Desde que entrou em operação, o navio oceanográfico Alpha Crucis – adquirido pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), em 2012, para o Instituto Oceanográfico (IO) da Universidade de São Paulo (USP) – realizou mais de dez cruzeiros, que totalizaram algo em torno de 10 mil milhas navegadas.
As manobras marítimas que a embarcação poderá executar durante os cruzeiros que realiza em águas brasileiras e internacionais, sob diferentes condições ambientais, poderão ser estudadas e definidas com antecedência por meio de um simulador em construção por pesquisadores da Escola Politécnica da USP, em parceria com colegas do IO e do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), no âmbito do Núcleo de Apoio à Pesquisa Oceano Sustentável (NAP-Oceanos) da USP.
Desenvolvido por meio de um projeto financiado pela Fapesp, o simulador do Alpha Crucis será instalado nas dependências do IO, no campus da USP, em São Paulo.
“O simulador permitirá estudar e definir manobras marítimas que poderão ser realizadas pelo Alpha Crucis em diferentes situações de vento, correnteza e ondas, por exemplo, de modo a assegurar a estabilidade e o posicionamento da embarcação e dirimir riscos de avarias”, disse Eduardo Aoun Tannuri, professor do Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos da Poli e coordenador do projeto, à 'Agência Fapesp'.
De acordo com Tannuri, o simulador do Alpha Crucis será uma réplica em escala menor do Simulador Marítimo Hidroviário (SMH), desenvolvido pela Poli em parceria com a Transpetro – subsidiária da Petrobras – e inaugurado no início de 2013.
Instalado no Tanque de Provas Numéricas (TPN) da Poli, o SMH representa virtualmente embarcações em alto mar ou em um porto, por exemplo. Por meio de um modelo matemático desenvolvido por pesquisadores da Escola, o equipamento simula ventos, ondas, correntezas, marés e condições de visibilidade, como neblina, noite, chuva e sol.
Uma sala do TPN simula a ponte de comando (passadiço) de uma embarcação, com uma cadeira que se movimenta para simular o balanço de um navio e telas com até 46 polegadas que reproduzem a vista do alto da embarcação, com ângulo de 360º.
Um conjunto de telas menores imita equipamentos como radar, GPS, carta náutica eletrônica, mostradores de velocidade e de inclinação. “O SMH é adaptado para navios de carga, como petroleiros, conteneiros e graneleiros, mas pode simular qualquer tipo de embarcação”, contou Tannuri. “Basta configurar os arquivos de hidrodinâmica do software e os cenários gráficos da situação que pretende-se modelar”, afirmou.
O Alpha Crucis tem características distintas das embarcações que costumam simular no TPN, como navios cargueiros (mais robustos) ou conteneiros (mais afilados e velozes).
Construído em 1973, o navio é menor do que essas embarcações e seu comprimento foi aumentado em relação ao projeto original durante as reformas e modernizações pelas quais passou depois de ser adquirido pela Fapesp para a USP.
Além disso, o navio oceanográfico ganhou um sistema de posicionamento dinâmico composto por um propulsor, situado na proa, que possibilita que a embarcação gire sobre o próprio eixo e realize uma série de manobras marítimas.
“O desenvolvimento do simulador deverá contribuir para conhecer melhor as possibilidades de realização de manobras do Alpha Crucis”, avaliou Tannuri.
Ensaio em escala real
Para desenvolver o modelo matemático do Alpha Crucis, baseado em teorias de hidrodinâmica, será utilizado um modelo em miniatura do navio oceanográfico, cuja construção está prestes de ser concluída.
Com 2,2 metros de comprimento, o modelo em escala reduzida reproduzirá todas as características do navio oceanográfico, além de seus equipamentos, como motores e os propulsores, que ficam na proa da embarcação. Quanto estiver pronto, o modelo será utilizado e testado em ensaios nos tanques de provas da Poli e do IPT e, eventualmente, na raia olímpica da USP.
Os ensaios nos tanques de ondas da Poli e do IPT possibilitarão medir, entre outras coisas, as forças que agem sobre o casco da embarcação. Por sua vez, os ensaios no túnel de vento do IPT permitirão estudar a velocidade de vento suportada pelo navio oceanográfico.
“Os dados obtidos dos ensaios nos tanques de provas servirão tanto para alimentar e calibrar o modelo matemático do simulador como para validar os resultados das simulações feitas por ele”, contou Tannuri.
Os pesquisadores também pretendem realizar, durante os ensaios nos tanques de ondas e na raia olímpica da USP, testes de manobras padronizadas de embarcações, como girar sobre o próprio eixo e mover para os lados (crabbing).
As manobras feitas com o modelo em escala reduzida serão repetidas em alto mar com o navio oceanográfico em escala real – que tem 64 metros de comprimento e 11 metros de largura –, a fim de verificar se apresentam diferenças quando são realizadas nessas escalas e, em caso positivo, qual o efeito de escala responsável por isso.
“Existem efeitos que influenciam as manobras de uma embarcação que só são possíveis de serem observados com o navio em tamanho real”, explicou Tannuri.
“A ideia é realizar provas de mar com o Alpha Crucis para modelar esses eventuais efeitos de escala para melhorar o modelo matemático do simulador e permitir que represente o navio oceanográfico em escala real com a maior verossimilhança possível”, disse.
Segundo Tannuri, está prevista a instalação de um radar para medição de ondas no Alpha Crucis para a realização das provas de mar. O equipamento deverá prover informações sobre a intensidade das ondas do mar que incidem sobre o navio oceanográfico no momento de uma determinada manobra marítima, e o efeito que exercem sobre a embarcação.
Ao incluir e validar esse dado no simulador será possível estimar, entre outros pontos, a condição limite de onda e de vento sob a qual o Alpha Crucis pode operar, sem afetar a estabilidade e o posicionamento da embarcação.
“O simulador permitirá preparar as operações do Alpha Crucis e definir manobras marítimas que poderão ser executadas pelo navio oceanográfico em situações de vento e ondas severas, como aproar ao vento, à onda ou deixar o navio manobrando em velocidade baixa”, explicou Tannuri.
Ao combinar o modelo matemático, os ensaios em tanques de provas com o modelo reduzido e provas de mar com o navio oceanográfico em escala real, será possível reproduzir situações de navegação que o Alpha Crucis enfrentará durante futuros cruzeiros.
“O Alpha Crucis servirá para nós como um navio-escola para melhorara modelagem hidrodinâmica dos simuladores de manobra”, disse Tannuri. “Poucos institutos de oceanografia contam com um simulador de navio oceanográfico que combina as simulações computacionais com ensaios em tanques de provas e medidas realizadas com a embarcação em escala real, como o IO terá para o Alpha Crucis”, destacou.
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