ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE

1. ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE TECNOLOGIA MARÍTIMA Capítulo V – Sistemas de Propulsão e Governo ENIDH – 2013/2014

2. Sistemas de propulsão • Índice • Sistemas de propulsão • Elementos de um sistema de propulsão • Hélices • Sistema de governo © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

3. Sistemas de propulsão • Sistema de propulsão • A sua função é efectuar a propulsão dos navios • O número e tipos de órgãos mecânicos envolvidos na propulsão, depende da velocidade de rotação das máquinas principais e dos respectivos propulsores que accionam • Têm de operar para obter o melhor rendimento para a instalação propulsora, e por conseguinte do tipo de propulsão adoptada © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

4. Sistemas de propulsão • Tipos de propulsão • Propulsão directa – quando a máquina principal e o hélice que acciona, operam com bom rendimento à mesma velocidade de rotação • A máquina principal acciona directamente a linha de veios, em cuja extremidade a ré está montado o hélice (propulsor) © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

5. Sistemas de propulsão • Tipos de propulsão • Propulsão indirecta – quando a máquina principal apenas opera com bom rendimento a uma velocidade de rotação superior à do hélice que acciona • A máquina principal acciona, através de uma caixa de engrenagens redutoras,a linha de veios, a fim de que o hélice também montado na extremidade a ré desta, opere com bom a rendimento a uma velocidade de rotação mais baixa © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

6. Sistemas de propulsão • Propulsão directa • As características do equipamento utilizado na propulsão directa dos navios são normalmente as seguintes : • Máquinas principais - motores diesel lentos a 2 tempos • Linhas de veios - accionadas directamente pelos motores • Hélices (propulsores) - de passo fixo ou de passo variável © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

7. Sistemas de propulsão • Propulsão directa • Elementos de um sistema de propulsão directa © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

8. Sistemas de propulsão Propulsão indirecta As características do equipamento utilizado na propulsão indirecta dos navios, são normalmente as seguintes : Máquinas principais - motores diesel a 2 tempos, motores Diesel a 4 tempos de média velocidade, turbinas a vapor e turbinas a gás Caixas de engrenagens redutoras e linhas de veios. Hélices (propulsores) - normalmente de passo variável 8 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

9. Sistemas de propulsão Propulsão indirecta Elementos principais 9 9 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

10. Sistemas de propulsão • Propulsão indirecta • Motor diesel a dois tempos, caixa redutora e gerador de veio • O gerador de veio permite obter energia eléctrica para o navio a partir da máquina principal (condição de navio a navegar) • Deste modo, evita que estejam a funcionar os geradores Diesel auxiliares com o navio a navegar • Os geradores Diesel funcionam em geral com o navio em manobras, atracado ou a navegar com mau tempo (motivo de segurança) © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

11. Sistemas de propulsão • Propulsão indirecta • Motor diesel a dois tempos, caixa redutora e gerador de veio © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

12. Sistemas de propulsão Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsoras Para que esta comparação seja possível tem de ser efectuada no âmbito de aplicabilidade em que as diferentes tipos de instalações propulsoras possam concorrer, tendo em consideração uma potência propulsora, em geral superior a 25000 kW(≈ 34000 CV) 12 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

13. Sistemas de propulsão Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsoras Peso da instalação – a mais leve é a que utiliza a turbina a gás e a mais pesada a que utiliza a solução diesel directa, ocupando a turbina a vapor uma posição intermédia Espaço ocupado pela instalação – é semelhante para as soluções que utilizam turbinas a vapor e motores diesel e menor para a solução que utiliza turbinas a gás, o que por si só permite aumentar a capaci-dade de carga do navio em cerca de 13% 13 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

14. Sistemas de propulsão Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsoras Espaço ocupado pela maquinaria (turbina a gás vs. motor Diesel) 14 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

15. Sistemas de propulsão Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsoras Pessoal a utilizar na operação –é sensivelmente o mesmo para as três soluções Preço do equipamento –é sensivelmente igual para as três soluções. Mas à medida que a potência propulsora vai diminuindo, verifica-se uma progressiva redução do custo da propulsão com motor diesel em relação às restantes 15 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

16. Sistemas de propulsão Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsoras Manutenção do equipamento – a propulsão com motor diesel apresenta uma ligeira desvantagem devido aos maiores custos que envolve Consumo de combustível – é menor no caso da propulsão com motor diesel, seguindo-se a propulsão com turbinas a vapor, sendo a propulsão com turbinas a gás a que consome mais para a mesma potência propulsora 16 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

17. Sistemas de propulsão Comparação entre os diversos tipos de instalações propulsoras Actualmente, a propulsão com motor diesel é a que apresenta os custos de exploração mais baixos, para a maior parte dos navios mercantes Este tipo de propulsão é actualmente utilizado em mais de 97% dos navios da frota mercante mundial 17 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

18. Sistemas de propulsão • Sistemas de propulsão utilizados em navios • Propulsão mecânica • Propulsão CODOG • Propulsão CODAG • Propulsão CODLAG • Propulsão Diesel-eléctrica (convencional) • Propulsão Diesel-eléctrica (AZIPOD) • Propulsão a jacto © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

19. Sistemas de propulsão Propulsão mecânica (directa) Utiliza-se quando o motor principal opera a baixa velocidade (entre 80 a 200 rpm) Caso típico: motores diesel a dois tempos Neste caso, o veio propulsor roda à mesma velocidade da máquina principal Esta configuração é mais simples visto dispensar a utilização de caixas redutoras Podem utilizar gerador de veio e turbina de potência 19 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

20. Sistemas de propulsão Propulsão mecânica directa com recuperação de energia Nos motores de elevada potência, parte dos gases de evacuação passa por uma turbina de potência (só funciona com carga do motor P.P. acima de 50%) Os gases passam ainda por uma caldeira recuperativa, de modo a produzir vapor para uma turbo-geradora 20 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

21. Sistemas de propulsão Propulsão mecânica directa com recuperação de energia Utiliza os gases de evacuação do motor recuperar energia através de turbina de potência e turbo-geradora 21 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

22. Sistemas de propulsão • Propulsão mecânica (indirecta) • Sistema com duas linhas de veios © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

23. Sistemas de propulsão • Propulsão CODOG (Combined Diesel or Gas) • É um sistema de propulsão que utiliza motores Diesel para a propulsão em velocidade de cruzeiro • Para velocidades mais elevadas, e durante períodos não muito prolongados, utiliza-se uma turbina a gás de elevada potência (sistema muito usado em fragatas e outros navios de guerra) • Nesta situação, os motores Diesel não funcionam © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

24. Sistemas de propulsão • Propulsão CODOG (Combined Diesel or Gas) © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

25. Sistemas de propulsão • Propulsão CODAG (Combined Diesel And Gas) • É um sistema de propulsão que utiliza motores Diesel para a propulsão em regime de velocidade de cruzeiro • Para aumentar a velocidade do navio, utiliza-se uma turbina a gás auxiliar em conjunto com os motores Diesel para aumentar a potência total de propulsão do navio • Desvantagem: maior complexidade das engrenagens redutoras © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

26. Sistemas de propulsão • Propulsão CODAG (Combined Diesel And Gas) © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

27. Sistemas de propulsão • Propulsão Diesel-eléctrica com uma linha de veios e caixa redutora © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

28. Sistemas de propulsão • Propulsão Diesel-eléctrica com duas linhas de veios sem caixa redutora © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

29. Sistemas de propulsão • Propulsão Diesel-eléctrica com sistema Azipod • Sistema muito usado em navios de cruzeiro © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

30. Sistemas de propulsão • Sistema de propulsão Azipod • Pode utilizar uma ou mais unidades, cada uma constituída por um motor eléctrico e um hélice • O conjunto é acoplado à estrutura do navio sendo capaz de rodar 360º • Este facto, permite eliminar o sistema de governo (leme), uma vez que o fluxo de água de propulsão é direccionado pelo Azipod © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

31. Sistemas de propulsão • Sistema de propulsão Azipod • As perdas de potência nas caixas de engrenagens e linhas de veios, são eliminadas, e o respectivo espaço ocupado pode ser utilizado para outros fins • Proporciona uma maior estabilidade ao navio e uma redução média de 15% no consumo de combustível • Quando utiliza duas unidades, os hélices operam em contra-rotação © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

32. Sistemas de propulsão • Sistema de propulsão Azipod Os motores eléctricos accionam os hélices A direcção é hidráulica Não necessitam de máquina do leme © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

33. Sistemas de propulsão • Sistema de propulsão Azipod • Sistema Azipod (Azipod propellers) M/S Europa (2x6,65 MW) © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

34. Sistemas de propulsão • Instalação propulsora com sist. Azipod Esquema da instalação propulsora do navio de cruzeiro “Oasis of the Seas” © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

35. Sistemas de propulsão • Sistema integrado de propulsão Azipod © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

36. Sistemas de propulsão • Propulsão CODLAG (Combined Diesel-eLectric And Gas) • Utiliza motores Diesel para produzir energia eléctrica que vai alimentar os motores de propulsão do navio (velocidade de cruzeiro) • Para obter velocidades mais elevadas, utiliza-se uma turbina a gás auxiliar de modo a aumentar a potência eléctrica total utilizada para a propulsão do navio © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

37. Sistemas de propulsão • Propulsão CODLAG (Combined Diesel-eLectric And Gas) © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

38. Sistemas de propulsão • Propulsão CODLAG (Combined Diesel-eLectric And Gas) Turbina a gás do navio de cruzeiro Queen Mary 2 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

39. Sistemas de propulsão Propulsão eléctrica utilizando células de combustível (fuel cells) Uma célula de combustível converte o hidrogénio directamente em electricidade Este sistema não possui partes móveis Tem um elevado rendimento de conversão A reacção da célula de combustível é semelhante do ponto de vista químico a um processo de combustão: o hidrogénio combina-se com o oxigénio e liberta vapor de água 39 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

40. Sistemas de propulsão Propulsão eléctrica utilizando células de combustível (fuel cells) A reacção química produz igualmente calor que é retirado através de um sistema de arrefecimento A célula de combustível pode ser utilizada para substituir um grupo diesel-gerador Aplicação: este sistema é utilizado nos novos submarinos da Marinha Portuguesa (sistema AIP - Air Independent Propulsion) 40 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

41. Sistemas de propulsão Célula de combustível (fuel cell) Princípio de funcionamento de uma célula de combustível 41 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

42. Sistemas de propulsão Propulsão marítima através de células de combustível (fuel cells) 42 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

43. Sistemas de propulsão Células de combustível (Sistema AIP) Células usados nos submarinos U212/U214 43 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

44. Sistemas de propulsão Propulsão do submarino U214 –Marinha Portuguesa (2011) 44 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

45. Sistemas de propulsão • Propulsão por jacto de água (water jet) • A descarga de um bomba a alta velocidade provoca o impulso necessário para deslocar a embarcação • O seu uso está limitado a certos tipos de embarcações. Destacam-se: • Ferries rápidos • Navios militares • Lanchas rápidas (guarda costeira, recreio, ...) • Motas de água, .... © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

46. Sistemas de propulsão • Propulsão por jacto de água (water jet) • Utiliza uma bomba que descarrega o caudal de água a elevada velocidade, à ré do navio © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

47. Sistemas de propulsão Propulsão por jacto de água (water jet) Esquema em corte do sistema de propulsão 47 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

48. Sistemas de propulsão • Propulsão por jacto de água (water jet) • Conjunto motor+ tubeira de descarga (é orientável para efeitos de manobra) © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

49. Sistemas de propulsão Propulsão através do vento Um pouco de história marítima O “Cutty Sark” foi um dos últimos veleiros (“Clipper”) a ser construído para fazer a rota do chá (Escócia, 1869) 49 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM

50. Sistemas de propulsão Propulsão através do vento Entre 1895 e 1922 (27 anos) navegou sob pavilhão português com a designação “Ferreira” Actualmente, está em exposição em Greenwich, Londres 50 © Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM