Upload
buimien
View
214
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Porto, novembro de 2014
A Engenharia Mecânica nos Transportes Marítimos:
MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA MECÂNICA
Trabalho Realizado pela equipa 1 da turma 1M02:
Ana Camões de Araújo n.º: 201 404 094
Ana Margarida Ervalho Azevedo n.º: 201405 706
Ana Sofia Touguinha Machado n.º: 201403 649
Ernesto António Morais Romano n.º: 201 404 532
João Pedro da Silva Rocha n.º: 201 405 199
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
1
Equipa 1 - Turma 1M02
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Curso de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
A Engenharia Mecânica nos Transportes Marítimos
A Artilharia Naval na Segunda Guerra Mundial
Trabalho realizado no âmbito da unidade curricular “Projeto FEUP”
Professora Coordenadora: Teresa Duarte
Supervisores:
Professora Ana Reis
Engenheiro João Duarte
Monitor: Carlos Ribeiro
Autores: equipa 1 da turma 1M02
2014/2015
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
2
Equipa 1 - Turma 1M02
RESUMO
O presente trabalho procura abordar tópicos relacionados com a
artilharia naval na época da Segunda Guerra Mundial, segundo a perspetiva
de vários estudantes do primeiro ano de engenharia mecânica.
Portugal, outrora na frente do desenvolvimento marítimo, encontrava-se
à parte da evolução das potências como a Alemanha, os Estados Unidos e a
Inglaterra, não tendo participado ativamente na guerra. Assim, o trabalho
incide-se em países estrangeiros.
Ao longo do trabalho são apresentadas notas históricas relativas à
Segunda Guerra Mundial, mais particularmente relativas à evolução da
tecnologia e ao papel da artilharia naval. É, também, abordado o papel dos
submarinos e dos navios na guerra. Esses subtópicos são ilustrados com um
exemplo de um tipo de submarino e de navio específico. Além da mecânica
envolvida na construção e funcionamento dos meios de transporte e seus
componentes são, também, referidos fundamentos físicos básicos que
suportam a viabilidade de tais fenómenos.
1
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
3
Equipa 1 - Turma 1M02
Agradecemos a todos os que
nos ajudaram durante
a conceção do nosso trabalho
contribuindo, para o mesmo, com
apoio, ideias, conselhos e experiências.
2
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
4
Equipa 1 - Turma 1M02
ÍNDICE
Lista de figuras 4
Glossário 5
Introdução 6
I Papel da artilharia naval na Segunda Guerra Mundial 9
II Os Submarinos
i) Generalidades 11
ii) Exemplo específico - U-Boat tipo XXI 16
III Os Navios
i) Generalidades 21
ii) Exemplo específico - HMS Hood (51) 22
IV Fundamentos Físicos envolvidos na navegação 25
Conclusões 27
Referências Bibliográficas 28
Anexo 32
3
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
5
Equipa 1 - Turma 1M02
LISTA DE FIGURAS E TABELAS
Figura 1 – Detetor acústico – página 10
Figura 2 – Sala de controlo por radares - página 10
Figura 3 – Funcionamento do submarino à superfície – página 15
Figura 4 – Funcionamento do submarino quando submerso – página 16
Figura 5 – U-Boat tipo XXI – página 16
Figura 6 – Diagrama do U-Boat tipo XXI – página 16
Figura 7 – MAN M6V 40/46 (motor a diesel presente no U-Boat tipo XXI) – página
19
Figura 8 – Snorkel articulado – página 19
Figura 9 – Periscópio – página 20
Figura 10 – SSW GU 365/30 (tipo de motor elétrico presente no U-Boat tipo XXI) –
página 20
Figura 11 – Estaleiro naval japonês – página 21
Figura 12 – MKVI4 – página 23
Figura 13 – Torpedos – página 24
Figura 14 – Radar 284M – página 24
Figura 15 – Descida do submarino – página 25
Figura 16 – Subida do submarino – página 26
Tabela 1 – Características de 5 submarinos – página 12
Tabela 2 – Tipos de baterias produzidas pela AFA entre 1935 e 1945 – página 14
Tabela 3 – Características do aço – página 17
4
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
6
Equipa 1 - Turma 1M02
GLOSSÁRIO
Snorkels - são uma invenção Holandesa que caiu nas mãos da marinha
Alemã em 1940 que, contudo, ignoraram o seu potencial. Nas versões
primitivas, o aparelho, consistia num tubo que recolhia ar do exterior e
libertava gases de escape e numa válvula que impedia a água de entrar
quando o U-Boat submergia. É de extrema importância visto que permitia a
utilização dos motores diesel mesmo quando debaixo de água. Esta
capacidade constituiu numa vantagem tática pois permitia aos submarinos
da marinha alemã maior velocidade, alcance e a capacidade de passar
despercebidos aos radares inimigos, visto que ainda ninguém estava a par
destas possibilidades da frota alemã.
Torpedeiro – embarcação naval de reduzidas dimensões e cuja velocidade
permitia lançar torpedos contra navios de maiores dimensões.
Torpedo - projétil com propulsão, de trajetória definida cuja função é explodir
no casco dos navios.
Mina - objeto explosivo normalmente estacionário que é ativado pelo toque,
por exemplo, de uma embarcação.
Periscópio – aparelho ótico destinado a transmitir imagens de objetos
inacessíveis pela visão direta do observador.
5
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
7
Equipa 1 - Turma 1M02
INTRODUÇÃO
O tema atribuído foi: A Engenharia Mecânica nos Transportes Marítimos
e o subtema escolhido para o presente relatório foi: A Artilharia Naval na
Segunda Guerra Mundial.
Assim sendo, o presente trabalho foi realizado com os objetivos de:
Compreender o contexto histórico e tecnológico vivido na Segunda
Guerra Mundial;
Estudar as bases da mecânica dos transportes marítimos;
Abordar especificamente dois meios de transportes marítimos utilizados
na época;
Refletir acerca da evolução da mecânica no período de guerra.
O século XX ficou marcado por períodos negros de guerra mas também
pela inovação científica. Apareceram novas teorias, como a mecânica
quântica e a relatividade geral, que revolucionaram os pensamentos que o
Homem tinha em relação a si próprio e, também, acerca do universo. Foi assim
que nasceu a Big Science (a grande ciência)1. As nações mais poderosas e as
grandes companhias industriais compreenderam a importância que a ciência
poderia ter. Procuraram assim reunir grandes números de cientistas de forma a
criar investigações significativas e ambiciosas. Dada esta preocupação ter
sido dos mais poderosos, o financiamento foi muito grande e os instrumentos
ao serviço dos cientistas foram fornecidos em grande quantidade. Foi, assim,
possível atingir objetivos marcantes como a “conquista da Lua”, a descoberta
de partículas elementares ou desenvolvimentos relativos ao ADN. Contudo, o
acontecimento mais significativo da Big Science foi também o mais negativo,
quando no verão de 1945 foram lançadas as bombas atómicas sobre
Hiroshima e Nagasaki (cidades japonesas).
1 1. Fraioli, Luca. (2001). “História da Ciência e da Tecnologia – O século da Ciência”. Hiperlivro
6
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
8
Equipa 1 - Turma 1M02
As guerras surgem como uma extensão da atividade política e
baseiam-se no conceito “might is right” (ou lei do mais forte)2. São muitas as
pessoas que consideram admissível que os “mais fortes” dominem os “mais
fracos”. Estes princípios provocam um uso desregrado e frequente das forças
militares. Há também que considerar a tentativa secular de dividir o mundo
entre “eles e nós”3.
““O dia do ataque é fixado para 1 de setembro de 1939, hora 4h 45
mins..” Assim está redigida a diretiva n.º1, que, no dia 31 de agosto de 1939, dá
a ordem para a invasão da Polónia, que vai provocar o envolvimento da
Europa na guerra.”4
No caso particular da Segunda Guerra Mundial, ao contrário do que
Hollywood e os estúdios britânicos de Pinewood procuram relatar, esta guerra
foi mais do que uma guerra entre a Grã-Bretanha e a Alemanha na Europa e
entre os Estados Unidos e o Japão no Oceano Pacífico. O que despoletou a
guerra foi a expansão da Alemanha Nazi, que se estendeu ao Império
Britânico e à União Soviética, acabando também por atingir o Norte de África.
Estes acontecimentos começaram na década de 1930. Em 1941 os Estados
Unidos entraram na guerra no Pacífico e na Ásia acabando por reforçar o
estado de violência já existente entre o Japão e a China.
Esta foi uma guerra moderna mas a sua principal característica foi ter
sido travada em terra, nos mares e nos céus. Isto só foi possível graças à
utilização do petróleo (que permitiu a “exploração” dos céus) e aos
desenvolvimentos da ciência que permitiram melhores submarinos e barcos
2 2. Abbott, Chris. (2010). “21 Discursos que mudaram o mundo”(parte II). Bertrand Editora
3 2. Abbott, Chris. (2010). “21 Discursos que mudaram o mundo”(parte II). Bertrand Editora
4 3. Astier, Clarisse et al. (1997). “Memória do Mundo – das origens ao ano 2000” (páginas 545, 548, 556, 557 e
560). Círculo de Leitores.
7
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
9
Equipa 1 - Turma 1M02
em relação aos utilizados na Primeira Guerra Mundial. Certos aspetos foram
aperfeiçoados como, por exemplo, os motores de turbinas a vapor.
O desembarque de 6 de junho de 1944 constituiu a maior operação
anfíbia de todos os tempos. A nível naval a frota era constituída por cerca de
3 000 canhões, 500 navios de guerra (sete couraçados modernos, 23
cruzadores e 148 contratorpedeiros). Foi uma mega operação para iludir e
vencer os alemães.
A exploração naval dos mares envolveu preocupações relacionadas
com a engenharia nomeadamente o desenvolvimento de máquinas
marítimas, a preocupação com a arquitetura naval e mapeamento oceânico.
A construção de navios, em tempo de guerra, teve de ser acelerada
tendo aumentado rapidamente o desenvolvimento de certos processos de
produção. O tempo médio de construção tornou-se de aproximadamente 70
dias (55 de construção e 15 de acabamentos, armamento e testes no mar).
8
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
10
Equipa 1 - Turma 1M02
I - PAPEL DA ARTILHARIA NAVAL NA SEGUNDA GUERRA MUNDIAL
As nações envolvidas na Segunda Guerra Mundial procuraram, através
da tecnologia, desenvolver sistemas de defesa. Todas estas necessidades
foram satisfeitas a fim de provocar morte e destruição. Grande parte das
descobertas foram mantidas em sigilo sendo apenas utilizadas para fins
militares. Contudo, quando a guerra terminou, estas tecnologias foram postas
ao serviço da sociedade.
Com a entrada dos Estados Unidos na guerra foi necessário transportar
uma maior quantidade de combustíveis pelo que foram precisos barcos para
fazer tais travessias. Inicialmente, foram adaptados alguns já existentes mas as
condições de segurança no transporte não eram as melhores, levando a que
a produtividade das viagens fosse menor. Uma classe de navios, os Liberty,
tinham sido idealizados e construídos para o período de guerra. Começou por
só existir a variante Collier (especializado no transporte de carvão) mas face às
necessidades deu-se a construção de outra “gama” de navios Liberty. Além
de pequenas diferenças em termos de segurança, os navios petroleiros
distinguiam-se dos restantes por procurarem passar despercebidos. Caso
fossem identificados como navio-tanque (navio de carga líquida) seriam alvos
importantes pois quando atacados impediam a carga de chegar a tempo,
dificultando operações. Os Liberty representam apenas um exemplo deste tipo
de navios, pois existiam outros equivalentes.
Por outro lado, as dimensões reduzidas dos aviões permitiram a
construção de porta-aviões muito eficazes, verdadeiras fortalezas flutuantes
capazes de levar para qualquer ponto da terra dezenas de aviões de
combate dispostos a aterrar e a descolar. Contudo, os enormes porta-aviões,
tornaram-se muito débeis por serem facilmente detetados pelo inimigo.
Face a estes acontecimentos e sendo os detetores acústicos (Figura 1)
muito pouco precisos e bastante falíveis, tornou-se imprescindível a invenção
do radar (Figura 2). O seu princípio é bastante simples: uma antena emite
ondas eletromagnéticas e uma outra recebe as que são refletidas por objetos
metálicos. Através do estudo da onda refletida consegue-se determinar a
posição do objeto metálico que refletiu as ondas. Nas mãos dos aliados foi
9
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
11
Equipa 1 - Turma 1M02
crucial para deter a aviação alemã. Ainda hoje é utilizado para o controlo do
tráfego aéreo e naval. E os princípios que estão na sua base contribuíram para
o forno micro-ondas, por exemplo.
Figura 1: Detetor Acústico (*4) Figura 2: Sala de controlo por radares (*5)
10
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
12
Equipa 1 - Turma 1M02
II - OS SUBMARINOS
i) Generalidades
Dentro dos submarinos utilizados na Segunda Guerra Mundial, os
alemães U-Boats são os que deverão ter causado maior impacto. A sua
presença na Batalha do Atlântico foi fulcral para a ofensiva alemã e revelou-
se como um dos maiores obstáculos para a Grã-Bretanha, tendo Winston
Churchill até admitido que esse foi o único momento em que pensou na
rendição.
Devido ao tratado de Versalhes os alemães ficaram impedidos de se
restituírem de novos submarinos. Mesmo assim, os alemães, continuaram a
deixar a sua marca na área vendendo designs a outros países. Por volta de
1932, sobre o comando de Adolf Hitler deu-se inicio o rearmamento secreto da
marinha alemã.
Cinco tipos de submarinos que fizeram parte do rearmamento:5
a) Os de 500 a 700 toneladas, utilizados em zonas marítimas;
b) Os de1 000 toneladas, utilizados no oceano;
c) Os U-cruisers de 1 500 toneladas;
d) Os submarinos costeiros, de 250 a 500 toneladas;
e) Os submarinos de colocação de minas, de 250 a 500 toneladas.
A tabela 1 caracteriza outros 5 exemplos de submarinos de extrema
importância nas batalhas da Segunda Guerra Mundial.
5 6. Military Factory. 2014. Acedido a 01-10-2014. Última atualização 30/09/2013.
http://www.militaryfactory.com/ships/detail.asp?ship_id=Type-IX-Uboat
11
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
13
Equipa 1 - Turma 1M02
Tabela 1: Características de cinco submarinos6
TIPO IX U-Boat VII U-Boat XXI U-Boat XXIII U-Boat U-boat U-
25 (Tipo IA)
País origem Alemanha Alemanha Alemanha Alemanha Alemanha
Início de
Produção 1938 1936 1944 1944 1936
Tripulação
(tripulantes)
48 44 57 14 45
Comprimento
(metros)
76,72 66,48 76,75 34,14 72,51
Massa
(toneladas)
1232 871 1819 256 982
Motores
2 x MAN
M9V40/46
9-cilindros
motores
diesel; 2 x
SSW
GU345/34
motores
elétricos
2 x
motores
diesel; 2 x
motores
elétricos
2 x MAN
M6V40/46KBB
9-cilindros
motores diesel;
2 x SSW
GU365/30
motores
elétricos; 2 x
SSW GU365/30
motores
elétricos
silenciosos
1 x MWM
RS134S 6-
cilindros
motor
diesel; 1 x
AEG
GU4463-8
motor
elétrico; 1 x
BBC
CCR188
motor
elétrico
2 x MAN
M8V40/46
8-cilindros
motores
diesel; 2 x
BBC GG
UB720/8
motores
elétricos
6 7. Military Factory. 2014. Acedido a 01-10-2014. Última atualização 30/09/2013.
http://www.militaryfactory.com/ships/detail.asp?ship_id=Type-XXIII-Uboat
12
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
14
Equipa 1 - Turma 1M02
Velocidade
Superfície
(mph)
21 21 18 12 21
Velocidade
Submergido
(mph)
9 9 20 14 10
Alcance
(km)
25001 15747 28699 2503 14629
Armamento
6 x 533mm
lança-
torpedos,
22
torpedos;
1 x
105mm/45
deck gun
1 x 37mm
canhão
anti-aéreo
1 x 20mm
canhão
anti-aéreo
5 x 533mm
lança-
torpedos,
14
torpedos;
1 x 88mm
deck gun
1 x 37mm
canhão
anti-aéreo
2 x 20mm
canhão
anti-aéreo
6 x 533mm
lança-
torpedos, 23
torpedos
4 x 20mm ou 4
x 30mm
canhões anti-
aéreos
2 x 533mm
lança-
torpedos, 2
torpedos
6 x 533mm
lança-
torpedos,
14
torpedos;
1 x 105mm
deck gun
1 x 20mm
canhão
anti-aéreo
Assim, em Kiel na Deutsche Werke, começou a construção dos novos U-
Boats da marinha alemã (Kriegsmarine). Vários modelos foram adotados e
subsequentemente alterados e desenvolvidos em novos modelos até
culminarem em designs de maior sucesso.
A Akkumulatoren Fabrik Aktiengesellschaft Berlin-Hagen (AFA), mais
conhecida como VARTA Batterie AG depois de 1962 era a única produtora de
baterias para os U-Boats da Kriegsmarine, sendo a sua fábrica situada em
Hagen. Com o recomeço da sua atividade na área dos submarinos a AFA
aumentou exponencialmente a sua produção atingindo o seu pico, forçando
à abertura de novas fábricas em Hanover, Posen e Vienna. Durante 1942-1944
13
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
15
Equipa 1 - Turma 1M02
a AFA tinha objetivos mensais de produção de 50 U-Boats e de 1000 baterias
para torpedos, sendo assim um dos pontos mais importantes da indústria de
armamento alemã. A preparação para a guerra, em termos de criação de
baterias começou aproximadamente em 1935. Desde essa data até 1945
foram produzidas os tipos de baterias indicadas na Tabela 2.
Tabela 2: Tipos de baterias produzidas pela AFA entre 1935 e 19457
Tipo I
124 células 36 MAK 740 (9260 Ah)
Tipo s II A-D
62 células 36 MAK 580 (7160 Ah)
62 células 44 MAL 570 (8380 Ah)
Types VII A-F
124 células 27 MAK 740 (6940 Ah)
124 células 27 MAK 800 (8480 Ah)
124 células 33 MAL 800 (9160 Ah)
Tipo IX - C
124 células 36 MAK 740 (5650 Ah)
124 células 44 MAL 740 (11300 Ah)
Tipo IX D
248 células 44 MAL 740 (22600 Ah)
Tipo XB
248 células 33 MAL 800 (18220 Ah)
Tipo XIV Milchkühe
124 células 28 MAL 1000 (12000 Ah)
Walter - U-boat V 80
62 células 26 MAL 570 (3240 Ah)
Walter - Tipos 201 - 202
62 células 17 MAL 570 (2450 Ah)
Walter - Tipo XVII
62 células 26 MAL 570 (3240 Ah)
Tipo XXI Electric Boats
372 células 44 MAL 740 (33900 Ah)
Tipo XXIII Electric Boats
62 células 2x21 MAL 740 (5400 Ah)
Quando os submarinos se encontram submersos, as baterias são as suas
únicas fontes de energia, sendo que normalmente os motores a diesel não
podem funcionar em profundidade (sendo motores de combustão interna
necessitam de ar para funcionarem e este só é obtido se forem instalados
7 8.(sem autor identificável). Acedido a 16/10/2014. Última atualização fevereiro de 2013
http://www.lasegundaguerra.com/viewtopic.php?f=229&t=9914
14
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
16
Equipa 1 - Turma 1M02
snorkels). Estas baterias, formadas através de células de chumbo (geralmente
entre 62 a 144 células) são capazes de armazenar grandes quantidades de
energia. Quando ligada a uma fonte de corrente elétrica a bateria transforma
a energia elétrica em energia química. Assim, o chumbo sólido (elétrodos) em
contacto com ácido sulfúrico carrega a bateria. Ao ligar posteriormente a
bateria a qualquer aparelho que consuma energia, esta irá descarregar, até
que as placas de chumbo retomem o seu estado sólido inicial.
Deste modo, quando o submarino se encontra á superfície os geradores
de corrente/ máquinas elétricas (EM/G) são alimentados pelos motores diesel
(DE) sendo parte da energia dirigida para os propulsores (P) que permitem a
movimentação do submarino, e a restante para as baterias (B), como se pode
verificar na figura 3.
Porém, quando o submarino se encontra submerso, os motores diesel
deixam de poder alimentar os geradores e estes passam a receber energia da
bateria, anteriormente carregada.
Figura 3: Funcionamento do submarino à superfície (*9)
15
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
17
Equipa 1 - Turma 1M02
ii) exemplo específico – U-Boat tipo XXI
Criado e operado pela Alemanha o U-Boat tipo XXI iniciou os seus
serviços em 1944. As suas dimensões eram de 76,75 metros de comprimento,
8,02 metros de largura. O seu peso por deslocamento era cerca de 1,621
toneladas e o peso por deslocamento submerso de 1,819 toneladas. O seu
design foi considerado revolucionário no que toca à engenharia naval (ver
Figura 5).
Figura 4: Funcionamento do submarino quando submerso (*9)
Figura 5: U-Boat tipo XXI (*10)
16
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
18
Equipa 1 - Turma 1M02
Este tipo de U-Boat foi desenhado especificamente para operações de
elevada profundidade usando para tal maquinaria elétrica de elevada
potência (nomeadamente, as baterias anteriormente referidas) aliada aos
snorkels e a células de densidade. Isto permitiu ao U-Boat tipo XXI uma maior
produção de energia quando se encontrava submerso do que quando se
encontrava à superfície. Consequentemente, as velocidades máximas
atingidas ocorriam quando o submarino se encontrava debaixo de água
(aproximadamente 32 Km/h).
Características do Submarino:
Casco - Normalmente feitos em aço os cascos eram bastante resistentes (ver
Tabela 3).
Tabela 3: Características do Aço8
Densidade ρ = 7830 kg/m³
Módulo de Young 210GPa
Tensão de Rotura 380 MPa
Coeficiente de Poisson ν = 0,30
Condutividade térmica κ = 11.2 ÷ 48.3 [W/mK]
Módulo de Elasticidade E = 190 GPa
O casco interior tinha de ser mais espesso que o exterior de modo a
proteger os tripulantes e a maquinaria contra as altas pressões que se faziam
sentir quando o U-Boat se encontrava a elevada profundidade. O casco
externo servia como um dispositivo de segurança no caso de haver fissuras e
entrada de água e apresentava um design aerodinâmico (ver figura 6),
permitindo a passagem do submarino pela água com o menor atrito possível,
levando à possibilidade de ser atingida maior velocidade.
8 11. (sem autor identificável). Acedido a 16/10/2014. Última atualização agosto de 2014
www.keytometals.com/page.aspx?ID=PropriedadesdoAco&LN=PT
17
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
19
Equipa 1 - Turma 1M02
Este tipo de casco surgiu da junção de secções principais pré-existentes.
Contudo, diferencia-se dos que lhe antecederam pela implementação de
sistemas de armazenamento frigorífico para produtos alimentares, de
reciclagem do ar, chuveiros para a tripulação e ar condicionado.
Armamento – Este submarino incluía entre 17 e 23 torpedos, mais 12 minas. O
submarino estava equipado com um sistema que possibilitava lançar 18
torpedos em menos de 20 minutos.
Propulsão - Quanto à propulsão, o tipo XXI possuí dois motores a diesel MAN
M6V 40/46 arrefecidos a água salgada. Estes motores surgiram da tentativa de
obter um motor de elevada potência, leve e pequeno, sendo que para tal
foram removidos três dos nove cilindros do motor MAN usado no U-Boat de tipo
IX. Para além dos motores a diesel, este tipo de U-Boat apresenta também dois
motores elétricos: o SSW GU 365/30 e o SSW GV 232/28, sendo este último de
funcionamento silencioso.
Figura 6: Diagrama do U-Boat tipo XXI (*12)
18
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
20
Equipa 1 - Turma 1M02
Os motores a diesel (Figura 7) faziam funcionar diversos geradores
elétricos que carregavam as baterias dos motores elétricos usados na
propulsão subaquática. Estes motores usavam, no seu funcionamento, uma
mistura de combustíveis e de ar externo, conduzidos até às câmaras de
combustão. Ora, estes motores são motores de combustão interna nos quais a
combustão do combustível é feita através da compressão do ar presente no
interior da câmara e, devido às características da reação, não funcionam
debaixo de água. Para combater este problema recorreu-se aos snorkels. No
U-Boat do tipo XXI o snorkel era articulado (figura 8).
Figura 7: MAN M6V 40/46 (motor a diesel presente no U-Boat do tipo XXI) (*13)
Figura 8: Snorkel articulado (*14)
19
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
21
Equipa 1 - Turma 1M02
Os snorkels articulados no U-Boat tipo XXI eram operados como um
periscópio (Figura 9).
Os motores elétricos (Figura 10) eram usados pois permitiam uma
movimentação mais suave, quieta e económica quando o submarino se
encontrava submerso. Estes motores têm também como vantagem o facto de
não produzirem vapores ou outros tipos de emissões nocivas. As únicas
desvantagens destes motores são o excesso de peso extra gerado no
submarino e que provoca uma baixa qualidade de movimento e de
velocidade de rotação.
Figura 9: Periscópio (*15)
Figura 10: SSW GU 365/30 (um dos motores elétricos presentes no U-Boat tipo XXI) (*16)
20
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
22
Equipa 1 - Turma 1M02
III - OS NAVIOS
i) Generalidades
Em período de guerra, o inimigo procurava afundar os navios ou pelo
menos danificá-los de forma a terem de ser reparados. Assim, era necessário
produzi-los de forma eficiente (construir navios de forma a repor a frota
quando alguns era afundados ou arruinados irremediavelmente – Figura 11).
Para obter a elevada produtividade que era necessária, passaram a ser
usados métodos de soldadura e pré-fabricação. O tipo de soldadura utilizada
foi a soldadura por elétrodo que pelo calor gerado faz saltar um arco elétrico
(“curto-circuito”) entre um elétrodo e as peças a unir. As vantagens desta
técnica relacionam-se com a sua versatilidade, simplicidade de equipamentos
e custos reduzidos. O material que resulta do processo é ligeiramente flexível.
Deste modo grandes secções de casco ou outras estruturas do navio eram
planeadas e construídas fora da área de construção da estrutura principal,
sendo movidas para lá e montadas aos restantes componentes apenas
quando estivessem prontas.
Os motores a gasolina usados na Primeira Guerra Mundial foram
substituídos por motores elétricos que, para além de possibilitarem maiores
velocidades e menos gastos, resolviam os problemas do barulho dos motores
anteriores que impossibilitavam ataques surpresa. O interesse na construção
de navios com velocidades mais elevadas levou ao uso de motores diesel ou
Figura 11: Estaleiro Naval Japonês (*17)
21
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
23
Equipa 1 - Turma 1M02
elétricos com propulsão de turbinas a vapor, sendo a força de propulsão é
aplicada diretamente no elemento de rotação da máquina.
Foram assim, construídos e reconstruídos diversos navios tal como ilustra
a tabela que se encontra nos anexos.
ii) exemplo específico – HMS Hood (51)
O HMS Hood (51) foi o último navio de batalha construído para a
Marinha Britânica. Esta embarcação de guerra teve diversos problemas ao
nível do design, acabando mais tarde por sofrer alterações.
Durante duas décadas foi um navio de extrema relevância ao serviço
da Inglaterra. Participou em várias guerras tais como a Batalha da Jutlândia, a
Segunda Guerra Ítalo-etíope, a Guerra Civil Espanhola e a Segundo Guerra
Mundial.
A 24 de Maio de 1941 deu-se a destruição do HMS Hood (51), no estreito
da Dinamarca. Este navio e outro, também britânico, que o acompanhava
depararam-se com Bismark (um famoso navio alemão) acabando por ser
travada uma batalha marítima que causou fortes danos aos britânicos.
O HMS Hood (51) é um navio com cerca de 263 metros de comprimento
e 32 metros de largura. O seu peso de deslocamento é de cerca de 49 140
toneladas.9
Este navio tinha uma sala de caldeiras com bombas de pressão que
funcionavam com óleos combustíveis, de forma a assegurar o funcionamento
do mecanismo de turbina a vapor responsável pelo movimento do navio.
9 18. (sem autor identificável). Acedido a 17/10/2014. Última atualização 2014 http://www.the-
blueprints.com/pt/blueprints/ships/ships-uk/24843/view/hms_hood/
22
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
24
Equipa 1 - Turma 1M02
Características do Navio:
Casco – a diferença em relação aos demais é que está reforçado por uma
armadura principal, por uma secundária e ainda por uma espécie de biombo
de proteção (antepara).
Performance do Navio – este navio conseguia atingir os 57,4 km/h, contudo, as
suas dimensões não eram adequadas para tal e nas rotações o navio tinha de
perder parte da sua velocidade para as poder executar.
Maquinaria – o HMS Hood (51) tinha aproximadamente 360 motores elétricos
(divididos em funções distintas), tinha também geradores elétricos (conversores
de energia mecânica em elétrica). Estava bastante equipado a nível
comunicacional, com altifalantes, telefones e tubos de voz que percorriam
toda a embarcação. Em altura de guerra era necessária uma vasta tripulação
(cerca de 1 400), e um poderoso sistema de ventilação para tornar o navio
habitável a um número tão grande de pessoas.
Armamento – o navio sofreu alterações durante o seu período de atividade,
estando mais modernizado na altura da Segunda Guerra Mundial,
apresentava: 18 canhões de diferentes calibres, sendo três deles automáticos,
5 metralhadoras, um tipo de armamento da categoria MK I 5.5’’, a MK XVI 4’’
de10.2 cm de calibre (Figura12) e torpedos (Figura 13).
Figura 12: MK XVI 4’’ (*19)
23
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
25
Equipa 1 - Turma 1M02
Radar de Alerta – quando o navio afundou possuía dois tipos de radares, os
tipos 284M (Figura 14) e 279M.
Figura 14: Radar 284M (*21)
Figura 13: Torpedos (*20)
24
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
26
Equipa 1 - Turma 1M02
IV- FUNDAMENTOS FÍSICOS ENVOLVIDOS NA NAVEGAÇÃO
Os navios flutuam quando o seu peso é igual à impulsão exercida pela
água, sendo a impulsão igual ao peso de água que o navio desloca. Nos
navios o volume exterior tem de ser muito grande para que o peso da água
deslocada seja capaz de equilibrar o seu peso. Isto é, a densidade média do
navio deverá ser menor do que a densidade da água. Caso a carga do navio
aumente muito, a sua densidade média torna-se maior do que a da água e
este vai ao fundo.
No caso dos submarinos as questões que se colocam são relacionadas
com o controlo da submersão e emersão. Tal como já foi explicado no caso
dos navios é necessário controlar a densidade média para haver descidas e
subidas. Os submarinos possuem aparelhos para tal, nomeadamente, tanques
na parte exterior que, conforme as necessidades, se enchem de ar ou de
água do mar.
Aquando da descida do submarino abrem-se as válvulas de saída do ar
para que se possam encher de água, aumentado a densidade do submarino
(Figura 15).
Figura 15: Descida do submarino(*1)
25
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
27
Equipa 1 - Turma 1M02
Para o submarino ascender os oríficios de saída do ar são fechados, é
injetado ar comprimido de maneira a que a água saia rapidamente e a
densidade do submarino diminua (Figura 16).
Figura 16: Subida do submarino (*1)
26
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
28
Equipa 1 - Turma 1M02
CONCLUSÕES
Ao longo do trabalho concluiu-se a importância que a tecnologia e em
especial a engenharia tiveram na Segunda Guerra Mundial. Em tempo de
guerra procura-se qualquer vantagem sobre o adversário, assim os grandes
fundos gerados devido ao petróleo e armamento foram também canalizados
para investigação científica. No entanto, tudo o que se realizava era com um
propósito sanguinário. Muitas das descobertas desse período estiveram
disponíveis exclusivamente para fins militares durante alguns anos mas depois,
quando passaram a estar ao alcance de qualquer um, tornaram-se bastante
significativas (por exemplo, o caso do forno micro-ondas inspirado no
funcionamento dos radares).
Com o presente trabalho foi possível compreender melhor o impacto da
engenharia no mundo bem como a sua necessidade. Através da análise de
casos gerais e particulares de submarinos e navios compreendeu-se melhor o
seu funcionamento e quais os princípios em que se baseiam.
Em período de guerra, neste caso, Segunda Guerra Mundial foram
muito úteis estes meios de transportes marítimos, mais rápidos, mais cómodos e
protegidos (sistemas de ventilação, motores silenciosos que além de serem
mais seguros proporcionavam viagens mais confortáveis).
Apesar dos fundos terem ajudado o desenvolvimento científico, a
ciência deveria pôr-se de lado de tais questões políticas. É necessário
aprender com a história, as guerras são geradas por políticos, travadas por
soldados e pagas com as vidas de pessoas comuns. Uma vez que as guerras
acabam por apresentar tão elevado prejuízo, estas não deviam constituir um
incentivo à ciência.
27
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
29
Equipa 1 - Turma 1M02
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (*)
1. Fraioli, Luca. (2001). “História da Ciência e da Tecnologia – O século da
Ciência”. Hiperlivro.
2. Abbott, Chris. (2010). “21 Discursos que mudaram o mundo”(parte II).
Bertrand Editora.
3. Astier, Clarisse et al. (1997). “Memória do Mundo – das origens ao ano 2000”
(páginas 545, 548, 556, 557 e 560). Círculo de Leitores.
4.Stratman, Deborah. Acedido a 16/10/2014. Última atualização 2014
http://houston.culturemap.com/eventdetail/artist-talk-deborah-stratman/
5. Lopez, Christina. Acedido a 16/10/2014. Última atualização 04/04/2014
http://www.pinterest.com/christianlopez5/world-war-two/
6.Military Factory. 2014. Acedido a 01-10-2014. Última atualização 30/09/2013.
http://www.militaryfactory.com/ships/detail.asp?ship_id=Type-IX-Uboat
7. Military Factory. 2014. Acedido a 01-10-2014. Última atualização 30/09/2013.
http://www.militaryfactory.com/ships/detail.asp?ship_id=Type-XXIII-Uboat
8. (sem autor identificável). Acedido a 16/10/2014. Última atualização fevereiro
de 2013 http://www.lasegundaguerra.com/viewtopic.php?f=229&t=9914
9. Polmar, Norman; K.J Moore. (2004). “The design and construction of U.S. and
Soviet Submarines”. Brassey’s.
10. Mason, Jerry. 2014. Acedido a 12-10-2014. Última atualização 09/05/2014.
http://www.uboatarchive.net/DesignStudiesTypeXXI-S41-5.htm
11 (sem autor identificável). Acedido a 16/10/2014. Última atualização agosto
de 2014 www.keytometals.com/page.aspx?ID=PropriedadesdoAco&LN=PT
12 Military Factory. 2014. Acedido a 01-10-2014. Última atualização 2014.
http://www.militaryfactory.com/ships/detail.asp?ship_id=Type-XXI-Uboat
28
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
30
Equipa 1 - Turma 1M02
13. Astier, Clarisse et al. (1997). “Memória do Mundo – das origens ao ano 2000”
(páginas 545, 548, 556, 557 e 560). Círculo de Leitores.
14. (sem autor identificável). Acedido a 16/10/2014. Última atualização
fevereiro de 2013
http://saltywoe.wordpress.com/tag/periscopes/
15. (sem autor identificável). Acedido a 16/10/2014. Última atualização
12/10/2014
http://www.uhistoria.com/uhistoria/tecnico/visitaguiada/electricos/electricos.h
tm
16. Rick. Acedido a 16/10/2014. Última atualização 17/07/2013
http://thebrigade.thechive.com/2013/07/17/gently-choose-your-weapon-36-
hq-photos/choose-weapon-07_18_13-920-19/
17. Martins. Acedido a 18/10/2014. Última atualização 26/05/2014
http://prezi.com/xfhycbpq8h50/processos-de-soldagem/
18. (sem autor identificável). Acedido a 17/10/2014. Última atualização 2014
http://www.theblueprints.com/pt/blueprints/ships/shipsuk/24843/view/hms_hoo
d/
19. Balsved, Johnny. Acedido a 16/10/2013. Última atualização 16/02/2013
http://www.navalhistory.dk/danish/orlogsliv/beretninger/rekrut_bangsbo.htm
20. Williamson, Gordon. (2003). “U-Boat Bases and Bunkers 1941-45”. Osprey
Publishing.
21. Bauman, Jim. Acedido a 16/10/2013. Última atualização 15/10/2014
http://www.shipmodels.info/mws_forum/viewtopic.php?f=59&t=75145&start=10
0
22. Military Factory. 2014. Acedido a 01-10-2014. Última atualização 30/09/2013.
http://www.militaryfactory.com/ships/detail.asp?ship_id=Type-VII-Uboat
29
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
31
Equipa 1 - Turma 1M02
23. Military Factory. 2014. Acedido a 01-10-2014. Última atualização 2014.
http://www.militaryfactory.com/ships/detail.asp?ship_id=Uboat-U25
24. Trueman, Chris. 2014. Acedido a 01-10-2014. Última atualização 30/09/2013.
http://www.historylearningsite.co.uk/u-boats.htm
25. Guðmundur Helgason. 2014. Acedido a 01-10-2014. Última atualização
15/03/2014.
http://uboat.net/technical/batteries.htm
26. Derencin, Robert. 2014. Acedido a 01-10-2014. Última atualização 2014.
http://uboat.net/articles/id/54
27. (sem autor identificável) 2012. Acedido às 12-10-2014. Última atualização
2014.
http://www.uboataces.com/snorkel.shtml
28. ATCP Engenharia Física. 2014. Acedido a 14-10-2014. Última atualização
2014.
http://www.atcp.com.br/pt/produtos/caracterizacao-materiais/propriedades-
materiais/tabelas-propriedades/metalicos-ferrosos.html
29. Wikipedia. Acedido a 12/10/2014. Última atualização 03/10/2014
http://en.wikipedia.org/wiki/HMS_Hood_(51)
30. (sem autor identificável) Acedido a 12/10/2014. Última atualização
10/09/2014
http://www.hmshood.com/
31. Magalhães, António Barbedo. Acedido a 12/10/2014. Última atualização
2014
http://www.engebok.com/2/10930/A-Evolucao-dos-modelos-educativos-e-a-
formacao-de-engenheiros-cidadaos-para-o-mundo
32. (sem autor identificável). Acedido a 16/10/2014. Última atualização
12/10/2014
30
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
32
Equipa 1 - Turma 1M02
http://www.uhistoria.com/uhistoria/tecnico/visitaguiada/electricos/electricos.h
tm
33. Rick. Acedido a 16/10/2014. Última atualização 17/07/2013
http://thebrigade.thechive.com/2013/07/17/gently-choose-your-weapon-36-
hq-photos/choose-weapon-07_18_13-920-19/
34. Balsved, Johnny. Acedido a 16/10/2013. Última atualização 16/02/2013
http://www.navalhistory.dk/danish/orlogsliv/beretninger/rekrut_bangsbo.htm
35. (sem autor identificável). Acedido a 16/10/2014. Última atualização
fevereiro de 2013
http://saltywoe.wordpress.com/tag/periscopes/
36. Williamson, Gordon. (2005). “Wolf Pack: The Story of the U-Boat in World War
II”.Osprey Publishing.
37. Gröner, Erich. (1990). “German Warships 1815-1945”. Naval Institute Press.
38. Fernandes, Carlos et al. (1992). “Enciclopédia temática – Física e
Química”(capitulo 6). Didacta.
39. Collini, Silvia. (2001). “História da Ciência e da Tecnologia – O século da
Indústria” (páginas 82 e 83). Hiperlivro.
31
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
33
Equipa 1 - Turma 1M02
ANEXO – Características de cinco navios10
TIPO HMS Prince of
Wales HMS Hood
Graf
Zeppelin USS Attu
Andrea
Doria
País origem Reino Unido Reino
Unido Alemanha
Estados
Unidos da
América
Itália
Início de
Produção
1941
1920 1938 1944 1913
Tripulação
(tripulantes)
1422 1418 2026 860 1233
Comprimento
(metros)
227,11 262,31 262,34 156,06 168,95
Massa
(toneladas)
43350 49140 33550 7800 25704
Motores
8 x Admiralty
caldeiras
superaquecidas;
4 x Parsons
turbinas
24 x
Yarrow
caldeiras
a óleo; 4 x
Brown
Curtis
turbinas a
vapor
4 turbinas a
147000 kW
2 x engines
powering; 2 x
reciprocating
screws
1 x turbine
a vapor
com 8 x
Yarrow
caldeiras
Velocidade
(mph)
32 33 40 22 30
10 21. Bauman, Jim. Acedido a 16/10/2013. Última atualização 15/10/2014
http://www.shipmodels.info/mws_forum/viewtopic.php?f=59&t=75145&start=100
32
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Projeto FEUP
34
Equipa 1 - Turma 1M02
Alcance
(km)
5739 9999 14816 18359 8784
Armamento
10 x 14’’ main
guns
16 x 5,25’’ guns
32 x 2 canhão
anti-aéreo
16 x 12,7mm
metrelhadora
anti-aérea
8 x 15’’
main guns
14 x 4’’ Mk
XIV
canhões
anti-
aéreos
16 x 15cm
guns
12 x
10,5cm
guns
22 x 3,7cm
guns
28 x 2,0cm
guns
1 x 5’’ main
gun
16 x 40mm
guns
20 x 20mm
canhões
16 x 40mm
canhões
10 x 12,6’’
main
guns´
16 x 6’’
guns
13 x 3’’
guns
3 x 135mm
torpedos
33