Uma coisa que muitas vezes chama a atenção de um homem comum em relação à maioria dos navios, é a projeção do bulbo como projeção na extremidade dianteira do navio, muitas vezes abaixo da linha d’água. Não há dúvida de que em algum momento de sua vida, você se questionou a respeito da razão por trás da presença desta estrutura. Bem, como geralmente se assemelha à forma do bulbo, e sempre colocado na proa do navio, é conhecido como uma Proa Bulbosa.
Vejamos o passado, daqui a cerca de cem anos. Lembra-se do Titanic? Você deve ter observado que não tinha uma proa bulbosa. Mas tente ver os arcos dos modernos navios de cruzeiro, navios porta-contentores, navios LNG, navios de pesquisa, etc. Todos eles são caracterizados com uma proa bulbosa. Não só os navios monohull, hoje em dia, quase até os catamarãs estão equipados com arcos bulbosos em vez de arcos rectos. Porque?
Padrão de despertar gerado por um pequeno barco. Fotografia: Edmont/ wikipedia (Fig.1)
Quando um navio sobe, ele gera suas próprias ondas Kelvin (as que você vê ao redor de um navio quando ele navega em mar aberto) como mostrado na Figura 1.
Agora visualizá-lo desta forma – as ondas são basicamente formas de energia viajantes em meio aquático. De onde veio esta energia? Em outras palavras, quem energizou as partículas de água para formar estas ondas?
É a massa em movimento do navio que faz este trabalho. Note a palavra “em movimento”. O movimento da nave é alimentado pelo seu sistema de propulsão. Uma parte da energia fornecida pelo motor vai para a rotação da hélice e, por sua vez, uma fração desse impulso gerado pela hélice vem a calhar na propulsão real da nave. Para onde vai o resto da energia? Lembra-se que as partículas de água foram energizadas para transmitir ondas? Essa é a sua resposta. Isto também é chamado de Resistência a Ondas de uma nave.
Agora, porque é que estamos a discutir isto, e o que é que isto tem a ver com uma proa bulbosa? Leia em.
Onda de arco (Cortesia: Titanic Motion Picture) Figura 2
Considerar um navio com uma proa reta (por exemplo, Titanic). À medida que o navio sobe à proa, as partículas de água deslocam-se em direcção à popa ao longo de todo o comprimento do navio. Mas e aquela partícula de água que ocorre mesmo na linha de centro do tronco? Sua velocidade instantânea é zero, o que em termos científicos é conhecido como Ponto de Estagnação. Se você se lembrar da Equação de Bernoulli, a pressão em um ponto de estagnação será maior. Portanto, a pressão das partículas de água na proa é maior, dando assim origem à crista de uma onda. Esta onda é chamada de onda da proa, uma vez que é gerada devido ao movimento da proa através da água, como mostrado na Figura 2. Assim, com uma proa reta, há sempre uma onda continuamente formada, com a sua crista na proa. Assim, é evidente, que estamos desperdiçando uma parte da potência do motor na geração desta onda. E se este efeito da produção de ondas puder ser reduzido? Se sim, então como?
Se introduzirmos outra descontinuidade (qualquer estrutura no navio abaixo da linha de água que perturbe o fluxo laminar é considerada como uma descontinuidade) abaixo da linha de água na proa, em frente ao tronco do navio, a descontinuidade por si só dará origem a outra onda no seu ponto mais alto. Como o tronco ainda está na linha de água, ele irá gerar ondas normais na proa. E se conseguirmos desenhar a forma e posição da descontinuidade de tal forma que a onda da proa e a onda criada pela descontinuidade resulte numa interferência destrutiva? (Consulte a Figura 3) Bem, esse é praticamente o princípio por detrás do desenho de uma proa bulbosa. A interferência destrutiva resulta na redução da formação da onda do navio, e que reduz ainda mais o arrasto da forma do casco.
Fig 3. Onda de proa e onda gerada pelo bulbo, ambos fora de fase
Nos estágios preliminares de desenvolvimento do bulbo, a principal missão do projeto foi reduzir o arrasto da forma de onda. Mas à medida que avançávamos, não podíamos parar de nos aprofundar em aspectos mais interessantes como discutido abaixo:
A criação de ondas é uma característica significativa das formas de casco mais finas. É por isso que, você nota proeminentes formas de onda Kelvin em navios de cruzeiro, transatlânticos, iates, e cruzadores navais. Se você notar um navio graneleiro ou um petroleiro (fuller hullforms), é evidente que estes hullforms não mostram padrões proeminentes de ondas Kelvin. Porquê? Porque a largura da linha de água no próprio casco é tão grande (ou seja, a descontinuidade no fluxo é maior) que a pressão sobe a um nível tal que a altura da onda de proa excede o limiar até ao qual uma onda mantém as suas propriedades. Neste caso, a onda quebra-se na própria proa mesmo antes de viajar ao longo do comprimento do navio.
Então, as tempestades de casco mais cheias são mais eficientes em termos energéticos neste aspecto? Não. Os cascos mais cheios têm alta resistência à formação de ondas? Não. Os cascos dos navios mais cheios têm alta resistência à quebra das ondas? Sim. Com esta aplicação, os bulbos também foram introduzidos em bulbos e petroleiros para reduzir sua resistência à quebra das ondas.
Os diferentes tipos de bulbos de acordo com suas formas, posições e orientações são como mostrado abaixo :
Para na proa. ( Fotografia de Danny Cornelissen das fotos a bombordo.nl / Wikipedia)
Arco de Remo (Créditos das imagens : S*anner 06n2ey / wikipedia)
Arco de Remo com o carneiro muito abaixo da linha de água (Fotografia de Hammelmann Oelde / Wikipedia)
Arco de Remo perto da linha de água ( Créditos das imagens: Jens Mayer de Mannheim, Alemanha/ wikipedia)
Bulbo com um nó ( Créditos das imagens :MKFI/Military of Finland / Wikipedia)
A posição do bulbo afecta significativamente a diferença de fase entre a onda de proa e a onda do bulbo. O volume do bulbo é um fator decisivo da amplitude da onda resultante.
Outra vantagem do bulbo é que ele reduz os efeitos dinâmicos do movimento de inclinação de um navio. Na maioria dos navios, o interior do bulbo é utilizado como tanque de lastro de pico de proa. Em caso de alto balanço, o tanque de vante é muitas vezes lastrado para reduzir o efeito do balanço.
Como? Bem, o período de tempo de inclinação é diretamente proporcional à distância longitudinal dos pesos do LCG do navio. Quando o fore-peak é lastrado, aumenta o peso a uma distância maior do LCG do navio (que na maioria dos casos ideais está a ré do meio do navio). Em outras palavras, o raio de giração aumenta, aumentando, portanto, o período de giro do navio. O aumento do período de inclinação resulta em efeitos menos dinâmicos do movimento de inclinação.
No caso da navegação com gelo, a lâmpada permite que o gelo quebrado deslize ao longo do casco com seu lado molhado contra o casco. O lado molhado do gelo com menor coeficiente de atrito, reduz o arrasto geral do navio.
Bulbous bows também têm sido vantajosos no alojamento dos propulsores de proa, como pode ser visto em navios modernos com unidades de propulsores de proa. Em navios navais que utilizam acústica subaquática de alta freqüência como o SONAR, os arcos bulbosos atuam como uma caixa de proteção, além de seus efeitos positivos de redução do arrasto.
Sonar Dome Bow Image credits: bigredvolvos.co.uk
Após repetidos procedimentos de testes de modelos de ampla gama de formas de cascos e bulbos, verificou-se que os bulbos não são eficientes em todas as velocidades de serviço (relacione-os com os números de Froude). Em números de Froude muito baixos, os arcos bulbos têm descoberto que aumentam o arrasto. Por que será? Porque uma lâmpada só é eficaz quando faz a sua própria onda, juntamente com a onda de proa. Mas em números muito baixos de Froude, a formação de ondas dificilmente ocorre. Mas o bulbo ainda estando abaixo da linha de água, aumenta a área total da superfície molhada do navio, contribuindo assim para aumentar a sua resistência ao atrito cutâneo.
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Você sabe mais sobre a importância da proa bulbosa dos navios?