Eixos do sistema de propulsão marítima: uma revisão da evolução e aplicação da tecnologia

1. Introdução

é O eixo do sistema de propulsão marítima  o componente central da usina de energia de um navio. Como um elo de potência essencial, ele transmite a potência de saída do motor principal para a hélice ,  e, enquanto isso, canaliza o empuxo gerado da hélice para a embarcação . A condição operacional destas peças vitais do sistema de propulsão marítima tem um impacto decisivo na eficiência da propulsão de uma embarcação, na segurança da navegação, bem como na relação custo-benefício dentro do seu ciclo de vida.

Com as regras de descarbonização da Organização Marítima Internacional ( IMO ) , como EEXI e CII, amplamente aplicadas, e a digitalização avançando rapidamente na indústria naval, as tecnologias de sistemas de propulsão marítima estão a entrar numa grande transição. A propulsão de navios está indo além da transferência de energia mecânica convencional, em direção a soluções mais ecológicas, mais inteligentes e mais leves.

Novos desenvolvimentos técnicos continuam surgindo, abrindo novas opções para projetos de eixos mais eficientes. Os principais avanços incluem:

l Materiais Avançados: A aplicação de compósitos de fibra de carbono e cerâmicas de engenharia.

l Estruturas inovadoras: Configurações inovadoras como o design Sterntubeless.

l Monitoramento de Próxima Geração: A implantação de tecnologia de gêmeo digital e detecção de fibra óptica.

Este artigo é uma revisão sistemática dos princípios essenciais , bem como dos mais recentes desenvolvimentos em eixos , ajudando projetistas de engenharia e líderes técnicos a acessar um recurso confiável e aprofundado para decisões informadas de fornecimento e especificação. Os principais tópicos incluem:

l Principais teorias de projeto do sistema de propulsão marítima

l Funções e otimização de peças críticas do sistema de propulsão marítima

l Integração de novas aplicações de materiais

l Metodologias avançadas de controle de vibração

l Monitoramento inteligente e tendências de desenvolvimento de fronteira

 

2. Visão geral do eixo do sistema de propulsão marítima

2.1 Composição e Função das Peças do Sistema de Propulsão Marítima

Um eixo típico de sistema de propulsão marítima consiste nos seguintes componentes principais:

Não.	Componente	Descrição da Função
1	Eixo de impulso	Transmite o empuxo axial gerado pela hélice para o casco através do mancal de impulso
2	Eixo Intermediário	Conecta o eixo de impulso ao eixo de popa; múltiplas seções podem ser usadas dependendo do layout da sala de máquinas
3	Eixo de popa/eixo de hélice	Conecta o eixo intermediário à hélice; passa pelo tubo de popa e suporta momentos fletores máximos
4	Rolamento de impulso	Absorve impulso axial; normalmente um rolamento axial deslizante do tipo Michell
5	Rolamento Intermediário	Suporta o eixo intermediário e suporta cargas radiais
6	Rolamento do tubo de popa	Suporta o eixo de popa debaixo d'água sob as condições operacionais mais adversas
7	Acoplamento	Conecta seções do eixo, transmite torque e compensa pequenos desalinhamentos de instalação
8	Caixa de enchimento de anteparo	Garante a integridade estanque entre os compartimentos, evitando vazamento de água
9	Vedação do tubo de popa	Evita a entrada de água do mar no tubo de popa e o vazamento de óleo do sistema de lubrificação

 

2.2 Fluxo de trabalho de projeto do sistema de propulsão marítima

O projeto de um eixo de sistema de propulsão marítima é um processo multidisciplinar de engenharia de sistemas. O fluxo de trabalho padrão inclui:

1.Seleção de motor e hélice – Determine a potência nominal, a velocidade de rotação e a taxa de redução da caixa de câmbio

2.Estimativa preliminar do diâmetro do eixo – Use fórmulas empíricas da sociedade classificadora para o dimensionamento inicial

3.Seleção de materiais – Equilíbrio entre resistência, desempenho à fadiga, resistência à corrosão e custo

4.Layout de eixos e posicionamento de rolamentos – Estabeleça posições axiais e configurações de suporte

5.Verificação de resistência estática – Análise de tensão e cálculos de fator de segurança

6.Análise de Vibração – Avaliação de vibração torcional, lateral (turbilhão) e longitudinal

7.Cálculo do alinhamento do eixo – Determine os deslocamentos ideais do rolamento para garantir que as cargas do rolamento permaneçam dentro dos limites permitidos

8.Avaliação da resistência à fadiga – Avalie a vida em fadiga sob cargas alternadas

9.Projeto detalhado e fornecimento de componentes – Finalizar desenhos de construção e especificações técnicas

 

2.3 Principais desafios mecânicos no projeto de eixos de sistemas de propulsão marítima

· Carga Estática – Tensão de flexão, tensão de cisalhamento e verificação de pressão específica do rolamento

· Carregamento Dinâmico – Vibração torcional, vibração lateral, vibração longitudinal e análise de alinhamento de eixos

· Comportamento de fadiga – Previsão da vida útil da fadiga e avaliação da propagação de trincas sob carregamento cíclico

 

3. Principais tecnologias no projeto de eixos de sistemas de propulsão marítima

3.1 Tecnologia de alinhamento de eixos

O alinhamento dos eixos é o fator mais crítico para garantir a operação segura e estável de um sistema de propulsão marítima . O mau alinhamento leva a temperaturas elevadas dos rolamentos, desgaste anormal, aumento da vibração e até mesmo fratura do eixo.

Evolução dos métodos de alinhamento de eixos:

1^Primeira Geração - Alinhamento em Linha Reta: Todos os centros de rolamento alinhados em linha reta - simples, mas ineficaz sob deformação do casco

2^Segunda Geração - Alinhamento de Carga Permissível: Cargas de rolamento ajustadas dentro dos limites permitidos, modificando os deslocamentos do rolamento

3^{de terceira} geração : - Alinhamento otimizado usa algoritmos de otimização para determinar deslocamentos de rolamento ideais considerando cargas, tensão de flexão, ângulos de rolamento e aberturas de flange – agora o padrão da indústria

4^{de ª} Geração : - Alinhamento Dinâmico Leva em conta a deformação do casco, a rigidez da película de óleo, os efeitos térmicos e as cargas das ondas para otimização da condição operacional total

Principais fatores de influência:

Fator	Mecanismo	Contramedida
Deformação do casco	Deflexão do casco devido à carga/descarga e ação das ondas	Análise acoplada de eixo FEM global
Rigidez da película de óleo do rolamento	A espessura e a rigidez do filme variam de acordo com as condições operacionais	Modelagem de lubrificação elastohidrodinâmica (EHL)
Efeitos térmicos	A expansão térmica altera os deslocamentos dos rolamentos	Folga a quente predefinida + procedimento de alinhamento a quente
Hidrodinâmica da Hélice	O impulso excêntrico gera momentos fletores adicionais	Cálculo acoplado incluindo forças de excitação da hélice
Tolerância de instalação	Desvios de construção no local	Tecnologia de alinhamento a laser

 

3.2 Tecnologia de controle de vibração para peças de sistemas de propulsão marítima

(1) Vibração torcional

Causada pela pressão de combustão cíclica em cilindros diesel. Parâmetro principal: a tensão adicional de vibração torcional não deve exceder os limites da sociedade de classificação (normalmente ±20–30 N/mm²). A faixa de velocidade barrada deve evitar velocidades normais de operação.

Medidas de mitigação: Amortecedores de vibração torcional (óleo de silicone/borracha), inércia otimizada do volante e acoplamentos de alta elasticidade.

(2) Vibração lateral (girando)

Causado pelo desequilíbrio da massa da hélice, desequilíbrio hidrodinâmico e forças da película de óleo do rolamento. Critérios de projeto: a velocidade crítica lateral de primeira ordem deve exceder 120% da velocidade máxima de operação (projeto de eixo rígido) ou cair abaixo de 80% da velocidade mínima estável (projeto de eixo flexível), com intervalos de rolamentos adequadamente espaçados.

(3) Vibração Longitudinal

Causada pela flutuação do empuxo da hélice em campos de esteira não uniformes e pela excitação axial do motor diesel - particularmente proeminente em embarcações de eixo longo. Direções de pesquisa de fronteira: dinâmica acoplada entre rolamento e casco, amortecedores de vibração axial e tecnologia de compensação de empuxo ativa.

 

4. Novos materiais e fabricação avançada para peças de sistemas de propulsão marítima

4.1 Eixos de transmissão de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) para sistema de propulsão marítima

Os eixos de transmissão CFRP representam uma das inovações tecnológicas mais significativas em eixos de sistemas de propulsão marítima nos últimos anos.

l Vantagens Técnicas: Em comparação com os eixos de liga de aço tradicionais, os eixos CFRP oferecem:

Densidade: 1,55–1,75 g/cm³ → 70–78% de redução de peso

Resistência específica: ~900 MPa/(g/cm³) → 5–6× maior que o aço-liga

Fator de amortecimento: 0,01–0,03 → 10–30× superior ao aço

Expansão Térmica: Perto de zero (−0,5 a +0,5 ×10⁻⁶/K) → excelente estabilidade térmica

Resistência à corrosão: Resistência natural à água do mar – não é necessária manutenção do revestimento protetor

l Projeto e fabricação: A tecnologia principal está no projeto de empilhamento de camadas - otimizando a orientação da fibra (combinações de laminados de 0°/±45°/90°) para atender aos requisitos de transmissão de torque, rigidez à flexão e carga axial. Um processo de fabricação típico combina enrolamento de fibra com disposição pré-impregnada . A conexão entre juntas flangeadas metálicas (liga de titânio ou aço inoxidável) e o corpo do tubo CFRP é um desafio crítico. Os métodos comuns incluem colagem + travamento mecânico, , ligação híbrida + aparafusamento e integração de co-cura.

l Aplicações atuais: Os eixos CFRP alcançaram implantação comercial em embarcações navais de alta velocidade , , iates de luxo e OSV (embarcações de apoio offshore) . As previsões de mercado projetam um CAGR de 15%+ para o mercado global de eixos de hélice CFRP em aplicações marítimas.

CFRP vs. liga de aço - comparação de peças do sistema de propulsão marítima:

Propriedade	Eixo de liga de aço (40CrNi2MoA)	Eixo de transmissão CFRP	Vantagem
Densidade (g/cm³)	7.85	1,55–1,75	70–78% mais leve
Resistência específica (MPa/(g/cm³))	~140	~900	Força específica 5–6× maior
Módulo Específico (GPa/(g/cm³))	~26	~80	~3× maior rigidez específica
Fator de amortecimento	0,001–0,002	0,01–0,03	Amortecimento 10–30× melhor
Expansão Térmica (10⁻⁶/K)	~12	−0,5~+0,5 (adaptável)	Estabilidade térmica superior
Relação Limite de Fadiga / Resistência à Tração	0,35–0,50	0,50–0,70	Melhor desempenho de fadiga
Resistência à corrosão da água do mar	Requer revestimento	Resistência natural	Livre de manutenção

 

4.2 Cerâmica de engenharia e revestimentos cerâmicos para peças de sistemas de propulsão marítima

A aplicação de revestimentos cerâmicos nas superfícies do eixo do tubo de popa aumenta significativamente a resistência ao desgaste e à corrosão da água do mar — dois dos requisitos de desempenho mais exigentes para peças de sistemas de propulsão marítima.

Principais tecnologias de revestimento:

Processo	Características	Aplicações Típicas
HVOF (combustível de oxigênio de alta velocidade)	Alta densidade de revestimento, excelente resistência de colagem	Revestimentos WC-Co, Cr₃C₂-NiCr
APS (Pulverização de Plasma Atmosférico)	Ampla compatibilidade de materiais	Revestimentos cerâmicos de óxido
Revestimento a Laser	Ligação metalúrgica, mínima distorção térmica	Revestimentos compostos à base de Ni/Co + partículas cerâmicas
PVD (deposição física de vapor)	Ultrafino (<5 μm), dureza ultra-alta	Revestimentos duros TiN, CrN

 

4.3 Materiais de rolamento lubrificados com água para eixos de sistemas de propulsão marítima

Os rolamentos lubrificados a água usam água como meio lubrificante, eliminando fundamentalmente a contaminação por óleo - representando uma direção tecnológica central para eixos de sistemas de propulsão marítima ecológicos.

Materiais e características dos rolamentos lubrificados com água:

Material	Fornecedor típico	Principais recursos	Limitações
Lignum Vitae	Material tradicional	Autolubrificação natural, excelente compatibilidade com água do mar	Recursos escassos, oferta instável
Borracha Nitrílica (NBR)	Vários fabricantes	Baixo custo, boa tolerância a sedimentos	Propenso a aquecer e desgastar em altas velocidades
Composto de Resina Fenólica	Thordon COMPAC	Excelente resistência ao desgaste, alta capacidade de carga	Requer alta precisão de usinagem
Composto PEEK	Compostos CIP	Resistência ao desgaste ultra-alta, excelente desempenho de temperatura	Custo mais alto
Thordon (SXL)	Rolamentos Thordon	Autolubrificação superior e desempenho lubrificado com água	-

 

4.4 Tendências Futuras de Desenvolvimento em Tecnologia de Sistemas de Propulsão Marítima

· Design Sterntubeless — Um conceito revolucionário proposto pela Blue Ocean Alliance : eliminando o tubo de popa tradicional em favor de rolamentos lubrificados com água do mar + conexões de chaveta cônica . Os membros da aliança incluem ABS, Thordon, SDARI, Wärtsilä e NTUA.

· Compósitos de última geração — PEEK reforçado com fibra de carbono, polímeros modificados com grafeno e revestimentos de rolamentos microestruturados biomiméticos para peças de sistemas de propulsão marítima.

· Monitoramento Digital Twin para Rolamentos Lubrificados com Água — Monitoramento da integridade estrutural baseado em sensores embarcados; pesquisa relevante foi publicada na Ocean Engineering em 2026.

 

5. Controle de vibração e ruído para eixos do sistema de propulsão marítima

5.1 Análise da Fonte de Vibração em Eixos de Sistemas de Propulsão Marítima

As principais fontes de excitação que impulsionam a vibração do eixo do sistema de propulsão marítima incluem:

1. Forças de excitação do motor diesel - Pulsação de torque causada pela pressão periódica de combustão do cilindro

2. Forças de excitação da hélice — Impulso e pulsação de torque geradas por campos de esteira não uniformes (dominados pela frequência de passagem da pá — BPF)

3. Forças de desequilíbrio do eixo — Desequilíbrio rotativo das tolerâncias de fabricação e instalação

4. Forças da película de óleo do rolamento — Vibração autoexcitada devido ao turbilhão e à oscilação da película de óleo

 

5.2 Estratégias de Controle de Vibração para Peças de Sistemas de Propulsão Marítima

Estratégia de Controle	Medidas Específicas	Alvo de controle
Sintonia de frequência	Ajuste o diâmetro do eixo, comprimento do segmento, espaçamento do rolamento	Velocidades críticas
Controle de amortecimento	Amortecedores de óleo de silicone, acoplamentos de alta elasticidade	Vibração torcional
Projeto de isolamento	Suportes elásticos de anteparas, sistemas de isolamento de jangadas flutuantes	Caminhos de transmissão de ruído estrutural
Controle Ativo	Compensação de impulso ativa, rolamentos magnéticos	Vibração longitudinal

 

5.3 Controle de Ruído Irradiado Subaquático para Sistema de Propulsão Marítima

Para embarcações navais e embarcações de pesquisa, o ruído irradiado subaquático (URN) é um indicador crítico de desempenho tático e técnico. As medidas de controle primário incluem:

· Projeto de hélice de baixo ruído — Reduz a cavitação da hélice e o ruído de frequência de passagem das pás

· Acoplamentos de alto amortecimento — Minimiza a transmissão de vibração torcional através do sistema de propulsão marítima

· Projeto de isolamento do mancal de impulso — Desacopla a vibração do eixo da estrutura do casco

· Supressão de ruído de fricção de rolamento lubrificado a água — Reduz o ruído autogerado pelas superfícies do rolamento

 

 

6. Monitoramento inteligente e gêmeo digital para peças de sistemas de propulsão marítima

6.1 Sistemas de Monitoramento de Condição de Eixos para Sistema de Propulsão Marítima

O monitoramento moderno das condições do sistema de propulsão marítima abrange os seguintes parâmetros críticos:

Categoria de parâmetro	Parâmetro Específico	Tipo de Sensor
Vibração	Aceleração/velocidade/deslocamento da vibração da carcaça do rolamento	Acelerômetros piezoelétricos
Temperatura	Temperatura operacional de cada rolamento	PT100 RTD / termopar
Potência do eixo	Torque do eixo + velocidade → potência de saída	Medidor de tensão/medidor de potência do eixo fotoelétrico
Condição do óleo	Conteúdo de água, contagem e tamanho de partículas de desgaste	Sensores de monitoramento de óleo on-line
Posição do eixo	Órbita central do eixo, deslocamento axial	Sensores de deslocamento por correntes parasitas
Variedade	Flexão do eixo/tensão torcional	Medidores de tensão/sensores de grade de Bragg de fibra (FBG)

Um sistema abrangente de monitoramento da condição do sistema de propulsão marítima integra detecção multiparâmetro para fornecer visibilidade em tempo real da saúde do eixo - permitindo que os operadores detectem sinais precoces de degradação, desalinhamento ou sobrecarga do rolamento antes que ocorra uma falha crítica.

 

6.2 Requisitos da Sociedade Classificadora para Monitoramento do Sistema de Propulsão Marítima

As principais sociedades classificadoras estabeleceram requisitos claros para o monitoramento das condições dos eixos nas peças do sistema de propulsão marítima:

ClasseNK : Vasos equipados com sensores de temperatura dos mancais devem realizar análise de óleo a cada 6 meses + análise mensal de teor de água, ou análise de óleo a cada 3 meses. Implementa PSCM (Monitoramento da condição do eixo da hélice) estrutura de aprovação

DNV : De acordo com os regulamentos TMON (Monitoramento do eixo traseiro) , o monitoramento baseado em condições pode estender os intervalos de inspeção de retirada do eixo traseiro dos tradicionais 5 anos para um máximo de 15 anos

CCS : Diretrizes publicadas para inspeção de sistemas de monitoramento de condições de eixos de propulsão de navios , fornecendo estrutura regulatória para embarcações construídas na China

Esses padrões da sociedade de classificação demonstram a mudança da indústria da manutenção baseada no tempo para a manutenção baseada na condição (CBM) para eixos de sistemas de propulsão marítima – reduzindo o tempo de inatividade e aumentando a segurança.

 

6.3 Estrutura Gêmea Digital para Eixos do Sistema de Propulsão Marítima

A tecnologia digital twin do sistema de propulsão marítima adota uma arquitetura de quatro camadas :

· Camada Física — Eixos de vasos reais e redes de sensores (sensores de fibra óptica FBG, vibração, temperatura e condição de óleo)

· Camada de dados — aquisição, armazenamento e pré-processamento de dados em tempo real (gateways de computação de ponta, bancos de dados de séries temporais)

· Camada de Modelo — Modelos de simulação acoplados multifísica (simulação conjunta FEM + BEM + EHL)

· Camada de aplicação — avaliação de condições, diagnóstico de falhas e previsão de vida útil restante (RUL) (algoritmos AI/ML, inferência de modelo de linguagem grande)

Essa estrutura dupla digital de quatro camadas permite que os operadores do sistema de propulsão marítima criem uma réplica virtual do eixo físico — continuamente atualizada com dados do sensor em tempo real para refletir as condições operacionais reais, prever falhas e otimizar os cronogramas de manutenção.

6.4 Cenários Típicos de Aplicação para Sistema de Propulsão Marítima Digital Twin

A tecnologia digital twin oferece valor mensurável nos principais cenários de manutenção de sistemas de propulsão marítima:

Avaliação de alinhamento em tempo real : avaliação contínua do status de alinhamento do eixo sob diversas condições operacionais

Previsão de desgaste de rolamentos : estimativa de vida útil restante (RUL) para rolamentos lubrificados com água e lubrificados com óleo

Reconhecimento de falhas CNN/LSTM : identificação baseada em aprendizado profundo de padrões de falha típicos — desequilíbrio, desalinhamento, defeito de rolamento

Manutenção Baseada em Condições (CBM) : Tomada de decisões de manutenção baseada em dados substituindo a tradicional Manutenção Baseada em Tempo (TBM)

Tendência Emergente — Grandes Modelos de Linguagem em Monitoramento de Saúde Estrutural (SHM):

Uma revisão de 2025 no Chinese Journal of Ship Research destaca como os grandes modelos de linguagem (LLMs) estão impulsionando uma mudança de paradigma no monitoramento da saúde estrutural do sistema de propulsão marítima:

· Fusão de dados multimodais — Integração de dados de vibração, temperatura, óleo e deformação para avaliação holística da integridade do eixo

· Aprendizado de transferência de falhas de disparo zero/poucos disparos — Adaptação de modelos treinados a novas configurações de embarcações com dados adicionais mínimos

· Relatórios de diagnóstico em linguagem natural — Gerando automaticamente relatórios de análise de falhas legíveis por humanos a partir de dados de sensores

· Suporte a decisões inteligentes de manutenção preditiva — agendamento de manutenção orientado por IA e otimizado para perfis operacionais de embarcações

 

7. Esquemas típicos de configuração de eixos de sistemas de propulsão marítima

7.1 Acionamento Direto Diesel de Baixa Velocidade - Sistema de Propulsão Marítima

Embarcações aplicáveis: Grandes graneleiros, VLCC (Very Large Crude Carriers), grandes navios porta-contêineres.

Cadeia de transmissão de energia:

Motor diesel de dois tempos de baixa velocidade (50–100 rpm) → Eixo intermediário → Eixo de popa → Hélice de passo fixo (FPP)

Características principais:

· Cadeia de transmissão mais curta entre todas as configurações de sistemas de propulsão marítima

· Maior eficiência – eficiência de transmissão superior a 98%

· Grande diâmetro do eixo – os eixos intermediários VLCC podem atingir 600–800 mm

· Rolamento de impulso integrado – alojado dentro do corpo principal do motor

Esta configuração continua a ser a escolha dominante para grandes navios mercantes devido à sua simplicidade mecânica e confiabilidade comprovada em aplicações de sistemas de propulsão marítima de serviço contínuo.

 

7.2 Diesel de Média Velocidade + Caixa de Redução - Peças do Sistema de Propulsão Marítima

Embarcações aplicáveis: navios de carga de pequeno a médio porte, embarcações de apoio offshore (OSV), balsas.

Cadeia de transmissão de energia:

Motor diesel de quatro tempos de velocidade média (500–1000 rpm) → Acoplamento de alta elasticidade → Caixa de redução → Eixo intermediário → Eixo de popa → Hélice de passo controlável (CPP) / Hélice de passo fixo (FPP)

Fundamentos de projeto para peças de sistemas de propulsão marítima:

· A análise completa da vibração torcional é obrigatória – velocidades mais altas do motor introduzem modos de vibração complexos

· A seleção do acoplamento de alta elasticidade é crítica – isola a excitação torcional do trem de força

· O rolamento axial independente normalmente é configurado separadamente da caixa de engrenagens

A configuração diesel de velocidade média + caixa de câmbio oferece maior flexibilidade no layout da casa de máquinas e é cada vez mais adotada em embarcações que exigem CPP para maior manobrabilidade.

 

7.3 Propulsão Híbrida Diesel-Elétrica - Sistema de Propulsão Marítima

Embarcações Aplicáveis: Embarcações de Operação de Serviço (SOV), Embarcações de Apoio Offshore (OSV), embarcações de pesquisa.

Modos de operação:

Modo	Fluxo de energia
PTO (Tomada de Força) Mecânica	Motor diesel → Caixa de câmbio → Gerador de eixo + eixo de propulsão
PTI (tomada de energia) elétrica	Grupos geradores → Motor de propulsão → Caixa de engrenagens → Eixo
Puro Elétrico	Banco de baterias → Motor de propulsão → Eixo

 

Características de projeto de peças do sistema de propulsão marítima híbrida:

· Múltiplas interfaces PTO/PTI que exigem gerenciamento de energia sofisticado

· Alinhamento multicondição e análise de vibração — o eixo deve funcionar nos modos mecânico, elétrico e híbrido

· Capacidade de torque reverso — o eixo deve suportar a reversão de torque durante as transições de modo

A propulsão híbrida representa um segmento crescente no mercado de sistemas de propulsão marítima, particularmente para embarcações com requisitos de posicionamento dinâmico (DP) e manobras portuárias frequentes.

 

7.4 Propulsão Totalmente Elétrica – Sistema de Propulsão Marítima

Embarcações aplicáveis: Balsas elétricas, embarcações de carga interior, pequenos barcos turísticos.

Cadeia de transmissão de energia:

Bateria / Célula de combustível → Inversor → Motor síncrono de ímã permanente (PMSM) → Hélice de acionamento direto

Vantagens do sistema de propulsão marítima totalmente elétrico:

· Layout flexível — os motores elétricos podem ser colocados próximos à hélice, eliminando eixos longos

· Baixo ruído — crítico para navios de passageiros e navios de pesquisa

· Emissões zero (modo elétrico puro) — alinhado com as metas de descarbonização da IMO 2030/2050

A propulsão totalmente elétrica é uma direção tecnológica fundamental para o transporte marítimo verde e deverá ver uma adoção acelerada no transporte marítimo de curta distância e no transporte fluvial.

 

7.5 Layout ideal de múltiplos rolamentos para eixos complexos de sistemas de propulsão marítima

Para formas de casco complexas, como contratorpedeiros de múltiplos eixos e catamarãs de alta velocidade , a colocação empírica tradicional dos rolamentos é insuficiente. Algoritmos Genéticos (GA) e Otimização por Enxame de Partículas (PSO) são empregados para otimização multiobjetivo da posição do rolamento – minimizando as forças de reação do rolamento enquanto controlam as tensões de flexão do eixo.

Esta metodologia avançada de otimização de rolamentos foi aplicada com sucesso no projeto de arranjos de eixos de sistemas de propulsão marítima de múltiplas embarcações navais.

 

8. Perspectivas Futuras para a Tecnologia de Sistemas de Propulsão Marítima

8.1 Adoção em larga escala de eixos de transmissão compostos em sistemas de propulsão marítima

Nos próximos 5 a 10 anos , os eixos de transmissão CFRP farão a transição de aplicações de demonstração para implantação comercial em larga escala em peças de sistemas de propulsão marítima.

Principais áreas inovadoras:

· Processos de fabricação para eixos de CFRP de grande diâmetro (>400 mm)

· Validação de fadiga em toda a vida útil de conexões de juntas metal-CFRP

· Harmonização e conclusão dos códigos de projeto da sociedade classificadora para eixos compostos

À medida que os custos de produção diminuem e as estruturas de certificação amadurecem, espera-se que os eixos de CFRP penetrem nos principais segmentos de embarcações comerciais, além das aplicações de nicho de alto desempenho.

 

8.2 Projeto de navio sem tubo de popa para sistema de propulsão marítima

A Blue Ocean Alliance (BOA) propôs um projeto revolucionário de navio sem tubo de popa para eixos de sistemas de propulsão marítima:

· Rolamentos lubrificados com água do mar substituem os rolamentos do tubo de popa lubrificados com óleo

· Conexões de chave cônica substituem o conjunto tradicional do tubo de popa

· Eliminação do tubo de popa tradicional, vedação traseira e revestimento do eixo

Resultados-alvo: Estrutura simplificada, poluição zero por óleo e redução da carga de manutenção - um avanço verdadeiramente disruptivo para o projeto de sistemas de propulsão marítima em conformidade com o meio ambiente.

 

8.3 Operação e manutenção autônoma orientadas por IA para peças do sistema de propulsão marítima

A manutenção do sistema de propulsão marítima está evoluindo do diagnóstico reativo de falhas para a tomada de decisões autônoma e preditiva.

Tecnologias principais:

· Mecanismos de raciocínio diagnóstico orientados por Large Language Model (LLM) — interpretação de falhas em linguagem natural a partir de dados multissensor

· Modelos colaborativos multinavios habilitados para aprendizagem federada — aprendizagem compartilhada entre frotas sem comprometer a privacidade dos dados

· Tecnologia adaptativa de alinhamento de eixos — ajuste de deslocamento do rolamento em tempo real com base nas condições operacionais

Estas tecnologias de IA transformarão fundamentalmente a forma como as peças do sistema de propulsão marítima são monitorizadas, mantidas e otimizadas ao longo do seu ciclo de vida.

 

8.4 Motores supercondutores e rolamentos magnéticos para sistema de propulsão marítima

Motores supercondutores de alta temperatura (HTS):

· Reduzir drasticamente o volume e o peso do motor de propulsão

· Aumentar significativamente a densidade de potência – permitindo arranjos de sistemas de propulsão marítima mais compactos

Rolamentos Magnéticos Ativos (AMB):

· Operação sem contato e sem atrito — sem desgaste mecânico

· Não é necessária lubrificação – elimina totalmente os sistemas de óleo

· Controle ativo em tempo real — ajusta dinamicamente as forças do rolamento para suprimir a vibração

· Elimina fundamentalmente o desgaste dos rolamentos e os problemas de turbilhão da película de óleo nos eixos do sistema de propulsão marítima

 

8.5 Tecnologia de Eixos para Propulsão por Célula de Combustível de Hidrogênio - Sistema de Propulsão Marítima

A propulsão por célula de combustível de hidrogênio conduzirá mudanças profundas na tecnologia de eixos do sistema de propulsão marítima:

Propulsão distribuída - Múltiplas unidades de propulsão pequenas substituem motores principais únicos de grande empuxo

Projeto integrado do propulsor acionado pelo aro - Motor integrado ao cubo da hélice – não é necessário eixo tradicional

Mudança na arquitetura da transmissão - Transição de eixos longos centralizados para eixos curtos distribuídos

Os projetos de sistemas de propulsão marítima movidos a hidrogênio priorizarão a modularidade, a compactação e as emissões zero – remodelando a configuração do eixo e a arquitetura geral da embarcação.

 

9. Referências

[1] Lai Guojun, et al. Progresso da pesquisa sobre tecnologias-chave para projeto de eixos de propulsão marítima. Jornal Chinês de Pesquisa de Navios, 2019.

[2] Projeto de pesquisa em compósito polimérico reforçado com fibra de carbono em eixos de propulsão marítima de uma embarcação naval. Ciência e Tecnologia de Navios, 2025.

[3] Monitoramento da integridade estrutural de sistemas de mancais de popa lubrificados com água baseados em gêmeos digitais[J]. Engenharia Oceânica, 2026.

[4] Yang Zewen e outros. Revisão e perspectivas de tecnologias-chave para sistemas de monitoramento da saúde estrutural de navios de grande porte orientados por modelos. Jornal Chinês de Pesquisa de Navios, 2025.

[5] Projeto de arranjo ideal do sistema de eixo de propulsão para um navio com múltiplos rolamentos de escora. Pré-impressão SSRN, 2025.

[6] IACS UR M68 – Requisito unificado para alinhamento de eixo.

[7] ClasseNK. Sistemas de monitoramento da condição do eixo da hélice.

[8] Rolamentos Thordon. Sistemas de rolamentos lubrificados com água COMPAC.

[9] Aliança do Oceano Azul. Conceito de Design de Navio Sterntubeless.

[10] CCS. Diretrizes para Levantamento do Sistema de Monitoramento de Condições de Eixos de Propulsão Marítima.