8 - Tecnologia de Fabricação,Inspeção e Controle de Corrosão.pdf

ESCOLA POLITÉCNICA DA

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Naval e Oceânica

ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA NAVAL

Módulo 8: Tecnologia de Fabricação, Inspeção e Controle de Corrosão. PROF. DR. GERSON MACHADO Material de apoio ao curso oferecido na Universidade de Pernambuco – UPE 2007

Especialização em Engenharia Naval

Módulo 8 – Tecnologia de Fabricação, Inspeção e Controle da Corrosão

1

1 21/10/2007

Versão Data Observações

Apostila: ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA NAVAL

Módulo 8: TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO, INSPEÇÃO E CONTROLE DE CORROSÃO

Dept./Unidade Data Autor

PNV/EPUSP 2007 Prof. Dr. Gerson Machado

Curso oferecido pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo na Escola Politécnica da Universidade de Pernambuco



2

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO AO CURSO..................................................................... 4

1.1 Estrutura do Curso de Especialização em Engenharia Naval........... 4

1.2 Programação do Módulo 8................................................................ 5

2. PROJETO DO NAVIO, PLANO DE EXPANSÃO DO

CHAPEAMENTO E DELINEAMENTO E NESTING............................... 7

2.1 SUMÁRIO ......................................................................................... 7

2.2 O PROJETO DO NAVIO................................................................... 7

2.2.1 O PROJETO DO NAVIO TRADICIONAL................................... 8

2.2.2 O PROJETO DO NAVIO UTILIZANDO A ENGENHARIA

SIMULTANEA............................................................................ 9

2.2.3 O PROJETO DO NAVIO UTILIZANDO FERRAMENTAS

COMPUTACIONAIS AVANÇADAS ......................................... 10

2.3 PLANO DE DIVISÃO EM BLOCOS ................................................ 12

2.4 PLANO DE EXPANSÃO DO CHAPEAMENTO .............................. 14

2.5 DELINEAMENTO............................................................................ 16

2.6 NESTING ........................................................................................ 19

3. TECNICAS DE FABRICAÇÃO – O PRODUTO NAVIO........................ 21

3.1 INTRODUÇÃO................................................................................ 21

3.2 O PROCESSO DE CONSTRUÇÃO................................................ 21

4. CONFORMAÇÃO .................................................................................. 31

4.1 SUMÁRIO ....................................................................................... 31

4.2 CLASSIFICAÇÃO DAS CHAPAS ................................................... 31

4.3 CONFORMAÇÃO MECÂNICA ....................................................... 31

4.4 CONFORMAÇÃO COM CHAMA .................................................... 34

5. REDES DO CASCO............................................................................... 37



3

5.1 SUMÁRIO ....................................................................................... 37

5.2 REDES DO CASCO........................................................................ 37

6. VIBRAÇÃO E FADIGA.......................................................................... 43

6.1 SUMÁRIO ....................................................................................... 43

6.2 COMPORTAMENTO DO MATERIAL SUBMETIDO A CARREGAMENTO

CÍCLICO........................................................................................................ 43

6.3 RESISTÊNCIA À FADIGA .............................................................. 51

6.4 RESISTENCIA A FADIGA DE JUNTAS SOLDADAS ..................... 58

6.5 O POSICIONAMENTO DA LINHA DE EIXO .................................. 67

6.6 INSTALAÇAO DO EIXO PROPULSOR.......................................... 69

6.7 INSTALAÇAO DO HÉLICE ............................................................. 70

6.8 INSTALAÇAO DOS MANCAIS E ALINHAMENTO DOS EIXOS .... 70

6.9 INSTALAÇAO DO MOTOR PRINCIPAL......................................... 72

7. PINTURA E CONTROLE DA CORROSÃO........................................... 73

7.1 SUMÁRIO ....................................................................................... 73

7.2 A CORROSÃO................................................................................ 73

7.3 A PINTURA..................................................................................... 79

7.4 DESEMPENO, JATEAMENTO E PINTURA ................................... 87

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................. 94



4

Introdução

1. INTRODUÇÃO AO CURSO

1.1 Estrutura do Curso de Especialização em Engenharia Naval

O curso está organizado em 13 (treze) módulos.

Os 12 (doze) primeiros módulos são disciplinas de formação, a saber:

• Módulo 1: Arquitetura Naval;

• Módulo 2: Hidrostática;

• Módulo 3: Hidrodinâmica;

• Módulo 4: Análise Estrutural de Navios;

• Módulo 5: Sistemas de Propulsão e Auxiliares;

• Módulo 6: Análise de Projetos de Navios;

• Módulo 7: Tecnologia de Construção Naval;

• Módulo 8: Tecnologia de Fabricação, Inspeção e Controle de Corrosão;

• Módulo 9: Gestão e Planejamento do Projeto e Construção Navais;

• Módulo 10: Logística Aplicada à Construção de Navios;

• Módulo 11: Metodologia de Pesquisa;

• Módulo 12: Tecn. e Inspeção de Soldagem e END em Constr. Naval.

Após a finalização dos módulos de disciplinas, haverá um período de 30 (trinta)

dias sem atividades. Após este período será iniciado o Módulo de Orientação,

onde será desenvolvida uma monografia de conclusão de curso.



5

1.2 Programação do Módulo 8

Neste contexto, a presente apostila refere-se ao Módulo 8 – Tecnologia de

Fabricação, Inspeção e Controle de Corrosão, cujo objetivo é apresentar técnicas

de fabricação, inspeção e controle da corrosão em estruturas navais.

As aulas se iniciarão com uma apresentação do projeto do navio e seu

desenvolvimento. Em seguida discute-se o plano de expansão do chapeamento e

a disposição das peças na chapa para o corte (nesting).

A seguir são apresentadas as novas técnicas para a fabricação do navio

baseadas no produto.

Discute-se a conformação de chapas para a fabricação do casco e apresentam-se

também as redes do casco e sua instalação nos blocos.

Apresenta-se uma curta revisão de fadiga e é apresentado um método para

previsão de vida a fadiga de juntas de solda. Discute-se a instalação de uma linha

de eixos e encerra-se o curso com uma apresentação de pintura e métodos de

controle da corrosão.

A carga horária deste módulo será de 30 (trinta) horas-aula, de acordo com a

seguinte programação:



6

Data Período Horários Assunto

18:30h – 19:20h Apresentação do curso

19:20h – 20:10h O projeto do navio atual

20:10h – 21:00h Engenharia Simultânea

16/0

8/20

07

Qui

nta-

feira

Noi

te

21:00h – 21:50h Expansão do Chapeamento e Nesting

18:30h – 19:20h

19:20h – 20:10h

20:10h – 21:00h

17/0

8/20

07

Sex

ta-f

eira

Noi

te

21:00h – 21:50h

Técnicas de fabricação do navio – O Produto Navio

08:00h – 08:50h Conformação mecânica e conformação a chama

08:50h – 09:40h Desenvolvimento das chapas do casco

09:40h – 10:10h Redes do Casco

Man

hã

10:10h – 11:00h Simbologia

13:00h – 13:50h Sistemas do Navio

13:50h – 14:40h Sistemas do Navio 18/0

8/20

07

Sáb

ado

Tar

de

14:40h – 15:30h Exercícios e discussões

Data Período Horários Assunto

18:30h – 19:20h Revisão de Fadiga

19:20h – 20:10h Resposta do Material a Esforço Cíclico

20:10h – 21:00h Resistência a Fadiga

23/0

8/20

07

Qui

nta-

feira

Noi

te

21:00h – 21:50h Resistência a Fadiga

18:30h – 19:20h Trincas desenvolvidas por fadiga

19:20h – 20:10h Projeto para aumentar à resistência a fadiga

20:10h – 21:00h Previsão de Vida Útil

24/0

8/20

07

Sex

ta-f

eira

Noi

te

21:00h – 21:50h Alinhamento da Linha de Eixo

08:00h – 08:50h Tratamento de Chapas

08:50h – 09:40h Jateamento e Cabine de Pintura

09:40h – 10:10h Conceitos de Tintas

Man

hã

10:10h – 11:00h Aplicação de tintas

13:00h – 13:50h Proteção galvânica

13:50h – 14:40h Corrente impressa

25/0

8/20

07

Sáb

ado

Tar

de

14:40h – 15:30h Exercícios e discussões



7

2. PROJETO DO NAVIO, PLANO DE EXPANSÃO DO

CHAPEAMENTO E DELINEAMENTO E NESTING

2.1 SUMÁRIO

Este capítulo apresenta o projeto do navio nos estaleiros modernos. Apresenta o

Plano de Expansão do Chapeamento e apresenta a tecnologia para o Nesting das

chapas.

2.2 O PROJETO DO NAVIO

O projeto do navio é executado em fases distintas, dependendo do estagio do

projeto.

Inicialmente se executa um projeto preliminar, também chamado de básico. A

intenção deste projeto é verificar as características principais do navio e também

a sua viabilidade técnica.

Verificado que o projeto é viável tanto tecnicamente quanto economicamente para

o armador, pode-se proceder para a fase seguinte que é o projeto de contrato.

Neste projeto devem ser definidas todas as características e equipamentos a

bordo de maneira a permitir um orçamento preciso pelos estaleiros interessados

na sua fabricação. Com este projeto pode-se fazer uma licitação para a

contratação de um estaleiro.

O projeto de contrato pode ser submetido a uma sociedade classificadora para

uma aprovação do projeto. Alternativamente o armador pode solicitar que a

aprovação seja efetuada pelo estaleiro.

O projeto a ser submetido para a classificadora depende do tipo de navio, da

classe e da classificadora propriamente dita.



8

Usualmente o estaleiro vencedor irá executar a partir do projeto de contrato o

projeto de fabricação, ou de detalhamento. Neste projeto as peças serão

detalhadas uma a uma de acordo com a prática construtiva do estaleiro, de

acordo com o tamanho da matéria prima a ser encomendada, etc. Todas as

bases e jazentes serão definidos, equipamentos escolhidos, painéis elétricos, etc.

2.2.1 O PROJETO DO NAVIO TRADICIONAL

No modelo tradicional de projeto de navios a sua execução é efetuada em ciclos

de projeto, conforme a Figura 1. Cada ciclo utiliza os resultados da etapa anterior

e vai convergindo o processo até a conclusão do projeto.

Figura 1 – Ciclos de Projeto

Após a conclusão dos ciclos de projeto se inicia a engenharia para a produção e

finalmente se inicia a produção. São etapas estanques que tem um prazo de

execução bastante elevado.

Outros problemas deste tipo de projeto são:

o O projeto quando chega ao setor de produção deve ser modificado para se

ajustar as praticas ou ferramentas disponíveis no estaleiro. O projeto deve

ser “devolvido” para o setor de projeto com mais atraso.



9

o Como o setor que ira operar o navio não foi consultado, ele pode requerer

alterações que irão resultar em “change order” com mais custo para o

armador.

o O prazo de execução sendo mais longo o retorno do capital do armador é

mais demorado

o etc.

2.2.2 O PROJETO DO NAVIO UTILIZANDO A ENGENHARIA SIMULTANEA

Para redução do tempo de projeto e também para se trazer para a fase inicial

discussões sobre a metodologia de fabricação, introduzir melhoras que possam

demandar menos horas de manutenção, se desenvolveu o conceito da

engenharia simultânea.

A idéia é montar um time de projeto multi-disciplinar onde todos os aspectos do

projeto são discutidos já nas fases iniciais. Com isto se quebra a estanqueidade

das fases e se ganha em tempo de execução do projeto como um todo. A Figura

2 apresenta uma comparação entre o projeto tradicional do navio e um projeto

executado com a engenharia simultânea.



10

Figura 2 - Comparação de engenharia tradicional x engenharia simultânea

2.2.3 O PROJETO DO NAVIO UTILIZANDO FERRAMENTAS

COMPUTACIONAIS AVANÇADAS

Atualmente se dispõem no mercado algumas ferramentas computacionais que

permitem o projeto do navio de uma maneira integrada e agregando muito mais

informações ao projeto do que simplesmente os desenhos 2-D das peças.

Alguns exemplos destas ferramentas de projeto são as seguintes:

1. Soluções da Dassault Systems para o projeto e gerenciamento da vida das

estruturas: CATIA e uma serie de programas que permitem o projeto em 3-

D (maquetes digitais), gerenciamento dos materiais e equipamentos,

projeto em grupo, avaliação do processo de fabricação, etc. Veja Figura 3

2. Soluções da Intergraph para o projeto e gerenciamento da vida dos navios:

Intelliship e uma série de programas que formam o banco de dados do

projeto;

3. NAPA

4. FORAN



11

5. outros

Figura 3 - Família de produtos da Dassault System

Estes softwares mais avançados permitem aos projetistas trabalharem integrados

com os seus fornecedores de equipamentos. Cada alteração no equipamento, por

exemplo, uma mudança de uma flange de conexão, será prontamente entendida

pelo projeto que fará a adequação, mudara a lista de materiais para a compra,

verificara no futuro a hora exata desta peça chegar à construção, e se não chegar

qual será o impacto na obra.

As maquetes eletrônicas do casco facilmente mostram desenhos explodidos para

as oficinas de fabricação, desenhos de zonas de acabamento, etc. A Figura 4

mostra um exemplo de um bloco 3D.



12

Figura 4 – Exemplo de desenho 3-D do casco

2.3 PLANO DE DIVISÃO EM BLOCOS

Conforme apresentado no módulo 7 deste curso, a divisão do navio em blocos é

baseada nos seguintes fatores:

1. Os recursos do estaleiro

2. Características da embarcação a ser construída

3. Mercado fornecedor de chapas, perfis, equipamentos, etc.

Partindo-se destas informações, e da prática do estaleiro (ou do seu bloco

padrão) o estaleiro decide a divisão em blocos do navio.

O Plano de Divisão de Blocos do Navio é apresentado esquematicamente na

Figura 5.



13

Figura 5 – Plano de Divisão em Blocos de um Navio de Pesca



14

2.4 PLANO DE EXPANSÃO DO CHAPEAMENTO

O plano de expansão do chapeamento apresenta de uma forma simplificada

todas as chapas que compõe o casco da embarcação.

A Figura 6 apresenta um trecho do plano de expansão de uma embarcação

oceânica

Figura 6 – Plano de Expansão do Chapeamento

A seqüência para a preparação do plano de expansão é a seguinte:

1. Desenha-se o perfil da embarcação, compreendendo as linhas de proa e popa 2. Todas as posições das cavernas são desenhadas



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3. São retificadas as cavernas, vide Figura 7 4. Todas as singularidades do casco são desenhadas: conveses, anteparas,

aberturas, etc. 5. As emendas dos blocos são escolhidas de maneira a não ultrapassar o

comprimento das chapas 6. As emendas das fiadas são definidas de maneira a não ultrapassar a largura

comercial das chapas e não ocorrer interferências com elementos estruturais 7. As fiadas de chapa são desenhadas e identificadas. As fiadas recebem uma

letra iniciando do A, fiada próxima a quilha. As chapas de uma mesma fiada recebem uma numeração de identificação.

8. Cada chapa recebe a sua identificação e as dimensões da matéria prima

Figura 7 – Retificação de uma caverna

Pode-se adotar a nomenclatura apresentada na Figura 8 para o desenho do

Plano de Expansão do Chapeamento e outros planos estruturais.



16

Figura 8 – Nomenclatura para os desenhos

O plano de expansão do chapeamento acaba executando a expansão apenas no

sentido transversal. Este plano é utilizado para:

1. Aprovação do projeto pelas Sociedades Classificadoras 2. Rápida visualização da distribuição das chapas no casco 3. Estimativa preliminar das chapas para aquisição.

O Plano não deve ser utilizado para definição de geometria das chapas para o

corte.

2.5 DELINEAMENTO

No delineamento todas as peças do casco são desenhadas e desenvolvidas

visando a sua fabricação.



17

Devido à complexidade geométrica de um casco de um navio o desenvolvimento

das peças para fabricação não era uma tarefa fácil. Tome-se como exemplo o

casco de um navio porta-containers, trata-se de um navio rápido de forma

alongada muito hidrodinâmico, tornando mais complexa a sua fabricação.

O problema que se apresentava para os estaleiros era o seguinte: uma vez

desenhado o casco de um navio em um escritório de projeto, em escala 1:100,

por exemplo, como obter desenhos confiáveis para se fabricar as peças que irão

compor este casco. Note-se que o erro de 1 mm no desenho do escritório leva a

um erro de 100 mm na peça fabricada.

Para se resolver este problema os estaleiros mantinham salas de risco, onde

eram traçadas as linhas do casco em escala 1:1 (verdadeira grandeza). Nesta

sala, de dimensões usualmente de 50.000 pés2 a 150.000 pés2, com o chão

pintado de cinza claro, o casco do navio, sua superestrutura, detalhes estruturais,

etc., eram traçados para se obter com bastante precisão as dimensões de todo o

navio.

Uma vez desenhado o navio, gabaritos de madeira eram construídos com o

formato das peças que se pretendia fabricar. Os gabaritos de madeira eram então

levados para as oficinas de fabricação onde eram utilizados para marcar as

chapas para corte, para fabricação de modelos, para verificação de operações de

conformação de chapas, etc.

No caso de peças com muitas curvaturas, por exemplo, chapas da proa,

utilizavam-se os gabaritos para fabricação de um modelo de madeira da região

que se pretendia fabricar. Uma vez dispondo de um modelo em escala natural da

peça, podia-se medir o formato das chapas desenvolvidas que iria “cobrir” aquela

região do casco, ou mesmo recortar um modelo da chapa desenvolvida de

cartolina.



18

Obviamente todo o processo de sala de risco utilizava muitas horas de serviço, e

consumia muita mão-de-obra nestas operações. Com o avanço dos

equipamentos óticos, um outro processo foi desenvolvido. Neste processo,

desenhos em escala 1/10 eram produzidos pelo escritório de projeto. Com estes

desenhos eram produzidas transparências na escala 1/100, e estas

transparências eram projetadas por meio de uma torre ótica, em escala natural, e

as chapas eram marcadas, vide Figura 9. A marcação das chapas tanto podia ser

efetuada manualmente como também foram desenvolvidas tintas sensíveis à luz

que “transferiam” todos os desenhos das transparências para as chapas a serem

cortadas. Este processo podia ser utilizado também na preparação de gabaritos

de madeira.

Figura 9- Torre de projeção

Com a sofisticação das máquinas de corte, novos processos automatizados

começaram a ser utilizados. Máquinas de corte foto-eletricamente controladas,

que a partir dos desenhos do escritório de projeto, em escala l/l0 ou l/100,

efetuam o corte das chapas sem necessitar nenhuma marcação são hoje

facilmente encontradas em oficinas até de pequeno porte. Este tipo de



19

equipamento é bastante utilizado para corte de peças menores, que serão

utilizadas em diversos locais do casco, por exemplo: borboletas, reforços locais,

etc.

Atualmente a sala de risco e as torres óticas de projeção foram completamente

eliminadas dos estaleiros. O desenvolvimento de programas de computador que

descrevem matematicamente todo o casco da estrutura oceânica é corriqueiro.

Esses programas são encontrados na maioria dos escritórios de projeto.

2.6 NESTING

Uma vez obtidas as geometrias das peças a serem fabricadas elas precisam ser

cortadas a partir da matéria prima (chapas) do estaleiro.

O nesting é a operação de dispor as peças em uma determinado arranjo, visando

o melhor aproveitamento de corte da chapa.

Inicialmente na construção naval o nesting era efetuado manualmente, vide � .

Figura 10 – Nesting Manual



20

Com o desenvolvimento dos computadores, programas efetuam a distribuição das

chapas para o corte, vide Figura 11. O resultado da direita apresenta melhor

aproveitamento da chapa.

Figura 11- Nesting automático com resultados diferentes

Alguns programas permitem que após a distribuição das peças pelo programa o

operador faça um ultimo ajuste para aumentar a eficiência.

A eficiência da operação de nesting pode ser definida como sendo:

Ŋ = área das peças/ (área da chapa – sobra útil)



21

3. TECNICAS DE FABRICAÇÃO – O PRODUTO NAVIO

3.1 INTRODUÇÃO

Este capítulo apresenta um sistema de projeto e fabricação de navios orientada

no produto a ser fabricado.

3.2 O PROCESSO DE CONSTRUÇÃO

No sistema convencional de projeto e fabricação de navios a seqüência de

eventos é a seguinte:

1. O projeto é desenvolvido baseado nos requisitos do armador

2. O projeto é avaliado pelo estaleiro que irá adaptar as suas instalações para

a fabricação daquele navio

3. Fornecedores de equipamentos são consultados e os sistemas são

escolhidos

4. É efetuado um projeto detalhado para a fabricação

5. O navio é fabricado

6. O sucesso do estaleiro depende de vender mais navios iguais

7. A curva de aprendizado dos funcionários é longa uma vez que os

processos de fabricação se repetem pouco

Para aumentar a eficiência do estaleiro foi proposto um método de fabricação que

se denominou baseado no produto. Neste método se busca a maior eficiência

focando os métodos de construção e nos produtos que o estaleiro tem condição

de fabricar eficientemente.

No sistema baseado no produto a seqüência é a seguinte:



22

1. O estaleiro define os produtos que deseja fabricar;

2. Baseando-se nas suas facilidades, engenharia de produção, fornecedores

pré-qualificados, etc., é preparado um banco de dados com os produtos

que o estaleiro consegue fabricar de maneira eficiente;

3. O novo navio a ser construído é projetado de acordo com os produtos que

o estaleiro fabrica eficientemente;

4. A curva de aprendizado é rápida, uma vez que serão os mesmos produtos

fabricados;

5. O sucesso depende da engenharia de produção aplicar consistentemente

os mesmos produtos para a fabricação dos diferentes modelos de

embarcações

Produção orientada para o produto pode ser definida como:-

1. A definição dos produtos produzidos pelo estaleiro como uma clara

hierarquia de montagens. Cada montagem é um pacote de trabalhos na

construção do navio

2. A categorização destes processos de montagens por processos de

produção similares para estabelecer famílias de produtos.

3. O desenvolvimento de processos de produção dedicados para cada família

de produto que maximize a aplicação da automação e robotização

permitindo ao estaleiro trabalhar com a máxima eficiência.



23

Figura 12 – Visão Geral da Produção Baseada no Produto

A Figura 12 apresenta uma visão geral da produção do estaleiro baseada no

produto.

O processo de fabricação baseado no produto pode-se resumir de uma maneira

bastante ampla nas seguintes etapas:

1. Definem-se os produtos (navios) que o estaleiro irá fabricar;

2. São identificadas as zonas do casco e identificados os produtos em cada

zona;

3. São quantificados os produtos e são definidos os métodos de fabricação

mais adequados em função da quantidade a ser produzida;



24

4. As facilidades do estaleiro são dimensionadas;

5. É preparado um banco de dados dos pacotes de trabalho, técnicas de

fabricação, limitações das facilidades, etc.;

6. No banco de dados constam os produtos que podem ser executados e as

regras de fabricação;

7. Novos projetos são baseados nestes produtos.

Para exemplificar como podem ser divididas as zonas do casco, a Figura 13 até a

Figura 16 mostram as principais características de cada zona de um navio

petroleiro.

Figura 13 – Zona Primaria da Proa e Popa



25

Nível pequeno e relativamente simples de equipagem,

confinado na movimentação de cargas.

A principio estrutura pesada plana com duplo casco

ou casco singelo bastante adequada para automação.

ZonaZona PrimPrimááriaria dos dos PorõesPorões

Zone definitionZone definitionUniversidade de São Paulo

First Marine International LimitedFirst Marine International Limited

Figura 14 – Zona Primaria dos Porões

Figura 15 – Zona Primaria da Praça de Máquinas



26

Figura 16 – Zona Primaria da Acomodação

A Figura 17 apresenta uma seção transversal do porão de um navio petroleiro.

Esta região deve ser dividida em blocos compatíveis com os processos de

fabricação do estaleiro e com as capacidades de içamento da fabrica.

Figura 17 – Divisão da zona primaria de porões em Blocos



27

Figura 18 - Blocos do navio completo

Uma vez definidos os blocos do navio completo estes blocos são agrupados em

produtos semelhantes, vide a Figura 18. Estes blocos semelhantes devem ser

fabricados de acordo com a técnica do estaleiro desenvolvida pela engenharia de

produção visando a maior eficiência.

A Figura 19 mostra uma seqüência de fabricação de um bloco de proa.



28

Figura 19 - Seqüência de fabricação do bloco de proa

Figura 20 – Quantificação dos pacotes de trabalho a serem produzidos pelo

estaleiro na zona primaria do porão de carga

Todos os produtos que devem ser fabricados são identificados e quantificados os

produtos semelhantes, os chamados “pacotes de trabalho”. A Figura 20 apresenta

os pacotes de trabalho na zona primaria dos porões.



29

Figura 21 - Identificando o que deve ser produzido pelo estaleiro

Tendo identificado todos os produtos a serem fabricados e estando estes

produtos quantificados e totalizados para toda a produção anual o estaleiro deve

definir:

o Os equipamentos e processos que serão automatizados. Eles serão

utilizados nos produtos que devem ser fabricados em maior

quantidade.

o As características das linhas de fabricação são definidas tomando-

se como base os produtos que serão fabricados pelo estaleiro, por

exemplo: espessura máxima das chapas, chanfros de solda que

precisam ser executados, largura dos painéis, etc.

o É possível se verificar os gargalos da fabricação, uma vez que se

sabe exatamente o que deve ser fabricado no ano.

Uma vez conhecidos todos os produtos que devem ser fabricados no ano,

sabendo-se as características dos equipamentos que serão utilizados, deve-se

montar o banco de dados com todas as informações dos processos de fabricação

dos produtos no estaleiro.

Este banco de dados é a base para se contratar novos serviços, como se

fabricam os produtos, qual a mão de obra que será utilizada na fabricação, bases

para os orçamentos, definições da capacidade de produção (o que pode ser



30

executado), o que não deve ser construído (devido a não conformidade com a

capacidade de produção) e os produtos que compõe os navios daquele estaleiro.

Figura 22 – Banco de dados dos produtos do estaleiro

Finalmente, este banco de dados é a base para se produzir navios de maneira

eficiente, sempre se reproduzindo os mesmos produtos e com toda a engenharia

de produção estudada e detalhada para se evitar desperdícios.



31

4. CONFORMAÇÃO

4.1 SUMÁRIO

Discute-se inicialmente o processo de conformação com equipamentos mecânicos e a

seguir a conformação com chama.

4.2 CLASSIFICAÇÃO DAS CHAPAS

Os painéis ou chapas utilizados na indústria naval são classificados, segundo Kim (2006),

quanto à geometria, em quatro classes, como descrito na Tabela 1.

Tabela 1 - Classificação de chapas de casco de navios.

Tipo de superfície. Critério da superfície no casco do navio. Plana Nesta superfície não existe curvatura em nenhuma direção.

Geralmente no costado e o fundo na região do corpo

paralelo dos navios.

Superfície com uma

curvatura

Nestas superfícies existe somente uma direção de curvatura.

O processo de fabricação é através de prensa ou calandras.

Superfície com duas

curvaturas.

Nestas superfícies há somente duas direções de curvatura.

Esta superfície é processada por linhas de aquecimento.

Superfície com três

curvaturas.

Nestas superfícies há somente duas direções de curvatura e

torsão em torno de um eixo Geralmente aplicada ao bulbo,

proa e popa. Esta superfície é processada por linhas de

aquecimento

4.3 CONFORMAÇÃO MECÂNICA

A conformação mecânica no estaleiro é efetuada com auxilio de prensas ou

calandras.



32

Figura 23 – Calandra de grande porte

Figura 24 – Chapa Calandrada

Figura 25 - Calandra de 5 rolos para desempeno



33

Figura 26 – Prensa hidráulica

As chapas a serem conformadas são traçadas nas posições de conformação e

após a operação mecânica as peças são confrontadas com gabaritos para

verificação de sua conformação.



34

4.4 CONFORMAÇÃO COM CHAMA

Quando a chapa apresenta dupla ou tripla curvatura a conformação mecânica não

é mais possível e o processo adotado nos estaleiros é a conformação com

chama. A Figura 27 apresenta algumas operações de conformação sendo

executadas em estaleiros.

Figura 27 – Conformação a chama em estaleiros



35

O mesmo fenômeno que ocasiona a distorção nas soldas é o responsável pela

conformação com chama.

O procedimento consiste no aquecimento da chapa com maçarico oxi-acetilenico,

criando uma região aquecida. Esta região, devido à dilatação térmica e a redução

da tensão de escoamento, deverá sofrer uma deformação plástica, introduzindo

uma conformação na peça.

O Depto de Eng Naval da USP realizou um projeto na década de 80, visando

estabelecer as condições de conformação à chama.

A Tabela 2 apresenta as variáveis adotadas nos ensaios na USP.

Tabela 2 – Ensaios na USP – Projeto Chama

Variável Faixa de variação ou especificação

Material Aço Naval Grau A ou ASTM A 131

Sentido de laminação Não foi considerado.

Espessura da chapa (mm) 12,7 (1/2”), 15,8 (5/8”) e 19,0 (3/4”).

Vazão de acetileno (l/h) 1500, 2000 e 2500.

Velocidade do maçarico (mm/s) 5,0, 7,5 e 10,0.

Intervalo entre linhas de

aquecimento (mm)

25,0, 50,0 e 100,0

Os resultados obtidos nos ensaios efetuados podem ser sumarizados da seguinte

forma:

I=25 mm Ψ * 106 = 0,05427 * (Q2/V2H3I) + 911,457 (1)

I=50 mm Ψ * 106 = 0,13808 * (Q2/V2H3I) + 1214,083 (2)

I=100 mm Ψ * 106 = 0,21028 * (Q2/V2H3I) + 1007,357 (3)



36

Onde:

Ψ Ângulo médio de curvatura. (graus).

I Distância entre linhas de aquecimento. (mm).

Q Vazão de gás (litros/hora)

V Velocidade da chama. (mm/s).

H Espessura da chapa. (mm).



37

5. REDES DO CASCO

5.1 SUMÁRIO

Neste capítulo é apresentado um resumo das redes do casco e sua simbologia.

5.2 REDES DO CASCO

As redes a bordo de um navio dependem do tipo de navio e especificação do estaleiro.

Conforme já apresentado no módulo 7 deste curso as principais redes que podem ser

instaladas são as seguintes:

o rede de água doce – quente e fria

o rede de águas servidas

o rede de refrigeração dos motores principais e auxiliares

o rede de exaustão dos gases dos motores

o rede de óleo combustível

o rede de vapor

o rede de ar comprimido

o rede de ar condicionado

o outras redes que dependem do navio especifico

Essas redes podem ser construídas de aço, cobre, ligas de alumínio, tubos de plástico, etc.

A Figura 28 apresenta um bloco com diversas tubulações já instaladas.



38

Figura 28 – Bloco com tubulações instaladas

O setor de projetos do estaleiro executa o dimensionamento da tubulação e pode

utilizar programas sofisticados como o PDS, ou Smart Plan, Estes programas já

emitem desenhos 3-D e isométricos para a fabricação dos tubos e listas de

materiais para a aquisição. A Figura 29 apresenta uma visualização de uma rede

do programa Smart Plan.

Figura 29 – Smart Plan



39

A Figura 30 apresenta valores típicos de velocidades de fluidos em tubulações

para uso naval.

Figura 30 – Velocidades máximas dos fluidos nas tubulações (pés/s)

As Figuras a seguir apresentam simbologias usualmente adotadas no desenho de

tubulação. Para maiores detalhes consulte a ABNT.



40

Figura 31 – Simbologia de tubulação



41

Figura 32 - Simbologia de tubulação



42

Figura 33 - Simbologia de tubulação



43

6. VIBRAÇÃO E FADIGA

6.1 SUMÁRIO

A estrutura de um navio esta submetida a diversos esforços cíclicos provenientes

de seu carregamento e de seus componentes internos como maquinas rotatórias,

linha de eixo, etc.

Este capítulo apresenta inicialmente o comportamento do material quando

submetido a um esforço cíclico. Em seguida apresenta como se desenvolve uma

trinca de fadiga e como se pode estimar a vida útil de uma estrutura. Apresenta-

se também a previsão de vida útil de juntas soldadas.

Encerra-se o capítulo com a seqüência de instalação dos motores principais e de

linhas de eixo de navios.

6.2 COMPORTAMENTO DO MATERIAL SUBMETIDO A

CARREGAMENTO CÍCLICO

A resposta tensãoxdeformação dos materiais quando submetidos a esforços cíclicos pode

ser diferente da resposta a um esforço simples.

Alguns materiais quando submetidos a esforços cíclicos podem apresentar um

amolecimento ou um endurecimento quando comparados com a resposta a um

carregamento simples, vide a Figura 34.



44

Figura 34 – Amolecimento e endurecimento cíclico

Para o estudo do comportamento dos materiais quando submetidos a carregamentos

cíclicos é usual a utilização da tensão verdadeira e a deformação verdadeira, vide a Figura

35. Todavia, para a maioria dos cálculos as diferenças entre os valores de engenharia e os

valores reais são muito pequenas. Por exemplo, para uma deformação de engenharia de

0,02 a tensão real é 2% maior que a de engenharia e a deformação real é 1% menor, vide

Figura 35.

Figura 35 - Ensaio de tração de engenharia e a curva real

Stress

Strain

True Stress - Strain Curve

Engineering Stress - Strain Curve

Ultimate Tensile Strength

Fracture

Fracture

STRAIN

ST

RE

SS

Monotonic

Cyclic

a) SAE 1045 Steel Quenched and Tempered

STRAIN

ST

RE

SS

Monotonic

b) 2024-T351 Age hardened Aluminum Alloy

Cyclic



45

O material quando submetido a uma tensão elevada pode alcançar o seu limite de

escoamento e este material começa a apresentar uma deformação plástica

permanente. A Figura 36 apresenta a curva tensãoxdeformação para um material,

cujo módulo de elasticidade é “E”, submetido a uma tensão de “A”. Verifica-se que

quando a tensão é reduzida o material irá apresentar uma deformação plástica

permanente de εP .

0.2% offset yield stress

0.2 % STRAIN

Sy

(S )y

E

1

E

1 E

1

ST

RE

SS

elasticplastic

Total Strainε

εp εe

Ee

pe

/σε

εεε

====

++++====A

C

Figura 36 – Deformações elásticas e plásticas de um material

A Figura 37 apresenta a curva tensãoxdeformação para um material submetido a um

esforço cíclico de tração e compressão. Este comportamento do material é conhecido como

histerese.



46

σ

ε

A

B

C

D

E

F

B

C

D

E

F

Figura 37 – Representação da curva de histerese para um material

A Figura 38 apresenta diferentes respostas de um mesmo material, quando a tensão

máxima aplicada varia de σ1 até σ3.

Figura 38 – Resposta de um mesmo material a diferentes níveis de

solicitação

A Figura 39 apresenta uma curva de histerese de um material e as equações da

tensão e deformação.



47

σ

εR

azão

tensã

o,

∆σ

Razão Deformação, ∆ε

∆εpp ∆εee

Ee

pe

/σ∆ε∆

ε∆ε∆ε∆

====

++++====

E22

222

e

pe

σ∆ε∆

ε∆ε∆ε∆

====

++++====

Razão

Amplitude

Figura 39 – Curva de histerese e equações para a curva tensão deformação

no regime elástico

Quando se plotam as deformações plásticas em um gráfico logarítmico, como apresentado

na Figura 40, pode-se estabelecer uma relação entre a deformação plástica e a tensão,

onde n’ é a inclinação da reta e k’ é uma constante.



48

'

'

n

1

p

n

p

2k'2

2 k'

2

====

====

σ∆ε∆

ε∆σ∆

n’

k’

Log(∆εp/2)

Lo

g(∆

σ/2

)

σ

ε

'

'

,

n

1

n

1

p

e

pe

2k'E22

Hence

2k'2

E22

222

++++====

====

====

++++====

σ∆σ∆ε∆

σ∆ε∆

σ∆ε∆

ε∆ε∆ε∆

Figura 40 – Equação tensãoxdeformação para a curva no regime elástico e

plástico

Algumas teorias foram desenvolvidas para explicar o comportamento dos materiais quando

submetidos a esforços cíclicos, algumas delas são apresentadas resumidamente a seguir:

� Efeito Bauchinger: Depois de deformado plasticamente em uma direção, o metal

responde no sentido oposto com valores menores, vide Figura 41;



49

� Hipótese de Masing: Masing sugeriu que a curva tensãoxdeformação para o ciclo

reverso, medido no ponto de reversão seria a curva cíclica com um fator de escala

2, vide Figura 42;

� Memória: A tensão para a plasticidade reversa é geralmente reduzida. A curva

tensão deformação segue sempre seu caminho inicial independente se a deformação

máxima ou mínima for alcançada em primeiro lugar, vide Figura 43.

Figura 41 - Efeito Bauchinger

Reversed Stress-Strain Curve

Stress -Strain Curve

Stress-Strain Curve

Stress

Strain



50

Hipotese de Masing

∆σ

, ∆

σ/2

∆ε, ∆ε/2

Curva Cíclica

σ−ε

Curva

σ−ε reversa

'

'

n

1

n

1

2k'2

E

2k'2

E2

2

2

2

++++====

++++====

σ∆σ∆ε∆

σ∆σ∆ε∆

'n

1

2k'E22

++++====

σ∆σ∆ε∆

Figura 42 – Hipótese de Masing

Figura 43 – Efeito de memória do material

A Figura 44 apresenta o efeito da seqüência de carregamento na resposta final do material.

Repare que o ciclo final é idêntico para os dois casos, é diferente o primeiro ciclo que em

um caso se inicia tracionando o material e no segundo caso se inicia comprimindo.

time

Previous reversal point

Deformation on previous hysteresis loop

Material Memory

Str

ain

Str

ess

Strain



51

Figura 44 – Efeitos da seqüência de carregamento na resposta do material

6.3 RESISTÊNCIA À FADIGA

Uma embarcação, ou uma plataforma de exploração no mar, pode estar sujeita a esforços

cíclicos tais como:

1. Ondas na rota da embarcação

2. Efeitos dinâmicos dos propulsores

3. Máquinas rotativas a bordo

4. Navios ultra-rápidos com esforços cíclicos nos hidrofólios

5. Submarinos com esforços de fadiga de baixo ciclo devido a imersão

6. Plataformas de Petróleo – problema de fadiga nos risers (tubos vindos das cabeças

dos poços) conectados na plataforma que se movimenta

7. etc



52

A Figura 45 apresenta gráficos de carregamentos para algumas estruturas e as definições

de tensões.

Figura 45 – Carregamentos cíclicos para as estruturas

A resistência à fadiga da estrutura é dependente dos seguintes fatores:

o Esforços cíclicos que a estrutura esta sendo submetida

o Características dos materiais envolvidos

o Distribuição de tensões e concentrações de tensões no local

Uma vez a trinca estando presente no material, ela tem a tendência a propagar sob a

influencia de carregamento cíclico. A trinca pode se iniciar por fadiga, ou pode ser pré-

existente do processo de fabricação, causada por algum impacto, choque térmico, etc.

A fratura pode se propagar até um comprimento crítico e em seguida a fratura pode se

propagar de maneira instável levando a resultados catastróficos.

O fator que comanda a propagação é a faixa de variação do fator de concentração de tensão

durante o carregamento cíclico.



53

A Figura 46 apresenta exemplos de concentração de tensão. A primeira figura representa

um furo em local tracionado, já a figura seguinte apresenta as tensões próximas a um

reforçador que foi interrompido.

Figura 46 – Concentração de tensão próxima a uma singularidade

O fator de concentração de tensão é uma função do comprimento da trinca “a”, da tensão e

da geometria da estrutura, sendo:

K1 = ασ√(πa)

Onde:

K1 = fator de concentração de tensão

α = fator geométrico que correlaciona a distribuição de tensão no local

a = tamanho da trinca

A Figura 47 apresenta o mesmo material quando submetido a ciclos de tensão diferentes.



54

X

X

Co

mp

rim

ento

da

Tri

nca

, a

Ciclos, N

ao

ac2

∆σ2

∆σ1∆σ1 < ∆σ2ac1

da/dN2

da/dN1

Figura 47 - Razão de crescimento da trinca até a ruptura para diferentes

solicitações

Verificou-se que a razão de crescimento da trinca (da/dN) esta correlacionada

com a variação do fator de concentração de tensão, vide Figura 48.

A variação do fator de concentração de tensão em um carregamento cíclico pode

ser expressa por:

∆K1 = α(σMAX - σMIN ) √(πa)

No caso de σMIN ser de compressão, o valor é ignorado.



55

Lei de Paris

Paris – Cresci-

mento Estável

Cre

scim

ento

lento

–F

ronte

ira∆

Kth

Fra

tura

rápid

a

Cre

scim

ento

rápid

oe

inst

ável

log(∆K)

log(d

a/dN

)

A

m

Figura 48 – Lei de Paris

Assim a razão de crescimento pode ser expressa por:

Onde:

Co = constante

m= expoente da equação

∆K = variação da concentração de tensão

∆KTH = valor de fronteira, para valores menores que este não ocorre a

propagação da trinca



56

A Figura 49 apresenta as características micrograficas da trinca em função do seu

comprimento.

Figura 49 - Razão de Crescimento e Características Micrográficas da Trinca

O numero total de ciclos para alcançar o comprimento de trinca critico, aC, pode

ser escrito:

Onde tamanho crítico da trinca, ac , é encontrado através da expressão:

Ac = (1/π)( K1C /ασ)2

Onde:

σ : tensão máxima agindo no local da trinca



57

K1C = fator de concentração critico (característica do material)

A integração para obtenção da vida útil, pode ser simplificada para o caso de m

ser uma constante para:

NP = ao / ( Co ∆Km (m/2-1))

Alguns valores característicos do aço e do alumínio para aplicação da Lei de Paris

são apresentados em seguida:

Sendo assim, a vida a fadiga de uma estrutura é a soma da vida para iniciar a

fratura e a vida para propagar:

NF = NI + NP

Para alguns componentes, onde os níveis de tensão são elevados e/ou o

tamanho da trinca crítica é pequena, o período de propagação de trincas é

negligenciado. Para outras estruturas, incluindo estruturas navais, vasos de

pressão, aviões, etc, a vida durante o período de propagação pode ser uma

parcela considerável da vida da estrutura.

O tamanho inicial da trinca, ao , é usualmente encontrado após uma inspeção ou é

um valor assumido pelo projetista.



58

A seqüência para estimar o numero de ciclos para alcançar o tamanho crítico de

trinca é o seguinte:

1. Obtenha a razão de crescimento da trinca para o material, ambiente e

razão de tensão;

2. Determine o tamanho inicial da trinca, ao;

3. Determine o tamanho critico da trinca, ac;

4. Determine ∆K para a trinca de comprimento ao. Se ∆K < ∆Kth a trinca não

irá propagar

5. Se ∆K > ∆Kth a trinca irá propagar, utilize de maneira conservadora a Lei de

Paris para estimar a vida útil da estrutura, se apropriado.

Uma solução mais geral para o problema envolve encontrar a vida útil também no

período antes de chegar na fase de crescimento estável (Lei de Paris). Se a trinca

inicial for pequena a parcela de vida nesta fase pode não ser desprezível. A vida

útil depois de alcançado o tamanho crítico da trinca é usualmente desprezada.

6.4 RESISTENCIA A FADIGA DE JUNTAS SOLDADAS

As juntas soldadas são locais que usualmente apresentam concentrações de

tensões devido a sua própria geometria, devido a defeitos que porventura existam

e mesmo devido a concentrações de tensões causadas pelas peças que estão

sendo unidas.

Para se melhorar a resistência à fadiga das juntas soldadas algumas técnicas são

descritas a seguir.

Métodos para melhorar a geometria da solda:

o Usinar ou esmerilhar o cordão de solda paralelo à face da chapa;



59

o Usinar ou esmerilhar a solda de filete ou canto, principalmente próximo ao

pé da solda;

o Executar um cordão de solda TIG no pé do cordão, próximo a Zona

Termicamente Afetada, ZTA, para melhorar as características desta região.

Métodos para reduzir as tensões residuais:

o Martelamento (peening) do cordão;

o Sobre-carregamento da estrutura para alivio das tensões;

o Tratamento térmico para alivio das tensões residuais.

Métodos para melhorar as condições ambientais:

o Pintura;

o Cobertura com resina.

Os defeitos nas juntas soldadas são os seguintes:

1. Geométricos:

a. Todos os tipos de desalinhamentos, incluindo as diferenças no plano

da solda ou distorções angulares, Figura 50;

b. Mordeduras.

2. Descontinuidades volumétricas:

a. Porosidades e cavidades de qualquer espécie;

b. Inclusões.

3. Descontinuidades planares

a. Todos os tipos de trincas e similares como falta de fusão ou falta de

penetração, Figura 53.



60

Figura 50 – Falta de alinhamento e deformação angular

Figura 51 – Detalhes estruturais e concentrações de tensões agindo na

estrutura



61

Figura 52 – Concentração de tensão próxima a uma junta de canto

Figura 53 – Vários tipos de defeitos planares

A Figura 54 apresenta os resultados de ensaio de fadiga em um material. Esta

curva é conhecida como curva S-N do material. O eixo horizontal representa o

numero de ciclos e o eixo vertical representa a tensão aplicada. Os pontos abaixo

da curva não sofrem fratura por fadiga.



62

Figura 54 – Resultado de um ensaio de fadiga de um material – Curva S-N –

Tensão pelo Número de ciclos até a ruptura

A curva S-N pode ser plotada para diferentes geometrias e diferentes

concentrações de tensões.

A Figura 55 apresenta os resultados para uma liga de alumínio e diferentes

classes de resistência à fadiga (FAD).



63

Figura 55 – Curva S-N para o Alumínio

De posse do valor tabelado de FAT, vide Figura 56 e Figura 57 como exemplos, é

possível estabelecer qual a curva S-N para a estrutura em questão. Conhecendo-

se a razão de tensão (∆σ) é possível verificar a vida útil esperada para a

estrutura.



64

Figura 56 – Exemplo de fatores de fadiga para juntas soldadas de aço (St) e

de alumínio (Al)

Figura 57 – Exemplo de fatores de fadiga para juntas soldadas de aço (St) e

de alumínio (Al)



65

Máquinas rotativas podem ter um carregamento mais homogêneo, entretanto

estruturas como navios e plataformas de petróleo apresentam um carregamento

variável ao longo de sua vida útil. Para se poder computar qual a vida de uma

estrutura sujeita a vários tipos de carregamentos cíclicos é comum o uso da

Regra de Palmgren-Miner:

Onde:

ni = número de ciclos que a estrutura esta sujeita na razão de tensão ∆σi

Ni = vida útil da estrutura na razão de tensão ∆σi

A somatória deve ser menor que 1 para garantir que a estrutura projetada irá

resistir à solicitação esperada durante a sua vida útil.

Pode ser estimada uma porcentagem de ocorrência de tensões cíclicas ao longo

da vida da estrutura, mediante medições de estruturas semelhantes,

conhecimento estatístico de ondas, conhecimento estatístico de ventos, etc. A

Tabela 3 é um exemplo de ocorrência de variação de tensão em uma estrutura.



66

Tabela 3 – Ocorrência de tensões na estrutura

A distribuição de variação de tensões pode ser plotada em um gráfico e uma

distribuição normal pode ser adotada para descrever o fenômeno, conforme a

Figura 58.

Figura 58- Distribuição normal da variação de tensões



67

6.5 O POSICIONAMENTO DA LINHA DE EIXO

Devido ao movimento de rotação da linha de eixo pequenos desalinhamentos nos mancais

de suporte podem gerar vibrações indesejáveis na região da popa. Estas vibrações além de

causar desconforto para a tripulação podem ser também a responsável pelo

desenvolvimento de trincas na estrutura do navio.

Devido aos motivos apresentados anteriormente a precisão requerida na instalação da linha

de eixo é bem maior do que a necessária para a construção do casco. Para se obter uma

maior precisão na instalação da linha de eixo o serviço é efetuado com o menor número

possível de pessoas a bordo, e durante a noite ou ao amanhecer, quando não existem

distorções térmicas devidas ao aquecimento do Sol.

O procedimento que é seguido pelos estaleiros para a instalação da linha de eixo é

sumarizado a seguir:

a) a partir dos valores de projeto, o centro da linha de eixos é marcado nas

anteparas;

b) furos de diâmetro variando de 50 a l00 mm são efetuados nas anteparas com

centro nos pontos determinados no item a;

c) uma linha de referência (corda de piano) é corrida e tracionada por meio de um

peso, conforme esquema na Figura 59e na Figura 60.

d) com auxilio da corda de piano, o centro exato da linha de eixo é determinado.

São traçados na antepara diâmetros e círculos concêntricos, conforme a Figura 61.

e) todos os furos são usinados com equipamentos especiais.

f) o tubo telescópico e as caixas de antepara são posicionados com guinchos, ou

equipamentos hidráulicos.



68

Figura 59. Corda de piano posicionada na linha de centro do eixo propulsor

Figura 60– Esquema de montagem da corda de piano

Figura 61 - Posicionamento do centro da linha de eixo



69

O outro procedimento que pode ser adotado é a utilização de um raio de luz. O

procedimento é bastante semelhante, porém e um pouco mais preciso. Evita-se a catenária

que ocorre na corda de piano. Um resumo do método é apresentado a seguir:

a) semelhante ao item “a” do processo anterior;

b) semelhante ao item “b” do processo anterior;

c) uma lâmpada é posicionada a ré da antepara de vante da Praça de Máquinas,

conforme esquema da Figura 62;

d) uma luneta de observação é posicionada a ré da popa do navio;

Figura 62 – Posicionamento da linha de eixo com auxilio de um raio de luz

e) chapas com um furo central de 0,5 a 2 mm de diâmetro cobrem os furos nas

anteparas;

f) O centro da linha de eixo é localizado quando o observador localizado à ré da

popa consegue ver a fonte de luz;

g) Coincide com o item “d” do processo anterior;

h) Coincide com o item “e” do processo anterior;

i) Coincide com o item “f” do processo anterior;

6.6 INSTALAÇAO DO EIXO PROPULSOR

O eixo propulsor deve ser instalado sempre antes do lançamento do casco. Usualmente é

instalado de fora para dentro do casco. Entretanto, se existir interferência com o poste do

leme ou o eixo for dotado de flange de acoplamento, ele deverá ser instalado de dentro



70

para fora.

O eixo deve ser instalado com auxilio de carrinhos devido ao seu peso elevado, e assim

evitando-se distorções e empenamentos nesta peça, conforme esquema da Figura 63.

Figura 63– Instalação do eixo propulsor

6.7 INSTALAÇAO DO HÉLICE

O cubo do hélice e o eixo propulsor são usinados de maneira a resultar em um ajuste

perfeito entre as duas peças. O ajuste entre o eixo propulsor e o hélice pode ser verificado

nas oficinas do estaleiro antes da montagem na carreira, evitando-se assim re-trabalhos em

locais de difícil acesso. O hélice depois de ajustado é posicionado no eixo propulsor com

auxilio de equipamentos hidráulicos. Isto é efetuado para garantir uma pressão constante

em toda a superfície de contato.

O hélice é usualmente instalado antes do lançamento, caso isto não ocorra uma docagem

do casco deverá ser providenciada para instalação desta peça levando a um custo elevado.

6.8 INSTALAÇAO DOS MANCAIS E ALINHAMENTO DOS EIXOS

Em linhas gerais o procedimento pode ser sumarizado em:

a) posicionamento da corda de piano pelo centro da linha de eixo;

b) a altura das fundações dos mancais é verificada;

c) a superfície das fundações é usinada de modo a se obter uma superfície plana

(tolerância da ordem de 0,055mm),

d) os mancais, sem a parte superior, são montados e posicionados com dispositivos

que facilitem a correção de sua posição, conforme esquema da Figura 64.



71

e) os eixos são posicionados sobre os mancais;

f) a partir do eixo propulsor em direção à Praça de Máquinas é verificado o

alinhamento nos flanges dos eixos, conforme esquema na Figura 65.

g) o alinhamento é conseguido com auxilio dos parafusos de ajuste na base dos

mancais;

h) são produzidas chapas de espessuras exatas (calços) para fixar convenientemente

os mancais nas fundações;

i) os mancais são parafusados nas fundações;

j) o eixo e verificado novamente quanto ao seu alinhamento.

Figura 64 - Fundação e Mancal

Deslocamento = a + b

2

Deflexão = e - d

D

Figura 65– Verificação do alinhamento dos eixos



72

6.9 INSTALAÇAO DO MOTOR PRINCIPAL

O procedimento para instalação do MCP é descrito a seguir.

a) posicionamento da "corda de piano" pelo centro da linha de eixo;

b) as fundações do MCP são verificadas na sua posição e altura;

c) a superfície da fundação é inteiramente usinada;

d) o motor principal é posicionado;

e) com auxilio de macacos hidráulicos o motor principal é alinhado com os eixos;

f) os flanges de acoplamento são medidos para verificar o alinhamento;

f) chapas de calço são instaladas para suportar o peso do MCP;

g) o motor é parafusado na fundação:

h) o alinhamento é verificado novamente



73

7. PINTURA E CONTROLE DA CORROSÃO

7.1 SUMÁRIO

Neste capítulo é apresentado um resumo do processo de corrosão e descrevem-se as tintas

e meios de aplicação. Por ultimo métodos de proteção do casco utilizando anodos de

sacrifício e circuito impresso é discutido.

7.2 A CORROSÃO

A corrosão dos metais pode ser definida como um processo eletromecânico em que o metal

reage com seu ambiente para dar forma a um óxido, ou ao outro composto, similar ao

minério de que foi obtido originalmente.

Figura 66- Processo de fabricação e corrosão do ferro

Uma etapa importante na corrosão do aço é a transformação de um átomo do

metal ao íon do metal pela perda de dois elétrons.

Esta é a reação anódica é representada na Figura 67

Figura 67 – Reação anódica



74

Esta reação pode somente ocorrer se houver um receptor apropriado do elétron à

liga com os elétrons liberados pelo átomo do íon. A água doce ou água do mar

contem o oxigênio atmosférico dissolvido que serve prontamente a esta

finalidade. O oxigênio é eletroquìmicamente reduzido aos íons do hidróxido na

reação catódica.

Figura 68 – Reações Químicas no processo de corrosão



75

A Figura 69 apresenta a classificação dos processos de corrosão que são

descritos logo a seguir.

Figura 69 – Tipos de Corrosão

CORROSÃO GALVÂNICA OU BIMETÁLICA

Imagine uma barra de aço e uma de cobre ambas imersas em uma solução

iônica. Uma vez que o aço é menos nobre que o cobre, ele libera elétrons mais

facilmente do que o cobre, o contato metálico entre os dois causa a transferência

de alguns elétrons adicionais do aço para cobre criando uma corrente elétrica.

Este processo ira consumir o elemento menos nobre, neste caso o aço, e o

material mais nobre ficará protegido.



76

Figura 70 – Aço e cobre imersos em água do mar

Figura 71 – Serie galvânica de metais



77

CORROSÃO POR PITES

Ocorre em metais passivos na presença de íons cloreto. Os íons cloreto rompem

localizadamente a película passiva. Como as condições são de estagnação no

interior do pite, forma-se aí uma solução ácida, o que possibilita um rápido

crescimento do pite para o interior do material.

A característica deste tipo de corrosão é o fato de ser extremamente localizada e

a penetração ser profunda em relação à área atacada. O pite é uma das formas

mais perigosas de corrosão e ocorre frequentemente em lugares onde não pode

ser vista prontamente. A corrosão por pite pode ser extremamente intensa Nas

escamas de laminação do aço exposto ao tempo.

Figura 72 – Processo de corrosão por pite na região das escamas de

laminação

CORROSÃO POR FRESTA

Corrosões locais intensas, variando de pequenas regiões até um extensivo

ataque sobre a superfície inteira, podem ocorrer dentro de estreitas fendas,

formadas pela geometria da estrutura, por exemplo: placas rebitadas ou junções

parafusadas. A corrosão por fresta é caracterizada por uma configuração

geométrica na qual o reagente catódico, o oxigênio, pode prontamente ter acesso



78

à superfície do metal fora da fenda e menos dentro da fenda. O metal dentro da

fenda é, portanto, o anodo que cerca o aço e sofre a corrosão preferencialmente.

CORROSÃO POR DEPOSIÇÃO

É um tipo similar de ataque àquele que ocorre corrosão de fenda. Onde quer que

a escória se junte, haverá um esgotamento em uma fenda. Conseqüentemente, o

ataque é localizado abaixo da escória ou do sedimento. Veja Figura 73

apresentando um esquema da corrosão por deposição

Figura 73 – Corrosão por deposição

Figura 74- Corrosão intergranular



79

CORROSÃO MICROBIOLOGICAMENTE INFLUENCIADA (MIC)

Em todos os metais, incluindo o aço inoxidável, pode ocorrer corrosão

microbiologicamente influenciada, MIC. Esse tipo de corrosão foi descoberta há

muito tempo e é completamente negligenciada ou irreconhecível. Entretanto, esse

tipo de corrosão está ganhando atenção na esfera naval como uma das principais

causas da corrosão nos tanques de carga e lastro e em espaços vazios.

As bactérias corrosivas prosperam em ambientes com baixa ou nenhuma

concentração de oxigênio e requerem algum tipo de fonte do alimento. Em um

ambiente ideal os micróbios podem dobrar sua massa a cada 20 minutos, mas

tais circunstâncias raramente existem em embarcações. Em navios os micróbios

podem prosperar na camada da água no fundo dos tanques de óleo e nos

sedimentos nos tanques de lastro. Uma vez que as bactérias se estabelecem,

elas tornam-se difíceis de ser controladas e podem-se corroer o aço até 1/16 a

1/8 de polegada por o ano.

A reação dos micróbios e do aço não está muito clara, no entanto sabe-se

bastante sobre onde elas podem agir:

1. Micróbios produzem ácidos

2. Destroem revestimentos

3. Criam células de corrosão

4. Produzem o sufidro de hidrogênio

7.3 A PINTURA

A pintura pode ser descrita como um material líquido capaz de ser aplicado ou

espalhado sobre uma superfície contínua onde ele seca ou endurece para dar

forma a uma barreira de revestimento contínuo.



80

No passado, a tecnologia da pintura e sua execução eram artes ou ofícios

desenvolvidos durante muitos anos e baseadas por resultados da experiência

prática.

ANTI-CORROSIVOS

Na prevenção de corrosão com pinturas, três princípios principais são

empregados:

• Criar uma barreira que expulsem íons carregados e retarde a penetração

de água e oxigênio.

• Assegurar que a água em contato com a camada de pintura retire

componentes especiais ou compostos que inibam a sua ação corrosiva.

• Assegurar o contato metálico entre o aço e metais menos nobre, tal como o

zinco, permitindo a proteção catódica do aço por meio do efeito galvânico

EFEITO DE BARREIRA

O efeito de barreira é obtido pela aplicação de revestimentos grossos, 10 a 20

mils., de pintura com permeabilidade de água muito baixa.

Os representantes típicos são:

• Betume

• Piche de carvão do epoxi

• Epoxi

EFEITO INIBIDOR

Efeitos inibidores de corrosão são alcançados com o uso demãos de tintas que

contenham inibidores. Estes inibidores são pigmentos solúveis ou básicos



81

projetados para suprimir o processo da corrosão. Exemplos de tipos de inibidores

utilizados são:

• Cromato de zinco

• Fosfato de zinco

• Metaborato de zinco

• Chumbo

• Plumbato de Cálcio

•

(Os primeiros três inibidores não contêm partículas metálicas de zinco)

Os inibidores são e devem ser um pouco solúveis em água. Para impedir que

sejam varridos dos revestimentos, camadas superiores sem os inibidores são

aplicadas para fornecer uma barreira necessária para que as camadas inibidoras

durem.

EFEITO GALVÂNICO

A proteção do aço através do efeito galvânico, proteção catódica pode ser

conseguida com as pinturas que contêm grandes quantidades de zinco metálico.

A condição para uma proteção eficaz é que a pintura seja formulada para dar o

contato metálico entre as partículas individuais de zinco e entre partículas de

zinco e de aço. As pastas típicas para pinturas com partículas de zinco são:

• Cola epoxy

• Silicato de Etila

• Silicato de Alkali

A própria natureza destas pinturas requer uma superfície de aço absolutamente

limpa e, especialmente para os silicatos de zinco, um perfil de superfície

razoavelmente bem definido para um sistema de revestimento duradouro.



82

Os principais componentes da tinta são:

• Resina

• Pigmento

• Solvente

Figura 75 - Componentes da tinta

Veiculo é o filme formado pelos componentes da tinta. O veiculo tem importância

fundamental nas características fisico-quimicas da pintura. As pinturas geralmente

são nomeadas pelo seu componente principal (por exemplo: pinturas epóxi,

pinturas de borracha clorada, pinturas alquídicas, etc.). A função da tinta é dar

uma película contínua e uniforme que seja mantenha a adesão à superfície e que

contribuirá à resistência total do revestimento ao ambiente.



83

REVESTIMENTOS

Nas pinturas líquidas onde o solvente é misturado a tinta, a secagem é

considerada um processo de dois estágios. Ambos os estágios ocorrem

simultaneamente, mas em velocidades diferentes.

Estágio 1 •: O solvente é eliminado da película pelo processo de evaporação e a

película torna-se seca ao toque.

Estágio 2 •: A película torna-se progressivamente quimicamente mais complexa

por um dos seguintes métodos:

o A- Reação com o oxigênio atmosférico, processo de oxidação

o B- Reação com um agente químico adicionado

o C- Reação com água (umidade na atmosfera).

o D- Aquecimento artificial;

o E- Processo de cura por radiação (por exemplo ultravioleta).

As películas formadas pelos métodos acima são quimicamente diferentes aos

agentes originais e não são dissolvidas pelo solvente original.

Resinas de secagem natural

Historicamente, os veículos das tintas foram baseados em vários óleos de origem,

vegetal ou animal. Estes materiais são de secagem lenta, devido à quebra das

ligações intermoleculares ocorridas na presença do oxigênio atmosférico.

A adição de vários catalisadores metálicos acelera significativamente o processo

de secagem. Os óleos de secagem vegetais sozinhos não são apropriados para

pintura.

Para obter as melhores propriedades da película, é necessário modificar o óleo

com uma gama de resinas naturais e sintéticas.



84

SOLVENTES

Os solventes são usados nas pinturas principalmente facilitar a aplicação. Sua

função é diluir a tinta e conseqüentemente reduzir a viscosidade da pintura a um

nível que seja apropriado para os vários métodos de aplicação, isto é escova,

rolo, pulverizador convencional, pulverizador, etc. Após a aplicação, o solvente

evapora e não faz nenhuma parte na película final, o solvente transforma-se

conseqüentemente um material perdido de custo elevado. Os líquidos usados

como solventes nas pinturas podem ser descritos dentro uma de três maneiras:

• Solventes verdadeiros

Um líquido que dissolva a tinta e seja completamente compatível com ele.

• Solvente latente

Um líquido que não seja um solvente verdadeiro. Entretanto, quando

misturada com um solvente verdadeiro, a mistura amplia as propriedades dos

solventes verdadeiros.

• Solvente do Diluidor

Um líquido que não seja um solvente verdadeiro. Usado normalmente como uma

mistura com solvente verdadeiro/solvente latente mistura para reduzir o custo. A

tinta tolera somente uma quantidade limitada do diluidor.

SHOP PRIMERS

Shop primers, também referido como primers pré-construídos, são anticorrosivos

desenvolvidos para aplicação em plantas automatizadas para chapas ou perfis

anteriormente a montagem ou construção.



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As funções dos primers são:

-Proteger contra corrosão durante o período de construção.

-Spray aplicável em uma variedade de instalações automáticas.

-Tempo de cura muito curto.

-Não deve influenciar na velocidade de solda ou corte.

-Não deve produzir fumos tóxicos ou nocivos durante o processo de solda e corte.

-Não deve influenciar na força de solda.

-Deve conseguir suportar manuseio com atrito relativamente alto.

-Deve formar uma base compatível com a maior variedade possível sistemas de

revestimento.

Anti-incrustante

Cascos de navios são pintados para proteger o material constitutivo, usualmente

aço, e prevenir aspereza exagerada. O efeito de maior rugosidade na área do

casco é aumentar a resistência ao avanço, diminuindo a velocidade e/ou

aumentando o consumo de combustível. A punição é um aumento no custo

operacional.

INCRUSTAÇÃO

A rugosidade mais severa é aquela causada pela incrustação, seja o crescimento

de várias plantas marinhas, animais e organismos.

Algo em volta de 20% do gasto em combustível da Marinha Real é estimado

como sendo causado pela incrustação.

Matriz solúvel (sem polimento)

Tais anti-incrustantes têm, como constituinte de seu filme, uma resina solúvel em

água salgada. À medida em que o filme dissolve, o material que reage com o



86

ambiente é liberado. A taxa de liberação é desigual e já que o filme é

comparativamente fraco, o material é liberado em pequena quantidade.

Figura 76- Anti-incrustante de matriz solúvel

Matriz insolúvel

Estes anti-incrustantes podem ser constituídos de uma película de vinil. Estes têm

um grande poder de coesão e não são afetados pela água do mar, portanto, a

quantidade de material reagente com o ambiente tem de ser suficientemente alto

para que as partículas deste material entrem em contato entre si.

Figura 77- Anti-incrustante de matriz insolúvel



87

Auto polidas

Estas são baseadas em um filme acrílico incorporando material bio-reativo nos

próprios polímeros. Em contato com a água do mar dissolve em uma taxa

previsível. À medida em que o anti-corrosivo é gasto o material bio-reativo é

liberado numa taxa igual.

Figura 78- Anti-incrustante auto-polido

7.4 DESEMPENO, JATEAMENTO E PINTURA

As operações do desempeno e limpeza do material são efetuadas no pátio de chapas e

perfis, ao invés de serem feitas nas oficinas de pré-fabricação.

Desempeno de chapas - As chapas utilizadas na construção naval devem ser bastante

planas. No transporte das siderúrgicas até o estaleiro as chapas podem se distorcer

consideravelmente, um conjunto de rolos para desempeno (calandra) é essencial para

corrigir este problema. Os rolos para desempeno são usualmente hidráulicos e controlados

eletricamente. De modo a se obter uma alta produtividade é necessário que as chapas se

desempenem depois de atravessar uma única vez o conjunto de rolos, assim um conjunto

de 5 rolos executa este serviço, conforme apresentado na Figura 1.



88

Figura 79- Rolos para desempeno de chapas (calandra)

Os equipamentos usualmente utilizados por estaleiros processam chapas de largura

máxima de 2,7 m a 3,6 m, e uma espessura máxima de 1 ¾ pol.

Limpeza: Para a prevenção e controle da corrosão é necessário que o material

seja limpo. A pintura sobre o material atacado de ferrugem é completamente ineficaz.

Métodos empregados para remover a ferrugem e as escamas de laminação do material são

descritos a seguir:

Métodos mecânicos: Utilizando ferramentas elétricas ou pneumáticas, tais como

martelos, escovas, etc

Tratamento térmico: método baseado na diferença do coeficiente de expansão do

aço e da ferrugem.

Jateamento abrasivo: o abrasivo é atirado, com auxilio de ar comprimido, sobre a

superfície a ser limpa, com isto removendo a ferrugem e as escamas de

laminação. A Tabela 4 apresenta um comparativo dos abrasivos que podem ser

utilizados.

Ataque químico: consiste no ataque do material por ácido.



89

Tabela 4 – Comparativo de abrasivos

A limpeza é efetuada de acordo com o padrão estabelecido pelo fabricante da

tinta que deverá ser aplicada. O padrão garante o grau de limpeza necessário

para a aderência e qualidade da pintura. A Tabela 5 apresenta os padrões de

limpeza das chapas.



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Tabela 5 - Padrão de Limpeza de Chapas de Aço Naval

Pintura : As vantagens da limpeza do material se perderão se o material não for

protegido tão rápido quanto possível. O tempo que se pode esperar não pode exceder de

10 a 20 minutos dependendo da umidade do ambiente. Atualmente, podem-se obter

proteções especiais que secam rapidamente e permitem um quase imediato manuseio do

material. A proteção pode ser aplicada automaticamente através de equipamentos de

pintura instalados logo apos o equipamento para a limpeza. A tinta utilizada são os shop

primers descritos anteriormente.

`

MÉTODOS DE APLICAÇÃO DE TINTA

O objetivo em aplicar revestimentos de tinta é possibilitar a formação de filmes

que protegem e, normalmente numa extensão menor, decoração à estrutura que

está sendo pintada. As variáveis que levam a aplicação ao sucesso são:



91

-Preparação da superfície.

-Constituição do filme e espessura total do sistema.

-Métodos de aplicação.

Condições atmosféricas durante a aplicação.

Métodos de aplicação

Os métodos comuns de aplicação de revestimento de tinta são através de :

- Brocha

- Rolo

- Spray convencional

- Spray não-aerado

- High-Volume, Low Pressure spray (HVLP)

Aplicação de brocha

O método histórico de aplicação de tinta não é tão rápido quanto aplicação de

spray ou uso de rolo e é geralmente usado para o revestimento de áreas

pequenas e complicadas ou complexas ou onde a necessidade de trabalho limpo

sem uso excessivo de spray dispensa a aplicação deste.

Aplicação de rolo

A aplicação do rolo é mais rápida que o uso de brocha em superfícies grandes e

lisas, como costados passadiços e deck, mas não é tão boa para áreas difíceis.

Entretanto, é difícil controlar a espessura do filme, e deve-se tomar cuidado para

que não pintar em excesso ou de menos. A escolha do tipo de rolo depende da

rugosidade e irregularidade da superfície sendo revestida.

Spray convencional

Este largamente aceito, rápido método de aplicação de tinta em grandes

superfícies. O equipamento é relativamente simples e usualmente utilizado para

tintas de baixa viscosidade, apesar de que técnicas novas usando aparatos

“pressure-pot” ou “hot spray” possibilitam a aplicação de alguns dos tipos de



92

revestimento de alto valor. Qualquer que seja o revestimento usado, o mecanismo

é o mesmo. Tinta e ar são supridos ao spray e misturados no bico, onde a tinta é

atomizada formando uma nuvem de tinta que é carregada pela pressão do ar para

a superfície de trabalho.

Airless

É uma técnica de aplicação de spray que não necessita da mistura de tinta com

ar. A tinta é forçada por um bico em grandes pressões.

Figura 80 – Cabines de Pintura de Blocos em estaleiro na Alemanha



93

O mesmo processo da corrosão galvânica pode ser utilizado para a proteção do

casco. Um material menos nobre (anodo de sacrifício) é posicionado nos locais

mais sujeitos a corrosão (tanques de lastro, proximidades dos hélices, etc). O

anodo é corroído e o casco fica protegido no processo.



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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. PNA - SNAME - 1969.

2. Riscos Humanos no Emprego do Jato de Areia - M. de Lima Porto e A. C. Netto –

ETCN-SP-1972

3. ABNT – NBR 7165 – Símbolos Gráficos de Solda para a Construção Naval –

Fevereiro/1982

4. Shipyard Alignment of Propulsion Shafting Using. Fair Curve Alignment Theory -

Graeme Mann Naval Engineers Journal – August, 1965.

5. Ship Construction -D.J. Eyres

6. Ship Production – Storch, R. L. et al – Cornell Maritime Press – Second Edition 1995

7. Fatigue Handbook – Offshore Steel Structures

8. Site do projeto de gestão de estaleiros da USP: www.gestaonaval.org.br

9. Recommendatioins for fatigue design of welded joints and components –IIW Joint

Working Group XIII-XV –Julho de 2006

10. Guides Notes on the Application and Maintenance of Marine Coating Systems – ABS

Second Edition – 2004

11. Princípios da Proteção de Estruturas Metálicas em Situação de Corrosão e Incêndio –

Pannoni, F. D. – Disponível no site da Gerdau para download.

12. Palestra sobre produção de navios proferida pelo “First Marine International Limited” na

Universidade de São Paulo.

Documents

8 - Tecnologia de Fabricação,Inspeção e Controle de Corrosão.pdf