O
meio aquático apresenta uma grande diversidade em função do espaço geográfico,
altitude e temperatura macro e microclima. Consequentemente, existem tantas
embarcações quantas as variações se apresentam, bem como a finalidade que se
deseja.
Desta
forma, as embarcações podem ser classificadas quanto a inúmeros critérios,
dentre eles está a forma do casco, a qual se apresentará de acordo com a
característica almejada para a embarcação em questão. Sendo assim, as
embarcações podem ser classificadas quanto ao casco em: de deslocamento, de
semi-deslocamento e de planeio. Contudo, este trabalho tem como foco somente as
embarcações de planeio.
Embarcações
de planeio são aquelas que apresentam o casco leve e com fundo chato ou em V,
de forma a maximizar a força de sustentação. Na teoria, um casco entra em
planeio ao atingir a velocidade necessária para criar uma força de sustentação
capaz de erguê-lo da água. Quando isso acontece, seu calado diminui e,
consequentemente, a resistência da água na proa também. O planeio acontece
quando um barco se move rápido o suficiente, ficando parcialmente acima da água
e deslizando sobre o topo das ondas.
A sustentação hidrodinâmica se origina
da interação entre o casco e o escoamento da água. Uma das formas de se obter
este tipo de sustentação é através de um casco de planeio, como é o caso de uma
lancha. Neste caso, a maior parcela do peso não é mais sustentada pelo empuxo,
mas pela sustentação hidrodinâmica. A proporção entre as parcelas dinâmica e
estática pode ser visualmente identificada pela diminuição do calado, quando a
lancha aumenta a velocidade (ou sentida, quando a lancha "sobe o
degrau"). É, justamente o efeito dinâmico que responde por esta
"perda" de volume submerso, que se reduz a uma pequena fração daquele
da lancha parada. Outro efeito que pode ser observado em embarcações de planeio
é que estas conseguem atingir altas velocidade com valores de potência
requerida menor que embarcações de semi - deslocamento.
É o corpo do navio sem mastreação, ou aparelhos acessórios, ou
qualquer outro arranjo. Normalmente, o casco não possui uma forma geométrica
definida, e a principal característica
de sua forma é ter um plano de simetria (plano diametral) que se imagina passar
pelo eixo da quilha.Da forma adequada do casco dependem as qualidades náuticas
de um navio: resistência mínima à propulsão, mobilidade e estabilidade de
plataforma (ARTE NAVAL, 2002).
A força de
sustentação básica que age em embarcações que estão paradas ou a baixas
velocidades é o empuxo hidrostático, regido pelo "Princípio de
Arquimedes" e a flutuabilidade. Explicitaremos cada um desses tópicos
abaixo:
Em cada ponto da superfície imersa de um corpo,há
uma pressão que age normalmente à superfície. Esta pressão cresce com a profundidade
do ponto abaixo da superfície da água; ela é medida pelo produto h
(profundidade) x p (peso), na profundidade h abaixo do nível da água cujo peso
específico é p.
Suponhamos, por exemplo, que há um orifício de 0,10
m² em um ponto da carena situado a cinco metros abaixo da superfície do mar; um
metro cúbico da água do mar pesa 1.026 quilogramas. A pressão da água neste
ponto será igual a 5 x 1.026 quilogramas por metro quadrado, e um tampão para
aguentar o veio d'água naquele orifício deve exercer um esforço de:
5
x 1.026 x
= 513
quilogramas
No caso de um corpo flutuante como é um navio, estas
pressões, sendo normais à superfície imersa, age em muitas direções;
entretanto, cada uma pode ser decomposta em três componentes em ângulo reto:
(1)
horizontal, na direção longitudinal do navio;
(2)
horizontal, na direção transversal do navio;
(3)
vertical.
Estando o navio em repouso, as componentes
horizontais equilibram-se entre si, pois não há movimento em qualquer direção
horizontal. Os pesos parciais que compõem um navio têm uma força resultante
simples que se chama o peso do navio; esta força é aplicada no centro de
gravidade e agenuma vertical para baixo. É o efeito combinado de todas as
componentes verticaisdas pressões que se opõe ao peso do navio.
Chama-se empuxo à força resultante da soma de todas
as componentes verticais das pressões exercidas pelo líquido na superfície
imersa de um navio.
Portanto, um navio em repouso é submetido à ação de
duas forças verticais;o peso do navio, agindo verticalmente para baixo, e o
empuxo, agindo verticalmente para cima. Como o navio não tem movimento para
cima nem para baixo, conclui-se que o empuxo é igual ao peso do navio. (Fig. 1)
Figura 1: desenho esquemático da atuação
de forças verticais em um navio.
A flutuabilidade, que é a propriedade de um corpo
permanecer na superfície da água, depende da igualdade entre o peso do corpo e
o empuxo do líquido. Como, no nosso caso, o líquido é sempre a água, a
flutuabilidade numa vertical para baixo. É o efeito combinado de todas as
componentes verticais das pressões que se opõe ao peso do navio. (Fig. 2).
As madeiras leves têm um peso específico menor que o
da água; um pedaçode madeira leve flutua sempre. O ferro, por exemplo, tem um
peso específico maior que o da água e por isto um pedaço de ferro maciço não
pode flutuar. É tornando oco um material que se diminui enormemente o seu peso
por unidade de volume e, portanto, aumenta-se a flutuabilidade. É possível
assim a construção de navios feitos com materiais mais pesados que a água, como
o ferro e o aço.
Figura 2:
Flutuabilidade de uma embarcação.
Já embarcações com alta velocidade são regidas pelos princípios da
sustentação hidrodinâmica que se origina da interação entre o casco e o escoamento
da água.
Uma embarcação de alta velocidade se move pela
água da mesma forma que um foguete se move pela atmosfera. Mas em vez de usar
gás de alta pressão para gerar impulso, ela usa um mecanismo
a jato para criar uma
poderosa corrente de água. Nesse mecanismo, um impulsor empurra uma grande
quantidade de água debaixo da embarcação por meio de um bocal de direção na
parte traseira.
A forma do casco deve ser projetada para que a
embarcação se desprenda rapidamente da água e passe a planar. Assim, o fundo do
casco é desenhado de forma a empurrar a água para baixo: tem forma de V aberto
de braços retos ou, algumas vezes, ligeiramente côncavos, para abafar o
respingar da água e melhorar a sustentação.
Como foi
citado anteriormente a sustentação depende de dois fatores: a forma do casco e
a velocidade. Desta forma temos três configurações possíveis para o casco: deslocamento,
semi-deslocamento e planeio.
É aquela
cujo peso, em situação estática ou dinâmica, é sempre igual ao empuxo, podendo
ser desprezados os efeitos dinâmicos. São típicas embarcações de deslocamento
do tipo: navios, traineiras, baleeiras (Fig. 3).
Figura
3: exemplo de uma embarcação de deslocamento: baleeira.
Algumas
embarcações operam em condições intermediárias, entre o planei e o
deslocamento, e possuem cascos de semi-deslocamento. Estes cascos têm formas
também intermediárias, com proas arredondadas e popas mais planas com menos
volume. Exemplo: catamarã, veleiros e iates
Diversas
maneiras de retirar os cascos da água foram aplicadas. As lanchas, que são
chamados “cascos planadores”, utilizam os efeitos de placa plana para criar uma
sustentação hidrodinâmica e assim reduzir ao máximo sua superfície molhada e
volume submerso (Fig. 4). Quando opera em alta velocidade a maior parcela do
peso não é mais sustentada pelo empuxo, mas pela sustentação hidrodinâmica. A
proporção entre as parcelas dinâmica e estática pode ser visualmente
identificada pela diminuição do calado, quando a embarcação aumenta a velocidade. É justamente o efeito
dinâmico que responde por esta "perda" de volume submerso, que se reduz a uma pequena fração daquele da lancha
parada.
Figura 4: exemplo de embarcação de planeio:
bote de resgate.
Outro efeito que pode ser observado
em embarcações de planeio é que estas conseguem atingir altas velocidades com valores
de potência requerida menor que embarcação de semi– deslocamento (Fig. 5). As
embarcações de planeio oferecem pouca resistência à água por estarem com dois
terços de seu casco fora d’água. Se fosse um barco de deslocamento ou
semi-deslocamento, que não plaina, seria necessário um aumento de potência
muito maior (Fig. 6).
Figura 5:
Gráfico de potência x velocidade
Figura 6:
Referência HP/Ton (Horse Power/tonelada bruta deslocada (peso do barco mais sua
carga)).
A
forma característica de uma embarcação de planeio é um casco quinado, com deadrise constante ou não, e composto de
seções retas.
(Deadrise: o ângulo do fundo do casco em
V. Este varia de acordo o tipo de utilização e águas onde a embarcação irá
operar.
Em cacos de planeio as linhas são projetadas com
fundo plano, para poderem planar com mais facilidade, e a forma em “V” do fundo
é definida de acordo com o tipo de água onde a embarcação irá operar. Caso se
queira utilizar a embarcação em águas abrigadas, então um casco com fundo plano
e pouco “V” será melhor opção em desempenho. Por outro lado, se o objetivo é a
utilização em águas agitadas com muita formação de ondas, então, é melhor
escolher um casco com um “V” mais pronunciado, para fornecer uma navegação
confortável e segura. (Fig. 7).
Este último caso pode ser aplicado à botes de
resgate, tendo em vista a necessidade do resgate ser rápido e em águas agitadas,
por exemplo, e transportando pessoas que não estejam em um estágio saudável,
havendo a necessidade de uma navegação relativamente confortável!
Figura 7: (a) lancha em alumínio, possui
um “V” menos pronunciado, navega em águas protegidas; (b) lancha em fibra de
vidro, possui um”V” mais pronunciado, navega em mar aberto.
Uma característica observada nessas
embarcações é a existência de lifting strakes, que são linhas em alto relevo, triangular (forma do corte
em seção), que são adicionadas na parte submersa do casco, correndo de popa a
proa, paralelas à quilha.A principal função é afastar a água do casco em torno
da linha d´água, diminuindo a área do casco em contato com a água, reduzindo o
efeito de atrito (fricção) entre o casco e a água. (Fig. 8)
Figura 8: bote de resgate, mostrando a
presença de lifting strakes(em verde) em
seu casco.
