O motor de um grande navio de carga é geralmente um diesel de dois tempos de baixa rotação, que funciona a cerca de 60–130 rpm e está aparafusado diretamente ao veio do hélice, enquanto os ferries, navios de cruzeiro, rebocadores e embarcações de apoio offshore utilizam sobretudo motores diesel de quatro tempos de média ou alta rotação, que acionam o hélice através de uma caixa redutora ou acionam geradores. Os motores de dois tempos destacam-se pela eficiência de combustível e simplicidade a potências muito elevadas; os de quatro tempos destacam-se pelas dimensões compactas, densidade de potência e flexibilidade.
Pontos essenciais
- Os motores diesel marítimos agrupam-se por regime de rotação: baixa rotação (habitualmente abaixo de cerca de 300 rpm, quase sempre de dois tempos), média rotação (cerca de 300–1000 rpm) e alta rotação (acima de cerca de 1000 rpm), sendo os dois últimos geralmente de quatro tempos.
- Num diesel de dois tempos, há uma combustão a cada rotação; num de quatro tempos, há uma combustão a cada duas rotações.
- Os grandes motores marítimos de dois tempos têm uma construção com cruzeta e lavagem unidirecional, podendo atingir um consumo específico de combustível ao freio de cerca de 170 g/kWh, próximo de 50 por cento de rendimento térmico.
- O RTA96-C de dois tempos e 14 cilindros é amplamente citado como o maior motor alternativo, com uma potência nominal de cerca de 80000 kW e um peso superior a 2300 toneladas.
- Os navios de cruzeiro utilizam geralmente propulsão diesel-elétrica: vários motores de média rotação acionam geradores que alimentam motores elétricos de propulsão ou propulsores em pod.
- Desde 2020, as regras da IMO ao abrigo do Anexo VI da MARPOL limitam o teor de enxofre do combustível a 0.50 por cento a nível mundial e a 0.10 por cento nas zonas de controlo de emissões, levando os navios a utilizar combustível com baixo teor de enxofre, depuradores de gases de escape ou LNG.
Que tipo de motor marítimo utiliza a maioria das embarcações?
A maioria dos navios comerciais utiliza motores diesel, escolhidos pelo rendimento térmico, pela flexibilidade de combustível e pela fiabilidade. A dimensão e o regime de rotação do motor dependem do tipo de embarcação e da forma como a potência é transmitida.
| Classe do motor | Regime de rotação típico | Ciclo | Gama de potência típica | Onde é utilizado |
|---|---|---|---|---|
| Baixa velocidade | ~60–130 rpm (unidades de grande dimensão) | Dois tempos, com cruzeta | Vários MW até cerca de 80 MW | Navios porta-contentores, graneleiros, navios-tanque |
| Média velocidade | ~300–1000 rpm | Quatro tempos, pistão de saia | ~0.5–20 MW por motor | Ferries, navios de cruzeiro, embarcações de apoio offshore, grandes rebocadores, grupos eletrogéneos de bordo |
| Alta velocidade | Acima de ~1000 rpm | Quatro tempos | Até alguns MW | Embarcações de trabalho, embarcações de patrulha, ferries rápidos, pequenos rebocadores, grupos eletrogéneos auxiliares |
As definições das faixas de rotação variam entre fontes e fabricantes de motores, pelo que os limites devem ser considerados aproximados. Todos os grandes navios dispõem também de motores auxiliares, geralmente grupos eletrogéneos de quatro tempos de média ou alta rotação, para fornecer energia elétrica no mar e no porto.
Como funciona um motor diesel de dois tempos?
Um diesel de dois tempos completa a admissão, a compressão, a expansão e o escape numa única rotação da cambota, pelo que ocorre uma combustão em cada cilindro sempre que o pistão chega ao topo. As grandes versões marítimas utilizam um sistema de ar de lavagem alimentado por turbocompressor, em vez de tempos de admissão e escape separados.
- Tempo de expansão — o combustível é injetado perto do ponto morto superior no ar comprimido a alta temperatura, inflama-se e empurra o pistão para baixo.
- Escape — perto do fim do curso descendente, abre-se uma válvula de escape acionada hidraulicamente na tampa do cilindro e a pressão diminui.
- Lavagem — o pistão descobre as janelas na camisa do cilindro e o ar pressurizado proveniente do turbocompressor e do coletor de ar de lavagem atravessa o cilindro no sentido ascendente, expulsando os gases de escape pela válvula. Este fluxo num único sentido é designado lavagem unidirecional.
- Compressão — as janelas fecham, a válvula de escape fecha e o pistão, ao subir, comprime o ar fresco para o ciclo seguinte.
Como têm uma combustão a cada rotação e funcionam a baixa velocidade, os motores de dois tempos de baixa rotação podem ser acoplados diretamente a um grande hélice de passo fixo, sem caixa redutora. A maioria é diretamente reversível: para dar à ré, o motor é parado e volta a arrancar no sentido oposto.
Porque é que os grandes motores marítimos têm uma construção com cruzeta?
Num motor com cruzeta, a haste do pistão liga-se a uma cruzeta que desliza em guias, e a biela liga a cruzeta à cambota. Isto evita cargas laterais na camisa do cilindro e separa os cilindros do cárter, permitindo otimizar separadamente o óleo de lubrificação dos cilindros e o óleo do sistema. A desvantagem é a altura: os motores com cruzeta são muito mais altos do que os motores de pistão de saia de potência semelhante.
Em que difere um diesel marítimo de quatro tempos?
Um diesel de quatro tempos utiliza tempos separados de admissão, compressão, expansão e escape, pelo que ocorre uma combustão em cada cilindro a cada duas rotações. As válvulas na cabeça do motor controlam a troca de gases, e o pistão liga-se diretamente à biela (construção de pistão de saia).
Os motores marítimos de quatro tempos funcionam a rotações mais elevadas, produzindo mais potência em relação às suas dimensões e peso. Por isso, são a escolha natural quando a altura e o comprimento da casa das máquinas são limitados, como em ferries, embarcações de abastecimento offshore e rebocadores. Devido à sua rotação mais elevada, acionam geralmente o hélice através de uma caixa redutora, muitas vezes com um hélice de passo controlável, ou acionam geradores numa instalação diesel-elétrica.
| Característica | Dois tempos de baixa rotação | Quatro tempos de média/alta rotação |
|---|---|---|
| Frequência de combustão | A cada rotação | A cada duas rotações |
| Ligação ao hélice | Acionamento direto, sem caixa redutora | Caixa redutora ou diesel-elétrica |
| Dimensões por kW | Grande e pesado | Compacto |
| Eficiência de combustível | A mais elevada entre os motores marítimos | Elevada, ligeiramente inferior para a mesma potência |
| Troca de gases | Janelas na camisa e válvula de escape | Válvulas de admissão e escape |
| Redundância | Normalmente um único motor principal | É comum utilizar vários motores |
| Embarcações típicas | Navios de carga de longo curso | Ferries, navios de cruzeiro, rebocadores, embarcações de apoio offshore |
Que motores propulsionam os navios de carga, porta-contentores e de cruzeiro?
Os navios de carga e porta-contentores utilizam quase sempre um único motor de dois tempos de baixa rotação, porque navegam a velocidade constante durante semanas e o combustível representa o seu maior custo operacional. Os navios de cruzeiro utilizam geralmente vários motores de quatro tempos de média rotação numa configuração diesel-elétrica.
- Motor de navio porta-contentores — um único motor de dois tempos de grande dimensão, frequentemente com 8–12 cilindros nos maiores navios, que aciona um grande hélice de passo fixo. Os maiores porta-contentores têm utilizado motores da classe RTA96-C, cuja versão de 14 cilindros tem um diâmetro de cilindro de 960 mm, um curso de 2500 mm e uma potência nominal de cerca de 80000 kW.
- Graneleiro e navio-tanque — motores semelhantes de dois tempos de baixa rotação, geralmente com menor diâmetro e número de cilindros.
- Motor de navio de cruzeiro — normalmente quatro a seis motores de média rotação que alimentam uma rede elétrica comum. Motores elétricos acionam os veios ou os propulsores azimutais em pod, e o número de motores em funcionamento é ajustado à carga para melhorar a eficiência, enquanto a energia dos serviços de hotelaria é fornecida pela mesma instalação.
- Ferries e embarcações de apoio offshore — motores de quatro tempos de média ou alta rotação com transmissão por caixas redutoras, por vezes em configurações diesel-elétricas ou híbridas.
Os ferries mais pequenos e as embarcações costeiras utilizam motores de alta rotação com potências de centenas a poucos milhares de kW. Por exemplo, o SC33W1000CA2 é disponibilizado com uma caixa redutora integrada na gama de 680–1100 hp, o tipo de motor utilizado no projeto de propulsão de um ferry de passageiros.
Que combustíveis utilizam os motores marítimos e qual é o papel do LNG?
Os grandes motores de dois tempos foram concebidos para queimar fuelóleo pesado, e muitos continuam a fazê-lo com depuradores de gases de escape, enquanto outros utilizam fuelóleo com teor de enxofre muito baixo ou gasóleo marítimo para cumprir os limites de enxofre do Anexo VI da MARPOL. Os navios alimentados a LNG utilizam motores bicombustível que podem alternar entre gás e combustível líquido.
Os motores de dois tempos bicombustível seguem dois conceitos principais: injeção de gás a alta pressão, que queima gás segundo o ciclo Diesel, e admissão de gás a baixa pressão, que queima uma mistura prévia segundo o ciclo Otto com uma pequena injeção-piloto de combustível líquido. O LNG reduz quase totalmente os óxidos de enxofre e as partículas e diminui o CO2, embora seja necessário controlar as emissões de metano não queimado. Os fabricantes de motores também oferecem motores capazes de funcionar com metanol e estão a desenvolver projetos alimentados a amoníaco, à medida que o transporte marítimo procura cumprir as metas da IMO para os gases com efeito de estufa.
As emissões de óxidos de azoto são reguladas pelos limites Tier da IMO. O Tier III, aplicável nas zonas designadas de controlo de emissões de NOx aos navios construídos após as datas relevantes, exige geralmente redução catalítica seletiva ou recirculação dos gases de escape durante o funcionamento a diesel.
O que significa isto para os compradores de motores de propulsão marítima mais pequenos?
Para a maioria das embarcações de dimensão inferior à dos navios de carga de longo curso, a escolha efetiva é entre motores de quatro tempos de média e alta rotação, combinados com uma caixa redutora marítima. Os motores maiores e de menor rotação duram geralmente mais sob carga contínua; os motores de maior rotação poupam peso e espaço.
- Os rebocadores, as dragas e as embarcações de trabalho pesado combinam frequentemente motores da classe de 1000 kW, como o motor principal CW6250ZLC-1N ou o V12 12M33C1000-15, com caixas redutoras para serviço pesado.
- Os barcos de pesca e as embarcações de trabalho costeiras utilizam normalmente motores de alta rotação de 100–400 kW, conforme explicado no nosso guia de compra de motores diesel marítimos.
- Os grupos eletrogéneos auxiliares de qualquer navio seguem as classificações de potência da ISO 8528, enquanto as potências nominais dos motores de propulsão marítima se baseiam geralmente nas condições de referência da ISO 3046 e nas definições de serviço do fabricante.
A MARS fornece motores de propulsão marítima e caixas redutoras destas classes e pode testar o motor antes da expedição, com relatório escrito e vídeo. Para comparar opções para uma embarcação, envie os dados da embarcação e do regime de serviço.
Perguntas frequentes
Qual é o maior motor marítimo do mundo?
O motor diesel RTA96-C de dois tempos e 14 cilindros é amplamente citado como o maior motor alternativo, com uma potência nominal de cerca de 80000 kW (cerca de 107000 hp) e um peso superior a 2300 toneladas. As gerações mais recentes de motores dos principais licenciadores têm potências comparáveis.
Porque é que os navios utilizam motores de dois tempos?
Os motores de dois tempos de baixa rotação são os motores com maior eficiência de combustível disponíveis para potências muito elevadas e rodam suficientemente devagar para acionar diretamente um grande hélice sem caixa redutora. Nos navios que navegam a velocidade constante durante viagens longas, isso poupa combustível e reduz a complexidade.
A que velocidade roda um motor marítimo?
Os grandes motores marítimos de dois tempos funcionam normalmente a cerca de 60–130 rpm à potência nominal. Os motores de quatro tempos de média rotação funcionam a cerca de 300–1000 rpm e os de alta rotação acima de cerca de 1000 rpm.
Que motor utiliza um navio de cruzeiro?
A maioria dos navios de cruzeiro modernos utiliza instalações diesel-elétricas com vários motores de quatro tempos de média rotação a acionar geradores, e motores elétricos ou propulsores em pod a acionar os hélices. Alguns navios de cruzeiro mais recentes funcionam a LNG com motores bicombustível.
Os motores dos navios são diesel?
A maioria é. Os motores diesel e bicombustível propulsionam a grande maioria da frota mercante mundial, enquanto as turbinas a gás, as turbinas a vapor e os sistemas elétricos a baterias são utilizados apenas em nichos específicos.
