O Que é o Efeito de Superfície Livre em Tanques (ESLT) de Flutuantes

Prof. José Marcio Vasconcellos, Eng. Naval, M.Sc, D.Sc

Professor e Consultor da Escola Politécnica da UFRJ

Resumo

Para todos que trabalham com embarcações que carregam fluidos em seus tanques de carga, combustível, água e outros fluidos, é importante conhecer um fenômeno que ocorre dentro dos tanques e que pode comprometer a estabilidade da embarcação.

A estabilidade de uma embarcação está diretamente relacionada à posição vertical de seu centro de gravidade (CG). De uma forma simples, porém prática, quanto mais elevada for a posição do CG, menor será a capacidade de retornar a sua posição original após uma inclinação provocada por uma ação externa (ondas, ventos e correnteza).

Para os responsáveis por controlar a condição de equilíbrio da embarcação, saber a posição do CG em toda situação de carregamento é fundamental. Entretanto, o conhecimento do CG durante a viagem da embarcação merece atenção. Em viagem, a embarcação consome óleo combustível, água doce, lubrificantes, realiza algumas vezes operações com água de lastro e outras atividades que envolvem líquidos estocados a bordo. Desta forma, os tanques que inicialmente devem ter sido preenchidos completamente, passam a estar parcialmente cheios, e nesta fase surge o que ficou sendo denominado de efeito de superfície livre.

Considero que o mais correto seria denominar de Efeito Devido a Existência de uma Superfície Livre de um Fluido Livre para se Movimentar Dentro do Tanque (ESLT), mas temos que concordar que este nome ficou grande demais apesar de explicar melhor o que realmente ocorre. Ainda resta explicar que efeito é este. A figura abaixo ajuda a entender melhor este efeito.

Figura 1 – Movimentação do Fluido dentro do tanque

Observando a figura 1, podemos identificar duas cores (verde claro e azul claro). A cor verde significa o líquido dentro do tanque (um tanque interno de bordo a bordo apenas como ilustração). A cor azul indica o líquido externo ao casco, ou seja, o mar.

Ao provocarmos uma inclinação transversal na embarcação, vemos a movimentação do líquido no interior do tanque que se encontra parcialmente cheio e como consequência a movimentação do centro de gravidade desta massa líquida (g para g1) provocando a variação do centro de gravidade do flutuante de G para G1.

Observamos ainda que a força peso que atuava no centro de gravidade G agora passa a atuar na posição G1 e como consequência o braço do binário (braço de endireitamento) que restaura a posição original, após cessada a causa da inclinação, será agora G1Z1 e não GZ como mostrado na figura 1. Vemos então uma redução no valor do braço de endireitamento e assim podemos dizer uma perda na capacidade de retornar da embarcação.

Este é o efeito realmente produzido pela existência de uma superfície livre para se movimentar de um fluido dentro de um tanque qualquer de uma embarcação. Logo, é correto dizer que a existência de uma Superfície Livre de um Fluido Livre para se Movimentar Dentro do Tanque (ESLT) provoca um efeito prejudicial para a Estabilidade Estática de uma embarcação.

Podemos fazer ainda uma associação do braço efetivo após a movimentação do fluido (G1Z1) com o braço GvZv como indicado na figura 1. Podem ser vistos como iguais e assim, podemos dizer que o efeito no braço de endireitamento devido a movimentação do fluido dentro do tanque é SEMELHANTE a elevarmos o centro de gravidade da embarcação de G para Gv e esta elevação é denominada elevação VIRTUAL do centro de gravidade indicando que não é o que realmente ocorre, mas produz um efeito semelhante.

Quando assumimos “pequenas inclinações, podemos deduzir uma expressão simples para a elevação virtual GGv expressa na equação abaixo:

onde:

γi - Peso Específico do fluido no tanque i

iti - inércia transversal da superfície livre do tanque i

Δ - Deslocamento do flutuante

O símbolo do somatório indica que devemos somar o efeito em todos os tanques parcialmente cheios dentro do flutuante.

Sem demonstrar a expressão acima em prol da redução de espaço deste artigo, apresento nas referências [1] e [2], local apropriado para encontrar a dedução da equação que rege o efeito da movimentação de líquidos dentro de tanques. Ressalva, entretanto, que merece ser feita a inadequação da expressão para grandes inclinações do flutuante.

Dito isto, uma questão é levantada: O que significa uma grande inclinação? Como resposta, pode se demonstrar que para a maioria dos tanques em formato mais próximo de uma figura retangular (tanques com paredes verticais), até 10 graus de inclinação temos respostas bastante precisas com a utilização da expressão apresentada.

Este artigo, objetiva chamar a atenção de todos que usam ou trabalham com sistemas flutuantes dos efeitos prejudiciais à estabilidade do mesmo com a presença de superfícies livres de fluidos dentro de tanques (ESLT). Como um procedimento preventivo, é necessário que o responsável pela flutuação e estabilidade do flutuante seja informado da possibilidade operacional da existência do ESLT.

Em um próximo artigo, iremos mostrar as diferenças existentes para tanques que não apresentam paredes verticais.

BONS VENTOS !!!

Referências

1 - Ship Hydrostatics and Stability, A. Brian, R. Lopes-Pulido, 2nd Edition, BH, 2013.

2 - Ship Stability for Masters and Mates, C.B.Barrass, D.R.Derrett, 7th Edition, BH, 2012.