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).

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.

Fonte: http://alfaconnection.net/pag_avsf/fqm0101.htm

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.