sábado, 25 de setembro de 2010

Flutuador, Estabilidade e Estabilidade Vertical

Flutuador - Nomenclatura
Corpo flutuante ou flutuador é qualquer corpo que permanece em equilíbrio quando estiver parcial ou totalmente imerso num líquido.
Plano de flutuação é o plano horizontal da superfície livre do fluido.
Linha de flutuação é a intersecção do plano de flutuação com a superfície do flutuador.
Seção de flutuação é a seção plana cujo contorno é a linha de flutuação.
Volume de carena é o volume de fluido deslocado pela parte imersa do flutuador. Note-se que o peso do volume de carena é igual à intensidade do empuxo.
Centro de carena é o ponto de aplicação do empuxo. Se o fluido for homogêneo, o centro de carena coincidirá com o centro de gravidade do volume de carena.

O exemplo do navio

O centro do volume do fluido deslocado pelo navio é conhecido como CENTRO DE FLUTUAÇÃO; suas projeções no plano e na seção são conhecidas como o CENTRO DE FLUTUAÇÃO LONGITUDINAL (LCB) e o CENTRO DE FLUTUAÇÃO VERTICAL (VCB).

CB

Projeções do Centro de Flutuação

Como o navio não deve ser simétrico abaixo da linha d'água, o centro de flutuação não estará posicionado no meio do plano de flutuação. Sua projeção no plano pode então estar referenciada como o centro de flutuação transversal (TCB). Como z é a distância abaixo da linha d'água, a segunda expressão poderá, com certeza, representar a posição do VCB abaixo da linha d'água. A definição formal é então que o CENTRO DE FLUTUAÇÃO de um corpo flutuante é o centro do volume de fluido deslocado no qual o corpo está flutuando. O primeiro momento do volume em relação ao centro do volume é zero.

Fonte: http://www.navsoft.com.br/pt/index.php?option=com_content&view=article&id=67:centro-de-flutuacao&catid=26:conceitos-basicos

Qual é a relação entre a tensão superficial e a flutuação de corpos nos líquidos ?

A tensão superficial poderá influir na flutuação dos corpos, variando com a molhabilidade.

Quando um corpo flutua num líquido que o molha verificamos que o corpo puxa o líquido para cima e consequentemente a força de reação exercida pelo líquido empurra o corpo para baixo.
Neste caso a tensão superficial reduz a capacidade de flutuabilidade do corpo.
Exemplificando: as aves marinhas quando entram em contacto com o óleo derramado de navios perdem flutuabilidade uma vez que o óleo molha as suas penas

Quando um corpo flutua num líquido que não o molha verificamos que o corpo puxa o líquido para baixo e consequentemente a força de reação exercida pelo líquido empurra o corpo para cima.
Neste caso a tensão superficial aumenta a capacidade de flutuabilidade do corpo.
Exemplificando: a água do mar não molha as penas das aves marinhas adquirindo desta maneira um ganho de flutuabilidade.


Estabilidade
As forças que agem num corpo total ou parcialmente submerso em repouso são o seu peso (G), cujo ponto de aplicação é o centro de gravidade do corpo, e o empuxo (E), cujo ponto de aplicação é o centro de carena.
Torna-se evidente que, para que um flutuador esteja em equilíbrio, é necessário que essas duas forças tenham a mesma intensidade, a mesma direção e sentidos opostos. Resta analisar a estabilidade desse equilíbrio.
Suponha-se um corpo em equilíbrio. Aplique-se um força pequena nesse corpo. É evidente que, se ele estava em equilíbrio, a aplicação dessa força isolada fará com que ele se desloque em relação a posição inicial. Retirando essa força, aplicada durante um intervalo de tempo muito pequeno, podem acontecer três coisas:
a) o corpo retorna à posição de equilíbrio inicial: diz-se que o equilíbrio é estável;
b) o corpo, mesmo retirando a força, afasta-se cada vez mais da posição inicial: diz-se que o equilíbrio é instável;
c) o corpo permanece na nova posição, sem retornar, mas sem se afastar mais na posição inicial: diz-se que o equilíbrio é indiferente.
A análise da estabilidade no caso de flutuadores reduz-se à estabilidade vertical e de rotação, já que para deslocamentos horizontais o equilíbrio é indiferente.

Estabilidade Vertical
Corpo totalmente submerso em equilíbrio
Se o corpo estiver totalmente submerso em equilíbrio, o volume deslocado é sempre o mesmo. Qualquer que seja o deslocamento, sempre existirá o equilíbrio, de forma que é um caso de equilíbrio indiferente.
Corpo parcialmente submerso em equilíbrio
Nesse caso, ao deslocar o corpo para baixo, o volume de carena e o empuxo aumentam, ficando numa situação em que E>G. Ao retirar a força que causou o deslocamento, o flutuador sobe até que haja uma diminuição no volume de carena para que novamente E=G.
Se o corpo for deslocado para cima, o volume de carena diminuirá, de forma que E. Ao retirar a força aplicada, o corpo desce até que E=G novamente e isso acontece na posição inicial.
Note-se que, em relação a deslocamentos verticais, os flutuadores têm um equilíbrio estável.

Fonte: BRUNETTI, Franco - Mecânica dos Fluidos - SP, 2005.

Nenhum comentário:

Postar um comentário