

2.2 Agulhas giroscópicas e acessórios

Fundamentos e propriedades estão no item 3.3. A tendência é de agulhas cada vez mais compactas e precisas (giroscópios eletrônicos, mancais magnéticos), hoje instaladas no próprio Passadiço. Navios modernos costumam ter mais de uma giroscópica (redundância), sem dispensar as magnéticas.

  • Agulhas de fibra óptica (sem partes móveis) — o FOG (Fiber Optic Gyroscope) e o RLG (Ring Laser Gyroscope), ambos do item 3.3.9. Vantagens: menor custo de manutenção (não têm partes móveis), menor tempo de estabilização e capacidade de medir variações de atitude do navio. Exemplo: NAVIGAT 3000 Gyro Compass, da Sperry Marine.
  • Rumo por duas antenas GPS — duas antenas de posicionador por satélites em barra fixa; o rumo sai da diferença entre as posições de cada antena. Limitação: o rumo deixa de vir de um sensor autônomo a bordo e passa a depender de sistemas externos.
Fig. 11-6
Fig. 11-6 Fig. 11-6 — NAVIGAT 3000 Gyro Compass (Sperry Marine)
Fig. 11-7
Fig. 11-7 Fig. 11-7 — Antenas GPS em estrutura fixa, NHi Sirius

Giropiloto, registrador de rumos e ECDIS

  • Piloto automático / giropiloto — mantém o navio no rumo sem o timoneiro. Não é exclusivo da giroscópica (serve a qualquer navio com repetidora); quando associado à giroscópica, chama-se giropiloto. Alguns indicam variação de rumo de 1/6 de grau e atuam quando o navio sai apenas 1/3 de grau do rumo ajustado. Ganhos: maior distância navegada para o mesmo combustível e menor desgaste da máquina do leme.
  • Registrador de rumos — registra graficamente os rumos navegados em função do tempo (acionado por repetidora da giroscópica). Serve para recompor derrotas, avaliar o adestramento de timoneiros e produzir prova de manobras em acidentes.
  • ECDIS — registra a navegação à medida que ocorre, usando o rumo da giroscópica e dados de GNSS.
O piloto automático é "cego": está sujeito a avarias, falhas e irregularidades — exige vigilância permanente sobre os movimentos do navio.

2.3 Dispositivos para medida de marcações e azimutes

Os acessórios básicos — taxímetro, agulha magnética de mão, alidade de pínulas, círculo azimutal e alidade telescópica — vêm do Capítulo 3. Aqui entram os dispositivos adicionais.

  • Espelho azimutal — alidade com espelho e prisma de reflexão; obtém azimutes e marcações como o círculo azimutal. Para marcação: visa-se diretamente o ponto, lendo pelo prisma. Para azimute de astro: usa-se o espelho montado na alidade, livre de girar em torno de um eixo horizontal.
  • Alidade telescópica — semelhante ao círculo azimutal, mas com luneta sobre o círculo de metal; o retículo e o prisma permitem visar e ler a marcação ao mesmo tempo. Limitação: campo de visão estreito — com o navio jogando, perde-se a visada.
  • Alidade autossíncrona (self-synchronous alidade) — tem motor síncrono comandado pela giroscópica mestra; mantém a marcação travada mesmo com o navio jogando. Usada no lugar do círculo ou do espelho azimutal para objetos distantes.
Fig. 11-8
Fig. 11-8 Fig. 11-8 — Espelho azimutal
Fig. 11-9
Fig. 11-9 Fig. 11-9 — Emprego do espelho azimutal
Fig. 11-10
Fig. 11-10 Fig. 11-10 — Alidade telescópica
Fig. 11-11
Fig. 11-11 Fig. 11-11 — Alidade autossíncrona

Agulha magnética digital de mão

Faz leituras de marcações magnéticas com precisão, por sensores de fluxo magnético. Dois modelos de referência:

ModeloCaracterísticas
DATASCOPELuneta 5×30, foco permanente; memória de 9 marcações; aceita a declinação magnética e fornece marcações verdadeiras direto; funciona também como medidor de distância a objeto de altitude conhecida.
STARSCOPESemelhante ao DATASCOPE; leituras digitais precisas; incorpora visão noturna, amplificando mais de 1.000 vezes a luminosidade existente.
Fig. 11-12
Fig. 11-12 Fig. 11-12 — DATASCOPE
Fig. 11-13
Fig. 11-13 Fig. 11-13 — STARSCOPE (visão noturna)

3. Velocidade e distância percorrida

A navegação estimada (Capítulo 5) repousa em rumo e velocidade. Conhecer a velocidade permite calcular a distância percorrida e o ETA (Estimated Time of Arrival) em portos, pontos da derrota e rendez-vous. A bordo, isso vem dos odômetros e dos velocímetros.

Tipo de odômetroMede a velocidade em relação a…
Odômetro de superfíciemassa d'água (na superfície)
Odômetro de fundo (pressão ou eletromagnético)massa d'água (junto à quilha)
Odômetro Dopplerfundo do mar (velocidade real sobre o fundo)
Distinção que cai em prova: só o Doppler mede velocidade em relação ao fundo. Os de superfície e de fundo medem em relação à água e por isso são afetados por corrente, maré e vento. Os dois primeiros integram a velocidade no tempo para dar a distância percorrida.

3.1 Odômetro de superfície

Instrumento antigo, hoje pouco usado, mas simples e preciso — mantido como equipamento de emergência. Compõe-se de hélice + volante + linha de reboque + registrador. Quando o navio anda, o hélice rebocado gira; pela linha e pelo volante, a rotação chega ao contador, que mostra a distância navegada desde o lançamento.

Fig. 11-14
Fig. 11-14 Fig. 11-14 — Odômetro de superfície

A linha de reboque tem comprimento crescente com a velocidade máxima (recomendação da Marinha Britânica); o valor exato é achado experimentalmente:

Vel. máx. (nós)BraçasMetros
104073
1550–5591–101
18 e acima65–70119–128

O registrador tem três ponteiros: décimos de milha (pequeno, à direita), milhas (grande, central) e centenas de milhas (pequeno, à esquerda); capacidade de 500 ou 1.000 milhas, leitura com 5 algarismos incluindo os décimos.

Fig. 11-15
Fig. 11-15 Fig. 11-15 — Leitura no registrador do odômetro de superfície
VantagensInconvenientes
Instalação simples; troca rápida de peças avariadas.Precisa ser retirado ao dar máquinas atrás (risco de enroscar no hélice); sofre com mar grosso; enrosca em algas e reboca lixo; não fica sempre pronto; dá só a distância (não a velocidade direta); precisa sair em portos movimentados (linha cortável).

3.2 Odômetro de fundo, tipo de pressão (tubo de Pitot)

Funciona pela diferença entre duas pressões no elemento sensível abaixo da quilha:

  • Pressão estática — pressão normal da água, resultante da profundidade de imersão do sensor.
  • Pressão dinâmica — pressão extra gerada pelo movimento do navio através da água.
  • Quanto maior a velocidade, maior a diferença entre as duas — e é essa diferença que vira indicação.

Componentes: a haste (a) atravessa o casco por uma válvula de mar (b), projetando-se 0,60 m a 0,75 m abaixo da quilha (fora da água perturbada). Dentro dela há o tubo de Pitot — na verdade dois tubos: um abre para vante (recebe a pressão total) e outro para ré (só a estática). O indicador (c) converte o sinal em velocidade, que é integrada por meios elétricos e mecânicos em distância navegada, distribuída a repetidoras.

Fig. 11-16
Fig. 11-16 Fig. 11-16 — Odômetro de fundo, tipo de pressão (tubo de Pitot)
Cuidado operacional: a haste deve ser içada nas entradas/saídas de porto e em águas rasas. Precisão da ordem de meio nó; dá indicações pouco corretas a baixa velocidade (salvo modelos especiais).

3.3 Odômetro de fundo, tipo eletromagnético

Baseia-se na FEM (força eletromotriz): um condutor que se move num campo magnético gera uma FEM. As três direções — campo, movimento e FEM induzida — ficam a 90° umas das outras; com campo constante, a FEM é proporcional à velocidade.

O elemento sensível fica num domo abaixo da quilha; uma bobina cria o campo magnético e a superfície é isolante, exceto em dois botões (um de cada lado). Quando o navio anda, as linhas de fluxo cortam a água e geram a FEM nos botões. A velocidade vai ao registrador e, por circuito integrador, vira distância navegada.

Fig. 11-17
Fig. 11-17 Fig. 11-17 — Princípio da FEM (condutor em campo magnético)
Fig. 11-18
Fig. 11-18 Fig. 11-18 — Elemento sensível do odômetro eletromagnético
Fig. 11-19
Fig. 11-19 Fig. 11-19 — Indicador do odômetro eletromagnético
Frente ao tipo de pressão: mais rigoroso (erro de 0,1 nó) e com faixa mais ampla (0 a 40 nós).

3.4 Odômetro Doppler

O efeito Doppler é a mudança de frequência de uma onda quando fonte e observador se movem um em relação ao outro. Leva o nome do físico austríaco Christian Johann Doppler (1803–1853), que o descreveu em 1842. Para uma fonte que se aproxima com velocidade v, a frequência percebida é:

$$f' = f \cdot \frac{V}{V - v}$$

onde $f'$ = frequência ouvida; $f$ = frequência da fonte; $V$ = velocidade do som no meio; $v$ = velocidade da fonte.

Fig. 11-20
Fig. 11-20 Fig. 11-20 — Efeito Doppler: ondas com fonte parada (a) e em movimento (b)

No odômetro, dois transdutores no casco (emissão e recepção) trabalham com ultrassom, como um ecobatímetro: o sinal reflete no fundo (ou em partículas na água) e volta. Se o navio anda, a frequência recebida difere da emitida, e essa diferença é diretamente proporcional à velocidade, integrada em distância.

  • Vantagem exclusiva — é o único odômetro que mede velocidade em relação ao fundo; indica também velocidades muito pequenas.
  • Tipos de transmissão — em pulsos (potente, penetra grandes profundidades) ou em sinal contínuo (fundo como referência só até 50 m).
  • Referência — fundo até cerca de 90 m; massa d'água a partir de 90 m.
  • Precisão — cerca de 0,5% da distância navegada (em 360 milhas, ~1,8 milha).
  • Grandes navios — VLCC e ULCC usam sonar Doppler em dois eixos (longitudinal e transversal), indicando velocidade proa-popa e para BB/BE — útil nas manobras de atracação.
Fig. 11-21
Fig. 11-21 Fig. 11-21 — Indicador do odômetro Doppler DS-80 (Furuno)

3.5 Velocímetros e tabela RPM × velocidade

Os velocímetros têm uma haste que se projeta do casco: ou é puxada para trás pela água (velocímetro hidráulico, que comprime um líquido sobre o indicador), ou aciona um pequeno hélice cujas rotações alimentam um gerador — a frequência da corrente é proporcional à velocidade. Não exigem grandes cuidados, permitem ajuste das leituras e devem ser conferidos periodicamente pela corrida da milha. São muito usados em embarcações menores.

Fig. 11-22
Fig. 11-22 Fig. 11-22 — Velocímetro

Sem odômetro nem velocímetro, mas com indicador de RPM, usa-se a tabela de rotações (RPM × velocidade), levantada por corrida da milha. Ela é indispensável a bordo, mas a velocidade para um mesmo RPM depende de limpeza do casco, estado do mar, calado e vento — e não é função linear das RPM (a curva afasta-se bastante da reta).

RPMCOND.1 (nós)COND.2 (nós)COND.3 (nós)Obs.
504,84,74,6
706,15,95,8
907,87,57,1
1109,99,48,8
13012,411,711,0
14013,813,012,2Vel. de cruzeiro
15015,314,413,5
17018,317,216,0Vel. máx. mantida

Exemplo da Tabela de Rotações do NT Brekelé (extrato; RPM de 50 a 170). É a "Figura 11.23" do livro, reproduzida aqui como tabela.

A tabela traz a velocidade em três condições: COND.1 casco limpo/navio leve, COND.2 casco sujo/meia carga, COND.3 casco muito sujo/carregado — todas com mar chão e vento fraco. A regra prática: para o mesmo RPM, mais sujeira e mais carga → menos velocidade.

3.6 Efeito da corrente e corrida da milha

Os odômetros (menos o Doppler) medem em relação à massa líquida — que quase nunca está parada. O navegante precisa cruzar a indicação do odômetro com a velocidade sobre o fundo (obtida por posições) para deduzir a corrente. Casos com corrente de 2 nós ilustram:

SituaçãoOdômetro indicaVelocidade no fundo
Fundeado, corrente de 2 nós2 nós (afila à corrente)0 (parado)
Suspenso, à deriva (sem máquina)02 nós (levado pela corrente)
10 nós na água, a favor da corrente10 nós12 nós
10 nós na água, contra a corrente10 nós8 nós

A corrida da milha é o processo de aferição mais usado: o navio percorre distâncias rigorosamente conhecidas entre marcas em terra. A distância pode ser de 1 milha (origem do nome), mas de preferência 3 ou mais milhas. Mede-se o tempo em cada regime de máquinas. Para anular a corrente, toma-se a média de duas corridas em rumos opostos (os efeitos da corrente se cancelam).

Fig. 11-24
Fig. 11-24 Fig. 11-24 — Corrida da milha (marcas conspícuas em terra)
Condições ideais da corrida: bom tempo e sem vento; profundidade de pelo menos 5 vezes o calado (evita efeito de pouco fundo); o navio já no rumo cerca de 1 milha antes de cruzar o primeiro alinhamento, para chegar na velocidade do regime.

Calibragem dos odômetros

Calibrar é determinar o erro instrumental para corrigi-lo. Compara-se a velocidade indicada pelo odômetro com a medida diretamente, em várias velocidades (a correção não varia proporcionalmente). O erro, em porcentagem:

$$e_i\,(\%) = \frac{v_{od} - v_{fd}}{v_{od}} \times 100$$

$v_{od}$ = velocidade pelo odômetro; $v_{fd}$ = velocidade sobre o fundo. Se $v_{od} > v_{fd}$, o erro é positivo; se menor, negativo.

No exemplo do NT Brekelé (Cabo Frio, Carta 1508), as médias deram $v_{fd}=9{,}91$ nós e $v_{od}=10{,}30$ nós, logo $e_i = +3{,}8\%$. Determinado o erro, corrige-se toda leitura subsequente com sinal contrário (aqui, −3,8%).

A correção não muda a natureza da medida: mesmo corrigido, o odômetro (exceto Doppler) ainda mede em relação à massa líquida, não ao fundo. A calibragem só anula o erro do instrumento.

3.7 Processo prático de determinação de velocidade

Sem odômetro nem velocímetro, há um método simples e razoavelmente preciso (sobretudo a baixa velocidade): lança-se da proa, para vante, um objeto flutuante e visível e cronometra-se o tempo que ele leva da proa à popa. Com o comprimento da embarcação:

$$v\,(\text{nós}) = \frac{L\,(\text{m})}{0{,}514 \cdot t\,(\text{s})} \qquad\text{(aprox.)}\quad v \approx \frac{2\,L}{t}$$

$L$ = comprimento da embarcação; $t$ = tempo em segundos; usa-se 1 nó = 0,514 m/s.

4. Medição de distâncias no mar

A distância a um ponto é uma LDP (linha de posição) muito usada na navegação costeira e em águas restritas: conhecida a distância, a posição está sobre uma circunferência centrada no ponto, de raio igual à distância. Na prática traça-se só um arco nas imediações da posição estimada, rotulado com a hora (4 dígitos) e o valor. Os métodos são eletrônicos (sobretudo o radar, Capítulo 14) e visuais — estes últimos, o foco aqui.

4.1 Estadímetros

O estadímetro mede distância pelo ângulo vertical que subtende um objeto de altitude conhecida:

$$d = h \cdot \cot\alpha$$

$d$ = distância ao objeto; $h$ = altitude conhecida do objeto (introduzida no instrumento); $\alpha$ = ângulo vertical medido.

Estadímetros mecânicos medem entre 250 e 10.000 jardas (0,1 a 5 milhas), com boa precisão só até 2.000 jardas (1 milha); a altitude do objeto deve ficar entre 50 e 200 pés (15 a 60 m). Para navios, introduz-se a altura da linha-d'água ao tope do mastro (ou à antena de radar mais alta), em pés. Dois modelos:

ModeloTipo
Fisketipo Standard
Brandontipo Sextante
Fig. 11-25
Fig. 11-25 Fig. 11-25 — Estadímetro Fiske (Standard)
Fig. 11-26
Fig. 11-26 Fig. 11-26 — Estadímetro Brandon (Sextante)

Na operação do Fiske (típica de ambos): converte-se a altura do alvo em pés, introduz-se no braço-índice, visa-se o navio pela luneta (imagem direta + refletida, como no sextante) e gira-se o tambor até o tope da imagem refletida tangenciar a linha-d'água da direta; lê-se a distância em jardas. Artifício para mastros < 50 pés (< 15 m): introduzir o dobro da altura e dividir a leitura por 2.

Fig. 11-27
Fig. 11-27 Fig. 11-27 — Operação do estadímetro Fiske

Na MB, os mecânicos estão em desuso, substituídos pelo estadímetro eletrônico — o portátil KVH DataScope, que reúne bússola digital + estadímetro + cronômetro. Mira-se o alvo no visor e ajustam-se traçados que se empilham até o tope; aperta-se o botão e lê-se a distância, na mesma unidade da altura introduzida. Ao aproximar-se, o ângulo cresce, os traçados aumentam e a distância diminui — coerente com $d = h\cot\alpha$.

Fig. 11-28
Fig. 11-28 Fig. 11-28 — Estadímetro eletrônico KVH DataScope
Fig. 11-29
Fig. 11-29 Fig. 11-29 — Nivelamento dos traçados no visor
Fig. 11-30
Fig. 11-30 Fig. 11-30 — Duas medições para o mesmo objeto

4.2 Distância com o sextante

O sextante (detalhado no Cap. 21, Vol. II; modelo de referência Tamaya MS-733) mede alturas angulares de astros, mas também dá a distância a objeto de altitude conhecida aquém do horizonte (todo visível de bordo):

$$D = H \cdot \cot\alpha$$

$D$ = distância ao objeto; $H$ = altitude conhecida; $\alpha$ = ângulo vertical medido com o sextante.

Fig. 11-31
Fig. 11-31 Fig. 11-31 — Sextante Tamaya MS-733
Fig. 11-32
Fig. 11-32 Fig. 11-32 — Geometria do ângulo vertical (a) objeto na costa, (b) na água

As simplificações são válidas porque a curvatura da Terra e a refração são desprezíveis nas distâncias medidas, a elevação do observador é pequena ante $D$ e $H$, e a distância da costa à vertical do objeto é mínima. O erro é desprezível quando a distância navio–linha de costa é significativamente maior que a distância da costa à vertical do objeto. Usa-se a Tábua II – Distância pelo Ângulo Vertical (Apêndice 1, Vol. 3).

A distância obtida é ao objeto, não à linha de costa. E quando o objeto está além do horizonte (parte inferior não visível), o método não é indicado — resultados pouco rigorosos.
Fig. 11-33
Fig. 11-33 Fig. 11-33 — Distância ao objeto × à linha de costa
Fig. 11-34
Fig. 11-34 Fig. 11-34 — Objeto além do horizonte (método não indicado)

4.3 Guarda-posto

O guarda-posto é um pequeno instrumento de refração luminosa para medir a distância entre dois navios, com auxílio de diagramas — emprego típico na navegação em formatura (manter o posto). É um suporte com dois prismas, A e B: sob A o número 16, sob B o número 32. Esses números dizem que, à distância de uma amarra (0,1 milha), a imagem do objeto vista pelo prisma desvia-se 16 pés (prisma 16) ou 32 pés (prisma 32).

Fig. 11-35
Fig. 11-35 Fig. 11-35 — Guarda-posto (prismas 16 e 32)

Visa-se tangenciando a aresta do prisma ao mastro do navio-alvo, vê-se simultaneamente a imagem direta e a refratada do tope e lê-se a distância no diagrama do navio visado, na coluna do prisma usado. Os diagramas são indispensáveis: indicam distâncias de 50 em 50 m para o prisma de 32 pés e de 100 em 100 m para o de 16 pés. No exemplo (prisma de 32 pés, imagem coincidindo com a luz de alcançado), a distância é 350 metros.

Fig. 11-36
Fig. 11-36 Fig. 11-36 — Diagrama do guarda-posto (CT classe Villegagnon)
Fig. 11-37
Fig. 11-37 Fig. 11-37 — Visada com o guarda-posto (350 m)

4.4 Distância a objeto no horizonte

A distância ao horizonte (alcance geográfico do olho), com $h$ em metros:

$$D = 2\sqrt{h}$$

$D$ em milhas; $h$ = altitude (elevação) do olho do observador, em metros.

Para um objeto de altitude $H$ que surge no horizonte, soma-se o alcance do observador ao do objeto:

$$D = 2\sqrt{h} + 2\sqrt{H}$$

Exemplo: $h=9$ m e $H=100$ m → $D = 2\sqrt{9} + 2\sqrt{100} = 6 + 20 = 26$ milhas (distância de avistamento, em boas condições).

Fig. 11-38
Fig. 11-38 Fig. 11-38 — Distância ao horizonte
Fig. 11-39
Fig. 11-39 Fig. 11-39 — Distância a objeto de altitude H no horizonte

4.5 Distância por dois ângulos e distância navegada

Estando o navio aproado ao objeto (ou de popa para ele), medem-se duas alturas angulares sucessivas e a distância navegada entre elas (pela diferença das leituras do odômetro):

$$D = \frac{d \cdot \alpha}{\beta - \alpha}$$

$D$ = distância ao objeto na segunda observação (posição B); $\alpha$ = primeiro ângulo, na posição A mais afastada; $\beta$ = segundo ângulo, na posição B mais próxima; $d$ = distância navegada de A a B. Ângulos em minutos. (A distância na posição A inicial seria $d\,\beta/(\beta-\alpha)$.)

Exemplo: $\alpha = 2°15' = 135'$ (odômetro 786,5) e $\beta = 3°28' = 208'$ (odômetro 790,0); a distância navegada é $d = 3{,}5$ milhas, e a distância ao farol na segunda observação é $D = 3{,}5 \cdot 135/(208-135) \approx 6{,}5$ milhas.

Fig. 11-40
Fig. 11-40 Fig. 11-40 — Distância por dois ângulos verticais e distância navegada

4.6 Processos práticos de medida de distâncias

Método da régua graduada

Estende-se o braço na horizontal, segura-se a régua na vertical apontada ao objeto e mede-se a dimensão aparente. Por semelhança de triângulos (a distância do olho à régua é constante e pode ser medida antes):

$$D = \frac{H \cdot d_{olho}}{h_{r\acute{e}gua}}$$

$H$ = altitude do objeto; $d_{olho}$ = distância do olho à régua; $h_{régua}$ = tamanho do objeto na régua; $D$ = distância. Convertem-se metros em milhas dividindo por 1.852 (ou pés por 6.076,12).

Também funciona na horizontal, com um objeto de comprimento $C$ conhecido (uma ilha): $D = (C \cdot d)/h$. Exemplo: ilha de 1,2 milha, $d=60$ cm, $h=10$ cm → $D = 7{,}2$ milhas.

Fig. 11-41
Fig. 11-41 Fig. 11-41 — Método da régua (vertical)
Fig. 11-42
Fig. 11-42 Fig. 11-42 — Método da régua (horizontal, ilha)

Método do dedo (polegar)

Fecha-se um olho, estende-se o braço com o polegar na vertical tangenciando uma extremidade do objeto; troca-se o olho aberto e o polegar "anda" sobre o objeto. Estima-se a porcentagem $P$ percorrida:

$$D = P\% \cdot C \cdot 10$$

$C$ = comprimento conhecido do objeto; $P$ em decimal. Exemplo: ilha de 2 milhas, $P=50\%=0{,}5$ → $D = 0{,}5 \cdot 2 \cdot 10 = 10$ milhas.

Fig. 11-43
Fig. 11-43 Fig. 11-43 — Método do dedo (polegar)

5. Medição de profundidades

A profundidade é informação de segurança em águas restritas. A carta registra profundidades e isóbatas (linhas de igual profundidade, que revelam a topografia submarina). Mede-se a profundidade para três fins: avaliar o perigo frente ao calado, comparar com a carta (verificação de posição) e obter uma LDP de profundidade. Os meios são o prumo de mão e o ecobatímetro.

5.1 Prumo de mão

É uma chumbada (peso de chumbo troncônico) presa a uma linha de barca graduada em metros. A base da chumbada tem um cavado preenchido com sabão ou sebo, que traz uma amostra do fundo — a tença.

Fig. 11-44
Fig. 11-44 Fig. 11-44 — Prumo de mão (chumbada e graduação da linha)

A graduação da linha começa no zero, distante da alça o tanto da altura da mão do operador acima do plano de flutuação (lê-se na mão, não ao lume d'água). As marcas seguem um código:

ProfundidadeMarca
2, 4, 6, 8 m1, 2, 3 e 4 nós em merlim
1, 3, 5, 7, 9 m (ímpares)tira de couro
10 mpinha + filele branco
20 mduas pinhas + filele azul
30 mtrês pinhas + filele encarnado

Profundidades terminadas no mesmo algarismo repetem a marca (16 m = 3 nós em merlim, como 6 m). A linha tem 25 a 45 m e a chumbada 2,5 a 7 kg (uma de ~3 kg até 25 m; mais pesada para profundidades maiores).

Operação: graduar a linha molhada e esticada; navio a no máximo 3 nós; lançar a chumbada para vante e ler quando o prumo está a pique. A leitura superestima a profundidade: o fundo é geralmente menor que o indicado, por causa da catenária da linha (fila-se mais linha que a profundidade vertical real). Fundeado, serve para detectar garragem: largada no fundo com seio e amarrada à borda, a inclinação da linha denuncia o arrasto.

5.2 Ecobatímetros

Um feixe de ondas sonoras ou ultrassonoras é emitido verticalmente do casco, reflete no fundo e volta; o tempo ida-e-volta vira profundidade. A velocidade do som na água é ≈ 1.500 m/s:

$$h = v \cdot \frac{t}{2}$$

$h$ = profundidade; $v$ = velocidade do som na água (≈ 1.500 m/s); $t$ = tempo entre emissão e recepção do eco. Divide-se por 2 porque o som faz o trajeto de ida e volta.

Vantagens sobre o prumo: sondagens contínuas, com o navio em maior velocidade, em profundidades inacessíveis ao prumo e com menos dependência do tempo e do mar.

Classificam-se pela frequência: sonoros (< 20 kHz) e ultrassônicos (> 20 kHz). Os componentes principais:

  • Comando de transmissãotransmissor/excitador → pulso elétrico amplificado.
  • Transdutor (emissão e recepção) — transforma energia elétrica em sonora e vice-versa; emite um feixe em forma de cone, por magnetostrição ou piezeletricidade.
  • Receptor → amplificador → medidor de tempo → registrador/indicador (digital e/ou registro gráfico).
Fig. 11-45
Fig. 11-45 Fig. 11-45 — Componentes do ecobatímetro

Fundos duros refletem melhor (eco forte); fundos macios (lama) dão eco fraco. Ecobatímetros modernos têm alarmes de baixa e de alta profundidade (que também acusam garragem quando fundeado).

Fig. 11-46
Fig. 11-46 Fig. 11-46 — Indicador digital Furuno FE-700
Fig. 11-47
Fig. 11-47 Fig. 11-47 — Registro gráfico do ecobatímetro EA400
Referência e correções: o ecobatímetro mede a partir do fundo do casco (onde está o transdutor). Para a profundidade do local, somar o calado à leitura. As cartas da DHN usam como Nível de Redução a média das baixa-mares de sizígia; para comparar com a carta, descontar a altura de maré. Erro principal: a velocidade do som na água não é constante.

Nos levantamentos hidrográficos distinguem-se o monofeixe (pulsos só na linha de sondagem) e o multifeixe (cobre uma faixa transversal à embarcação, compensando balanço e caturro — muito mais cobertura por passagem).

Fig. 11-48
Fig. 11-48 Fig. 11-48 — Cobertura do fundo: prumo × monofeixe × multifeixe

6. Instrumentos para uso das cartas náuticas em papel

Carteado é desenho de precisão: traçar e ler direções, transportar rumos, medir distâncias e plotar posições. Os instrumentos da carta em papel cumprem essas tarefas.

6.1 Réguas paralelas e plotadores

  • Régua paralela — ferramenta tradicional para ler a direção de uma linha e traçar uma linha em direção dada. Para ler: desloca-se a régua até uma rosa-dos-rumos da carta, sempre paralela à linha, e lê-se a direção verdadeira (cuidado com a recíproca). Para traçar: parte-se da rosa até a posição desejada, mantendo o paralelismo. A variante Captain Fields tem graduação própria e dispensa ir até a rosa (usa qualquer meridiano/paralelo). Inconveniente: se escorregar, recomeça-se tudo.
  • Plotadores paralelos — têm roletes que rolam paralelamente sobre a carta; mais práticos em embarcações menores; com a graduação própria, dão direções verdadeiras de qualquer meridiano/paralelo sem grande deslocamento.
  • Navigation Plotter — de origem aérea, muito usado no mar pela simplicidade; sem partes móveis; as direções são lidas nos meridianos da carta.
Fig. 11-49
Fig. 11-49 Fig. 11-49 — Réguas paralelas
Fig. 11-50
Fig. 11-50 Fig. 11-50 — Plotador paralelo (roletes)
Fig. 11-51
Fig. 11-51 Fig. 11-51 — Navigation Plotter
Fig. 11-52
Fig. 11-52 Fig. 11-52 — Uso do Navigation Plotter no meridiano

6.2 Compasso de navegação e cintel

O compasso serve para medir distâncias na carta, cartear posições, plotar a estimada e traçar a LDP-distância e o alcance de faróis. Há o de ponta seca (uso com uma só mão, tipo navegação) e o de ponta de grafite (tipo desenho técnico). Requisito fundamental: manter exatamente a abertura introduzida — em caso de dúvida, conferir e repetir.

Fig. 11-53
Fig. 11-53 Fig. 11-53 — Compassos de navegação (a) ponta seca, (b) ponta de grafite

O cintel permite traçar arcos de distância maiores que a abertura máxima do compasso — útil na navegação radar, quando a distância excede a abertura.

Fig. 11-54
Fig. 11-54 Fig. 11-54 — Cintel

6.3 Estaciógrafo

O estaciógrafo resolve a posição por segmentos capazes (Cap. 4) por meios mecânicos. Tem três braços: o central fixo (graduação zero), o da esquerda e o da direita, ajustados aos dois ângulos horizontais medidos com o sextante. Posto sobre a carta com as bordas-índices dos três braços tangenciando os três objetos cartografados, a posição do navio fica no centro do instrumento, marcada a lápis pelo orifício.

Fig. 11-55
Fig. 11-55 Fig. 11-55 — Medição dos segmentos capazes com sextante
Fig. 11-56
Fig. 11-56 Fig. 11-56 — Estaciógrafo (NPqHo Vital de Oliveira)

6.4 Transferidor Universal (TU)

O Transferidor Universal (TU, visto no Cap. 5) serve no COC, no Passadiço ou no Camarim. Fixa-se no canto superior esquerdo da mesa (com a carta também fixada); orienta-se a régua pelos meridianos da carta, lendo 000°/180°, e a partir daí move-se a régua para qualquer ponto, lendo a direção na rosa graduada central.

Fig. 11-57
Fig. 11-57 Fig. 11-57 — Transferidor Universal (NPqHo Vital de Oliveira)

6.5 Instrumentos adicionais para desenho e plotagem

  • Lápis e borrachas — lápis HB ou nº 2 (ou lapiseira 0,5 mm com grafite HB); traçar de leve e só o necessário; nas marcações, não prolongar a linha até o ponto marcado (preserva a carta). Borrachas macias.
  • Lupa — facilita ler símbolos, notas de precaução e tipos miúdos.
  • Esquadros e transferidores — um par de esquadros mede ou transporta direções, mas pode escorregar; por isso, preferir réguas paralelas ou plotadores.

7. Instrumentos para uso das cartas náuticas digitais

A carta náutica digital tem dois tipos (Cap. 2, item 2.6):

TipoNatureza
ENC (Electronic Navigational Chart)Vetorial — banco de dados padronizado (conteúdo, estrutura, formato) com todas as informações para navegação segura; pode trazer dados suplementares (rotas recomendadas).
RNC (Raster Navigational Chart)Raster (bitmap) — imagem digitalizada e georreferenciada de uma carta em papel; cada pixel tem uma posição geográfica.

(Há ainda a IENC, ENC específica para águas interiores.) O Sistema Eletrônico de Exibição de Cartas Náuticas integra um posicionamento eletrônico (GPS, GLONASS) às cartas digitais, exibindo a navegação em tempo real no monitor.

7.1 ECDIS × ECS

  • ECDIS (Electronic Chart Display and Information System) — integra a navegação com a ENC. Seu banco interno é o SENC (System Electronic Navigational Chart — Sistema Eletrônico de Cartas Náuticas), que guarda a ENC, atualizações e mais. Sem ENC para um trecho, pode usar RNC, operando então no modo RCDS (Raster Chart Display System). Cumpre as especificações da IMO/OMI conforme a Convenção SOLAS.
  • ECS (Electronic Chart System) — sistemas genéricos que não cumprem as especificações da IMO.
RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services) — define quatro classes de ECS: Classe A (back-up de ECDIS e auxílio em áreas marítimas: exibe cartas digitais + planejamento, monitoramento e gravação de viagem); Classe B (auxílio em áreas marítimas, sem todas as capacidades da A); Classe C (plotagem e monitoramento em águas interiores); Classe D (apenas plotagem de posição em águas interiores).
Não confundir ENC × RNC × ECDIS × ECS: ENC/RNC são os dados (vetorial × raster); ECDIS/ECS são os sistemas que os exibem — só o ECDIS cumpre a IMO/SOLAS. O ECDIS lendo RNC vira RCDS.

7.2 Sistema CISNE (MB) e normas

O sistema da MB é o CISNE (Centro de Integração de Sensores e Navegação Eletrônica), desenvolvido pelo IPqM com apoio da DGDNTM. Exibe cartas eletrônicas e tem mais de uma versão em navios da MB; sua classificação atual é ECS (ainda não tem os atributos de um ECDIS).

NAVEMARINST nº 10-15 — orienta os navios da MB com esses sistemas a: (a) usar apenas cartas digitais oficiais e atualizadas (DHN ou serviços estrangeiros, validadas e distribuídas por um RENC); (b) manter obrigatoriamente andaina de cartas em papel; (c) registrar ocorrências no modelo DHN-0622-4 (Folha N-2); (d) operar com pessoal qualificado e treinado.
Fig. 11-58
Fig. 11-58 Fig. 11-58 — Dois modelos: ECDIS (ECPINS) e CISNE

Vantagens e desvantagens do sistema eletrônico

Vantagens (frente à carta em papel)Desvantagens
Integra ENC com agulha, GPS e sensores (radar, ecobatímetro); plota a posição automaticamente; troca de ENC e escala automáticas; acesso digital a Roteiro, Lista de Faróis, Avisos aos Navegantes e mensagens AIS; cálculos automáticos (distância entre way-points, ETA, SOA, PMA); alarmes de tempo, posição e profundidade; sobreposição de imagem radar; registro/recuperação da derrota.Equipamentos sujeitos a falhas; tela menor que a carta em papel; sujeito a poluição de tela (clutter); favorece o excesso de confiança do operador.

8. Outros instrumentos de navegação

8.1 Binóculos e lunetas

Para ampliar a visão usam-se binóculos e lunetas (óculos de alcance). A designação tem dois números — por exemplo 7×50:

  • Primeiro número (7) = potência (poder de ampliação): quantas vezes o objeto é aumentado. O binóculo de bordo é quase sempre 7×50 (um farol a 3,5 milhas aparece como se estivesse a 0,5 milha). Potência alta (20×) reduz muito o campo e exige lentes grandes em tripé.
  • Segundo número (50) = diâmetro da objetiva em milímetros: objetivas maiores dão mais luz, porém pesam mais.
Fig. 11-59
Fig. 11-59 Fig. 11-59 — Binóculo 7×50
Fig. 11-60
Fig. 11-60 Fig. 11-60 — Luneta (óculo de alcance)
  • Campo de visão — o que se vê pelas lentes, em graus ou em metros a 1.000 m de distância (campo de 150 m = abertura de 150 m a 1.000 m). Regra: quanto maior o aumento, menor o campo.
  • Perda de luz — ~5% por superfície de vidro; com muitas lentes a perda é grande. Solução: revestimento (coating) das lentes, que aparece como película azul escura sob luz refletida.
  • Distância interpupilar — de 55 a 70 mm; ajusta-se dobrando o binóculo na articulação central até os dois campos virarem um só.
  • Focagemcentral (rodete entre os tubos; ocular direita ajustável) ou individual (cada ocular focada à parte, com escala dióptrica).

Binóculos modernos podem trazer agulha magnética (para marcações magnéticas, à prova d'água) e até visão noturna.

Fig. 11-61
Fig. 11-61 Fig. 11-61 — Binóculo 7×50 com bússola e telêmetro
Cuidados: passar as alças no pescoço; proteger de choques (mesmo pequenos desalinham as lentes); guardar em caixas fixadas às anteparas do Passadiço.

8.2 Instrumentos diversos

  • Cronógrafo — útil sobretudo à noite, para identificar as características de faróis e faroletes (cronometrar o ritmo da luz). Na falta dele, um bom relógio com contagem de segundos. (Não confundir com os cronômetros da Navegação Astronômica, Cap. 21, Vol. II.)
  • Calculadora eletrônica — de cálculos rotineiros a derrotas ortodrômicas e retas de posição. O programa Tamaya Navigator (NC-2000/2100/2200) reúne efemérides + cálculos de navegação astronômica, instalado em PDA distribuído pela DHN. Vantagem: portabilidade e rapidez, com menos erro humano. (PDAs caíram em desuso na década de 2010 ante smartphones e tablets.)
  • Lanterna — essencial na navegação noturna (ler sextante, peloro, anotar). Ideal com vidro vermelho (ou papel celofane encarnado) para preservar a visão noturna.
Fig. 11-62
Fig. 11-62 Fig. 11-62 — Cronógrafo digital
Fig. 11-63
Fig. 11-63 Fig. 11-63 — PDA com programa Tamaya Navigator

8.3 Aplicativos de navegação

Aplicativos para dispositivos móveis auxiliam a navegação sem internet, usando o GPS do aparelho para posição em tempo real: dão velocidade e rumo no fundo, distância e marcação; os avançados criam rotas em cartas e mostram trajetória e embarcações próximas (compatíveis com AIS).

Fig. 11-64
Fig. 11-64 Fig. 11-64 — Aplicativos de navegação em tablet
Posição oficial da MB: a Marinha do Brasil não reconhece esses aplicativos como método homologado para a navegação.