PT2197734E - Lastro móvel para veleiro e navio - Google Patents

Description

ΡΕ2197734 1

DESCRIÇÃO "LASTRO MÓVEL PARA VELEIRO E NAVIO"

Esta invenção refere-se a embarcações à vela e parcialmente a embarcações a motor. Mais especificamente, a presente invenção descreve equipamento destinado a melhorar o desempenho de um veleiro, aumentando a estabilidade, ou a "dureza", - a capacidade do veleiro resistir à força de adernamento das velas. A dureza, tal como será designada seguidamente, é proporcionada pelo momento endireitante. O aumento da dureza traz potência extra significativa às velas e, além disso, aumenta o equilíbrio e a segurança das embarcações em geral. Boa dureza permite que um navio tenha todas as velas feitas ao vento, mantendo-o em ângulos de adernamento normais (os primeiros 30 graus de inclinação). Quanto maior a dureza (ou capacidade de endireitamento) do barco, mais potentes podem ser as velas, e mais rápido pode ser o barco.

Antecedentes

Os veleiros devem ter um sistema que garanta estabilidade para contrabalançar a pressão das velas. Convencionalmente, este problema é resolvido de várias maneiras em veleiros: os multicascos têm vários cascos, embarcações de patilhão retráctil têm lastros interiores ou exteriores, embarcações de quilha têm lastro exterior fixo 2 ΡΕ2197734 também chamado patilhão. Algumas embarcações de competição têm um ou dois patilhões móveis. Além disso, todos estes veleiros podem ter vários tanques de lastro interiores.

Desde a antiguidade, a estabilidade de veleiros beneficiou de várias melhorias. Deve notar-se que as naus tinham um lastro interior constituído por pedras empilhadas no fundo. Este sistema rudimentar causou muitas tragédias, com o lastro propenso a mudar de repente para sotavento se o navio tivesse sido fortemente adernado pelo mar ou pelo vento. Com o advento dos navios em metal, o lastro passou a ser em ferro fundido fixo ao fundo, e mais tarde em chumbo em embarcações menores. A concepção dos navios propulsionados por velas mudou, pouco a pouco, com o advento das curvas de resbordo. Esta forma, permitiu descer o lastro dentro do casco e, assim, baixar o centro de gravidade, aumentando o braço e, consequentemente, o momento endireitante. No início do século 20, os mais belos navios da era William Fife geralmente tinham calados de cerca de 5 metros, o que permitiu uma dureza muito significativa assim que a embarcação era adernada e, especialmente, permitia o uso de velas gigantescas. Com a democratização dos barcos e o advento barcos moldados em poliéster, o resbordo desapareceu, dando lugar a quilhas patilhão aparafusadas, que são mais fáceis e mais baratas de fabricar. Hoje em dia, a fim de melhorar a dureza, barcos de alto desempenho são equipados com quilhas muito alongadas. Patilhões em forma de adaga ou sabre também fazem parte do plano anti-deriva da embarcação sendo 3 ΡΕ2197734 necessários para fazer as mudanças de bordo e cambadelas.

Ao contrário da crença popular, não é necessário a um veleiro adernar para o seu bom funcionamento. 0 adernamento só traz efeitos prejudiciais, em adição a notável desconforto. 0 impulso das velas está situado vários metros acima do nivel do mar, e uma vez que o barco esteja adernado, a força de impulso desloca-se num ponto fora de borda, transformando-se numa obliqua direcionada para baixo no espaço tridimensional. A decomposição dessa força resulta em: vector de sotavento, vector de propulsão e vector de carga actuando principalmente a vante da embarcação, que é prejudicial aos seus desempenhos. Assim, quanto mais inclinadas estão as velas, mais a proa do barco é empurrada para a onda de proa, com outras consequências entre as quais o crescimento da onda de proa e a desaceleração dada pela mesma. Por esta e outras razões, como o desconforto, quanto menos for permitido à embarcação adernar à bolina maior será a sua eficácia.

Existem várias desvantagens em ter apenas um lastro posicionado no plano anti-deriva. É, por exemplo, necessário ter vários graus de inclinação antes do momento endireitante se tornar significativo. A quilha lastrada oscilante trouxe um inicio de resposta a este problema, permitindo antecipar o adernamento pré inclinando a quilha o que aumenta a dureza. Mas o plano anti-deriva, uma vez inclinado, é transformado 4 ΡΕ2197734 numa asa e desenvolve um efeito de sustentação indesejável. 0 sistema de patilhão oscilante lastrado duplo permite resolver parcialmente este problema memorizando os ângulos de incidência. Neste sistema, os eixos de articulação são rodados ligeiramente um em relação ao outro, a fim de anular o efeito de sustentação.

De qualquer forma, patilhões fixos ou patilhões oscilantes exigem perfis com espessura, a fim de suportar os esforços mecânicos causados pela carga de lastro. Em conjunto com o próprio bolbo de lastro, isto dá origem a resistência ao avanço significativa causada apenas por estes apêndices. Além disso, a ligação de um patilhão lastrado ao casco continua a ser uma preocupação importante porque, em caso de contacto com um objecto, por exemplo, um contentor, uma baleia, ou - na verdade com maior frequência — com o fundo do mar, este ponto torna-se instantaneamente um calcanhar-de-aquiles. Para além destes perigos, quilhas profundas requerem muita água abaixo do casco o que restringe seriamente o uso. Na verdade, nem todas as marinas têm profundidade suficiente, e as mais belas zonas de fundeamento pode muitas vezes estar fora de alcance. Além disso, a içagem e o encalhe são perigosos. Finalmente, redes de pesca, cabos e plásticos são armadilhas diárias para patilhões profundos.

Quanto mais o barco for projetado para ser mais rápido, mais exige dureza. Aumentar a dureza rapidamente e 5 ΡΕ2197734 a pedido, é o sonho de qualquer patrão de embarcação (Skipper) que goste de fazer sua regata. Muitos veleiros de competição usam tanques de lastro, além do seu patilhão com lastro. Uma solução elegante, sob a forma de água, é abundante no exterior, e a solução correspondente, que permite corrigir os ângulos de adernamento e caimento contrabalançando nos bordos ou à proa é conhecida. No entanto, lastros de água têm imperfeições: problemas de enchimento e drenagem devido a factores como a sua posição, entupimento e ventilação dos filtros, a lentidão inerente ao sistema, sobrecarga pelo uso, o volume ocupado nas acomodações, etc.

Assim, verifica-se que um sistema de lastro móvel no interior de um casco com um material denso como o chumbo pode ser uma solução vantajosa. Os documentos WO 91/19641 e FR 2818236 dizem respeito a sistemas que são baseados em lastros móveis dentro de um casco. No entanto, apresentam várias desvantagens. A solução proposta em FR 2818236 dificilmente pode ser aplicada num veleiro de cruzeiro, pois ocupa completamente o espaço no centro da embarcação e, assim, proibe todos os movimentos da tripulação no casco. Além disso, o peso é posicionado alto, no casco, e isso é prejudicial para endireitar o barco, uma vez virado.

Para ambas as soluções, o mastro deve oscilar transversalmente para accionar o lastro o que enfraquece o sistema inteiro. Resultando indirectamente dai, que boa estanquidade seja quase impossível, o que é uma grande 6 ΡΕ2197734 desvantagem. Inclinar o mastro e as velas intencionalmente para accionar o sistema é simplesmente aberrante, uma vez que se deteriora o problema acima da força de impulso das velas a actuar fora de borda, que gera o vector de carga prejudicial a vante na embarcação. 0 documento WO 01/47769 A descreve um sistema de lastro móvel para um navio, em que esferas de lastro dentro de uma conduta são colocadas em movimento através de esferas menores. As esferas menores são postas em movimento por meios mecânicos ou elétricos. A divulgação não prevê meios para evitar a oxidação dos meios mecânicos ou eléctricos. É portanto um objecto da presente invenção obviar, pelo menos, algumas das desvantagens acima mencionadas e proporcionar um aparelho melhorado que compreenda um lastro móvel.

Sumário

Aspectos da invenção são definidos nas reivindicações anexas.

Numa configuração o túnel ou conduta pode compreender paredes laterais providas com um conjunto de carris ou calhas para o lastro móvel. O lastro móvel pode ser proporcionado como um conjunto em comboio.

Numa outra configuração, o funcionamento do 7 ΡΕ2197734 lastro móvel no túnel ou conduta pode ser manual.

Ainda noutra configuração, o funcionamento do lastro móvel no túnel ou conduta pode ser assistido por meio de energia.

Ainda numa outra configuração uma força mecânica pode ser aplicada ao lastro móvel.

Noutra configuração o túnel ou conduta, hermeticamente selado, pode compreender uma atmosfera inerte, preferencialmente de azoto.

Numa outra configuração, o túnel pode ser construído como um cilindro e o lastro como um êmbolo de duas cabeças. 0 lastro pode ser accionado através da pressurização de um gás ou de um liquido sobre uma das suas faces e alivio do gás ou liquido sobre a sua outra face.

Ainda numa outra configuração, o êmbolo tem um corpo articulado, permitindo-lhe que dobre entre as suas duas extremidades.

Numa configuração a posição do lastro móvel no sistema de túnel ou conduta pode ser controlada por meios computadorizados equipados com portas 1/0, por exemplo, um PLC.

Os meios computadorizados poderão usar uma ou ΡΕ2197734 mais da informação da medida de adernamento, da direção do vento ou da posição do leme para monitorizar a posição do lastro móvel.

Concretizações da presente invenção podem permitir aumentar a pedido, e rapidamente, a dureza de veleiros. Além disso, a presente invenção também pode permitir controlar o adernamento, a fim de melhorar o conforto.

Breve descrição dos desenhos A Fig. 1 mostra um veleiro com lastro do tipo para utilização com uma concretização da presente invenção num primeiro estado operacional. A Fig. 2 mostra um veleiro com lastro num segundo estado, isto é, vento de través. A Fig. 3 é um gráfico que mostra o binário exercido por um lastro móvel posicionado 100% a barlavento para vários ângulos de adernamento. A Fig. 4 é um gráfico que ilustra a dependência do momento endireitante do ângulo de adernamento de um veleiro de resbordo redondo experimental de 65 pés.

Descrição detalhada A dureza e o conforto de um veleiro podem ser consideravelmente melhorados por meio de um lastro móvel em movimento dentro de um túnel ou canal construído no interior e perto do casco. Um conjunto de carris ou calhas podem ser montados nos lados do túnel, permitindo que o 9 ΡΕ2197734 lastro se mova com precisão quando o barco navega em mar agitado. 0 lastro pode ser feito de um material de alta densidade, tal como o chumbo. Isto permite que o túnel seja compacto e possa ser localizado sob o piso e, em princípio, possa ser escondido pelas acomodações. A dureza pode ser aumentada movendo-se o lastro para barlavento para equilibrar uma parte do adernamento. Se assim concebido, o ângulo de caimento também pode ser corrigido com o mesmo princípio. A operação pode ser realizada manualmente ou automaticamente através de meios informatizados, como um PLC. Nalgumas configurações este sistema pode ser adaptado para atender a especificações antideflagrantes.

De acordo com uma configuração da presente invenção representada na Fig. 1, um dispositivo de lastro móvel para uma embarcação, tal como uma veleiro, embarcação a motor ou navio, é localizado num túnel ou conduta no interior e, de preferência, perto do fundo do casco da embarcação. 0 lastro móvel 11a a lie está localizado num túnel ou um conduta 12. 0 túnel ou a conduta 12 pode ser vantajosamente composto por secções lineares e/ou curvas. Uma forma preferida do túnel ou conduta 12 é um formato de ferradura, com as pontas de preferência viradas para trás, como mostrado na Fig. 1. Numa configuração alternativa, não mostrada nas figuras, o túnel ou conduta 12 pode ser construído em forma de anel sem fim. 0 túnel ou conduta 12 é construído no interior e perto do casco 10 e, portanto, está, em teoria, sob os 10 ΡΕ2197734 pisos e escondido pelas acomodações. Um conjunto de carris ou calhas podem ser montados nos lados do túnel, permitindo que o lastro de 11a a lie trabalhe de forma fiável em todas as posições, mesmo em ambiente hostil. Um certo nivel de estanquidade à água é necessária no túnel, a fim de evitar a intrusão ao mesmo e, assim, obstrução por qualquer obj ecto. O lastro 11a a lie pode ser accionado por uma força mecânica, por meio de, por exemplo um cabo, uma correia dentada ou uma corrente. O cabo, correia dentada ou corrente podem ser sem fim. O lastro 11a a 11c pode vantajosamente ser operado manualmente ou por meio de um aparelho mecânico. Motores eléctricos ou hidráulicos podem ser usados para aplicar uma força mecânica no lastro 11a a lie. Numa outra configuração, um ou vários motores eléctricos a bordo podem ser utilizados, altura em que o lastro de 11a a lie opera como um conjunto comboio de lastro. Um conjunto comboio pode compreender um elemento de lastro, ou uma pluralidade de elementos de lastro acoplados. 0 sistema de lastro pode ser construído em arranjo duplo ou mesmo plural, isto é, dois ou mais conjuntos de comboio de lastro podem ser operados independentemente um do outro, a fim de resolver problemas de equilíbrio de adernamento e/ou caimento mais complexos. Além disso, o sistema pode também compreender dois ou mais túneis ou condutas. Um ou mais túneis podem ser construídos 11 ΡΕ2197734 em forma de anel sem fim.

Sempre que especificações possam exigir critérios antideflagrantes, o túnel ou conduta 12 pode ser previsto como um cilindro pneumático ou hidráulico, e o lastro 11a a lie fornecido como um êmbolo de duas cabeças. Assim, o lastro 11a a lie pode ser deslocado por um meio pressurizado, como um gás ou um liquido actuando sobre uma das suas faces e empurrando-o para a posição desejada, enquanto liberta parcial ou totalmente a pressão do meio sobre a sua outra face. É vantajoso se o meio gasoso ou liquido operar num circuito fechado. A fim de permitir o funcionamento num túnel curvo 12, os êmbolos 11a a 11c do lastro podem preferencialmente ser articulados entre as suas cabeças através de uma ou várias articulações, com cada secção tendo, opcionalmente, um conjunto de vedantes. 0 sistema pode ser gerido por um processo computadorizado equipado com portas 1/0.

Numa configuração actualmente preferida, um lastro interior convencional fixo que compreende cerca de 65% do peso total do lastro de bordo é completado por um lastro móvel tendo o peso equilibrante remanescente. 0 lastro móvel é disposto no interior de um túnel ou conduta que tem um formato de ferradura construído no interior do casco, com as pontas voltadas para trás, como mostrado na Fig. 1. Um conjunto de carris é montado nos lados do túnel, permitindo que o lastro se mova para todas as posições num ambiente hostil e de balanço. Os elementos de pesos de 12 ΡΕ2197734 lastro são preferencialmente feitos de chumbo e fixos a carros accionados electricamente. Os carros são equipados com rodas nas suas faces. Cada carro é propulsionado por um motor, o qual pode vantajosamente ser alimentado por um conjunto de calhas de corrente trifásica. A energia necessária é de preferência fornecida por um banco de baterias que fornece a calha de corrente trifásica através de um gerador de frequência industrial colocado num compartimento estanque. 0 túnel tem, de preferência, atmosfera inerte (azoto) para evitar uma oxidação química dos componentes eléctricos e mecânicos. Cada motor é acoplado a uma engrenagem mecânica sem-fim cuja engrenagem de redução elevada impede a reversibilidade do movimento pelo lastro móvel. Cada redutor é orientado por meio de um pinhão engatado numa cremalheira fixada longitudinalmente no túnel.

Um controlador lógico programável industrial (PLC), colocado num compartimento estanque pode receber os dados de sensores para monitorizar a posição exacta do lastro móvel. Por exemplo um sistema de comunicações por infra-vermelhos pode informar o PLC sobre o estado dos motores e dos redutores. Para além disso o PLC pode medir permanentemente um ou mais ângulos de adernamento, caimento, o sentido e força do vento, a posição do leme, a velocidade do barco. A partir destes dados o PLC determina o estado do mar, rumo e/ou mudança de bordo. 0 PLC pode também monitorizar o estado de cada bateria e iniciar a unidade geradora, quando necessário. 13 ΡΕ2197734 0 tempo de autonomia de um sistema deste tipo é significativo, dado que o lastro móvel não se move incessantemente. Movimentos da embarcação causados pelo mar podem ser detectados e filtrados pelo programa de tal modo que a posição do lastro é alterada praticamente apenas com mudanças de bordo. No porto ou em navegação a motor ou com vento popa, a posição do lastro é, naturalmente, no centro. Como mostrado na Fig. 2, quando se vira de bolina cerrada para largo, o lastro de 11a a lie será movido para uma posição a barlavento em posição exacta condicionada pelos niveis de adernamento e caimento. Por exemplo a Fig. 2 mostra o vento 21 a estibordo e o lastro 11a a lie movido a barlavento. 0 equilíbrio do impulso da vela e, particularmente, do vector de carga actuando a vante da embarcação é feito simplesmente posicionando o lastro mais ou menos nas pontas viradas a ré 22 da ferradura.

Um ecrã táctil em comunicação com o PLC pode mostrar o estado do sistema e pode permitir ao patrão da embarcação modificar algumas configurações, se quiser, como por exemplo reduzir o balanço da embarcação.

Noutras configurações, podem ser utilizadas concretizações menos sofisticadas sem, necessariamente, reduzir a eficácia.

Para a melhor eficiência de velejamento e conforto da tripulação, assim que as velas são cheias pelo vento, o lastro móvel toma a sua posição calculada para 14 ΡΕ2197734 contrabalançar a inclinação. Como mostrado na Fig. 3, e independentemente da forma do casco, o lastro móvel posicionado 100% a barlavento, exerce sua maior força quando a embarcação está em ângulos de adernamento regulares, ou seja, de 0o a 30°. Para além desta posição, a dureza desce para se tornar quase nula, quando o barco está adernado até 90°. Quando este ponto é alcançado, o momento endireitante já quase não é afectado pela posição do lastro móvel. A Fig. 4 mostra a curva de estabilidade de um veleiro de resbordo redondo experimental com uma quilha patilhão pesando 65% do peso total do lastro sólido a bordo, completado por um lastro móvel com os 35% restantes, como proporção definida numa configuração preferida para um veleiro de 65'. Adicionalmente, e no propósito de estabelecer uma comparação objectiva, a embarcação é equipada com um sistema de tanque de lastro adicional tendo uma capacidade volumétrica de 300% do volume do túnel de lastro móvel, o volume correspondente como feito em veleiros de regata. A curva 41 mostra o momento endireitante RM com o lastro móvel inactivo, isto é posicionado no centro do barco, ou como se o barco não estivesse equipado com ele. A curva 42 mostra o momento endireitante RM com o lastro móvel activo, o lastro começa a mover-se para barlavento tão cedo como aos 3o de adernamento, e movendo-se para o outro bordo quando o barco vira aos 90°. A curva 43 mostra o momento endireitamento RM com o túnel de lastro inactivo e o sistema de tanque de 15 ΡΕ2197734 lastro adicional totalmente activo, ou seja, estando carregado a 100% de barlavento ou ainda 37% da sua capacidade volumétrica total, sendo a percentagem restante posicionada no outro bordo e a ré. O que se destaca nestas curvas, e em relação à dureza, é que o sistema de lastro móvel reforça até 325% o momento endireitante original tão cedo como aos 3o de adernamento e ainda reforça até 22% a 40° de adernamento, ou seja, muda radicalmente a eficiência da embarcação que ganha a mesma proporção da potência de velas sem ter a sobrecarga, enquanto o sistema de tanque de lastro com caracteristicas de regata apresentado, apenas, reforça 96% a 3o e 9% a 40°, tendo de carregar uma massa extra.

Este sistema de lastro móvel de acordo com a presente invenção pode ter uma ou mais das seguintes vantagens: O lastro móvel de acordo com a presente invenção pode melhorar a eficiência, o sistema permite melhorar a dureza, proporcionando assim um reforço de potência das velas. Ao utilizar um PLC, o funcionamento do sistema pode ser simplificado uma vez que o PLC gere em tempo real toda a operação, libertando o patrão da embarcação e a tripulação. O sistema pode ser implementado na ausência de massa (carregada) adicional. Ausência de resistência adicional, em comparação com o sistema de quilhas duplas lastradas oscilantes, uma vez que não há componentes complementares exteriores na água do mar. Não e necessário 16 ΡΕ2197734 aumento de calado para obter a dureza. 0 sistema pode ser implementado de forma compacta e pode proporcionar uma melhor estanquidade. A integração de vários dados recolhidos pelo PLC pode permitir rapidez sendo a reacção imediata quando há viragens. 0 aspecto de estanquidade do túnel e os componentes interiores instalado em atmosfera inerte permite aumentar a fiabilidade e durabilidade. 0 sistema completo pode ser facilmente instalado nas acomodações. 0 equilíbrio do impulso das velas a vante da embarcação pode ser integrado automaticamente. 0 lastro móvel pode ser usado para reduzir a tendência de balanço quando navegando com vento de popa ou atracado, pode ser facilitado para aumentar ou diminuir o adernamento de maneira a diminuir a área molhada do casco ao navegar com vento leve. Caso aconteça, o lastro móvel pode ajudar a superar o Ângulo de Extinção de Estabilidade (AVS - Angle of Vanishing Stability), uma vez virado o barco. 0 mesmo banco de baterias pode ser usado para alimentar guinchos e molinetes também. 0 sistema pode equipar todos os tipos de veleiros, de veleiros de quilha lastrada a todos os tipos de veleiros com patilhão e mesmo multicascos. Iates a motor, barcos de trabalho e arrastões também podem ganhar maior estabilidade, segurança e maior conforto.

Sem dúvida, muitas outras alternativas eficazes irão ocorrer a pessoas qualificadas. Deve ser entendido que a invenção não está limitada às concretizações descritas e 17 ΡΕ2197734 arte engloba modificações evidentes para os peritos na dentro do espirito e âmbito das reivindicações anexas.

Lisboa, 4 de Junho de 2013

Claims (2)

1. ΡΕ2197734 1 REIVINDICAÇÕES 1. Um veleiro que compreende um arranjo de lastro móvel, em que o arranjo de lastro móvel (11) está localizado dentro de um túnel ou conduta (12) que é providenciado no interior e, de preferência perto do fundo do casco do referido veleiro, e compreende ainda elementos de peso de lastro que são feitos de chumbo, caracterizado pelo facto do referido túnel ou conduta (12) ser hermeticamente selado, do túnel ou conduta (12) ter uma forma de ferradura, e das extremidades do túnel ou conduta se prolongarem para a secção de popa do barco e caracterizado ainda pelo facto dos elementos de peso de lastro móveis serem adaptados para se deslocarem independentemente uns dos outros. 2. 0 veleiro de acordo com a reivindicação 1, em que o túnel ou conduta hermeticamente selado (12) contém uma atmosfera inerte, de preferência azoto. 3. 0 veleiro de acordo com a reivindicação 1, em que o túnel ou conduta (12) no casco compreende segmentos rectos e/ou curvos. 4. 0 veleiro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o túnel ou conduta (12) é fornecido na forma de um circuito fechado. 2 ΡΕ2197734 5. 0 veleiro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o túnel ou conduta compreende paredes laterais providas de um conjunto de carris ou calhas para os elementos de peso de lastro móveis, e os elementos de peso de lastro móveis são fornecidos como um conjunto comboio. 6. 0 veleiro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o funcionamento dos elementos de peso de lastro móveis no túnel ou conduta (12) é manual. 7. 0 veleiro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o funcionamento dos elementos de peso de lastro móveis no túnel ou conduta (12) é assistido por energia. 8. 0 veleiro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que uma força mecânica é aplicada aos elementos de peso de lastro móveis. 9. 0 veleiro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o túnel é construído como um cilindro e os elementos de peso de lastro como um êmbolo de duas extremidades e em que o lastro é accionado através da pressurização de um gás ou de um liquido sobre uma das suas extremidades e aliviando o gás ou o liquido sobre a sua outra extremidade. 3 ΡΕ2197734
2. 10. O veleiro de acordo com a reivindicação 9, em que o êmbolo tem um corpo articulado, permitindo-lhe que dobre entre as suas duas extremidades. Lisboa, 4 de Junho de 2013