Estudo das amarrações entre barcaças de comboio

24º Congresso Nacional de Transporte Aquaviário,
Construção Naval e Offshore
Rio de Janeiro, 15 a 19 de Outubro de 2012
Estudo das amarrações entre barcaças de comboio de minério de ferro
na Baia de Marajó
Celso Massahiro Nagado
Sergio Lukine
Evandro Tozzi Mendonça
Faculdade de Tecnologia de Jahu - CEETEPS
Resumo:
O objetivo do estudo é verificar a forma mais adequada de realizar as amarrações entre barcaças é
avaliar as condições de navegação de um comboio fluvial, composto de nove barcaças para
transporte de minério na Baía de Marajó, no estado do Pará. As barcaças foram amarradas com
cabos de aço de 7/8 pol, percorrendo o trecho entre o Porto da Lubrific em Belém-PA até o
alinhamento do Farol Simão Grande / Farol Ponta de Taipu, retornando ao ponto de origem. Para
medir os esforços nos cabos foram utilizadas Células de carga KRATOS para 100 t. A amarração
feita apenas com cabos de aço foi inadequada para operação em ondas de altura significativa, uma
vez que o movimento vertical entre as barcaças enfraquece e danifica os cabos e cabeços. Os
esforços decorrentes do movimento vertical se somam aos decorrentes das manobras, tornando as
tensões superiores à resistência dos cabos, manilhas e cabeços. Após a avaliação dos resultados
das medições verificou-se que os esforços sobre os cabos de amarração são diretamente
proporcionais à altura de onda e velocidade do comboio, movimentos verticais entre as barcaças, as
manobras de giro do comboio, principalmente quando existe inversão de giro (Zig-Zag). Foi adotado
um novo sistema de amarração (mais flexível, com cabos de polipropileno tracionados por cabos de
aço) que possibilitou um melhor comportamento operacional do comboio.
1 – Introdução
O objetivo do estudo é verificar a forma
mais adequada de realizar as amarrações
entre barcaças e avaliar as condições de
navegação de um comboio fluvial, composto
de nove barcaças para transporte de minério
na Baía de Marajó, no estado do Pará.
A primeira viagem foi realizada com o
comboio vazio, e as barcaças foram
amarradas com cabos de aço de 7/8 de
polegadas, percorrendo o trecho entre o Porto
da Lubrific em Belém-PA até o alinhamento do
Farol Simão Grande / Farol Ponta de Taipu
(Limite da Área 2 – Águas Interiores),
retornando ao ponto de origem.
Para o estudo e avaliação foi utilizado um
empurrador de 28 metros de comprimento
com um sistema de propulsão composto de 2
motores Wartsila NSD FINLAND OU – 8L20C,
com 1932,8 HP cada motor, sistema de
transmissão ULSTEIN AQUAMASTER US205
FP – Azimutal e hélices de 2500 mm de
diâmetro. Foi utilizada chata do tipo integrada
(acoplada ao empurrador através de dois
cilindros
de
aço
com
deslocamento
pneumático) com 80 metros de comprimento
total e 16 metros de boca moldada; barcaças
do tipo “Racked” (não integrada) de 80 metros
de comprimento total e 16 metros de boca
moldada; barcaças do tipo “Box” (caixa) de 80
metros de comprimento total e 16 metros de
boca moldada.
Para medir os esforços nos cabos foram
utilizadas Células de carga KRATOS para 100
t, e as leituras foram realizadas nas seguintes
situações: atracado ao cais da LUBRIFIC,
desatracando do cais em Guará (LUBRIFIC),
singrando com leme a "zero", parada brusca,
Zig-Zag (1ª pernada) leme 10 graus a
bombordo e segunda pernada do Zig-Zag,
leme 10 graus a boreste.
1
A amarração feita apenas com cabos de
aço foi inadequada para operação em ondas
de altura significativa (maiores que 20 cm),
uma vez que o movimento vertical entre as
barcaças enfraquece e danifica os cabos,
cabeços, além de contribuir significativamente
com os esforços sobre os mesmos. Os
esforços decorrentes do movimento vertical se
somam aos decorrentes das manobras,
tornando as tensões superiores à resistência
dos cabos, manilhas e cabeços.
Após a avaliação dos resultados das
medições verificou-se que os esforços sobre
os cabos de amarração são diretamente
proporcionais à altura de onda e velocidade
do comboio, movimentos verticais entre as
barcaças, as manobras de giro do comboio,
principalmente quando existe inversão de giro
(Zig-Zag).
Foi adotado um novo sistema de
amarração (mais flexível, com cabos de
polipropileno tracionados por cabos de aço),
possibilitou um melhor comportamento
operacional do comboio, tanto durante os
testes realizados quanto ao enfrentar ondas
no limite da Área 2 (Alinhamento do Farol do
Simão Grande / Farol de Taipu).
2 - Características e formação do comboio
2.1 – Empurrador
Para o estudo e avaliação foi utilizado um
empurrador com as características descritas
na Tabela 1, Tabela 2 e Tabela 3.
Tabela 1 – Características do Empurrador
Comprimento Total
28,00 m
Boca Moldada
8,90 m
Pontal
4,50 m
Calado de Projeto
4,26 m
Deslocamento Leve
221,4 t
Deslocamento Carregado
477,7 t
Porte Bruto
256,3 t
Arqueação Bruta
261
Arqueação Líquida
78
Sociedade Classificadora
ABS
Tabela 2 - Motores de Propulsão do
Empurrador
WARTSILA NSD
Marca / Tipo
FINLAND OU – 8L20C
Número de
8 cilindros em linha
Cilindros
Potência Máxima
1440 Kw (1932,8 hp)
Contínua (PMC)
Rotação (PMC)
1.000 rpm
Quantidade de
2
propulsores
Tabela 3 - Sistemas de Governo / Redutor do
Empurrador
ULSTEIN
Marca / Tipo
AQUAMASTER US205
FP / AZIMUTAL
Diâmetro do
2.500 mm
Hélice
Número de Pás
4
Relação de
3,55 : 1
Redução
2.2 – Barcaças
As barcaças utilizadas para o estudo foram
do tipo Integrado, acoplada ao empurrador,
“Racked” (não integrada) e do tipo “Box”
(caixa) descritas na Tabela 4, 5 e 6.
Tabela 4 - Chata tipo integrada (Acoplada ao
empurrador através de dois cilindros de aço com
deslocamento pneumático)
Comprimento Total
80,00 m
Boca Moldada
16,00 m
Pontal
6,50 m
Calado de Projeto
5,14 m
Deslocamento Leve
824,69 t
Deslocamento Carregado
6258,95 t
(Área 2)
Porte Bruto
5434,25 t
Arqueação Bruta
2466
Arqueação Líquida
1055
Sociedade Classificadora
ABS
Tabela 5 – Chata tipo “Racked” (não integrada)
Comprimento Total
80,00 m
Boca Moldada
16,00 m
Pontal
6,50 m
Calado de Projeto
5,14 m
Deslocamento Leve
680,03 t
Deslocamento Carregado
6301,20 t
Porte Bruto
5621,17 t
Arqueação Bruta
2484
Arqueação Líquida
1104
Sociedade Classificadora
ABS
Tabela 6 – Chata do tipo “Box” (caixa)
Comprimento Total
80,00 m
Boca Moldada
16,00 m
Pontal
6,50 m
Calado de Projeto
5,20 m
Deslocamento Leve
770 t
Deslocamento Carregado
6650 t
Porte Bruto
5880 t
Arqueação Bruta
2616
Arqueação Líquida
1207
Sociedade Classificadora
ABS
2
2.3 - Disposições do Comboio
Figura 3: Visão de popa do comboio a plena
carga.
A Figura 1 mostra a disposição das 9
barcaças e do Empurrador compondo o
comboio.
Na condição de meia carga, com TPB de
25.200 t, o empurrador estava com calado
máximo de 4,26 m e as barcaças com 3,0 m,
na condição de carga máxima, com TPB de
50.617,50 t, o empurrador estava com calado
máximo de 4,26 m e as barcaças com 5,00 m.
As figuras 2, 3 e 4 são imagens do
empurrador e das barcaças utilizadas.
Figura 4: Visão do passadiço do comboio a
plena carga.
3 – Montagens do Comboio
3.1 – Acoplamentos entre o empurrador e a
chata integrada
Figura 1 – Composição do Comboio com 9
barcaças e um Empurrador.
Figura 2: Aspecto geral do comboio de 9
barcaças de minério vazia.
O acoplamento entre o empurrador e a
chata integrada é realizado através de pinos
de acoplamento, acionada por meio de um
sistema pneumático, conforme figuras 5, 6 e 7.
Figura 5 – Esquema do acoplamento (fonte:
Intercon)
Figura 6 – Esquema do acoplamento (fonte:
Intercon)
3
4 – Equipamentos de Medição Utilizados
4.1 – Acelerômetro
A figura 10 mostra o acelerômetro utilizado
para medir os movimentos das barcaças
durante o teste deste estudo.
Figura 7 – Esquema de acionamento (Fonte:
Intercom)
3.2 – Amarrações das barcaças
Foram utilizados cabos de aço de 7/8 de
polegadas para amarrar as barcaças,
conforme as figuras 8 e 9.
Figura 10: Acelerômetro posicionado no
convés da barcaça nº 06
4.2 – Células de Carga
As figuras 11 e 12 mostram as células de
carga utilizadas para medir os esforços nos
cabos de amarração das barcaças.
Figura 8 – Amarração entre duas barcaças.
Figura 11: Cédula de Carga – posicionada no
convés da Barcaça nº 06.
Figura 9 – Detalhe da amarração entre duas
barcaças.
Figura 12 – Célula de Carga instalada nos
cabeços de bombordo entre as barcaças nº 06
e 16.
4
5 – Operações realizadas com o comboio
Parada brusca – o comboio percorrendo
uma trajetória retilínea, com a velocidade
máxima, foi submetido a uma parada de
emergência: os dois azimutais foram
invertidos até que houvesse a parada do
comboio.
Zig-Zag – Com o comboio em trajetória
retilínea, foram acionados os azimutais de
modo a estabelecer guinadas para boreste e,
depois bombordo. O ângulo escolhido foi de
10º para ambos os bordos. O ângulo foi
mantido constante por um determinado
período de tempo de modo a ocorrer à
mudança do rumo e obter-se a velocidade
angular.
As Tabelas 2 a 9 mostram as leituras dos
esforços nos cabos que uniam as barcaças nº
6 e 16, nas diversas condições de navegação.
As manobras de zig-zag e parada brusca
foram realizadas nas diversas variações da
velocidade do vento e altura de ondas.
Tabela 2 – Condição inicial, ainda atracado.
Manobra: Atracado ao cais da LUBRIFIC "Zero" do cabo
Vento: 5 nós
Altura da Onda: 0,1 m
Observações: Medições realizadas antes da
desatracação, para aferir o pré-tensionamento
do cabo
Leituras (t):
3,22
2,24
1,68
3,77
2,11
3,09
3,25
1,90
2,54
3,17
1,73
2,09
3,36
2,74
3,82
3,17
2,12
4,01
3,33
3,00
3,86
6 – Resultados obtidos
Média (t): 2,87
A tabela 1 apresenta o desempenho do
sistema de propulsão nas condições de
operação do comboio. A rotação máxima dos
MCP`s do empurrador é de 1000 rpm com
uma redução de transmissão para os hélices
de
3,55:1.
As
medições
ocorreram
observando as condições de vento e a
influência das marés no desempenho do
sistema de propulsão do empurrador. Os
dados foram utilizados como base para a
realização das medições dos esforços nos
cabos de amarração.
Tabela 3 – Desatracando.
Manobra: Desatracando do cais em Guará
(LUBRIFIC)
Vento: 5 nós
Altura da Onda: 0,1 m
Observações: Manobra de desatracação e giro
Tabela 1 – Dados obtidos com o comboio
operando na condição de exigência máxima
do sistema de propulsão.
Veloc.
Pico Máximo (t): 4,01
do comboio para iniciar viagem rio abaixo
Leituras (t):
4,32
5,98
6,13
4,78
4,29
6,27
5,53
4,60
1,80
Média (t): 5,99
5,93
4,78
8,26
5,96
6,02
5,74
6,22
8,15
7,56
Pico Máximo (t): 8,30
Tabela 4 – Condição de leme a zero e maré
vazando.
Manobra: Singrando com leme a "zero"
Vento: 20 nós
Altura da Onda: 1 m
Observações: Rumo 58 graus, velocidade
sobre o solo de 8,8 nós (Maré vazando) - Após
reaperto dos cabos
Leituras (t):
Prof.
Vento
Nós
(m)
Veloc.
(nós)/
Direçã
o relat.
247
5,6
22,8
12/45º
962
271
6,8
23,0
12/45º
100
962
271
7,2
24,9
12/40º
09:47
50
802
226
6,8
25,1
12/40º
10:08
70
877
247
7,2
24,7
11/45º
10:28
50
795
224
7,9
23,0
11/45º
10:43
70
877
247
8,4
21,8
11/40º
8,5 nós até velocidade zero sobre o solo
11:00
90
916
258
9,0
17,4
12/00º
Leituras (t):
11:15
100
962
271
9,6
14,2
12/00º
9,83
15,48
11:32
90
916
258
9,2
11,6
--
11:47
100
962
271
10,0
9,5
--
14:36
50
795
224
6,1
8,2
--
RPM
dos
Prop.
877
100
09:17
Hora
/ Min.
Pot
%
RPM
dos
MCP’s
08:00
70
08:50
6,88
8,22
8,30
14,05
17,37
9,50
7,14
15,31
10,57
1,73
5,27
5,50
Média (t): 9,61
4,29
10,48
11,50
9,90
2,53
10,0
8,87
6,02
6,70
11,85
18,08
15,05
Pico Máximo (t): 18,08
Tabela 5 – Condição de parada brusca.
Manobra: Parada brusca
Vento: 25 nós
Altura da Onda: 1 m
Observações: Manobra de parada brusca, de
2,15
0,92
1,17
4,20
Média (t): 9,61
12,27
1,34
3,17
11,07
3,72
1,81
10,09
2,81
Pico Máximo (t): 18,08
5
Tabela 6 – Condição de leme a zero e maré
virando.
Manobra: Singrando com leme a "zero"
Vento: 25 nós
Altura da Onda: 1 m
Observações: Rumo 40 graus, velocidade do
comboio sobre o solo de 6,3 nós (Maré virando)
Leituras (t):
6,12
10,81
0,72
7,92
5,30
9,02
Média (t): 6,26
8,11
16,30
2,43
1,19
0,73
6,28
7,65
5,10
Pico Máximo (t): 16,30
Tabela 7 – Condição de leme a zero e maré
contra o comboio.
Manobra: Singrando com leme a "zero"
Vento: 25 nós
Altura da Onda: 1 m
Observações: Rumo 40 graus, velocidade do
comboio sobre o solo de 5 nós (Maré contra o
comboio)
Leituras (t):
0,91
1,88
3,27
3,39
0,59
2,00
Média (t): 3,50
3,97
7,43
2,30
10,62
2,64
3,76
1,22
0,64
7 – Alterações no sistema de amarração
das barcaças
Um novo sistema de amarração foi testado.
Foi
utilizado
cabos
de
polipropileno
tracionados por cabos de aço, mais flexível,
que possibilitou um melhor comportamento
operacional do comboio, tanto durante os
testes realizados quanto ao enfrentar ondas no
limite da Área 2 (Alinhamento do Farol do
Simão Grande / Farol de Taipu), de acordo
com as figuras 13 a 16.
4,63
1,57
Pico Máximo (t): 10,62
Tabela 8 – Condição zig-zag, leme 10 graus a
bombordo.
Manobra: Zig-Zag (1ª pernada) leme 10 graus a
bombordo
Vento: 30 nós
Altura da Onda: 1 m
Observações: Primeira pernada do zig-zag, com
leme a bombordo até comboio mudar rumo
verdadeiro em 15 graus
Leituras (t):
2,21
0,56
próprias barcaças também foram danificados
pelo mesmo motivo.
4,83
1,95
Média (t): 2,68
0,35
0,80
4,34
2,47
1,49
1,12
Figura 13 - cabos de polipropileno tracionados
por cabos de aço.
14,50
1,05
Pico Máximo (t): 14,50
Tabela 9 – Condição zig-zag, leme 10 graus a
boreste.
Manobra: Segunda pernada do Zig-Zag, leme 10
graus a boreste
Vento: 30 nós
Altura da Onda: 1 m
Observações: Assim que o leme a boreste foi
aplicado, as leituras subiram até o cabo romper*
com 50 t de tração
Leituras (t):
21,62
35,30
50,00
Média (t): 35,64
Figura 14 – Amarração sendo realizada com
cabos de polipropileno.
Cabo de amarração rompido
Pico Máximo (t):
50,00
Pelo menos sete cabos de amarração
romperam durante a manobra de zig-zag, e
vários outros foram danificados pela manobra
em conjunto com o movimento vertical das
barcaças devido às ondas; cabeços e as
Figura 15: Amarração do comboio utilizando
cabos de polipropileno (cor amarela) de 4
polegadas.
6
MIGUENS, A. P. CMG – Navegação: A
Ciência e a Arte – Diretoria de Hidrovia e
Navegação – DHN – Rio de Janeiro, 1996.
PADOVEZI, C. D. Conceito de Embarcações
Adaptadas à Via Aplicado à Navegação Fluvial
no Brasil – Tese de Doutorado, USP-SP, São
Paulo, 2003.
RIVA J. C. T. Considerações Técnicas e
Operacionais sobre a potencia propulsiva e
condições de Governo e Manobra de
Comboios Fluviais, São Paulo, 2000.
PADOVEZI, C. D. Potência Mínima para
Garantia de Segurança de Operação de
Comboios Fluviais, IPT, 19ª SOBENA, 2002.
Figura 16:
barcaças.
Detalhes
da
amarração das
8 - Conclusões
Como os esforços sobre os cabos de
amarração são diretamente proporcionais à
altura de ondas e a velocidade do comboio,
próximo a limite da área 2 (Águas Interiores),
onde há uma incidência de ondas de
dimensões significativa (maiores do que 20
cm) e grande influência das marés sobre a
velocidade do comboio, a amarração das
barcaças somente com cabos de aço não é
adequada. Para que os cabos de aço
suportem os esforços seria necessário
aumentar significativamente o seu diâmetro,
consequentemente o seu peso, dificultando
muito o seu manuseio, além de ser necessário
o reforço das manilhas e cabeços de amarras.
Os novos sistemas de amarras utilizando
cabos de polipropileno se mostraram
eficientes,
absorvendo
os
esforços
provocados pelos movimentos das barcaças
próximos a limite da área 2 e durante as
manobras de giro do comboio e parada
brusca. Mesmo tornando o comboio menos
rígido, o novo sistema de amarração não
alterou significativamente a manobrabilidade
do comboio.
Este estudo demonstra que grandes
comboios, tipicamente fluviais, podem operar
normalmente até o limite da área 2, com
segurança.
9 – Referências Bibliográficas
FONSECA, M. M. CMG – Arte Naval –
Serviço de Documentação da Marinha – Rio
de Janeiro, 2005.
PADOVEZI, C. D. Comboios Fluviais
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de Transporte Hidroviário Interior, Corumbá –
MT, 2003.
MARINHA DO BRASIL, Comando Naval da
Amazônia Ocidental, Normas e Procedimentos
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NPCF, 2004.
MARINHA DO BRASIL, Diretoria de Portos e
Costas, Normas da Autoridade Marítima para
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MARINHA
DO
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Normas
e
Procedimentos da Capitania dos Portos da
Amazônia Oriental, 2010.
DHN – Diretoria de Hidrografia e Navegação Roteiro Costa Norte – 11ª edição – 1993.
DHN – Diretoria de Hidrografia e Navegação –
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DHN - Diretoria de Hidrografia e Navegação –
Cartas Piloto, 2010.
DHN - Diretoria de Hidrografia e Navegação –
Carta de Correntes de Maré do Porto de
Belém a Salinópolis, 2010.
MOREIRA, M. B. de A. - Análise da Estrutura
na Região da Cremalheira do Acoplamento do
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(Barcaça) – Relatório de Projeto Final - UFRG
Site www.intercon.com acessado em 20 de
julho de 2012.
7