Arquitetura naval - Naval architecture
Arquitetura naval , ou engenharia naval , é uma disciplina de engenharia que incorpora elementos de engenharia mecânica, elétrica, eletrônica, software e segurança aplicada ao processo de projeto de engenharia , construção naval , manutenção e operação de embarcações e estruturas marítimas . A arquitetura naval envolve pesquisa básica e aplicada, projeto, desenvolvimento, avaliação de projeto (classificação) e cálculos durante todas as fases da vida de um veículo marítimo. Projeto preliminar da embarcação, seu projeto detalhado, construção , testes , operação e manutenção, lançamento e doca secasão as principais atividades envolvidas. Os cálculos de projeto de navio também são necessários para navios que estão sendo modificados (por meio de conversão, reconstrução, modernização ou reparo ). A arquitetura naval também envolve a formulação de regulamentos de segurança e regras de controle de avarias e a aprovação e certificação de projetos de navios para atender aos requisitos estatutários e não estatutários.
Principais assuntos
A palavra "embarcação" inclui todas as descrições de embarcações , incluindo embarcações sem deslocamento, embarcações WIG e hidroaviões , usados ou capazes de ser usados como meio de transporte aquático . Os principais elementos da arquitetura naval são:
Hidrostática
A hidrostática diz respeito às condições a que a embarcação é submetida enquanto em repouso na água e à sua capacidade de permanecer flutuando. Isso envolve o cálculo da flutuabilidade , deslocamento e outras propriedades hidrostáticas, como trim (a medida da inclinação longitudinal da embarcação) e estabilidade (a capacidade de uma embarcação de se restaurar para uma posição vertical após ser inclinada pelo vento, mar ou carregamento condições).
Hidrodinâmica
A hidrodinâmica diz respeito ao fluxo de água ao redor do casco , proa e popa do navio , e sobre corpos como pás de hélice ou leme , ou através de túneis de propulsão. Resistência - resistência ao movimento na água causada principalmente pelo fluxo de água ao redor do casco. O cálculo de alimentação é feito com base nisso. Propulsão - para mover a embarcação através da água usando hélices , propulsores, jatos d'água , velas , etc. Os tipos de motores são principalmente de combustão interna . Algumas embarcações são movidas eletricamente usando energia nuclear ou solar . Movimentos do navio - envolve os movimentos do navio no mar e suas respostas nas ondas e no vento. Controlabilidade (manobra) - envolve controlar e manter a posição e direção da embarcação.
Flotação e estabilidade
Enquanto sobre uma superfície líquida, um corpo flutuante tem 6 graus de liberdade em seus movimentos, eles são categorizados em rotação ou translação.
- A translação para frente e para trás é denominada oscilação.
- A tradução transversal é denominada balanço.
- A tradução vertical é chamada de elevação.
- A rotação em torno de um eixo transversal é denominada compensação ou inclinação.
- A rotação em torno de um eixo anterior e posterior é denominada calcanhar ou roll.
- A rotação em torno de um eixo vertical é denominada guinada.
Estabilidade longitudinal para inclinações longitudinais, a estabilidade depende da distância entre o centro de gravidade e o metacentro longitudinal. Em outras palavras, a base na qual o navio mantém seu centro de gravidade é sua distância igualmente separada da seção de popa e de vante do navio.
Enquanto um corpo flutua em uma superfície líquida, ele ainda encontra a força da gravidade empurrando-o para baixo. Para se manter à tona e evitar afundar, há uma força oposta atuando contra o corpo, conhecida como pressões hidrostáticas. As forças que atuam sobre o corpo devem ser da mesma magnitude e mesma linha de movimento para manter o corpo em equilíbrio. Esta descrição de equilíbrio está presente apenas quando um corpo flutuando livremente está em águas paradas, quando outras condições estão presentes, a magnitude da qual essas forças mudam drasticamente, criando o movimento oscilante do corpo.
A força de empuxo é igual ao peso do corpo, ou seja, a massa do corpo é igual à massa da água deslocada pelo corpo. Isso adiciona uma força para cima ao corpo pela quantidade de área da superfície vezes a área deslocada, a fim de criar um equilíbrio entre a superfície do corpo e a superfície da água.
A estabilidade de um navio na maioria das condições é capaz de superar qualquer forma ou restrição ou resistência encontrada em mares agitados; entretanto, os navios têm características de rolagem indesejáveis quando o equilíbrio das oscilações no balanço é duas vezes maior do que nas oscilações no levantamento, fazendo com que o navio vire.
Estruturas
As estruturas envolvem a seleção do material de construção, a análise estrutural da resistência global e local da embarcação, a vibração dos componentes estruturais e as respostas estruturais da embarcação durante os movimentos no mar . Dependendo do tipo de navio, a estrutura e o projeto variam em que material usar, bem como em quanto. Alguns navios são feitos de plástico reforçado com vidro, mas a grande maioria é de aço com possivelmente algum alumínio na superestrutura. A estrutura completa do navio é projetada com painéis em forma retangular constituída por chapas de aço apoiadas em quatro bordas. Combinados em uma grande área de superfície, os Grillages criam o casco do navio , convés e anteparas, enquanto ainda fornecem suporte mútuo das estruturas. Embora a estrutura do navio seja robusta o suficiente para se manter unida, a principal força que ele precisa superar é a flexão longitudinal, criando uma tensão contra o casco, sua estrutura deve ser projetada de modo que o material seja disposto o mais para frente e para trás possível. Os principais elementos longitudinais são o convés, o forro externo, o fundo interno, todos na forma de grades e alongamento longitudinal adicional. As dimensões do navio são para criar espaçamento suficiente entre os reforços para evitar a flambagem. Os navios de guerra usaram um sistema de reforço longitudinal que muitos navios comerciais modernos adotaram. Este sistema foi amplamente utilizado nos primeiros navios mercantes, como o SS Great Eastern , mas posteriormente mudou para uma estrutura de moldura transversal, outro conceito no projeto do casco do navio que se mostrou mais prático. Este sistema foi posteriormente implementado em embarcações modernas, como petroleiros, devido à sua popularidade e foi então denominado sistema Isherwood. O arranjo do sistema Isherwood consiste em plataformas de enrijecimento tanto laterais quanto inferiores por membros longitudinais, eles são separados o suficiente para que tenham a mesma distância entre eles que as armações e vigas. Este sistema funciona espaçando os membros transversais que suportam a longitudinal em cerca de 3 ou 4 metros, com o amplo espaçamento que isso causa a resistência transversal necessária ao deslocar a quantidade de força que as anteparas fornecem.
Arranjos
Os arranjos envolvem projeto de conceito , layout e acesso, proteção contra incêndio , alocação de espaços, ergonomia e capacidade .
Construção
A construção depende do material usado. Quando aço ou alumínio é usado, isso envolve a soldagem das placas e perfis após laminação , marcação, corte e dobra de acordo com os desenhos de projeto estrutural ou modelos, seguido pela montagem e lançamento . Outras técnicas de união são usadas para outros materiais, como plástico reforçado com fibra e plástico reforçado com vidro . O processo de construção é pensado com cautela, considerando todos os fatores como segurança, resistência da estrutura, hidrodinâmica e disposição do navio. Cada fator considerado apresenta uma nova opção para os materiais a serem considerados, bem como a orientação do navio. Quando a resistência da estrutura é considerada, os atos de colisão do navio são considerados na forma como a estrutura do navio é alterada. Portanto, as propriedades dos materiais são consideradas cuidadosamente, já que o material aplicado no navio atingido tem propriedades elásticas, a energia absorvida pelo navio sendo atingido é então desviada na direção oposta, de modo que ambos os navios passam pelo processo de rebote para evitar maiores danos.
Ciência e artesanato
Tradicionalmente, a arquitetura naval é mais artesanal do que científica. A adequação do formato de uma embarcação foi avaliada observando-se um meio-modelo de uma embarcação ou protótipo. Formas deselegantes ou transições abruptas eram desaprovadas como falhas. Isso incluía aparelhamento, arranjos de convés e até mesmo acessórios. Descritores subjetivos como ungainly , full e fine foram usados como um substituto para os termos mais precisos usados hoje. Um navio era, e ainda é descrito como tendo uma forma "justa". O termo 'justo' pretende denotar não apenas uma transição suave da proa para a ré, mas também uma forma que era 'correta'. Determinar o que é "certo" em uma situação particular, na ausência de uma análise de apoio definitiva, abrange a arte da arquitetura naval até hoje.
Computadores digitais modernos de baixo custo e software dedicado , combinados com extensa pesquisa para correlacionar em escala real, tanques de reboque e dados computacionais, permitiram aos arquitetos navais prever com mais precisão o desempenho de um veículo marítimo. Essas ferramentas são usadas para estabilidade estática (intacta e danificada), estabilidade dinâmica, resistência, acionamento, desenvolvimento do casco, análise estrutural , modelagem de água verde e análise de impacto. Os dados são regularmente compartilhados em conferências internacionais patrocinadas pelo RINA , Sociedade de Arquitetos e Engenheiros Marinhos (SNAME) e outros. A Dinâmica dos Fluidos Computacional está sendo aplicada para prever a resposta de um corpo flutuante em um mar aleatório.
Devido à complexidade associada à operação em um ambiente marinho, a arquitetura naval é um esforço cooperativo entre grupos de indivíduos tecnicamente qualificados que são especialistas em campos específicos, muitas vezes coordenados por um arquiteto naval líder. Essa complexidade inerente também significa que as ferramentas analíticas disponíveis são muito menos evoluídas do que aquelas para projetar aeronaves, carros e até espaçonaves. Isso se deve principalmente à escassez de dados sobre o ambiente em que o veículo marinho deve trabalhar e à complexidade da interação das ondas e do vento em uma estrutura marinha.
Um arquiteto naval é um engenheiro responsável pelo projeto, classificação, levantamento, construção e / ou reparo de navios, barcos, outras embarcações marítimas e estruturas offshore, tanto comerciais quanto militares, incluindo:
- Navios mercantes - petroleiros , petroleiros , navios de carga , graneleiros , navios porta- contêineres
- Balsas de passageiros / veículos , navios de cruzeiro
- Navios de guerra - fragatas , destróieres , porta-aviões , navios anfíbios
- Submarinos e veículos subaquáticos
- Quebra-gelos
- Embarcação de alta velocidade - hovercraft , navios de casco múltiplo , embarcação de hidrofólio
- Workboats - barcaças , barcos de pesca , embarcações de abastecimento de rebocadores de manuseio de âncoras , embarcações de abastecimento de plataformas , barcos de rebocador , embarcações de piloto, embarcações de resgate
- Iates , barcos a motor e outras embarcações recreativas
- Plataformas offshore e desenvolvimentos submarinos
Algumas dessas embarcações estão entre as maiores (como superpetroleiros ), mais complexas (como porta-aviões ) e estruturas móveis altamente valiosas produzidas pela humanidade. Eles são normalmente o método mais eficiente de transporte de matérias-primas e produtos do mundo. A engenharia moderna nesta escala é essencialmente uma atividade de equipe conduzida por especialistas em seus respectivos campos e disciplinas. Os arquitetos navais integram essas atividades. Esse exigente papel de liderança requer qualidades gerenciais e a capacidade de reunir as demandas frequentemente conflitantes das várias restrições de design para produzir um produto adequado para o propósito.
Além dessa função de liderança, um arquiteto naval também tem uma função de especialista em garantir que um projeto seguro, econômico, ambientalmente correto e em condições de navegar seja produzido. Para realizar todas essas tarefas, um arquiteto naval deve ter um conhecimento de muitos ramos da engenharia e deve estar na vanguarda das áreas de alta tecnologia. Ele ou ela deve ser capaz de utilizar com eficácia os serviços prestados por cientistas, advogados, contadores e empresários de vários tipos.
Os arquitetos navais normalmente trabalham para estaleiros , armadores, firmas de design e consultorias, fabricantes de equipamentos, sociedades de classificação , órgãos reguladores ( lei do Almirantado ), marinhas e governos.
Veja também
- Construção Naval - Construção de Navios e Embarcações Flutuantes
- Casco (embarcação) - Corpo flutuante estanque de um navio ou barco
- Sociedade de classificação
- Organização Marítima Internacional - Agência especializada das Nações Unidas
- Royal Institution of Naval Architects - organização internacional que representa os arquitetos navais
- Sociedade de arquitetos e engenheiros navais - Sociedade profissional global
- Arquitetura marinha
- Construção offshore - Instalação de estruturas e instalações em um ambiente marinho
- Engenharia Marinha - Engenharia de barcos, navios, plataformas de petróleo ou outra embarcação ou estrutura marítima
- Engenharia hidráulica - Subdisciplina da engenharia civil relacionada ao fluxo e transporte de fluidos
- Oficial de máquinas - Marinheiro licenciado responsável por instalações de propulsão e sistemas de apoio
- Lista de faculdades marítimas
- Antepara (partição) - Partição em um navio
- Enquadramento longitudinal - Tipo de estrutura do casco do navio
- Estabilidade do navio - resposta do navio a perturbações em uma condição vertical
- Movimentos do navio - termos ligados aos 6 graus de liberdade de movimento
- Propulsão marítima - Sistemas para geração de empuxo para navios e barcos na água
- Navio naval - navio militar usado por uma marinha
Referências
Leitura adicional
- Ferreiro, Larrie D. (2007). Navios e ciência: o nascimento da arquitetura naval na revolução científica, 1600–1800 . MIT Press. ISBN 978-0-262-06259-6.
- Paasch, H. Dicionário de termos navais, da quilha ao caminhão . Londres: G. Philip & Son, 1908.