Navios com velas rotativas

Os navios estão voltando a ter velas. Não como as velas de séculos atrás, mas com velas rotativas, que são o assunto deste post.

Por que velas rotativas?

Navios com estas velas economizam combustível e reduzem a emissão de gases poluentes. Muitos navios usam turbinas a gás e motores a diesel para propulsão, que são derivados de petróleo. Portanto, esta é uma solução para reduzir o impacto ambiental dos navios e o consumo de combustíveis fósseis. A vela rotativa também é chamada de rotor Flettner. Que foi inventado em 1922 e usado em um navio para testes em 1924.

Na época, era mais economicamente viável usar motores a diesel para navios. Mas agora, com materiais compósitos e questões ambientais mais urgentes, o interesse por estas velas voltou e é possível construir velas com boa resistência e peso leve o suficiente para instalar com guindastes rapidamente em navios.

O efeito Magnus

O efeito Magnus é o princípio por trás da vela rotativa. Quando o ar, ou um fluido, entra em contato com um objeto que gira, é criada uma diferença de pressão entre os lados opostos do objeto. Criando uma força de impulso no sentido do lado de baixa pressão.

Este é o teorema Kutta-Joukowski, que calcula o impulso em um cilindro que gira na presença de um fluxo de ar ou fluido.

$L=\rho \cdot G\cdot V$

Onde,

$L$ é a força de sustentação em $N/m$ ;
$\rho$ é a densidade do ar em $kg/m^3$ ;
$G$ é a força do vórtice em $m^2/s$ ;
$V$ é a velocidade do fluxo de ar em $m/s$ .

Para calcular $G$ , deve-se usar esta fórmula.

$G=2\pi \cdot r\cdot V_r$

Onde,

$r$ é o raio do cilindro;
$V_r$ é a velocidade rotacional.

A velocidade rotacional é a circunferência do cilindro vezes a velocidade angular $\omega$ em rotações por segundo.

$V_r=2\pi \cdot r\cdot \omega$

O teorema mostra que para aumentar a força de sustentação, tem que aumentar o raio, o comprimento e a velocidade do cilindro. No entanto, quanto maior o raio e o comprimento, mais pesada a vela, o que limita o tamanho. O efeito Magnus é a explicação porque as bolas fazem curvas no ar quando giram.