Modernas Tendências no Projeto de Submarinos: dos sistemas diesel-elétricos e nucleares atuais aos sistemas híbridos e mono-submarinos do futuro

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Sem d úvida atguma,

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r:ornpt 1!)(05 prodiJtos da EngenhiH' ia Naval.

A prim.~.da do subm.nino, hoje uma tendéncia clara. cerhmenh estará plen~mente

estar

consolid~da

prepar~da

para

no siculo XXI.

s~lisfaler,

op ~ r~tional

de

A Engenhari a

sob os aspectos

deste s navios pa ra

Naval

dev~ri

enlio

l~ cnol6gi c os~

as demandas

~s pr6~im~ s

d&cadas , que

O presente trabalho visa entio, apresentar e dis cutir estas demandas

e

identificar~

atravi s de uma

na irea de projeto e

an i l~5e

construç~o,

que

de tendincias, as soluç5es licnicas

Yir~o

a

satisfa~ l- las ,

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During lhe XX century, the •cf'IPiht ship• concept, moving

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and from Hds last une to the submarir\e. \Je have no doiJbls that this three

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are

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E'ngint!ering .

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and identif~. design

and

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HlSTORY,

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PROJECTS

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WOR~JNG

PROBLEHS. HE

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- DEFINJCAO DE OBJETIVOS . .......................... , .. 7

l

2

-METODOLOGIA DE DESENVOLVIHENTO ....... . .. ... . ...... . . 9

l

3

- DHEVf

HISlORICO ....... . . . . .. ....................... 10 C A P I T Ul O 2

A 5 l T UACAO A T UAl 2

1

- CONSJDERACOES PRELIMINARES ...................... ... 17

2

2

- SUBMARINOS NAO -NUCLEARES,CONVENClONAIS E HJBRlOOS . . 25

2

3

- SUBMARINOS NUClEAR ES, •PUROs•, HIBRIDOS E MONO ... .. 36

2

4

- O CONTEXTO BRASJLEIRO ................. . ............ 42

C A P I T Ul O 3 HO OE R N A5

TE NOE NC J A S

3

1

- CO NSIDERACOES PRELIMINARES .. ..

3

2

- TENOENCIAS GERAl5 •.• . ..... • .. • .... . .... . .... . ... . .. 49

3

2

1

- Comando e Controle de

3

2

2

. . Af·n1a,nerlto ... . .. .

3

2

3

-

3

2

4

- Reduçio

3

2

5

- Profundidade de Oper, submarinos nucleares de ~t~que e sub~arinos nucteares lançadores de missels de c ruleiro CSSGN), de grandes di~ensBes e altissimo desempenho, dois pai~es ti~ apr~5ent~do i discuss3o nacional e internacional, soluç8es nucl~~res para a propuls~o de submarinos hibridos e ati me~mo d~ mono-submarinos (note-se que a propuls~o nuclear ~ independ~nte do ar •p~r ~~c~llence•):

misseis

FRANCA E CANADA soLuc5es tim como caracleristica fundamental sere~ diferentes d~s soluc3es adotadas para ~s classes de submarinos nucleares atualmente em operaç~o e e~ construçio. Estas difer~nças provim, basicamente, do obJetivo de eli~inar, se nio redulir siynificativ~nente~ as diversas dificuld~des de ord~m licn,ca e econ&mica que tim impedido o acesso das ~arinha~ d~ midio porte de desfrutar das indis c utiveis vantagens da propulslo nuclear para submarinos, tais quais:

Estas

signific~tivam e nte

custos de obtanç~o muito etevado5; custos de operaçlo muito elevados; investimentos em capacitat~o ti c nlca ~ullo elevados; investimentos em inrra - estrutura para construç~p, operaçio e manutenção multo elevados: ~ requisitos de formaçZo, instruçio e adestramento de operadores u manlenedore~ extremamente restritivos; - comple~id~d~ dos siste~as associado5 i segurança da instalação; ~ grande volume e peso da instalaç~o.

-

Sem d0vid~ alguma, a elimin~ção. ou r@ducão, do grau de s las difi c uldades sb pode ~er feita atravi s de significativa reduçi c nas figuras de d~sempenho apre~entadas pelas instalaçBes atuais dos SSN, SSBN e SSGN, tais como pot&ncla mi x ima (e conseqGentemente velocidades ~iximas ~antidas), relaci o peso/polincia e volume/potincia, rendimento. etc. Existe~ algumas possibilidades ticnicas de sistemas de propulsio, baseados em reatores nu c leares especiaist alt~rnativos aos usu~is re~lores a água pressurilada e aos complexos reatores resfriados a ~etal liquido anteriormente apresentados, CROUCH l57J, GOSllNG et atti [371, BOJSRAYON [361t DANJELS (791: ~ PWR co~ gerador de vapor, pressurixador circulacio integrados ao vaso de press~o do reator;

e

bombas

de

- PWR de b~i~a pressão 1 temperatur~: . circutacio fortad• e gerador de vapor indep~ndente; , circulação natural e gerador de vapor inlegrado v~so d~ pre~~~o do realorJ co~ fluido de re5friamenlo/moderador: , cl9Ucl leve; . i9ua pesada (020); . fluído orgânico; com fluido de trabalho do cicto a vapor: . água l:o!l"'ur~; . compostos halog~nados (R-113)1

HTGR (•High ciclo

f~chado

ao

lemperalure Ga$ Reactor') e turbina a gis em

Br~~ton:

circuito simples a hilio; . circuito simples a C02; . circuito duplo cor~ fluido primirlo serundirio ar, nitrog;nio ou hilio.

hilio

e

fluido

A~ alternativa~ propostas sio baseadas e~ 100dernos conceitos d~ engenharia nuclear que nio se enconlr~m ainda suficientemente consolidados no meio naval, tais como:

- reatores TAKETANI

inerentemente

, para os quais tais submarinos nio estio preparados. nenhuma das te c nologias nucleares um de~empenho sequer prbxi~o iquela de u~a nuclear naval moderna, que pode manter velocidades acima de 30 nbs indefinida~ente. Entretanto, os exemplos do submarino NR - 1 da Harinh3 Americana, com 400 tons de desloc~nento e da classe X da Marinha soviitica, com 700 ton, ap e sar de nio sere~ navios de combate, ~ostra~ que a propulsio nu c lear nlo i neces5iriamente li~itada a grandes submarinos, De~afortunadamente,

alternativ~s apresenta inst~taçio propulsora

SHARPE [15). O

de s envolvimento de pequenos submarinos nucleares de M

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EVOLUCAO DA CONSTHUCAO DE NAVIOS DE GJERI~A NO BRASIL """-""'-~' -"" •'-'''O''I"..., ,-..,

__ __ ,_,10>0ooM••'•---....oU-- • " -"'"'__,I_,I._.. _,,_oo oo•-....Nioo·•••--O. O o~iginio assi~ gerado i us~do nu~a cimar• de combust~o par• queimar u~ combustivel hidrocarboneto. produlindo co~ e vapor d"igua. e,ta ~istura ' usada como fluido de trabalho para u~~ turbin~ de proputsio.

perbxido de hidrog;nio liquldo i armal e nado em bolsas fora do casco resi5tente. Conforme o H~o~ liquido (densidade 1.33) i consumido , as bolsas col~psam e seu volu~e ~ recomposto pela igua do mar. Um bleo leve i empregado como combustivel~ sendo armazenado fora do casco resistente. O submarino torna ~ se consideravel~ente mals leve a medida que o H ~ o ~ i consumido. Devido ~ diferença de densidade entre a igua do ~ar e o per6Mido. a reduçlo de peso i predominante e deve ser compensad~ P elos lanqu e s de c ompensaçio do navio. que s~o maiores que os de u~ submarino convencional. O

plisticas

reator. ond~ i decomposto e~ ~ da ordem de 450°( e a pres§io i a de alimentaçio da turbina, Esta mistura da vapor e o~iginio i inJetada ent~o numa cim~ra de combust~o $i~ultanea~ente ao ~leo leve e igua . A combu s tio continua gera u~a mistura de vapor d'igua e COa, que flui para a turblna atravis de um filtro de residuos de combusl~o. Um condensador i usado para c ondens•r o vapor d'igua. Parte do c onden s ado i des c arregada para o mar e o restante i resfriada nov3mente e inJetada na cimara de c ombuslZo. O CO D i des c ar r egado para o mar. onde se dissolve rapidamente. o~

e

O per~Mido ~ bombe~do para o Hn O ~ . A temperatura da ~istura

A c onsiderivel Polinc ia requerida pelas au~iliares (bomb as , ele.) ~forn e cida por um gerador acoPlado ao eixo. Desde que o C02 de exau s t~o deve superar a pressZo de opera~io do navio, a turbina t~mb~~ opera contra esta pres s io, resultando num alto c onsu~o de Per6xido e combustivel. A instala,io de um compressor especial par~ a descarga de aum e nta o diferencial de press~o na turbina . torn~ndo o sistema menos d e pende n te da profundid a de de operatio e reduz as taxa s de c onsumo.

co ~

Adi c ionalme nte a este Processo direlo. um ~itodo indireto foi desenvolvido, que inclui u~ circuito fechado de ~apor, co~ um condensador pa r a a turbina . O vapor i gerado num trocador de c alor aquecido pela mistura de v~por e co~ gerados na c~mara de combust~o . O vapor da ~islura i condensado nesle trocador de calor e i de~carre9ado para o mar com o C02. A ticnica indireta te~ u~ consu~o muito mais bai~o, sendo entretanto sua instata,Zo ~ai' pe~ada e volumosa , A figura 3.34 apresenta um diagrama d~ blo c os de um Watler direto e a figura 3.35 u~ sistema indireto.

O

primeiro sistema

Walter, o

chamado

si s te~a

si~tema

frio,

foi

117

construido somente para t~stes, e desenvolvido ati o emprego do processo direto. Foi instalado em 1939 no navio de le~te V- 80, u" 5ub~arino experimental de 80 Tons, O per6xldo era som~nte decomposto e 1 turbina oper~va com uma ~istura de vapor e oxiginio. O o~iginio livre era descarregado para o mar, dei~ando um rastro de bolha~. O consumo especirico de per6xido era alto. O sub~arino era capaz de desenvolver 2000 SHP numa velocidade submersa de 28 n6s.

O Principio Walter Permite uma potintia especifica muito alta com baixos requisitos de peso e volume. No caso do proc~sso direto, s~m compressor, o consumo de per~xido e cerca de 2,35 kg/kWhr. Esta ta~a decresce para 1,65 kg/kWhr se um compressor adicional i in~talado . A licnica indireta pode chegar a 1,32k9/kWhr. Est4s riguras de consumo, comparadas com a correspondente ~ um motor Diesel (em torno de O,Jkg/kWhr) tornam cl~ro o fato de que ~ impossivel transportar todo o perb~ido suficiente para uma mlss~o completa. Cons~quentemenle~ u~ sistema diesel - elitrico c onvencional i instalado para as fai~as de vetocid~des de cruzeiro. Ao fln~l d~ 11 Guerr~ Mundial foi planejado o submarino XXVI, que nio chegou a ~er construido. Possuia uma instal~c3o W~lter pelo processo direto com compressor, dotado c om 97 tons de H ~ O~ e 65 ton5 de combuslivel. Os seguinte$ raios de açlo era~ preYistos:

tipo

• alcance submerso de 144 milhas a 24 velocidade no sistema Waller): - alcance submerso de 100 milhas a 4 nó~ e~ propuls~o elitrica (motor de bai~o ruido) - a velocidade mixima n~ propulsio elitrica era 10 nbs~ - alc~nce na superficie de 7500 milh3s a 10 nbs co~ propulsão diesel direta. Ap6s a guerra, a Marinha ln9le5a desenvolveu um programa ~e pesquisa na propuls;o Walter. Dois submarinos experimentais, ExPlorer e Excalibur cheg~ram ~ser construidos . O primeiro dest~s n~vios era conhecido pelo pessoal da Marinha lnglesa con' ·E~Ploder•, evidenciando as dificuldades envolvidas no manuseio ae peróxido • bordo.

conceito Wal ter f~i abandonado menos petas dificuldades e mais pelo prÓprio conceito de míssão do submarino no p6s - guerra . Ele pretendia dotar o navio de um~ alta velocidade submersa durante um curto periodo de tempo e a prioridade operativa do submarino moderno i um grande alcance submerso. O requi~ito d~ •sprint• de velocidade foi satisfeito atrav~~ de maiores baterias, compo~tas por elemento' de melhor qualidade, o que satisfazia simultaneamente o requisito de grande alcance submer~o ~ velocidades mais redu1idas. A resposta mais adequada par& os dois requisitos conflitantes veio co~ o advento da propuls~o nuclear, sePultando d~finitivamente o principio Walter. O

lecnica~

118

3 . 6 . 2

• Motor Stirllng

O ciclo Stirtiny i um conceito de motor d~ combustlo nxlerna que, historicamente no ~iculo XIX, antecedeu os concRito~ de combustio intern3 Otlo e Diesel, sendo sua tecnologia inclpi~nte, entretanto, superada pelos resultados priticos dos outros doi,, na passagem para o século XX. O motor Stirling i um motor de combustSo e~terna, realilando um ciclo termodin3mico fech~do, com alto potencial de eficiincia e opera,Zo intrins~camente silenciosa . As dificuldade~ tecnol6gicas de dasenvolvimRnlo, neste principio, de motore~ co~ alta densidade de pot~ncia e confiabilidade adequada i~Pedlu ~ continuidade de seu uso. Os problem~s incluem o desenvolvimunto de selos adequados is altas press~es de operaçlo desejadas por ral~es de efici~ncia e densidade de potincia, e a seleçio de materiais para outros componentes adequ~dos is altas temper~turas e aos gases de trabalho pouco usuais em geral empre9ados . Considerivel ~sforço de pesquis~ e desenvolvim~nto foi ao proJeto de motores Stirling duranl~ as ~lli~aç du~s d~cadas, vis~ndo aplicaçBes que incluem transporte rodoviirlo, geratio de potincia e aeroespac1a1s~ por~m algumas das mais alrati~as s~o navais, onde as caracteri~tica~ bisicas do motor sZo bem adaptadas aos requisitos operacionais de 5Ubmarinos . aplic~do

O ci c lo fe c hado pode operar com hilio ou hidrog;nio como fluido de trabalho , entretanto, lodos os motores experimenl~is atualmente utilizam hilio, ap~~ar do hidro9~nio permitir uma melhor efi c iincia. Este ~otor representando o mais antigo principio de motor de combust~o • oferece algumas cara c terislicas de proj~to interessantes: permite boa combust~o (e~ oposi~~o a intermitente dos motores Die s el e Ollo) e dim~nui emiss3o de gases de descarga •suJos•i - d~do que i indiferente i origem do calor. a aplicaçlo de diferentes fontes de energia slo pos5iveis; - a combustao externa reduz con s ideravelmente as partes rol~tivas e o ruido de igniç~o tiricos do motor Diesel, deste modo o ruido transmitido ao ar (•airborn~ noise•) e i estrutura (•structureborne noise•) sio sub~tancialmente reduzidos em comparac~o com outros motores de combustio.

chama

- a

continu~

igniç~o

United Stirllng, Sui c ia, com licenç~ da Philtips, iniciou desenvolvimento destes ~olores em 1966 . Em 1988 uma instalada no submarino N~cken e outra no submarino comercial Saga ), Estio alu~lm~nte em provas de mar.

A

tr~balho de instata~io foi

um

A

HAN, na Ale~anha, começou e~ 1968 sob li c ença e acordo de c om a Philips. Neste periodo ganharam e~perilncia com motor empre9ando um aciona~ento r8mbico e um sistema de independente do ar coM acumulador de calor,

coopera~~o um p~Queno combust~o

119

desenvolvendo um motor de 6 clllndros e~ llnha co~ potincla de 250kw • 1000 rpm, com acionamento por vira-brequim. que ' o maior motor Stirllng atualmente e~istcnte. O 3.36,

ciclo bisico sem recuperacio ~ apresentado Pela figura composto de duas isotirmicas e duas isomitrica~.

s~ndo

~iclo

O rendimento deste

a. .~

~

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PariJ relação de

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onde : k

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ra1.ao de c o Jll p r e s s a o

compre~s3o

isolirmica recebimento de calor isom&tricc e~pansão isotérmic• entr~ga de calor siom~trica trabalho i enriquecida com o~iginio e relorna para a admiss5o do motor alimentando um novo ciclo de combust~o. De modo a reprodutir as caracteristicas do ar ambi~nte, al~m de adicionar o~ig&nio, i n~ces~irio incluir tambim um g~s inerte monoatômico. Alrav~s da s~let3o criteriosa do gi~ monoal~mico mais adequado i po~sivet aum~ntar a ~ficiincia do motor em comparaeio com su~ operaç~o no ar atmosfirico, Os ga$e$ d~ eNaustSo s~o resfriados e forcados atravis de um absorverdor, onde o co~ i dissolvido na igua do mar, que tamb~m condensa o vapor d'~gua produto da combust3o e do resfriamento. A quantidade de co~ que pode ser dissolvida na igua do mar depende principalmente da Pressio do sistema, da pressio parcial do CO~ no ar artiricial produlido e da temperatura da igua do mar. parte

A peça chave deste sistema ~ o sub-sistema de gerenciamento da igua, apresent~do pela figura 3.50. Este utiliza a press~o ambiental da igua do mar para admitir a igu~ de lavag~m dos gases de descarga para dentro do navio, alravis do absorvedor de co~ e novamente para o mar. Somente bombas de peQueno diferen c ial de pressão são empregadas para produzir a circulação dentro do submarino, As unidade' de lransferincia de igua sio subdivididas por um pistio de movimento livre, que alternadamente forca a igua do mar para o absorvedor ou a 'gua ~aturada de co~ para fora do ~ubmarino.

Outros meio~ quimicos de absorcão de CO~ podem ser utilizados, como metanol e hidr6xido de poti~sio, entretanto, e~igem que tambim se transporte estes produtos . Os diferentes e~poenles adiabiticos e os diferentes calores especificas dos gases passivei5 de serem empregados no ciclo, tevam a diferentes balantos t'rmicos e consequentemente a diferentes eficiincias e consumo de combustivel. O arg&nio possui muito boas propriedades para a combustio no processo Diesel. O atraso na combust~o por ele induzido. leva a carreg~m~ntos mais favor&veis ao ~otor, podendo ser obtidas melhores efici~ncias, com uma consideráv~l redutão de ruâdo. Os motores Diesel utilizando arg8nio. requerem apenas pequena5 alterataes, sendo possivel deste modo utilizar - se motores )~provados e a ampla gama de pot;ncias disponiv~l no ~ercado, Jimplificando extrema~ente os problemas relativos a manutencio e sobressalente~.

problemas relativos ~ p@rda de g~~e' do ciclo devem s~r l~vados em considera,lo. Com D uso de co~ ~ arg6nio, nenhu~a precauçlo especial precisa 'er lo~adat e~ceto dur~nt• a partid~ do ~otor. No ciclo co~, a quantid~de deste g's ger~d• durante a combustio deve ser retirada do processo atravis de um controle adequado. Os

Na operatio ~ubm~rsa, a composic~o do fluido de lr~balho do i es5encialm~nte del~rminada pela mistura de oMiganio. O especifico e o e~poente adiabitico do co~ levam i r~duç~o da efici~ncia . A baixa lemperalur~ do 2's influen c ia a igniç~o e combustZo antes da fase de compressao se co~Plelar . Em certos casos, o prcaquecimenlo do gis aP6s a condensaç~o da igua torna - se ne c essá r io .

ciclo calor

No ciclo de ~rg8nio, as p~rdas deste g~s pod e m ser recomptetadas pelo oxiginio liquido, que i conl~ m inado por una pequena quantidade de arg~nio Ji que os dois produtos tem apro~imadamente ~mesma temperatura de e bulitlo nas pre5sSes de operaç~o aplicadas. Oeste modo~ com a mistura de o ~ ~ uma pequ e n~ qu~ntid~de de arg&nio i automaticamente forne c ida ao ciclo . Esta C Onlaminaç~o do 0~ Por arg6nio i pr6pria do proCe$SO comercial de produçZo e liqucfaclo do OMi~inio. u~ gis inerte como o nitroginio i utilizado, a t~ ~ a de durante a op e ra;~o deve ser compensada pela adic~o deste gis ao fluido de processo durante a operaç~o.

Se

va z am~nto

Apbs o desenvolvimento do prol~lipo de Kreislauf, no Periodo da s~gunda Guerra Mundial, houve uma certa des c ontinuid~de na Pe~quisa do si5lema . em beneficio de outros co~ menor emissio de ruido . Entretanto, a partir da dicada de &O o interesse por este tiPo de Propulsio rena~ceu~ principalmente devido is demandas da ind~slria •orrshore•, que caminh~ rapidamente p~ra as grandes profundidades, viabilizando as s im o uso eçon5mico de submarinos civis. Simultaneamente as pesquisas para emprego comer c ial, voltou - se a pensar ~ se em submarinos militares, ~nfatiz~ndo - se neste ca s o, a r~du,~o do ruido Pr6prio emitido~ inerente ~ oPeraçZo dos molore~ Diesel, A figura 3.49 apre~enta o di~grama de um sistema de propul~lo para subm~rinos militares utilizando motor diesel de ciclo fe c h~do. E~emplos destas aplic~taes priticas sio o proJeto PHPhoenix - X02, da Perkins, que foi o primeiro motor diesel em ciclo fechado a proPelir um submarino submerso de 120 ton$, em 1976, na Inglaterra: o mini - submarino 3 gst 9, com motor Fiat IVECO~ de injeção indireta turbocarregado1 o primeiro a operar a plena Pol~ncia a 350m de profundidade, em 19&2, do Fincantieri Cllalia); o protblipo em terra da Thyssen Nordseewerkc, com tecnologia Cos~orth, operativo em 19&7, desenvolvido para a Norwegian Offshore Jndustr~~ com proposta para emprego ta~bim ~ililar e o proJeto 20 osl 48, da Fin c antieri, totalmente desenvolvido par~ emprego ~ilitar, nlo sendo u~a inslalatio

130

híbrida

e $Ím

a propuls~o

tot•\ no ciclo fechado die,el,

p~r• ~ono-5ubmarinos.

A

apr~sentaremo5

seguir,

iosl~l~c5es: ~

•lgumas

caracteris\ic~s

d~st•s

Projeto PH - X2

Este sistema, de5cnvolvido pela PerkinG, Inglaterra. na dicada de 70, tem como caracteristica, nio usar outro gis monaat8mico na composic~o do fluido de Processo. Este i comPosto so~ente por co~ e o~.

sistema i projetado para uma PotSncia elitrica de O motor diesel i um modelo tomum, n~o modificado. do tipo supercarregado. O

saida

de 120KW.

A lavagem do co~ i feita por dois absorvedores, cada u ~ capat de absorver os g~ses de e~au~lio correspondentes a 60kW. utilizando - se 'gua salgada. A igua do mar i ~antida a pressio constante . indePendente da profundid~de de operaç~o alravis do sub - sistema de geren c iamento de igua, que i r~dundante . A pres s ão do gás no ci c lo i de 2 bar/abs. Na c omposiçlo do gis de ci c lo. Parti c ipa u~ per c entual de argÔnio (+/ ~ 1X). Todo o sistema i montado numa base c omum t com suportacio dupla. trabalhando co~ uma press~o da igua do mar de 30 re~iliente bar.

- 20 gst 46 Este projeto consiste de um conceito difRrente. ~~o uma instalac~o hibrida, e sim uma propulsio total base ~ da no 5PJA di~sel cS c lo fech~do . Para viabililar este c on c eito , q ~ e t e~ como maior difi c uldade a pos s ibilidade de arma z enar-se grandes qu~ntidades de o ~ . de forma qu~ o navio l e nha uma autonomia util para fins militares, roi imaginada uma soluçZo original: o o~ seri~ armazen~do na p e riferia do ca~co, isto i, a estrutur~ resistente n3o' composta por cavernas e chapeam~nto e s im por tanques de formato toroidal sold ~ dos entre si, nos quai5 o o~ 5e en c ontra armazenado a 350 bar . Conforme o o~ vai sendo c onsumido. os tanque~ toroidais v3o se ench e ndo com o co~ proveniente d• co~bust~o. sendo periodicamente d~scarreg~do para o ~ar. po s sui

A praça de

m~quinas

i

co~posta

por:

- 1 motor die s el de 32 cilindros, 400 HP fabricado pela I~ott~ Fraschini 2 diesel - geradores de 12 cilindros, 400 HP cada - 1 moto~ elitrico de 800HP

~

l3i

• co~primcnlo tot~l: 46~ • di;melro externo: S,25m - ~rmaz~nagem de 140.000 HP hor~ de energia disponivel - raio de acão a 8 nós: 4000 milhas -raio de at~o e 4 n6s: 6000 milhas - profundidade de opera,~o! 400m Dur3nte

o

desenvolvimento. che9ou·se

$@U

~s

seguintes

conclu$~~s:

SHP

- o

independente

do

do ar

motor nas atmosfirico i

condiç~~s o mes~o

de oreraçio das condi,5es

norm~is;

- o Perceptivel;

si~tema d~

- o

remotio de

desempenho

do

co~

motor

i

n~o

9era ~slelra

ind~pend~nte

da

profundid~del

os motores ser de 2 ou 4 t e mpos, atende~

p~ssiveis de serum utilizado~ inl~ç3o direta ou indireta .

Fara amprego em submarinos opera c ionais. a dois r~quisitos b~sicos ~

- bai~o nivel de ruido emitido - descarga de co~ para o apreciivel.

o

sisl~ma

mar

sem

podem

deveri

esteira

O primeiro requi~ito dificilmente poderi ser atendido no mesmo 9rau de outro~ SPJA, como as cilulas de co~bustivel e ati mesmo o motor Stirling, pelo pr~prio principio de funcionamento do motor diesel. Entretanto, medidas de reduçio de ruido Podem ser tomadas de modo a que o resultado final seJa aceitivel, tal como cal~are ~ to resilienle em base .dupla, encapsulamento do motor, aument~ do atralo de igni~lo, ele. Um p e queno motor diesel, c omo o propo~:c peta Th~~sen, tem um nivel de ruido ger~do semelhante a outros equip~menlos exten~iv~mente usados em submarinos militares. Por e,emplo, os compressores de ar condicionado usuais tem um nivel de cer c a de lOdB inferior a um motor diesel de 6 cilindros em linha. O proble~a perslste nas baixas freq~incias transmitid~s i estrutura, de dificil supresslo. h~vendc

O segundo

requis~to i mais simple~ de ser satisfeito, Ji soluc5es licnicas comprovadas de5de os submarinos Walter.

A Th~ssen prop5e para sua instalaçlo o conceito de moduta · idade1 para aplicaçio hibrida . Um m6dulo de 7m de diimelro e 6m ~e comprimento pode aloJar 2 diesel - geradores em ciclo fechado de 120 ~W e cerca de 50.000 KWh de energia para u~ submarino de 2.000 tons. Isto permite um aumento no alcance submer5o de 17 dia$ e uma mixima velocid~de de 7 n6s sem utilizar energi~ das baterias.

132

filosofia adotada no projeto 20 yst 48, ~os parece complc~a para um submarino de terceira categoria (emprego çosteiro), entretanto, as eMpresas que o du~envotvem te~ proJetos para unidades ~aiores, na fal~a das 2000 tcn. C~so o proble~a de emiss5o de ruido poss• ser efetivamente resolvido. este conceito de propvtsio pode tornar - se um sirio co~~etidor da$ instalacaes nucleares e convencionais. A

e~tre~a~ente

3 . 6 , 5

- Turbina A Gis em Ciclo Fechado

A turbina a gis em circuito fechado se disting~e p~lo fato de que o fluido de trabalho~ continuamente recirculadD atrav6s do turbo-compressor, da turbina e do$ tro c adores de c alor num circuito ~elado, semelhante is inslala,Bes a vapor. Gra fonte de calor e~lerna transmite sua energia atravis de um ac ~ e c ~dor de alta temperatur~ e o çalor residual i reJeitado num •esfriador a ~gu~ do mar

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3.47 - COMBUST!UE!S SINTtTICO S

PAR~

CEL UL AS DE COHBUSTIVEL

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Comous t lvel.

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HOOE R NA5

T E NP E NC I A5

- CON5IDERAt0E5 PRELIMINARES

efeitos da5 diversas tend~ncias apresentadas no ~~pitulo que em ~ua grande m~ioria conduzem ao trescimenlo das dos submarinos, podem ser sumarizadas peles grificos 4 , 1 (submarino~ convencicnais), 4.2 (~ubmarinos nucleares de at~que) e 4.3 (submarinos nucleare~ l~nçador~s de balistico~). Ao longo dos anos ~ evidente um continuo Aummnlo no deslocamento dos subrnar i nos.

Os anterjor, dimensSes

T an I. o

os estados-maiores

que

e~pecificam,

corno as

empr~sas

de engt~nharia e estaleiros que projetam subm~rinos tendem a buscar recuisilos adicionais atravis do aumento do o i.dendimenlo de

deslocamento comprondsso.

dos

navios,

ao

invi5

de

buscare~

solucBes

de

H~ entretanto hoje )à um relativo consenso de que esta tendincia deve ser revertida1 princip~lmente por razSes de custo, mas lambim par r~zaes litico - op~ralivas, poi~, conforme J$ foi visto, em numQrosas situacGes i desvanla}oso ser grande. Algumas marinhas l i perceberam este falo de forma muito ctara e t;m estabelecido, a parte dos diversos outros requisitas, um limlle miMlmo para o deslo c amento e dimens5es principais dos submarinos em pro ce sso de obte ~:io , que nio pode ser excedido. Esta seria uma definic~o de certa forma redundantR, mas constitui - se ~obreludo num desafio ao~ prc ! etista~ que devem e$fortar-se ao m~ximo Para uma soluçao de co~~·omisso b~l~nceada, denlro d~ um envelope de dimens5~s fisica~ re s trito.

O aumento da s dimens5es do navio eleva con~i~eravelm~nte os custos, aparte de c~tras de~vantagen~ . t previsivet que em futuro breve ireas de conhecimento como anjllse de sist~nas. visando a delermin~çio objetiva de relaçSes cuslolben&ficio (•costefuc\iveness•), en9~nharia de valor (•value ergineering•) e ticnicas de •proJeto - visando - custo• (•design - lo-cost•) ganhem crescente importincia no campo de submarinoG, dado Que os recursos financeiros tendem a cada vez mais serem redulidos. As necessidades incontorn~veis de reduc~o de custos (e portanto, de dimens~es) condotem ati mesmo a an~lises criticas mais detalh~das de ~eterminado5 requisitos de desempenho, lais como vetocidad~s mi~imas. alcances totais, 3lcan ce s submersos,

autonomia, prorundidades de op~raç~o. n~mero de tubos de torp~do, de torpedos reserva, nivel de resislinc~~ a choque, etc,, que em geral slo definidos de form~ nem semPre muito criteriosa.

n0m~ro

Nos ilens a seguir abordaremos alguns aspectos referentes i metodologia de desenvolvimento do projeto e critirios Para s~tecio e av~liaç~o de sistemas de propulsio para submarinos. par~ posteriormente tentar f~zer algunas projeç5es sobre ~s caracleristicas principais dos diversos tipos de submarinos do futuro, tonforme seus sist~mas de propulsao ,

4

.

2

- HETOOOLOGIA DE DESENVOLVIHENTO DE PROJETO

fase de proJeto compreende as atividades cont~rnentes ~ da proPulsio. Os requisitos pr,-estabelecidos dev~m ser avaliados ~m profundid~de, de modo qu~ o conceito da ProPuls3o sej~ perfeit~mente coerente e integr~do ao tonceito do navio como um todo. A

conceitu~tio

a~

dest~

Algumas partes componentes li~t ~ das a se guir:

fase

~tivi~ades

sio

como

viabilidade para seleç~o d~s opçSes • estudos de de PrOPul s ~o, definindo os ris c os de desenvolvi~ento; - otimiza,3o do s ist ema

atrav~s

de estudos paramitricos;

delerminaç;o d~s caracteristicas desempenho do sistema;

-

av~tiaç~o

c omo um

discri;~o

de

cronogra~a

dos riscos de engenharia, ao proces5o decisório;

e

de

e custos

~uwilio

- preParaçlo de confiabilidad@;

disponibilidade

de

- definiç;o das necessidades de infraestrutura; -

e~labelecimento OPCOQS VluVelS1 ;ilv

1

de

crit~rios

bisicos para

comp~raç~o

das

~

t

- preparaçao de c ronogramas de - continua busca de de proJeto;

and~menlo

de~envolvimento

fisico c custos;

denlro e

for~

do grupo

- orienl~c~o sobre tecnicas e tend&ncias .

sio conexas

i elab :·• c3o do s

e projeto dos compon~nle~ in s talaçGes experimentais~ tamb&m d~senvolviwentos futuros;

da proc ~ ts3o com tendo E~ visla

Uma extensa gam~ te tarefas conceitos da propulsJo, co~o: - conceituaçio au~ilio

de

-

det~rminac~o

~

arranJo dos componentes Principais;

dos sistemas oPeracionais;

- segurança do sisle~a: , normas e regulanentac5es; . garantia da qualidade!

-

~nilises

qualitativ~s

e

qu~ntitativas

de

modos de falha

140

~

an~lises

de

confiabilid~de;

desenvolvimento e lestel de sistemas ~~peci~is que mostrarem-se n~cessirios devido' suas taratteristic~s de tecnologi~ de ponta. Al~ntâo

de

especial deve ser dad~ ao fato de que as soluc5es adotadas para a instataçio propulsora nlo devem balanceamento e a coerincia do proJeto e o conçeito do navio como um todo.

engenhari~ comProm~ler o

opar~cional

4 . 3

~

CRJTiRJOS DE

SELEC~O

Processo de sele,iu de um sislema de prupulslo, deve - se em conta tanto ~ eficiincla como a efic~cia das diversas possibilid~de~ tecnolbgi c ~~ candidata~. Como eficiincia, entendemos uma medida do desempenho do sistema associ~da ao seu c usto, ou ~eja, uma av~li~cio de como o sistema satisfal sua~ necessidades 9eradoras. A efi c icia, no nosso entendimento. seria um~ medida da disponibilidade, confiabilid~de c operabili~tde do sistema, ou seJ~, um~ avaliacio de quando e ~m que c ondicZes de contorno o sist~ma s~ti~faz suas necessidade~ geradoras . No

sempr~

lev~r

Um sistema n~val nio deve ~er ~pen~s ~valiado peto seu de semp e nho, e ~im Pelo produto des~mpenho ~ aprestam en to x emprego . DESEMPENHO i ~qui ~ntendido tomo a rn~dida fisica que des c r~ve as posslbil~dades do sistema, se em perfeito funcionamento e torretijmante empregado . APRESTAMENTO i a redid~ que dtscreve a caP~cidade do ~istema de estar pronto c ~ ando solicitado e permaneter pronto ~nquanlo ne c essirio. EMP~ ~ GO e contribuiç;o da c omponente humana ao funcionam~nlo do sistema. Isto significa que nem sempre um sistema de excelente deserPenho estari di~Ponivel todo o te~po requerido, devido a probler~s de operac3o, manutenc~o e rep~ro e nem sempre a lrlpul~~~o Poder~ oper~ - lo de forma eficiente.

No

caso de

subm8rinos,um excelente de~empenho, medidc por grandes raios de açlo ~baixos c o~fi c ient e s de ser ~ombreado por falhas freq~entes, longo~ periodos de manul~ncio. reslriçaes operativas e custos totais ao longo da vida ~til elevados. De forma invers~, des~mpenhos ~ ~ enas aceit~vei~ podem ser compensados por outros fatores. alta~ velocidades, indiscriç~o, Pode

o~ve - se

portanto sempre considerar atentamente os perfis de ireas de operatio e ~s ~meatas milit~res a enfr~ntar Preconizada s para o submarino, bem como a5 proviveis re s !·~c~es t~cnicas, econamicas, so c iais e politicas ao seu d e senvolvim e~ to.

miss~o.

~s

definicao clara e precisa das miss~es que se pr ~t ende com o submarino i de fundamental importin c ia ~ara a selec~o de sua instala,io proPulsora . O estabel e cimento d~ ~erfls de missio realistas, considerando suas duracBes, modos de oD~ra,~o e freq~~ncia de operaçlo em cada um deles, niveis de degradd ç io de desemPenho aceitiveis e af taref~s principais e se c und~ria& a serem executadas ~ indi~pens~vel para uma seleç~o criteriosa . Al~m disso~ a clara d~fini~~o da disponibilidade operacional, ~trav~s do detalhamento do ciclo de vida ~til pl~nejado, e da confiabilidade esperada para o submarino, em lerm o s de Prob~bilidade de sucesso no cumprimento dos perfis de ~i~s~o preconizados sem preJuizo i seguranca do nayio. seus tripulantes e ~eio ambiente, sio par~metros de gr~nde importincla para o Processo de seteclo da instalaçlo propulsora e de seus componentes. A

re~lizar

A distinci• da~ b~ses nas quais o ~ubmarino iri oper~r ~s irea5 de oper~cio b~m como a~ condiçSes ambiPntais locais, tais tomo temperaturas (ar ~ ~9ua), densidade. salinidade e Pf'int:iP.lltn@nte profundidade, tem 5Í9nificaliva import.inci-. na definic~o do esPectro de oreraç3o e dos requisitos de de s empenho d~ prot,ulsão.

requisitos a~sociados ~ mobilidade estrat~gica de pro)eç3o de poder na~ &reas de operaç3o) e i mobilidade t•tic~ (caPacidade de manobra na irea de operatZol esPecificados P~ra o cumprimento das mis~Bes Preconizadas são fatores dRcisivos na $eleç~o da instalatlo propulsor~. Os

(c~racidade

Como ~xemP t o, a instalaçio propulsora ideal rara submarinos que oper~m ~m ig u as r~sas e pr6Kimo de su~s bases ~ radi c alm~nte diferente daquela de operaç~o em ~9u~s oceinica~ distante§, Ali c ar;~ c leristicas d.'3s i'rnl~ll,as prr.visiveis ao subm.1rino, consubstanciadas por oulro~ submarino~, navio~ de superfici~ e aeronaves anti - sub marinos ~ campos minados. as s o c iado ao desempenho de seu armamento (torpedos, misseis, cargas de profundidade, foguetes, min~s. etc , ) e ~en~or~s (ac~sticos, rn.:~gr'lt~tic:o!i. lerrr.icos, et AP' m 52 . 000 milha ~ I su bm~ri ~: ~~ > aP · ~ USI 50.000 I di~ I sub~~r~ -o WM >

Assumindo

v~lores

I rnilha r.~

l s'= USS 61

liPicos

p~ra

subm Li•í•-:

I

submarinos nu c leare s:

A = 63 dias ; R = 26 dias H " 3 i J =1; O. ~~" 0:;~ "' D:.a:: 1800 rdlt-as v~ " 9 nos; v., :l' 18 CI ~e d~ =

0,01 ; CJ,~ O,OS u = 20 "ilhas 0,9 I dr = 0,2 i F = 0,73

U

30 anos

s " uss a

600 . 000.000 A~

" 200 di as /ano

teremos:

C

~ 91 dias T = 442 dias ; P ~ 54.7 n ~ 5 1 N = 15 i 5 ~ 926 . 000 milhas= D " 0,201 l lo = USI 100.000,00

- - ) AP '=: 324. M" )

sp ·.,

uss

00

milhas~

I

5ubmari~o

200 . 000 I dia/ s ubmarin o

Oepreende · se ~nt~o que, apQsar do custo inicial de submarino nuclear ser da ordem de quatro vizes o custo de submarino convencio11at, dentro da~ hipótes~s feitas, seu custo mi5s3o, expresso em USS por milha patrulhada, Pode ser cerca 35% inferior.

um um

de de

Apesar do modelo apres~nlado ser e~tre~amenle simplificado, ele indi c a o potencial que esta m~lodologia Possui como ferramenta para uma ~n~li s e c omparativa entre sistemas de propulsio para submarinos, b~s e ~da em tril~rios estritament~ objetivo~.

1·• ~·

4 . S

-

DEFINIC~O

DE REOUJ51105 DE PROJETO E CONSTRUCAO

uma gr~nde todas ~s inst~latios de proPul~~o navais e outras que s~o ~nicas ou de particular impor\~ncia para submarinos. De um modo 9enirico, a indePendincia da ~lmosfera, indePendincia da pr~ss~o e~lerna, alta den~idade de potinci~. e~trema resistincia mec~nica ao choque e oPeraç~o silenciosa sio melas Que devem ser bu~cadas no maior gr~u Possivel. Oe modo ~ sist~mat~zar a anilise dos requisitos de projeto e operaç~o. os dividiremos em 6 class~s distint~s: A variedade

-

in~tal~t~o de propuls~o de ~ubmarinos requer de caract~risticas. algumas d~las comuns a

r~qulsitos

de desempenho

- velotidades • rn.l>idtiJlha

. sil•wdosa

"hovering' superfic:ie

- autonomia e raio de açio SUbtnfHSO tot. ~l

. coeficiente de indestric~o - manobra da instalaç~o . par·tida a frio . partida ~ quente

..

. desl1gempenho

Nesta cla~s~~ con~iderar~mos as velocidades tipJcas e 05 nivei5 d~ potincia ~ ~l~s associados, autonomia e raios d~ a,io com as respectivas medidas de distreçSo , caracteristicas dr manobr~ e caracteristicAs de emiss~o Prbpria de energia. deterrinada~ pelas chamadas •assinatura§• ac~slica, t•rmica , ma9n~~ica.

a) Velocidades

Caracleristic~~

velocid~de m~~ima

esti associada i mixima pot&ncia Que pelo acionador do eixo propulsor 1 motor elit~i t o ou turbina~ b~sicamenle. Nas in~lalac5os n~o -n ucleares . tem taraç leristi c a intermitente~ Pois o tempo que o acion~dor p ode op~r~· a seu nivel de polincia m~~imo i limitado pela~ cara:~Eristicas de sua fontR de energia motril, como ~ miKi~ i •ra~E' de de&carga das b~lerias ou o volume estocado de reagentes (co~~ - ~tivel e comburente nas fontes du energia baseadas ~~ co~~-~~~o, produtos quimicos, nas b~s~adas em outras re~ç8es). A

pode

~er

de s~nvo lvida

inslalatlos nucleares lerr a capacidade de de ~e nvol ver sua P~tincia miwima Por tempo praticamente indefinido devido • alti~fi~a densidade de energia do conbustiYel nu c lear . En~retanto , nenhu~ perfil de mi&l~o Para submarinos r~quer a velocidade mixi~a por !e mpo e~lrQmamente longo, pois nesta sltuaç~o a capacidade do! sen5c-es ac~sticos do navio fica quas~ que totalmente co mprometida devi cc ao ruido do escoamento ao longo do casco e c~vilaç3o nc hilic~ (esta siluaç3o de •cegueira• ocorr~ para velo c idade aci~ a de ~~~ores em torno de 15 - 20 n6s). logot o requi5llo da instalaç~ç dese~~clver sua Polinci~ miMima est• sempre a5so ci ado ~ um Period c dete ~ r ~ nado. No caso de submarinos convencionais este tempo i da ord ~r de 1 hora , devido is limitac5e~ das balerlas chumbo-~cidc usua~~ . O Vdlor ~bsoluto d~sta velocid~de mixima j fun,~o da missl : preconilada p~ra o navio . O subm~rino c onven c ional modern c de r~ . hor desempenho neste item i o TR-1700 l rim

c ome

6se ;

3m

S se ;

15°/~eg

'•:Jih,•)

uma

Perioc' : 8se ;

10() 30°

~Jrf o':lgem( 'heave')

guin!l)da(

ser

30se ;:

movimentos referem - se ao cenlro d~ gravid~de do ~a-io, os movimentos dos equipamentos ~erem obtidos ~eta :ompo~itlo harmbnica . consid e rando - se sua posiçlo relativa . As geguintes c ombinaç5es devem ser con s ideradas: Os

:evando

- banda e tt'ir

- banda ~

jogo

~

e

Cêturro trir·

jogo e c:.11t1.rro d )

o ~e guir1lcs

: ara

Qp~raçio

sob as calotas polares

t' e•wisilo d~ impa c tos ~obre a

~ verificação sistemas @m

•ragilitu,ão

a frio

opera : ~o nas regiSes inst~la,~o propulsora

polares

l~ r

os

:

do c o "' p o r t a me r~ l o d o s "' a l e r i a i s u t. i l i ::; ê d o s contato com o ambiente externo quan t: ~ (temperaturas da ordem de -2° submerso e -40°

;- a superfic.ie);

- necessidade de si s tema de aquecimento na vilvula de do Qsnorquel, de modo a evitar o seu travamento devic: ao ~cúmulo dl~ gêlo; : abeça

- n~c~ssidade de comParlim~nto5 habitiv~isl Para

~quecim~nto

do

ambiente

interno

dos

- resi~t~ncia mecinica da superestrutura e veta aumentada evitar dano~ ~m equ~pamentos e tubulaç5e~ Posicionadas fora casco re~i~tente durante a operac~o de rompi~enlo das camadas

do de gelo

~uperficiai5.

4 . 5 . 3

-

Ambient~

de

clas~f.l'

Esta

à

neces~ár) ;H

S.)IJdll!

Jnlerno

requi5itos visa assegurar conforto fisito e mental

e ao

as d~

condiçae s trirulacio1

in c luindo: - ruido na faixa da audic3o; - condic5es climiticas interna5; - qualidade do ar ambienl~; - niveis de radlaçSes ionil~ntm~ inslalaçio~ nucleares). ~

) ruidos audiveis

freq~incias de ruido que podem acarret~r perturbacSes ~ ser humano situam·se entre 300 e 4800 Hl. Oenlro desta de freqQ~nc!as devem ser tomados cuidado5 de modo que os nio e~cada~ determinados valores Pri-0slabelecidos. t~is

As audic~o

faixa

niveis

do

como:

Praça de

m~quin~s

praça de miquinas

~sl~~Ses

O

NRC

(•nc~se

guarnecidas desgu~rnecidas

de controle de

reduction

m~quinas

dB

NRC

90

85 110 65

120

70

coeficient~)

em banda de oitava. b ) Climi:l it-tt?rno

Os ser

seguintes valores d~ temperatura cono referincia

e

uridad~

do ar podem

con~iderados

lemper~tura

praças de m~quin~s guarnecidas c 3fn praç~~ de miquin~s desguarnecidas ( estat~&s de controle d~ miqulna5 20-25Q

so·

OIJ

Os

3CQ

umidade

limite se"' limite sem

sem limite

( sox

valores de referincia deveria ser mantidos para qualquer d~ ~gua do mar dentro da faixa requerid4 Pelo proieto, Em geral, deve ser previsto isolamento t~rmico na 5UPerficie interna do casco no& compartimentos habitiveis de modo a evil~r t~mperatura

sobr~carga do ~i~t~ma de ar condicionado na~ situatB~s e•tr~mas (insolat~o direta em operac~o na superfiçie ~ temperatura~ pol~r~s). Cuidados especiai' devem ~er tomado~ com a radl~t~o df c~tor dos ~quipamentos de Propul$3o: isol~mento t~rmico e melhori• de s u~ eri c iincia s3o meios de rRduzi-la.

prcssSo interna deve ser ~an\ida o m~is prb~imo Pos~ivet requisito ~ de particular importincia para ar do ambiente (motores de combu~lio em ciclo ab~rto. compressor~s de ar) e as QUe descarr~gam (ationamento~ pneuratico~). A fai~a de v~riaç~o da pres~~o i em geral ~dmitid~ come de 1.2 a 0,6 bar. Um aspecto ainda mais import~nte do que a fai~a de variaçlo da pre~s3u j a sua taxa de variat~o no tempo . mais d~nosa ~o s~r humano do que o~ valores absolutos superior ~ inf~·ior, Variataes superiores a l.e mbar/seg provocam tonturas . m~l - ~slar, v&mitos1 desm~ios e cegueira temporiria. Dur~nle ~ OPer a :io em csnorquel, a v•tvula de cabeca j fechad& tempcr~riamente quando seu sensor d~ ~gua s~l9~da permanece er contato tom ~ ~gu~ do mar dur~nte u~ certo tempo aju~tiv~l co~ rapidez e segurança de modo que a disponibilidade da in~talaç;o nio seja afetada, alim de sua inerente comPle~idade.

Os modos de controle ~utomiticc, r~zem com que a necessidade de operadores sel~ b~~t~nte r~duzidd para as condiçBes normais . Entretanto, as condlc5e~ de oPeracio degr~dadas e o controle de avarias impedem que este fale tenha uma rel~çlo direta com uma reducSo substancial da lripulaç~o. Alim dislo1 um certo lradicion~lismo do meio naval faz com que haj~ grande resi~tincia i reduc~o d~ parlieipa,io humana no controle e moniloracao da plataforma.

Alualnenle h~ uma tend~ncia para ~ reduçio das ativid~des de manulencio predillva e preventiva, re a lizada pela tripulac~o durante o p~riodo operativo. a um mini~o. aliviando assim su3 carga de trabalho. Como conseqU&ncia o n~rero de tripulantes pode ser reduzido, sendo por~m requeridos periodos de manulenç~o m~is freqD&ntes e prolongados. As capacidades de e~ecuclo de manutenç&o corretiva por meios pr~prios do navio deve ser definida Pois tem grande impa c to no ProJeto, influenciando ~s dimen,Bes dos espaços aloc3doG Para ~rmalenagem de sobressal~ntes e ferramentas m ~reas de oficinas. bem como a definiclo do nGnero de tripulantes. Os reparos a serem efetuados a bordo dever ser programados, de forma que os equiP~mentos e seu arranJo fisicc Permitam a sua e~ecuc3o, prevendo - se acessos e espacos p~ra desmont~gem. Com as alivid&des de controle de avarias, cuJo escopo e mais amplo do que e~clusivamente ~ instalaclo propulsora. os problema~ sio similar~s. Par~ que selam previstos pesos. ireas, volumes. arranJo e materiais adequados, os modos de falha e acidentes devem ser definidos. bem co~o as medidas a serem tomadas em cada caso. Estas

envo l V C? !TI espaços para pal~is de sobr~~satenles, graxas, tintas~ controle de ~varias e oficina~ com dimen5Ses compativeis com a filosofi~ adotada. ferrament~~.

A vida ~til do submarino j normalmente postulada como de 20, 25 ou 30 ano~, tomo j to~um para navios em geral. Este r~mero, entretanto, ~ e~tremamente tu~rico, sendo poucas vize~ utilizado como um d~do de proJeto efetivo. A vida ~til dos ~~wersos componentes me cinicos, se ndo garantida a disponibil i~~de de sobressalentes e manutenc3o Pl~nej~da, i em geral bem meior. O periodo de vida ~til ser• import~nte no proJeto de equi ~a~e nlos sujeitos i (~diga d~ baixo ciclo. Na pritica. o grande liritanle da vida ~til de submarinos e a obsol~s c ~ncia de ~eus sister a s e a elev~c~o e~ponenciat de ~~u~ custos de manutençio e op~raçic . Para que estes efeitos inevit~vei~ selam posterg~dos, uma previsio criteriosa de crescimentos futuro~ (subslituitlo ou in c tu si o de si5tam~s ou equipamentos) c onsiderando - se a5 possibilidt =e s de modernizacio e repolenciatizaçlo ~curto e midio pra1os ~ ewe ser f e i t, a • A d e f i n i ç ão d a v i d a ut i l e t a mb em i mp o ,. t a n l ~ ç as tt~mpe•· alur·as do pri.n,ário são multo bai>

co~o

Ressalta - se tamb i m a ado,io de c passiva, tais c omo :

dispositivos de

segura ~: a

i~trinseca

de combustivel em dispers3o metilica U-Zr · H, de realividade negativa e alto de produtos de fisslo;

- uso ele~ado re~EnC~O

coe fici ~n te

- uso ~es~igamen lo

4

.

de sistema pa ss ivo de re s friamento do de calor residual>.

prov e n ~~ gr~u

reator

:e P O~­

(remoç~o

7 . 5

• Mono -S ubmarinos

que torna a s instat~ça~s propulsoras nucleare~ pe sa~as e n3o sio, nece~sari~mente. sua~ carac teri s ti c as in~rent~ ! e si m o fato de que s~o invariavelm~nte proj~tadas para ~ \e t c : idade miMima do submarino . O conceito de mono - submari ~: ~uc . ear na~ ce da po~sibilid~de de proJetar -se uma insl~l a:i: :rc= ~ lsora nuclear de pequeno porte. desde que a me sma se ~~ ciwe~sionada para a velocid~de de trin5ilo, r~sguardando · sE i c a~ e~ id~da de de~envolver maiores velocidade Por inlerva lc s restritos de tempo alravis de grupos de baterias. que poderiar alirentar o motor elitrico de propulsio em paralelo aos turb ogeradores do circuito ~ecundirio. O

vo l~~ o ~~s

•cONAB COmbin e~ este conceito de Poderiamos chamar And Batter!:l•, em &lnalogiõt elOS s istemas co mbinados ~e tsio de navios de superf i c i e. A in s t a laçio nu c l e~ ·

t.iuctear Prc o~

proporcionaria. na ~ua mixima potincia, o ~cion~mento turboelilri c o do ei~o Para uma velotid~de de trinsito da ordem de 15 n6s, compatjvel ~om a manulen~3o de r~roiv~l capacidade de estuta dos s~nsores at~sticos passivos, com o grupo de baterias permanecendo em f\utuac~o. Nas eventuais çituaç5es de interceplat~o de alvos ou ~vasio p6s-ataque, de dur~czo da ordem de 1 hor~, o MEP p~ssaria a ser alimentado tamb•m pelo grupo d~ baterias, atin9indo · se assim a velocidade mi~ima, da ordem de 20 nbs. AP6s o •sprint• de velocidade, o submarino passaria ê operar em v~locidade de patrulha, da ordem de 10 nb5, dedicando a pot&ncia rem~nescente do reator para a re c arga da5 bateria~. A figura 4 . 14 apresenta um diagram~ de blo c os dest~ instalac~o propulsora.

O HSPHH e e sPe c ialn1ente adequado a este liPo de apli c ~c~o. pois como }i vimos. possui um relativam~nle elevado n~mero de polos que podem ser alim~ntados por fontes de energia indep e nd e nte~. Di ; an os que a rot~ncia reQuerida para a velotidad ~ trin ~ ito (ge r ~d~ Peta instalaçio nuclear) corre ~ ponda a 50~ da pot;n c ie requerida Para a velocidade m ~ ~im~ (gerada p~la in~talacio nu c te~r • baterias). Ne~le caso. se o MSPMH de propu\s~o po s suir 20 p6los, 10 seriam alim e ntados r e tos lurbo · geradores e 10 pel~~ baleria5 . A solut~o ~Presentada pel~ fr~nca1 usa u~ pequeno PWR integral, aulo pr~ssurizBdo, operando e~clusivamente ~m c irculaçlo natural, b~seado no conceito SCORE, de s envolvido Pela Techni c atome, FAJEAU [155) e BOISRAYON (361 . A figura 4.15 apre s enta um di~grama esquem~tico desta instalaclo. Sua s caraclerislicas b~sic~s, bem como ~s do sub~arino em que seria in s tal~d~, s~o apresentadas pela tabela 4 . 16.

l

4 .

O

8

• O CONCEITO

,.'

,., r .

DE

conceito de aos atuais

pequeno submarino nuclear de ataque 5Sn 1 em oposit~o gr~nd~s (e cada ~el maiores) SSN, i derivado dos d~senvolvimcnlos apresentados no~ dois 0ltimos sub-itens~ o subm~rino hibrido nucl~ar/convencional. na linha do AHPS, e o mono~sub~~rino nuclear~ na linha do S(QCE. dois desenvolvimentos pa•eccm - nos ser aqueles mais do futuro da arra 5ubmarina1 refletindo nit.idamente as moder'11r'H tendênci,H; nc projeto de submarinos e materializando um~ soluç;o de cor:romisso qu~ otimile os requisitos operacionais d!nlro de tLstos ~ceitiveis Para as m~rinh~s de m~dio porte. Estes

r~Presentatlvos

~ubslilulo rara o~ SSN no a es5a classe de n~vio de guerr~. Estes continu~ri~m ~ ler rete.ante papel na estratigia naval, indispen~iveis quando se reque• emprego em irea~ maritirnas dist~ntes ou projec3o limil~da de p~~er sobre terra. Nio ~eria t. ~tJS custos Sl!ri;,~m "'uito ell~vado~ ~::ara um emprego secundário. Estes ~~timos certamente s3o o m~lhor emprego para os SPIA n3onucleares. O que o~ SSn subsliluir~t ~o pr6ximo s~culo ~erlo os submarincs convencionais oce~nicos, ~S-ullane~menle redulindo a quanlidaa~ de 55N requeridos pelas marir~~~ de maior porte.

O 5Sn nlo

amplo

~spectro

de

seria1

missa~~

Cansider~ndo a5 solu~5es apresentadas

l6gic~menle, ~r hoje alribu:~ :

filosofia5 bàsi c as de proJeto d~s duas

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Temper,ltura no c.:o r.censador. , •....•..• Vazão m~ G sica de ~~ ua salgada ... , ...... .

C 133,6 Kg/l •.• , •. . • .• • .•. .• ... • ••.•.. • ••• . ... 4,1 Kg/l 1

Vazão

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do

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SUMARIO DE PESOS DO AHPS 1000 .,_

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lONf:LADAS

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Rr.atot e prirn.írlo ................. ~,······~····· ..................

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SecUt"ldátlo .... "., . . . . , .. . .... . . . . . - ... ......... . . , .. ., .. . .• . . . .. 49

8t ind.)gem Primária.,., •.,,.,, .. , .. , ,

f

I

I

t

I

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t

43

f.tf!.lri,:a e c.:ontrote.- . . - ......... ., . ................. ,..,., .. ,.,.7 A•:: e:~ssórios

~~

;*c.,.,b,-;tf'tlento ..•. , . . .... " . . ., .• •. .. ., .. " •. , •. ,.,., 10

TOTAL CAHPS)

169

------ -- - --- --- - ----~----------- - ------------- -- -~--- - --- - - - - --- -

JNlEGRACAO AO SUOHARINO ---~- - ---- - --- - ---------------- - ----------- - ------- -- -- -- -- -- -- --

E)lt.~n s So

do casco (12m comp.

E~t~n~~o

secundiri~s

f

7~5

m diétm.) . . . . . . . . . . . 120

(anteparas, corredor de passagem. convise$) ... . , ... 26 Suportes ..

~,.. ~ ~

Blindagem

s~cund,ria

Hodifi c ~ç8es

.. . ..... . . . ... . .......... " . ..... ,. . ., ........... . SO

de

(antePar~s

~i stemas

do

e corredor) ... .. , .. . ... 130

~ubmarino

..... , . . ..... ... . .. 10

f\e;eneracão de ar . . . . . . . .. .. .. . . ... , . . . . . . .

,.,,_.,~

........

TOTAl (lNTEGRACAO DO SUBMARINO)

~.7

325

---------------------------------------------------------------,.o1' AL

GERAl... . . . . • . ,. . . . . • . . • ' . . . .. "

I

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5 14

---------------------------------------------------------------fJGURA 4.12 b PARAHETROS PRINCIPAIS DO AHPS 1000

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DE CONTHOLE GEiiADOR

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VASO

DE PHESSAO

It."$ r ALACAO N.;::H :Afl

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FIGUHA 4 .14 ; D1ogr omo esqu e motJco do 1nstoloc. oo 'SCOHE'.

C~NTRO

ACOMODAÇÕES

QUADRO ELÉTRICOTURBO-GERADORES DA PROPULSiO

DE OPERAÇÕES DE COMBATE

\ 'i

l

L ~

'

MOTOR EL~RICO

DE PROPULSÃO

INSTALAÇÃO .NUCLEJ.R

MAQUINAS AUXI LIAHES

f

i \\

B.t·.. TER I AS

FIG. 4.15 - SUBMARINO NUCLEAR COSTt:IRO

TORP=:DOS

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lABELA 4.16 - PARAMElRDS PRlNClPAlS DO SUBMARINO NUCLEAR COSl.ElRO NA 2000 .. .. • • • • ~ • .. • • • • • • • • " • • . . • . .

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SUJn:•nF.:SA INUJSJDIJ..JDAI>E

DETECCAO NnO - ACUSTICA

NOU OS

LIMITE PANA

S F.:NS OJHCS

GF.:JU1-: NC I A MJ:: N'fO J>E

DA DOS

REDUCAO DE NUIDO

P nO D U T I IJ J 1.. l DA DE

""'J... 1 N J< S ,. DE C O MU N I C A C A O

DESCOHJSSJONnMENTO

PROPULSAO INDEPENDENTE

CUSTOS DE AQUJSJCAO

DO AR

FIGURA

5 .. 2

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ANAl.. JSE

DE MJ'•

Richard • •Jane's

I

Jane's Publishing

Compan~

Ltd , ,

of

Subm~ri­

Und e r~aler

1969,

Warf3re Londf'es, Grã··

Bretanha. [231 KORN, 5y s tem~·,

RJNA

S~mposium

maio de 198fL Londres. Subm~rine

H. - •Hod~rn Submarine We~Pon Ois c h~rge on Conventional Naval Submarin~n. 3 · 5 de

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