Type 003: Desvendando o enigma do porta-aviões chinês – parte 2

Por Matheus Santiago

Propulsão

As catapultas à vapor que têm altos requisitos para energia de ejeção, volume, peso, facilidade de manutenção e confiabilidade em comparação com catapultas eletromagnéticas não têm perspectivas de desenvolvimento posterior. Olhando para o futuro, é sem dúvida uma escolha mais sensata escolher uma catapulta eletromagnética que represente a tendência de desenvolvimento da próxima geração de porta-aviões. É claro que a catapulta eletromagnética é a direção do desenvolvimento futuro, então como usar a energia convencional para apoiar a catapulta eletromagnética? Vamos analisar as abordagens.

Atualmente, a turbina a vapor mais poderosa conhecida até o momento da China é a turbina a vapor TB-12 aprimorada usada nos navios-aeródromo Liaoning e Shandong, com uma potência única de 50.000 hp, 8 caldeiras em pares acionam 4 turbinas a vapor com potência máxima de 200.000 hp. Mas a pressão de vapor do TB-12 é de apenas 6,1 MPa. Se usado para aeronaves catapultadas, o peso máximo de decolagem da aeronave do porta-aviões será limitado a cerca de 28 toneladas.

Para as aeronaves com peso máximo de decolagem de mais de 30 toneladas, isso limitará muito seu desempenho, mesmo considerando a catapulta eletromagnética. Os porta-aviões Liaoning e Shandong usam as mesmas turbinas a vapor TB-12 GTZA-674. O sistema de energia consiste em 4 conjuntos de turbinas a vapor domésticas aprimoradas TB-12 + 8 conjuntos de caldeiras sobrealimentadas. Em comparação com a TB-12 normal, a potência de uma única turbina é aumentada em 5.000 hp para chegar a 50.000 hp, e a potência total é de 200.000 hp. Sim, de fato o Liaoning tem 200.000 hp, o que daria em torno de 150 MW, para um navio como o Liaoning é de fato uma potência considerável.

As turbinas a vapor demoram para iniciar o processo do vapor, a energia aumenta mais devagar do que a combustão e o espaço utilizado pelas turbinas é grande. É comumente descrito que o processo de vapor leva mais de 10 horas para o navio-aeródromo Liaoning reiniciar depois de ser desligado. Isso é verdade? Sim, é verdade. Por que demora tanto?

Os especialistas explicaram que o processo de inicialização da turbina a vapor é dividido em três partes: ignição de óleo pesado, fervura da água da caldeira e inicialização da turbina a vapor. O processo de trabalho do navio-aeródromo Liaoning é primeiro acender a caldeira com óleo diesel. O porta-aviões consome muito combustível. A caldeira geralmente queima óleo pesado que é barato, resistente à queima e tem um alto ponto de ignição, mas alta viscosidade. No entanto, o óleo pesado não pode ser inflamado diretamente, por isso está frio. Ao iniciar, é necessário que o óleo diesel entre em ignição, de modo que o óleo pesado com alta viscosidade flua e entre na câmara de combustão.

Após a fervura da água da caldeira, o vapor gerado em alta temperatura e alta pressão aciona a rotação das pás da turbina a vapor. Quando a rotação das pás da turbina a vapor começa a transmitir energia às pás, o navio-aeródromo Liaoning começa a navegar. Embora leve pelo menos dez horas para concluir essas etapas, não há necessidade de se preocupar com isso afetando o tempo de reação em uma guerra, porque o porta-aviões no estado de prontidão para combate basicamente não entrará no estado apagado e a caldeira também está em operação de baixa intensidade quando está em estado estacionário.

A energia a vapor tem muitas vantagens: a potência de um único motor é alta, a eficiência de combustível é alta, o combustível de qualidade inferior pode ser usado e o custo é baixo. Antes da digestão e absorção da tecnologia de energia avançada, a turbina a vapor que não é controlada de forma alguma é a turbina a vapor de grande e médio porte da China. A única fonte de energia confiável para navios na China. No entanto, a energia a vapor também tem deficiências, incluindo tempo de inicialização longo, resposta lenta da energia e aceleração lenta; segundo, tamanho grande, é bastante pesado, equipamentos de dutos complicados e manutenção complicada.

Os motores a diesel têm as vantagens de ampla cobertura de energia, alta eficiência, alta confiabilidade e baixo consumo de combustível. No entanto, eles também têm problemas de potência insuficiente, grande volume e grande ruído, que não são condizentes com o ambiente antissubmarino. A maioria dos navios de pequeno e médio porte usa motores a diesel de alta velocidade. Grandes navios, como navios de assalto anfíbios, navios de desembarque doca, navios de abastecimento integrado e navios de reconhecimento eletrônico usam motores a diesel de alta potência e velocidade média, alguns navios importantes da PLA Navy utilizam esse tipo de propulsão, como o navio de desembarque anfíbio Type 071 e o navio de assalto anfíbio Type 075.

Turbinas a gás

Na década de 1980, quando as relações sino-americanas estavam muito próximas, cinco turbinas a gás LM2500 da General Dynamics foram importadas dos Estados Unidos pela China. Com exceção de um conjunto para treinamento e experimentação, as outras quatro foram instaladas no destróieres Type 052 (indicativos visuais 112 e 113) e dois motores a diesel 12V1163 da MTU alemã constituem o primeiro método de energia alternativa a diesel (CODOG) da China.

Desde que as turbinas a gás da série LM2500 foram oficialmente colocadas em uso no início dos anos 1970, mais de 2.000 unidades (incluindo embarcações industriais e navais) foram vendidas, alcançando a maioria das turbinas a gás de navios do mundo. Os principais navios de guerra de superfície da Marinha dos Estados Unidos usam essa turbina, exceto os porta-aviões. A turbina a gás LM2500 tem uma potência única de 27.500 hp.

Somente porque a turbina a gás LM2500 original foi embargada pelo Ocidente, se priorizou a utilização da turbina a gás UGT-25000 importada da Ucrânia. Em 1993, a China e a Ucrânia assinaram a licença de produção da turbina a gás UGT-25000 e o contrato de venda. De acordo com o contrato, foram vendidas 10 turbinas a gás UGT-25000 para a China e transferiu-se tecnologias relacionadas para nacionalização na China.

Como o fluxo de ar, o volume e o peso da turbina a gás UGT-25000 são maiores do que os do LM-2500, com isso elas não podem ser usadas diretamente para o destróier Type 052, então a China desenvolveu o destróier modificado 052. Das 10 turbinas a gás UGT-25000 adquiridas, quatro foram usados na versão Type 052B e quatro foram utilizadas na versão Type 052C, deixando duas de reposição. A turbina a gás UGT-25000 tem uma potência única de 33.000 hp. Duas turbinas a gás UGT-25000 e dois motores diesel alemães MTU20V956 formam os sistemas de potência do Type 052B e Type 052C, o que significa que foram construídos dois navios de cada tipo utilizando as turbinas importadas.

Os motores a diesel têm baixo consumo de combustível, mas baixa potência. As turbinas a gás têm alto consumo de combustível e alta potência. Para resolver essa contradição, os pesquisadores inventaram um sistema de propulsão combinada com turbinas a gás e motores diesel (CODOG). Os destróieres Type 052B, Type 052C e Type 052D adotam o sistema CODOG de fabricação nacional.

Na década de 1990, a PLA Navy construiu apenas dois destróieres Type 052 (indicativos 112 e 113) e um Type 051B (indicativo 167). Na década de 2000, foram construídos dois Type 052B, Type 052C e Type 051C, totalizando 5 tipos de destróieres. Por esta razão, a turbina a gás UGT-25000 foi introduzida e o trabalho de nacionalização executado imediatamente.

Depois de anos de trabalho árduo, a série foi adaptada para o aperfeiçoamento dos navios de guerra chineses e as turbinas a gás GT-25000 de fabricação doméstica para navios entraram em produção em massa. A Marinha da China também encerrou o chamado desenvolvimento de longo prazo de “pequenos passos e execução rápida” e deu início a um frenesi de construção naval semelhante a um ritmo de Guerra Fria. Desde 2010 até 2021, o segundo lote de 4 Type 052C, 13 Type 052D e 6 Type 055 estão usando turbinas a gás domésticas.

Neste ponto, o sistema de propulsão do navio da PLA Navy entrou nas fases de propulsão combinada com motores a diesel (CODOG) e propulsão combinada a gás (COGAG), permitindo que os navios chineses se livrassem completamente da inércia tecnológica que os assolou por muitos anos. Agora, eles podem produzir navios de guerra de alta potência. Poucos países conseguem ter esse nível tecnológico para produzir turbinas a gás como a General Electric Company dos Estados Unidos, Rolls-Royce Company do Reino Unido e Sugon Machinery Manufacturing Company da Ucrânia.

A turbina a gás GT-25000 é avaliada em uma potência de 28-29 MW, mas a potência real de saída é de cerca de 23 MW, e quatro turbinas a gás GT-25000 têm uma potência total real de cerca de 92 MW. A frota da PLA Navy no Golfo de Áden implementou longas missões de escolta, cada lote de embarcações teve desempenho contínuo no exterior por meses e nunca teve problemas de motor. Isso mostrou que a confiabilidade e a economia da turbina a gás GT-25000 doméstica foram adaptadas às necessidades da China. O sistema de propulsão baseado no GT-25000 pode continuar a melhorar suas deficiências de tecnologia e desempenho. No início de 2010, após solucionar uma série de deficiências, a China redesenhou esta turbina a gás como QC-280. A partir de 2014, a QC280 está em produção e deve ser fornecida a navios de grande deslocamento, como o destróier Type 055 da classe de 12.000 toneladas.

Não só isso, a própria turbina a gás UGT-25000 já atingiu 33 MW (modelo UGT-25000IC) em sua forma atual com a ajuda de engenheiros ucranianos que trabalham para a China, outros trabalhos podem incluir um aumento na eficiência de 25%, gerando uma potência de 40 MW. O desenvolvimento de novas turbinas a gás derivadas da versão GT-25000 gerou o projeto de turbinas a gás QC-280 de 28 MW que equipam os atuais destróieres Type 055, fornecendo 112 MW de potência. O desenvolvimento de turbinas a gás chinesas deve produzir unidades da classe de 40 MW, gerando assim uma turbina a gás de alta eficiência.

O destróier Type 055 usa o sistema de propulsão COGAG, especificamente falando, o navio utiliza apenas turbinas a gás, sem motores a diesel como potência auxiliar. O Type 055 é equipado com 4 turbinas a gás QC-280, ou seja, quatro unidades são conectadas em paralelo para acionar os dois eixos e os hélices. Quatro turbinas a gás são totalmente ligadas em alta velocidade e apenas duas são ligadas em baixa velocidade. Esta é a primeira vez que um navio de guerra chinês adota tal sistema de propulsão.

Algumas hipóteses levam a considerar o uso da turbina a gás CGT-60F, um modelo que pode ser usado em navios de guerra como um navio-aeródromo. A CGT-60F é uma turbina a gás de classe pesada, que tem tipicamente uma potência de 170 a 230 MW, projetada pelo Centro de Pesquisa de Turbinas de Gás da Universidade de Tsinghua, com o Dongfang Electric Group e o Shanghai Electric Group. A turbina é resultado de um projeto integralmente doméstico, que não se baseia ou é montado sobre outro qualquer projeto existente. Em seus testes o sistema excedeu as expectativas de refrigeração e distribuição de temperatura, fatores vitais para grandes turbinas.

Como tal, o China Daily sugeriu que a CGT-60F seria um candidato adequado para a planta propulsora de um grande navio de guerra como um porta-aviões. Embora um sistema de turbina a gás de classe industrial possa ser convertido em uma função adaptada para turbinas marítimas, isso se torna complicado demais para os chineses realizarem em pouco tempo. Na realidade, se o ciclo de desenvolvimento de turbina a gás aprimorada para navio for muito longo, e a tecnologia de reator nuclear de porta-aviões da China tiver um avanço no curto prazo, a China poderá escolher pular a turbina a gás de porta-aviões nesta etapa e ir diretamente para o uso da energia nuclear. Além da turbina CGT-60F, há também a turbina a gás R0110.

A Aviation Industry Corporation of China(AVIC) é a mais interessada nessa conversão para motores aeronáuticos, do ponto de vista do desenvolvimento, a conversão de um motor aeronáutico para um marítimo se torna muito mais fácil e rapidamente adaptado – isto porque os módulos centrais das turbinas a gás são iguais, tanto para aplicação naval quanto aeronáutico. De acordo com as informações disponíveis, a AVIC agora está mais confortável com turbinas a gás.

Por exemplo, a QC-185 e a QC-400 desenvolvidas pela AVIC para aeronaves, podem fornecer energia para a próxima geração de destróieres. Especialmente a QC-400 pode competir com a mais poderosa turbina marítima a gás do mundo MT-30, que teoricamente pode fornecer uma potência total de 40 MW. O Institute 606 da AVIC, que é apoiado por indústrias de suporte a motores aeronáuticos, concluiu o teste da máquina de verificação técnica da QC-400 com uma potência de 40 MW.

Há dez anos, com base na GT-25000, o Institute 703 (instituto de pesquisas navais militares) realizou uma pré-pesquisa em uma turbina a gás de 40 MW. O progresso é atualmente desconhecido. No entanto, a turbina a gás QC-280 não é o fim para a PLA Navy. Ao desenvolver a turbina a gás QC-280, a PLA Navy também deu início à turbina a gás R0110 para serviços pesados. Em 2001, a turbina a gás R0110 para serviço pesado foi formalmente aprovada, e os testes começaram oficialmente em 2013. Não houve falhas durante o teste de potência total de 72 horas, indicando que a China se tornou o quinto país do mundo a desenvolver a tecnologia de turbina a gás pesada de serviço.

A aplicação da tecnologia IC (inter-cooler) e ICR (inter-cooler and recovery) também melhorará muito a posição da UGT-25000 no sistema de propulsão elétrica integrada da PLA Navy. Depois de entrar no novo século, o sistema de propulsão elétrica integrada tem demonstrado cada vez mais sua superioridade. O desenvolvimento de turbinas a gás chinesas da classe de 40 MW, pode possibilitar à China construir modelos de 60 MW, 160 MW e mais de 200 MW de turbinas fornecendo potência para seus principais navios.

Sobre a relação entre tonelagem e potência máxima, é preciso observar que, por exemplo, o porta-aviões da classe “Nimitz” está equipado com duas turbinas a vapor, que podem fornecer 260.000 hp (193 MW) para o porta-aviões com o suporte total do reator de energia nuclear. Já a classe “Kitty Hawk”, a propulsão consistia em quatro turbinas a vapor fornecendo 280.000 cavalos de potência (210 MW).

A turbina a gás marítima QC-280IC usa a função de refrigeração intermediária e regenerativa, o que melhora muito a eficiência da combustão, e a potência máxima de saída pode chegar a 40 MW, que equivale a 53,640 hp, que é arredondado para cerca de 55.000 hp. Se o porta-aviões usa quatro turbinas a gás QC-280IC, pode ter uma potência total de 220.000 hp. Bem, com esta potência, um porta-aviões de 100.000 toneladas podeia navegar de 27 a 28 nós, dentro do mesmo nível do HMS Queen Elizabeth que alcança 25 nós e 32 nós com auxílio de de quatro motores a diesel. O Kitty Hawk tinha 280.000 hp, o Nimitz de 100.000 toneladas tem 260.000 hp, como um porta-aviões de 100.000 toneladas, 260.000 hp é a demanda inicial. Para um porta-aviões de 85.000 toneladas como o Type 003, a demanda inicial é de 221.000 hp, o que equivale exatamente à potência de quatro turbinas a gás QC-280IC.

Como tratado anteriormente, o Type 055 é equipado com 4 turbinas a gás QC-280 e quatro turbinas a gás são totalmente ligadas em alta velocidade e apenas duas são ligadas em baixa velocidade, isso aconteceria também no Type 003. Se em condições normais, duas turbinas a gás marítima QC-280IC (ou qualquer outra turbina a gás de mesma potência) não estão ligadas para a propulsão, estão gerando energia para os sistemas embarcados. Se duas turbinas a gás QC-280IC geram 40 MW de potência cada, isso resulta em 80 MW em fornecimento extra para os sistemas de armas à bordo. Para destacar, os reatores A1B da classe USS Gerald Ford produzem vapor suficiente para gerar 125 megawatts (168.000 hp) de eletricidade, mais 350.000 hp (260 MW) para acionar os quatro eixos de transmissão. Isso significa que a economia da potência não utilizada das turbinas a gás de 80 MW equivale a 64% da energia total de geração de eletricidade de um Ford.

O destróier Type 055 usa o sistema de potência COGAG, especificamente falando, o navio utiliza apenas turbinas a gás como potência, sem motores a diesel como potência auxiliar. O Type 003 para fornecer energia para todos os sistemas embarcados, além de contar com essa potência não utilizada das turbinas a gás. Poderá também utilizar geradores de energia auxiliares, alguns já estão totalmente operacionais como o turbo-gerador de 20 MW que o Poder Naval já publicou.

Navios grandes como NAes podem ter até 4 sistemas geradores de energia auxiliares, se o Type 003 realmente vier equipado com esse turbo-gerador de 20 MW, isso significa que o sistema auxiliar completo pode fornecer até 80 MW de eletricidade. Com o funcionamento de apenas uma turbina a gás de 40 MW como resseguro, isso significa quase a totalidade de eletricidade produzida pelo Ford, e ainda o Type 003 pode estar usando para a propulsão 3 turbinas a gás gerando uma velocidade baixa/média para navegação, enquanto todos os sistemas de armas embarcados estarão funcionando em modo completo.

Existe uma série de razões para se utilizar turbinas a gás. A primeira vantagem é a densidade de potência significativamente superior. Isso ocorre porque a própria turbina a gás é uma estrutura compacta rotativa contínua. O tamanho pequeno e a alta potência são muito adequados para navios pequenos onde o requisito de velocidade é alto. Uma segunda vantagem da velocidade de inicialização da turbina a gás. Embora a velocidade de rotação da turbina a gás seja a mais alta dos três sistemas de potência, como o rotor é muito leve, leva apenas 1-2 minutos para atingir a velocidade máxima. O movimento alternativo do pistão do motor diesel acelera mais lentamente. A turbina a vapor pode levar até uma hora.

O desempenho de aceleração e desaceleração da velocidade de partida tem um impacto direto sobre os navios de guerra durante a guerra, principalmente na guerra antissubmarino. A terceira vantagem da turbina a gás é que o componente de ruído de baixa frequência é muito baixo. O motor de pistão alternativo produz uma grande quantidade de vibração mecânica de baixa frequência e ruído, resultando em fácil detecção pelo sonar submarino inimigo. Portanto, a propulsão a diesel é particularmente inadequada para sistemas de propulsão de navios de guerra antissubmarino.

O sistema de turbina a vapor do Kitty Hawk pesa 4.000 toneladas e o sistema de turbina a gás do Type 003, teoricamente, pode ter cerca de 2.000 toneladas. Além disso, a turbina a gás pode utilizar o combustível de aviação. O porta-aviões Type 003, se usar turbinas a gás, terá maiores reservas de combustível de aviação e eficiência operacional do que o Kitty Hawk.

Propulsão elétrica

A constante busca por melhorias nos atuais sistemas de propulsão, no que se refere a custos, potência, eficiência, manobrabilidade, densidade de potência, controle da poluição entre outros, é o que provoca a inevitável evolução. De acordo com as informações de Whtimam E.C. (2001, p.18), o conceito de propulsão elétrica integrada, utilizando o acionamento elétrico, é a tecnologia mais promissora no desenvolvimento da engenharia naval atual, desde o advento dos reatores nucleares e das turbinas a gás. Entende-se por propulsão elétrica, um sistema constituído por um gerador elétrico, acionado por um dispositivo principal, que fornece energia para um motor elétrico que aciona o hélice do navio.

A principal característica desde sistema, é o controle da propulsão da embarcação. No sistema de propulsão elétrica, ao invés de ter dois sistemas de potência separados, sendo cada um com sua limitação de carga, passa-se a dispor de uma capacidade de geração única que pode ser distribuída com maior flexibilidade entre os diversos sistemas de bordo de acordo com as alterações de demanda. Portanto, o sistema de propulsão elétrica visa basicamente a integração entre o sistema de potência da propulsão com os sistemas auxiliares. Com a eletrificação dos sistemas auxiliares, abre-se a possibilidade de utilização de estruturas modulares com maiores possibilidades para expansões futuras.

Nas embarcações dotadas de propulsão mecânica tradicional, a rotação do motor diesel é quem define a rotação do hélice, portanto, o motor em algumas condições de operação não opera na faixa do rendimento elevado, gerando desta forma, um inevitável desperdício de combustível. No sistema de propulsão mecânico convencional o dispositivo de acionamento principal a ser empregado, que pode ser um motor diesel, é acoplado diretamente ao eixo propulsor da embarcação de apoio através da engrenagem redutora.

Neste tipo de configuração do sistema de propulsão é necessário um gerador diesel auxiliar, instalado em local separado do sistema de propulsão, que fornecerá a potência elétrica para o atendimento da carga para acomodações, dos sistemas operacionais e demais auxiliares de bordo para Mccoy (2002, p.22-36).

A propulsão elétrica pode ser descrita de forma mais precisa como a transmissão elétrica de potência entre o dispositivo de acionamento principal e a carga representada pelos propulsores do navio. Este sistema de propulsão consiste essencialmente na transmissão elétrica para a mudança entre a relativamente alta velocidade e baixo torque do dispositivo de acionamento principal para a baixa velocidade e elevado torque requerido para
girar os propulsores. No sistema de propulsão elétrico, a eficiência da transmissão não é tão sensível à variação da velocidade do eixo propulsor, como ocorre com a transmissão mecânica convencional.

Portanto, nos períodos em que a embarcação opera com velocidade mais baixa, a eficiência da transmissão elétrica é maior do que a da transmissão mecânica. E considerando que, as embarcações militares operam a maior parte do tempo em atividades com baixas velocidades, tem-se aí o grande diferencial positivo para justificar o emprego da propulsão elétrica.

Em embarcações com propulsão mecânica tradicional, a velocidade do motor é que define a rotação do hélice; consequentemente, dependendo do perfil de operação da embarcação, o motor pode não operar na faixa de rendimento elevado, associado às altas velocidades. Isto significa desperdício de combustível e excessivo desgaste mecânico. Com o uso da propulsão elétrica, este problema é eliminado, e o motor primário pode operar no ponto de melhor rendimento independente da velocidade de rotação do hélice.

Em virtude da extinção da conexão mecânica entre motor primário (que gera potência através da queima de combustível) e o eixo propulsor, não existe mais relação direta entre a velocidade do eixo do motor primário e a rotação do hélice. Segundo Whitman(2001), estimou-se a eficiência energética em aproximadamente 17% melhor que em relação à propulsão convencional mecânica de acordo com Newell (2000, p.67-85).

A tendência para as futuras embarcações de propulsão elétrica é de uma ampla difusão de sistemas auxiliares e acessórios alimentados por eletricidade, em substituição aos sistemas mecânicos, hidráulicos e pneumáticos. Sistemas elétricos são mais fáceis de controlar à distância e possuem maior compatibilidade com controles eletrônicos. Esta tendência possibilita o incremento de automação, fator este que reduz a tripulação, proporcionando adicional benefício através do menor custo operacional.

Os equipamentos da propulsão elétrica são modulares e não precisam ser posicionados próximos uns aos outros (podem inclusive ser instalados em compartimentos diferentes). Dependendo do tamanho das máquinas, elas podem ser instaladas em outras partes do navio, deixando apenas o motor elétrico junto ao fundo do casco conectado ao propulsor. Um ganho no espaço do navio reposicionando as máquinas, e desta forma, reduz-se o volume ocupado pelos dutos de admissão e exaustão dos motores.

Como resultado desta flexibilização, torna-se desnecessário concentrar equipamentos em praças de máquinas principais; sendo possível espalhar os compartimentos de máquinas pela embarcação, em áreas menos críticas, com um aproveitamento otimizado do espaço disponível a bordo. Nas embarcações com propulsão elétrica não são necessários motores auxiliares.

Esta diminuição na quantidade de motores também provoca redução de custos e economia de espaço. A modularidade do sistema permite também que em altas velocidades sejam utilizados todos os dispositivos de acionamento principal e, nas velocidades econômicas sejam desligados os que não forem necessários.

Os sistemas de propulsão dos navios tradicionais são relativamente independentes. O sistema de energia é geralmente composto de motores térmicos convencionais e outros dispositivos mecânicos, e a energia do sistema geralmente é usado como auxiliar. A energia não está diretamente relacionada ao sistema de propulsão do navio. O sistema de energia integrado combina a geração de energia do navio, energia de propulsão e energia do equipamento de bordo em um sistema unificado, que realiza despacho unificado e controle centralizado de geração de energia, distribuição de energia e uso de energia para propulsão elétrica e outros equipamentos do navio.

A viabilidade da existência de uma tecnologia comum dentre as diversas plataformas navais, com a adoção da propulsão elétrica, possibilitará a coordenação do desenvolvimento e aplicação de modelos comuns, ferramentas de projetos, métodos de fabricação, novos materiais, componentes, sistemas, contribuindo para significativas reduções no risco do projeto e maximizando os custos e a logística.

Uma vez que com a adoção da propulsão elétrica não são necessários motores auxiliares, esta redução na quantidade de equipamentos instalados resulta numa diminuição dos custos de manutenção. Associado a este fato, sabe-se que os equipamentos elétricos apresentam custos e períodos menores de manutenção e devido à elevada automação dos sistemas elétricos, as manutenções preditiva e preventiva são ferramentas eficazes para a redução dos custos totais de manutenção.

Na propulsão elétrica não é necessário haver o alinhamento das máquinas acionadoras principais com as linhas de eixo, tornando, portanto desnecessária a utilização de engrenagens redutoras. A eliminação desta engrenagem contribui significativamente para a redução nos níveis de ruído e vibração, garantindo desta forma uma significativa diminuição da assinatura acústica do meio, reduzindo também o custo de construção com a eliminação das linhas de eixo e redutora.

Além disto, os motores elétricos apresentam menor nível de ruído irradiado, devido às suas características construtivas e, portanto, não produzem tanta vibração e ruído quanto os equipamentos mecânicos. E à medida que os sistemas e equipamentos que atualmente são mecânicos forem substituídos pelos elétricos, ocorrerá à diminuição da assinatura acústica emitida, aumentando a capacidade de sobrevivência do navio.

O sistema de energia integrado é uma das principais direções de desenvolvimento da propulsão do navio no futuro. Em navios de superfície de grande e médio porte, como o motor principal de módulos de geração de energia, as turbinas a gás têm as características de tamanho pequeno, peso leve, alta densidade de potência, layout modular flexível, pequeno número de motores principais, alta eficiência operacional abrangente e rápida start-up e conexão à rede. A primeira escolha para navios de grande e médio porte em vários países, o sistema de energia integrado e os módulos de geração de energia do destróier britânico Type 45 usam duas turbinas a gás WR-21ICR, assim como o HMS Queen Elizabeth.

Algumas deficiências da turbina a gás foram solucionadas. Por exemplo, a velocidade de rotor é muito alta, o que requer um mecanismo de desaceleração muito complicado para acionar o hélice. Para resolver este problema, o Reino Unido usa a tecnologia do sistema de propulsão elétrica integrada. As duas turbinas a gás MT-30 estão ligadas ao gerador, e a velocidade do rotor do gerador também é muito rápida. Isso está totalmente conectado com as características da turbina a gás. A potência gerada pela turbina a gás é instantaneamente convertida em eletricidade e, em seguida, o motor é acionado para acionar o hélice do porta-aviões. Isso economiza muitos equipamentos complicados, tem baixo custo, operação e manutenção simples, tamanho pequeno e maior segurança estrutural.

O surgimento do porta-aviões HMS Queen Elizabeth realmente percebeu a maturidade da tecnologia de turbinas a gás marítimas e também permitiu que os navios de propulsão convencional alcançassem a maioria das vantagens dos navios de guerra movidos a energia nuclear. A única coisa que não conseguem acompanhar é que eles não podem navegar infinitamente como na energia nuclear e ainda precisam de reabastecimento frequente de combustível se operarem longe. Em comparação com o custo e os riscos à segurança da energia nuclear, esse problema realmente não é nada. Percebe-se que, desde que as condições técnicas permitam, a configuração de propulsão de “turbina a gás + energia elétrica integrada + propulsão elétrica” é vantajosa.

As desvantagens da propulsão convencional era que os componentes de energia eram complexos em estrutura, grandes em tamanho e também precisam transportar maos combustível, que ocupa espaço no navio. O reator do sistema de propulsão nuclear tem um volume pequeno e as barras de combustível são tão pequenas que podem ser ignoradas. Para navios de guerra, a propulsão nuclear tem uma vantagem natural de volume. Porém, o surgimento do porta-aviões HMS Queen Elizabeth mudeou essa situação, pois a turbina a gás também é pequena, muito menor que a caldeira de óleo pesado. Outro ponto é que a densidade de potência é maior nas turbinas a gás.

Pode-se imaginar que a substituição de caldeiras de óleo pesado por turbinas a gás para os navios-aeródromo Liaoning e Shandong poderia economizar espaço interno, o que melhoraria muito a qualidade da tripulação. Não é exagero considerar a turbina a gás como a revolução tecnológica da engenharia de porta-aviões.

Essa otimização do espaço interno pode ser notada na diferença entre o HMS Queen Elizabeth e o Liaoning. O porta-aviões britânico tem 288 metros de comprimento e 73 metros de largura, e a área do hangar atingiu 4.200 metros quadrados. Em comparação com o Liaoning, que tem 305 metros de comprimento e 75 metros de largura, a área do hangar tem 3.978 metros quadrados. A tonelagem e o tamanho um pouco menores do porta-aviões da classe “Queen Elizabeth” compensa por uma área de hangar maior, o que mostra a vantagem de espaço proporcionado pelas turbinas a gás.

De tudo o que foi dito, é muito provável que usem turbinas a gás no Type 003, mas isso não é garantido. Se realmente o Type 003 não vier a usar essas turbinas a gás de alta eficiência, provavelmente os chineses vão empregar turbinas a vapor com capacidades aprimoradas para implantação no navio.

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