1 Indroduçao
“Projetar é nada mais que uma arte, a arte de projetar pode ser definida como a tentativa de definir precisamente um objeto vagamente conhecido, pela aplicação de regras a priori desconhecidas.” H. L. Cox [1] .
As “regras” a serem aplicadas irão compor as etapas necessárias para tornar um objeto não materializado em tangível e palpável, porém, como dito, essas regras ou etapas não são óbvias, nem o sequenciamento dessas serão. Então, um grande “quebra-cabeça” para os projetistas é a definição e o sequenciamento das etapas, ou seja, o projeto do projeto, para obter um objeto precisamente definido.
O presente relatório tem como objetivo definir o objeto de projeto através do enquadramento deste no cenário, ao qual este está destinado a operar, e a partir desta definição, iniciar o sequenciamento das etapas necessárias para que se possa tornar o objeto material.
3 O Objeto de Projeto – Platform Supply Vessel – Vulgo PSV
O Platform Supply vessel constantemente referenciado como PSV é um dos diversos navios de apoio que presta serviços para as unidades offshore vigentes. A função principal do PSV é transportar suprimentos (Rancho, Água potável, Óleo Diesel, entre outros) e equipamentos da costa para as unidades offshore, mas também tem como função transportar resíduos provenientes das plataformas para a costa. A movimentação cargas é feita por guindastes (cargas do convés) e por um sistema de bombas (cargas em tanques).
Além do transporte de cargas o PSV deve ser capaz de combater incêndios no mar, e, para viabilizar todas essas operações deve ter um sistema capaz de manter sua posição em operação, chamado de Sistema de Posicionamento Dinâmico.
A superestrutura dos navios PSVs, onde se situam as acomodações e a central de comando, fica localizada normalmente à vante da embarcação para aumentar a visibilidade durante as operações.
Em linhas gerais, o PSV é basicamente caracterizado por:
1. Ter uma grande área de convés livre onde equipamentos e suprimentos contêinerizados ficam alocados:
Figura 1 - Convés de um PSV
Grande parte destes suprimentos ficam alocados em contêineres offshore especiais os quais se diversificam em diversos tipos, desde contêineres de carga geral os quais estamos costumados a ver até a contêineres especiais, alguns climatizados, para armazenar provisões e cargas líquidas. Outra particularidade do PSV é que estes contêineres não podem ficar empilhados, o que normalmente se vê em navios porta contentores, devido ao grande risco na operação de carga e descarga.
Segue abaixo um tabela com os principais tipos de conteineres transportados pelos PSVs [2] :
Figura 2 - Cargas de Convés de Um PSV
Um fator importante sobre as cargas de convés é a pressão que os containers juntamente com as cargas comportadas por ele exercem sobre o convés, pois representam um elemento crítico para resistência estrutural do convés, principalmente se a embarcação estiver submetida a grandes acelerações verticais que podem intensificar essa pressão e comprometer a estrutura. Então além de ampla área de convés este deve ser devidamente reforçado a fim de resistir às solicitações impostas pelas cargas.
2. Possuir tanques de cargas líquidas ou em granel para suprir as unidades offshore, cujas principais cargas transportadas estão listadas abaixo:
· Água Potável/Água doce: Usada para consumo e higiene da tripulação da plataforma a ser suprida.
· Óleo Combustível: Usada pelos geradores de energia que alimentam os equipamentos elétricos da plataforma.
· Lama de perfuração: Usado para resfriar e lubrificar o sistema de perfuração.
· Salmoura: Solução de água e sal com concentração extremamente alta usada na perfuração para prevenir o colapso do poço, fortalecendo as paredes do mesmo.
· Cimento: Usada na estruturação, revestimento e isolamento do poço de produção e em estruturas submersas. É transportada em tanques especiais, normalmente em silos que isolam a carga da unidade. É transferida à plataforma por compressores instalados no PSV.
3. Ser capaz de combater incêndios em alto mar.
Figura 3 - Navios de Apoio Combatendo Indêndio em Alto Mar
4. Ter superestrutura à vante:
Figura 4 - Superestrutura de um PSV localizada à vante
O petróleo é matéria-prima para fabricação de diversos produtos como fertilizantes, borrachas, tintas e combustíveis fósseis (gasolina, óleo diesel, querosene). São justamente estes últimos produtos, que o conferem o título de fonte energética mais empregada do mundo, pois são utilizados como combustíveis de usinas termelétricas para gerar eletricidade e como combustíveis de navios, carros, aviões e trens.
Apesar da constante busca por fontes energéticas renováveis (obs: o petróleo não pode ser dito como renovável, pois sua taxa de renovação é muito inferior à sua taxa de consumo [3] ) e “limpas” a dependência mundial pelo petróleo deve continuar pelo menos nos próximos 15 anos como indicado no gráfico abaixo [4] :
Figura 5 - Comparação Demanda Mundial de Energia 2009/2035
A dependência mundial do petróleo vem incentivando a busca por novas reservas de petróleo. A partir de 2007, no litoral brasileiro, na região hoje conhecida como pré-sal, foram anunciados pelo governo brasileiro novos campos de exploração, representando uma grande conquista para o país, instaurando aqui um conjunto de novas perspectivas econômicas e sociais.
Figura 6 - Histórico da Exploração de Petróleo no litoral brasileiro
Dentre os campos já descobertos destaca-se o campo de Tupi, hoje nomeado Campo de Lula, localizado a nordeste da Bacia de Santos, que tem capacidade estimada em 5 a 8 bilhões de barris [5] . O petróleo encontrado no pré sal tem baixa acidez e baixo teor de enxofre por isso é caracterizado por umpetróleo de alta qualidade (chamado de óleo leve) e um maior valor de mercado [5] .
Figura 7 - Campo de Tupi: Localização Figura 8- Qualidade do Petróleo do Pré Sal
Atualmente, a exploração de petróleo no Campo de Lula resulta em 100.000 barris de petróleo por dia, onde apenas o FPSO Cidade de Angra está em operação. A projeção é que neste ano entre em operação o FPSO Cidade de Paraty, cuja capacidade é de 150.000 bpod e 5.000.000 de m³/dia de gás, assim para o ano de 2014, com essas duas embarcações atuando, é previsto um total de aproximadamente 250.000 bpod.
Figura 9 - FPSO Cidade de Angra
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Figura 10 - FPSO Cidade de Paraty
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Contudo, para viabilizar a exploração do pré-sal, é necessário superar os desafios tecnológicos e operacionais, devido á profundidade de extração e a distância da costa, respectivamente. A fim de superá-los novas unidades offshore serão construídas, e para atende-las será necessário uma maior quantidade de navios de apoio para poder suprir tais unidades de todas as suas necessidades [6] :
Figura 11 - Demanda por PSVs
Antes de começarmos a discussão sobre navios de apoio iremos introduzir alguns conceitos derivados da economia para melhor entender tal mercado:
· O que são Bens?
Bem é tudo aquilo que pode ser oferecido a um mercado para apreciação, aquisição, uso ou consumo e para satisfazer um desejo ou uma necessidade do consumidor. Estes ainda podem ser subdivididos em bens tangíveis, ou seja, objetos físicos que podemos ver, tocar, estocar, manusear, e bens intangíveis, que são por definição os serviços que podem ser prestados em geral.
· E os tais dos Bens de Consumo e os Bens de Capital? Onde estes se encaixam nesta divisão?
Os bens de consumo e de capital são subdivisões dos bens tangíveis. Os bens de consumo são os produtos voltados para o consumo, como o próprio nome indica. Os bens de capital são produtos utilizados para gerar capital, também denominados bens industriais ou de geradores de riqueza.
Trazendo então esta discussão econômica para o objeto de projeto naval que estamos perseguindo podemos fazer a seguinte consideração sobre os Navios de apoio:
Os navios de apoio são bens de capital os quais podem transportar bens de consumo e ainda oferecer bens intangíveis.
Bens de Capital porque estes são construídos para serem afretados pelos operadores e gerar receita a partir de um contrato de afretamento. Os bens de consumo são as cargas que este transportam. Os bens intangíveis citados são os serviços de combate a incêndio e de contenção de vazamento de óleo, por exemplo, os quais estes são capazes de prestar.
5.1 Bens de Capital – Os navios de Apoio
Os principais navios de apoio presentes no mercado são:
· Platform Supply Vessel (PSV): Reabastecem periodicamente as unidades offshore com combustível, água potável, comida, equipamentos e fluidos usados em operações de perfuração.
· Anchor Handling Tug Supply Vessel (AHTS): Atua como rebocador, manuseio de âncoras e transporte de suprimentos
· Oil Recovery Supply Vessel (ORSV): Embarcação utilizada no combate ao recolhimento de óleo vazado em regiões oceânicas.
· Pipelay Supply Vessel (PLSV): Embarcação responsável principalmente pelo lançamento e instalação de linhas e equipamentos necessários juntos aos poços de petróleo.
· Crewboat: Embarcação destinada ao transporte rápidp da tripulação e de outras equipes que atuam nas plataformas
· Research Supply Vessel (RSV): Barco de apoio à pesquisa e coleta de dados sísmicos
· Outros.
Como podemos ver, todos os navios de apoio são destinados a prestar serviços para operações offshore. Serviços estes que são remunerados. Podemos nos referir ao termo “remunerado” nesta situação, pois a maioria das companhias de petróleo, que extraem petróleo nas operações offshore, não possui seus próprios navios de apoio, então elas afretam navios deste tipo.
O afretamento deste tipo de embarcação ocorre usualmente por meio de licitações. Este mecanismo para afretar segue principalmente a seguinte lógica: o navio, com as características requeridas, que oferecer a menor taxa de frete, que é o preço do navio por tempo de uso, ganha a licitação e é afretado pela companhia. O lucro dos armadores de navios de apoio está “embutido” na taxa de frete e este deve ser calibrado a fim de oferecer uma taxa de frete competitiva.
Com o passar do tempo devido à valorização crescente da exploração de petróleo, as taxas de fretes e a demanda por navios de apoio têm se mostrado cada vez mais altas, o que vem ocasionando um incremento nos custos operacionais das empresas de petróleo como podemos ver a seguir [7] :
Figura 12 - Evolução dos Gastos com Afretamentos - Apoio Marítimo
A demanda por novos navios de apoio vem impulsionando a renovação da frota de apoio marítimo, que no período de 2009 à 2012 apresentou uma expansão de 27%. Esta renovação tem como principal agente o Programa de Renovação da Frota de Apoio Marítimo (PROREFAM) [8] .
Figura 13 - Quantidade de Embarcações x Idade Média da Frota de Apoio Marítimo
Como visto, os navios de apoio têm diversas funcionalidades, principalmente de transporte de cargas e de prestação de serviços. Quando falamos de transporte de cargas para unidades offshore o principal supply a ser mencionado é o PSV que é o principal transportador de cargas para o reabastecimento das unidades.
O fato da necessidade constante de reabastecimento periódico de plataformas de operação e perfuração torna o PSV um dos destaques dos navios de apoio, podendo este transportar bens como equipamentos e fluidos usados em operações de perfuração (cimento, lama e água de perfuração).
Este destaque pode ser expresso em números, onde de acordo com um levantamento de dados da Agência Nacional de Transporte Aquaviário 40% da frota de navios de apoio é composta por PSVs [8]
Figura 14 - Distribuição da Frota de Apoio Marítimo
Estudos ainda indicam que a expansão da fronteira exploratória com o pré-sal vêm trazendo necessidades de embarcações com um porte cada vez maior, a perspectivas é que PSVs com capacidade de carga superior a 4000 dwt sejam construídos em números cada vez maiores [9] .
Figura 15 - Perpespectiva de Capacidade de Carga
O PSV aqui projetado será do tipo 4500 DWT
Todos os navios de apoio oferecem serviços de apoio, sejam estes de manuseio de ancoras, combate a incêndio, manuseio de linhas, entre outros. A taxa de frete de cada tipo de navio varia de acordo com o tipo e quantidade de serviços de apoio que cada navio oferece, bem como a licitação de um navio e seu consequente contrato de afretamento são baseados nestes tipos de serviço. A influência dos serviços prestados por cada navio de apoio no valor dá sua taxa de frete se dá principalmente pelo custo e aquisição e manutenção dos equipamentos necessários para realizar tais serviços.
Para visualizar melhor esta diferença temos abaixo um gráfico comparativo da evolução da taxa de frete de navios do tipo AHTS e PSV. Como podemos ver, a taxa de frete do AHTS apresenta valores maiores que a do PSV, porém isto não quer dizer que é mais vantajoso e lucrativo construir um AHTS do que um PSV, quer dizer que o custo para construir um AHTS é maior do que para construir um PSV, pois o primeiro possui equipamentos caros de manuseio de ancoras que influenciam diretamente no custo de construção e consequentemente na sua taxa de frete.
Figura 16 - Comparativo da evolução da taxa de frete de PSVs e AHTSs
A necessidade de novas embarcações de apoio para atender a demanda do pré-sal como visto nos tópicos acima vem contribuindo para um significável aumento da construção de navios de apoio. No âmbito de impulsionar tal indústria é valido destacar os incentivos governamentais para financiamento das mesmas. Estes incentivos são retirados do FMM (Fundo da Marinha Marcante), cujo patrimônio é formado pelo retorno dos financiamentos concedidos e pelo Adicional ao Frete para a Renovação da Marinha Mercante (AFRMM). Este adicional de frete é composto basicamente por uma taxa aplicada sobre operações de empresas estrangeiras de navegação afretadas de registro estrangeiro e sobre empresas brasileiras que operam embarcações afretadas de registro estrangeiro e parcelas (de 8% a 41%) dos recursos gerados por outras operações, sobretudo a navegação de longo curso [10]
Desde 1999, quando a Petrobras lançou o primeiro Programa de renovação da Frota de Apoio Marítimo (PROREFAM) os desembolsos pelo FMM têm sido destinados em grande parte para a frota de apoio marítimo. Vale destacar também a atuação do BNDES como repassador do FMM ao armador e/ou estaleiro contratado.
O PROREFAM é um programa promovido pela Petrobras a fim reduzir a dependência dos afretamentos de embarcações estrangeiras e construir embarcações no Brasil com índice de nacionalização de 75%. O programa prevê a construção de 146 embarcações entre 2008 sendo 64 do tipo AHTS, 64 PSV e 18 ORSV.
Com a implementação do PROREFAM a Petrobrás se posiciona então como a maior afretadora de navios no Brasil, então, a embarcação projetada visa atende os requisitos impostos pela Petrobrás. A fim de atender os requisitos da Petrobras o grupo buscou uma licitação, na qual os requisitos impostos pela Petrobras para o afretamento estão determinados. As especificações impostas pela Petrobras nesta licitação se encontram em uma seção posterior deste relatório nomeada como Especificações de Projeto.
Vale ressaltar que as licitações são feitas com base em estudos realizados pela área de pesquisa operacional das companhias de petróleo a fim de dimensionar a demanda de suprimentos, e a frota necessária de supridores para atender esta demanda.
Figura 17 - Desembolsos do FMM Figura 18 – Desembolsos do FMM pelo BNDES
Além de grandes desembolsos, facilidades impostas pelo financiamento são grandes estimuladoras aos empreendimentos, com destaque para os longos prazos de carência e amortização e as baixas taxas de juros, o que se mostra favorável para a construção, como se vê abaixo:
Figura 19 - Condições de Financiamento FMM para Embarcações de Apoio
Podemos ver como indicado abaixo que os incentivos governamentais em conjunto com as condições favoráveis para o empreendimentos tem impulsionado de forma significativa a construção naval brasileira , fazendo com que as carteiras dos estaleiros cresçam cada vez mais com perspectivas de um constante aumento pelo menos até 2020.
Figura 20 - Encomendas dos Estaleiros Brasileiros Figura 21 - Perspectivas de Construção para os Próximos 10 anos
Dentro dos navios de apoio construídos nos últimos 10 anos podemos ainda destacar o nosso objeto de projeto, o navio PSV, que totaliza mais da metade das embarcações construídas, evidenciando assim a grande necessidade deste tipo de embarcação.
Figura 22 - Embarcações Construídas no Brasil nos Últimos 10 anos
Em relação aos estaleiros, temos que a maioria das embarcações de apoio é construída em estaleiros de pequenas e médias embarcações. Atualmente com grande destaque na construção de navios de apoio Offshore temos os Estaleiro STX OSV e o estaleiro Aliança, ambos situados no Rio de Janeiro. Estes estaleiros são cotados então como possíveis construtores para o projeto aqui elaborado.
Figura 23 - Principais Construtores de Navios de Apoio Offshore
6 Contexto Tecnológico
Como vimos, os diferentes tipos de navio de apoio realizam funções diferentes. Podemos concluir então que estas possuem características diferentes entre si. O PSV possui diversas características que estão relacionadas com as expectativas de sua operação em mar, características estas que se não forem percebidas não há como se dar o “tapa inicial” no projeto de um PSV. A seguir listaremos uma lista das principais equipamentos e sistemas que caracterizam a embarcação de apoio PSV.
Figura 24 - PSV: Caracteristícas
O sistema propulsivo diesel Elétrico é uma característica dominante em todos os PSVs recentemente contruídos. Este é composto por:
1. Gensets: Motores Diesel e Geradores
2. Quadros de Distribuição
3. Transformadores
4. Conversores de Frequência
5. Motores Elétricos
6. Caixas Redutoras (se necessário)
7. Propulsores
Figura 25 - Sistema Propulsivo DIesel Elétrico
A presença dos GENSETS torna vantajosa a escolha pelo sistema propulsivo diesel elétrico, pois estes são capazes de gerar toda a energia elétrica necessária a bordo. A distribuição da energia é feita pelos quadros de distribuição e parte desta energia é destinada para os impelidores para dar propulsão ao navio bem como para manter o posicionamento dinâmico da mesma.
O sistema de posicionamento dinâmico é definido com um sistema que controla automaticamente a posição horizontal e aproamento de uma embarcação por meio de propulsão ativa. Para o PSV este sistema é de suma importância, pois durantes suas operações de apoio este sofre diversas forças ambientais de ondas ventos e correnteza que alteram a posição de operação do mesmo.
Em linhas gerais, o sistema DP corresponde a um complexo sistema de controle composto por sensores (DGPS, sonar, anemômetros, giroscópios, etc.), atuadores (impelidores) e um processador central responsável pela execução do algoritmo de controle e pela interface com o operador [11] .
Figura 26 (a) Definição dos movimentos (b) SIstema DP (c) Console de Comando
Figura 27 - Diagrama dos Blocos de um Sistema de Posicionamento Dinâmico
Além dos complexos algoritmos de controle, filtragem e alocação, o sistema DP é composto por um grande conjunto de componentes que garantem o seu funcionamento.
Figura 28 - Elementos de um Sistema DP
O subsistema de Potência é responsável por fornecer energia ao sistema DP, que consome uma grande parte da energia produzida na embarcação.
O subsistema de Atuação é composto pelos diversos tipos de propulsores e pelos sistemas de controles associados a cada um deles. Os propulsores mais comuns em embarcações do tipo PSV são os propulsores azimutais e os propulsores montados em túneis instalados transversalmente ao casco (BowThrusters).
Figura 29 - (a) Propulsor Azimutal (b) Bow Thrusters
O subsistema de sensoriamento é composto pelos sensores de posição conhecidos como sistemas de referência de posição, que medem a posição de um ponto da embarcação no plano horizontal.
Em suma o Sistema de posicionamento dinâmico completo pode ser visualizado como se segue:
Figura 30 - Sistema DP
Atualmente, as embarcações são classificadas de acordo com o nível de redundância do sistema em três níveis:
1. DP I: a perda do controle da posição do navio pode ocorrer devido á uma única falha de qualquer componente do sistema
2. DP II: a perda do controle da posição do navio não deve ocorrer devido á uma única falha de qualquer componente do sistema. Há a redundância de impelidores, motores e geradores.
3. DP III: A embarcação manterá sua posição mesmo com a avaria de um compartimento inteiro. Isso indica que todos os componentes devem ter redundância e essas devem estar localizadas em outro compartimento estanque.
A embarcação aqui projeta será da classe DP II, classe mais comum dentre os PSVs e requisito também imposto pela licitação da Petrobras.
O Cargo Rail é em linhas gerais o trilho por onde guindastes rolantes percorrem. A presença destes trilhos, e de guindastes que o percorrem permitem que o navio a se carregar sem a necessidade de guindastes externos, permitindo também à tripulação uma melhor visão geral das operações de carga e descarga e também uma maior segurança desta operação devido a isto.
Figura 31 - PSV: Cargo Rail Com Guindastes
Pelo cargo rail do PSV aqui projetado, percorreção 2 guindastes, um de cada bordo, com capacidade de levantes de 10 toneladas e 12 metros de alcance, cada um tendo um peso de 24 toneladas (catologo triplex: Triplex KNC 120TM)
Recentemente, a Rolls Royce [12] desenvolveu um sistema chamado ASFA, que visa reduzir a necessidade de cabos percorrendo o convés principal para segurar as cargas no convés, este sistema contém pinos que se movimentam longitudinalmente ao longo do convés a fim de fixar as cargas do convés em dada posição e impedir a movimentação desta.
Figura 32 - PSV: Guias de Carga no Convés
O sistema de combate a incêndio é de grande importância em embarcações de apoio marítimo, pois operam em ambiente hostil com grande proximidade de embarcações entre si e outras estruturas flutuantes. As plataformas offshore trabalham com material altamente inflamável, e o risco de ocorrer incêndio em eventuais acidentes é alto. Por esses motivos o sistema de combate a incêndio é indispensável em uma embarcação PSV.
Este sistema é basicamente composto por canhões d’água normalmente localizados no tijupá que são acionados pelos seus próprios motores e estão ligados a bombas normalmente centrifugas.
Figura 33 - Canhões d`água Sistema Fi-Fi
Figura 34 - Vomba d`água Sistema Fi-Fi
Dependendo da vazão total do sistema do sistema de comate ao incêndio este pode ser classificado como de classe I, II ou III. A tabela a seguir resume as características de cada classe:
Usualmente as embarcações de apoio do Tipo PSV possuem sistema Fi-Fi de nível II. Sendo assim, o PSV aqui projetado terá Nivel II pois também é requisito imposto pela licitação da Petrobras
Grande parte dos PSVs possui os chamados tanques silos que isolam a carga da umidade, este tipos de tanque é normalmente utilizado para transportar cargas como cimento, barita, bentonia
Figura 35 - PSV: Silos
Como visto nas seções anteriores, o navio PSV tem versatilidade para transportar diferentes tipos de carga. Em geral a definição do tipo de carga que um navio deste tipo transporta é recorrente da demanda das plataforma Offshore. As plataformas podem ser divididas em 2 tipos: Plataforma de Perfuração e Plataforma de Produção. Os PSvs que atendem as plataformas de perfuração são recorrentemente chamados de “fluideiros” pois seus tanques de cargas basicamente abrigam fluidos de perfuração como salmora, lama, bentonita utilizados nas operações de perfuração de poços. Além dos fluidos de perfuração há a necessidade de reabastecimento periódico de insumos como água e óleo essenciais para a manutenção das atividades das Plataformas. Os PSVs que transportam estes tipos de carga atendem tanto as Plataforma de Produção quantos as de Exploração.
Foi determinado então que o PSV aqui projetado transportará água e óleo a fim de atendem as 2 classes de plataformas citadas. Para determinar o volume de cada tipo de carga, a licitação de um PSV 4500 da Petrobras já mencionada.
De acordo com a licitação escolhida a segregação das cargas e suas respectivas capacidades são dadas por:
ITEM
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CAPACIDADE
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VAZÃO DESCARGA
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ÁGUA POTÁVEL SEGREGAÇÃO
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2500 m³
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90 m³/h
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ÓLEO ÁGUA POTÁVEL OU DIESEL SEGREGAÇÃO 2
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500 m³
|
90 m³/h
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ÓLEO DIESEL SEGREGAÇÃO 3
|
500 m³
|
90 m³/h
| |
CARGA DE CONVÉS
|
2200 t
| ||
Figura 36 - Cargas definidas pela Licitação da Petrobras
Fazendo um cálculo rápido vemos que caso o PSV seja totalmente carregado seu porte bruto se mostra superior a 4500 toneladas:
Isto significa que apesar do PSV poder carregar água, óleo combustível e cargas em seu convés, este nunca irá operar na capacidade máxima de todas as cargas simultaneamente. Esta restrição de carregamento pode parecer prejudicial ao projeto de um PSV, afinal, apesar de termos espaço para carregá-lo completamente, não o faremos. Este fato se deve a flexibilidade que um PSV deve ter em relação ao transporte de cargas, ou seja, dependendo da viagem, ele levará diferentes cargas em diferentes quantidades.
Para viabilizar a operação da embarcação na região do pré sal é necessário, dentro dos inúmeros terminais portuários da costa brasileira, escolher uma base de apoio de menor distancia à Tupi. Após feito um breve estudo de distancia dos principais portos que se aproximam do região de atuação, sendo eles o Porto do Rio, Porto de Santos e Porto de Imbetiba, constatou-se que o porto do Rio de Janeiro seria o mais adequado levando em conta o tempo de viagem que a embarcação gastaria para chegar as unidades offshore de Tupi:
Figura 37 - Possíveis Base de Apoio
Dentro então dos diversos terminais na cidade do Rio de Janeiro, basta agora escolhermos o terminal mas adequado para a atracação da embarcação. Após feito um levantamento de dados constatou-se que o Terminal Briclog no bairro do Caju, adquirido pela empresa Brasco do Grupo Wilson Sons é uma grande referencia de base de apoio pra embarcações do tipo PSV.
Figura 38 - Posição Geográfica do Terminal Briclog
Atualmente o Terminal conta com 2 trechos de cais que somam 180 metros e existe um projeto de ampliação para que mais 428 metros sejam utilizados como cais.
Figura 39 - Terminal Briclog
O Terminal de Briclog permite que navios com até 6,5 metros de calado e 90 metros de comprimento atraquem.
Após termos definido a as cargas a serem transportadas e suas respectivas vazões de descarga requeridas na seção 7 e a distancia entre a base de apoio e o Campo de Tupi na seção 8.1 podemos então definir a autonomia necessária para a embarcação.
A embarcação deve ter autonomia a fim de operar de forma interrupta nas seguintes operações:
· Viagem em sua Velocidade de Serviço até as Plataformas de Destino
· Carregamento no Porto
· Descarregamento na Plataforma
Foi então formulada uma tabela com os tempos necessários para a realização de cada uma das operações listadas acima. Para o cálculo do tempo de viagem, foi considerada uma velocidade de 12 nós, velocidade essa dada como mínima requerida pelo edital da Petrobras. O Valor da vazão das bombas para descarga também é estipulado pelo edital, já o valor das bombas para o descarregamento no Porto foi obtido através das especificações do terminal de Briclog.
Tabela 1 - Cáculo da Autonomia
Com o calculo exato para as horas necessárias para as operações chegou-se a um valor de 79 horas de operação interrupta. A fim de garantir que possíveis contratempos não façam com que a embarcação fique sem combustível para realizar suas operações foi estipulado um fator de segurança de 20% em cima do tempo calculado sendo assim, obteve-se um valor de 95 horas interruptas de operação o que é aproximadamente 4 dias de autonomia.
Para definir as condições ambientais nas quais a embarcação deve operar recorreu-se ao documento Metocean Data da Petrobras [13] onde é informado todas as possíveis condições climáticas da Bacia de Campos. Após verificar as possíveis combinações extrema de vento onda e corrente as quais o navio pode enfrentar concluímos que a Condição extrema de operação será de ventos, ondas e correntes vindas da direção Sudoeste cujos valores são dados por:
· Velocidade do Vento: 31,58 m/s
· Altura de Onda: 6,72 metros
· Velocidade da Corrente: 0,83 m/s
Tabela 2 Combinação Vento Onda e Corrente da Bacia de Campos
Levando em conta o tipo de carga transportada, as características do tipo de navio, a base de apoio e as possíveis rotas, e visando também atender os requisitos da maior afretadora de PSVs do Brasil, a Petrobras, foram definidos os requisitos de projeto para essa embarcação:
Tabela 3- Requisitos de Projeto
Antes de apresentarmos a estratégia do projeto do PSV desenvolvida pela dupla vamos primeiramente referenciar as contribuições e inspirações que direta e indiretamente proporcionaram as bases para os projetistas na formulação do método que será abordado nas seções seguintes.
Um dos métodos mais tradicionais quando se fala de projeto de embarcações é a espiral de Evans desenvolvida em 1959. J Harvey Evans em sua publicação “Basic Design Concepts” [1] que tentou ordenar de maneira lógica as etapas de projeto de um navio de carga geral. Nesta espiral, o passo a passo do projeto evolui em estágios cíclicos, no qual em cada “volta” ele aumenta o grau de detalhamento das características de projeto, até que se chegue ao ponto central onde o objeto está plenamente definido. Temos ainda neste método que o sequenciamento de ações pressupõe uma intimidade do projetista com a “coisa pensada” e a necessidade de dados estatísticos de bons exemplos do objeto de projeto são importantes para a eficiência do processo. Na espiral de Evans os pontos pretos representam uma ação de projeto a ser realizada. Alguns cruzamentos da espiral não apresentam estes pontos, significando que “não se faz” aquela ação e, quando necessário, parâmetros que são posteriormente calculados podem ser estimados, em um primeiro momento.
Figura 40 - Espiral de Evans
A formulação da espiral por Evans apesar de se tratar em um marco para os projetistas navais foi não evidencia as relações entre os elementos funcionais bem como os retornos a serem feitos para refina-los. Portanto a estratégia de projeto a ser formulada para a embarcação aqui em questão será baseada em 3 etapas que formam um processo cíclico. A primeira etapa consiste na síntese, que são os elementos funcionais do objeto, que o caracteriza fisicamente, a síntese é uma etapa de proposição, caracterização e idealização, ou seja, um “chute” de como os projetistas idealizam o projeto. Após este “chute” vem asegunda etapa, que é a de análise, na qual os elementos funcionais propostos são consolidados através de testes e de acordo com as expectativas funcionais do objeto. Por fim vem a terceira etapa chamada de avaliação, que consiste em uma etapa de qualificação do objeto a fim de ter o discernimento se as expectativas de projeto estão sendo atendidas satisfatoriamente.
Figura 41 - Trinônimo Síntese Análise Avaliação
A fim de melhor os elementos de síntese do objeto de projeto foram primeiramente relacionados os principais eventos a que a embarcação está destinada, isto é, as situações nas quais a embarcação estará inserida ao longo de sua vida útil. Assim, é possível identificar o que se espera da embarcação diante destes eventos e dessa forma criar concepções (partes físicas da embarcação) necessárias para atender as expectativas. Além disso, foram determinadas análises funcionais a serem feitas para cada síntese Para tanto foram criadas questões que auxiliam a elaboração desta listagem que compreende eventos, expectativas, sínteses e análises, são estas:
· O que a embarcação irá executar?
· O que se espera que ela atenda?
· E quais as funcionalidades ela terá para que possa atender a estas expectativas?
· O que se deve ser testado desta funcionalidade a fim de saber se esta é realmente capaz de atender estas expectativas?
Antes de apresentar a listagem feita das sínteses necessárias para atender as expectativas e das analises pertinentes, iremos apresentar a definição de cada síntese a analise que se foi pensada:
SÍNTESES
· Forma: Definição da geometria do casco. Em linhas gerais pode ser descrita pelas dimensões do casco ( Comprimento, Boca e Pontal) e pelo coeficiente de bloco (cb)
· Compartimentação: Definição e dimensionamento dos compartimentos da embarcação. Esta divisão engloba tanques de cargas, consumíveis, lastro, bem como paióis e compartimento de maquinário.
· Arranjo Geral: Representação do posicionamento físico das instalações, compartimento e equipamentos a bordo
· Sistema propulsivo: Sistema azimutal composto por: Motores elétricos, Propulsores Transformadores, Conversores de frequência.
· Sistema DP: Sistema composto por impelidores e todos os equipamentos necessários, bem como um sistema computacional no centro de comando da embarcação com finalidade de impedir que a posição da embarcação altere em determinada condição de mar.
· Topologia Estrutural: Escantilhonamento e posicionamento dos reforços estruturais do navio.
· Superestrutura: Definição e dimensionamento dos espaços internos à casaria. Contempla a definição das acomodações, dos aparatos necessários a tripulação, da central de comando da embarcação, das áreas comuns e do tijupá.
· Sistema de Bombas: Definição e Dimensionamento das bombas necessárias para movimentação de cargas, consumíveis e água de lastro.
· Sistema Fi-Fi: Definição e dimensionamento das bombas e canhões de água destinada a combate ao incêndio em outras embarcações
· Sistema de Geração de Energia: Definição e dimensionamento dos geradores e motores diesel necessários para a geração elétrica demandada pela embarcação.
ANÁLISES
· Viabilidade Econômica: Calculo da taxa de frete a ser oferecida para afretamento da embarcação
· Seakeeping: Verificação do desempenho do navio em ondas a fim de saber o nível de conforto e segurança que a tripulação terá em suas operações.
· Estabilidade: Após todas as massas que compõem a embarcação estejam calculadas e devidamente arranjadas deve-se verificar para diferentes condições de carregamento se a embarcação está atendendo os critérios da IMO.
· Resistência Estrutural: Verificação se a estrutura dimensionada resiste aos esforços solicitantes e da existência de possíveis regiões críticas que venham a necessitar um reforço estrutural adicional.
· Capacidade de Carga: Verificação se capacidade de carga da embarcação está de acordo com a prevista após o dimensionamento dos tanques de carga
· Área de Convés: Verificação da área de carga do convés, para saber se esta de acordo com a prevista.
· Resistência ao Avanço: Cálculo da resistência ao avanço da forma gerada em seu calado de projeto pelo método estatístico de Holtrop.
· Potência Requerida Sist. Propulsivo: Verificação da potencia necessária para propelir a embarcação na velocidade de serviço estipulada.
· Balanço Elétrico: Verificação da demanda de energia da embarcação. Demanda de todos os sistemas de máquinas e de energia elétrica necessária para a tripulação
· Consumo de Combustível: Verificação do Consumo de Combustível
· Ergonomia dos Espaços: Verificação da ergonomia da movimentação de pessoas no convés aberto e nas regiões de carga e de máquinas
· Ergonomia dos Espaços da Superestrutura: Verificação da ergonomia da movimentação de pessoas na casaria, bem como da habitabilidade.
· Visibilidade: Verificação do alcance da visão que o comandante da embarcação possui no centro de comando.
· Potência Requerida Sist. DP: Verificação da potência necessária para que os impelidores anulem as forças de excitação e façam com que a embarcação mantenha posição fixa
· Alcance e Capacidade dos Guindastes: Verificação do braço necessário do guindaste para que este possa cobrir toda a região de carga no convés, bem como da capacidade de levante necessária para a movimentação das cargas
· Potência Requerida Sist. De Bombas: Verificação da potencia necessária para a movimentação das cargas líquidas
· Vazão do Sist. de Bomba: Verificar se a vazão das bombas permite realizar a operação de descarregamento no tempo previsto
· Vazão das Bombas de Incêndio: Verificar se a vazão dessas bombas é maior ou igual a requerida para a operação de combate a incêndio
· Potência Requerida Sist. Fi-Fi: Calculo da Potência demandada pelo sistema de Combate ao Incêndio.
· Borda Livre: Verificação da reseva de flutuabilidade da embarcação pelo calculo da regra prevista da ICLL da IMO.
· Peso de Aço: Cálculo do peso de aço do chapeamento do casco e dos reforços estruturais
· Peso de Superestrutura: Análise do peso da Superestrutura
· Peso do Sist. Propulsivo: Análise do peso dos propulsores azimutais
· Peso do Sist. FiFi: Análise do Peso das bombas e dos canhões pertencentes ao sistema de combate ao incêndio
· Peso do Sist. DP: Análise do peso dos impelidores laterais.
· Pesdo do Sist de Geração de Energia: Análise do Peso dos Gensets
· Peso do Sist. De Bombas: Análise do Peso das bombas de descarga da embarcação
· Módulo de Seção: Verificação se o módulo de seção obtido é menor do que o requerido pela regra
· Autonomia: Verificação do Tamanho dos tanques de consumíveis para alimentar o sistema de maquinário e prover a tripulação de água potável.
As definições acima foram definidas a partir das duas tabelas a seguir:
Tabela 4 - Eventos -Expectativas - Sínteses - Analises
Adicionada a esta listagem foram relacionadas outras expectativas fundamentais da embarcação, a qual ela deve sempre atender independentemente dos eventos nos quais ela se encontra. Exemplificando, a reserva de flutuabilidade deve ser garantida em qualquer situação de operação, ou seja, em qualquer evento.
Tabela 5 – Expectativas – Sínteses - Análises
Expectativas Independentes dos Eventos
|
Sínteses
|
Análises
| |
Reserva deFlutuabilidade
|
Forma
|
Borda Livre
| |
Menor Peso
|
Topologia Estrutural
|
Peso de Aço
| |
Superestrutura
|
Peso da Superestrutura
| ||
Sistema Propulsivo
|
Peso do SP
| ||
Sistema de Combate á Incêndio
|
Peso do SCI
| ||
Sistema de DP
|
Peso do SDP
| ||
Sistema de Geração de Energia
|
Peso do SGE
| ||
Sistema de Bombas
|
Peso do SB
| ||
Menor Número de Espaços Vazios
|
Arranjo Geral
|
Distribuição dos Espaços
| |
Casco com Estrutura Reforçada
|
Topologia Estrutural
|
Módulo de Seção
| |
Garantir 4 Dias de Operação sem Necessidade de Reabastecimento
|
Compartimentação
|
Autonomia
| |
Conforto e Segurança
|
Navio
|
Seakeeping
| |
Menor Taxa de Frete
|
Navio
|
Custo Capital
| |
Custo Operacional
| |||
Custo Viagem
| |||
Navio Estável
|
Navio
|
Estabilidade
| |
Navio Resistente aos Esforços Solicitantes
|
Navio
|
Resistência Estrutural
|
A partir das sínteses e análises listadas anteriormente buscou-se então organizar todas as informações de forma à proporcionar ao projetista um melhor entendimento como se dá a interação entre todas as sínteses e análises listadas para o projeto. Desta forma, foi proposta a criação de matrizes de influência, confrontando síntese com síntese, análise com análise e síntese com análise. Esta é uma etapa fundamental do projeto, pois orienta o projetista na decisão que as etapas serão feitas, quando interromper uma etapa e para onde retornar o processo.’
11.3.1 Matriz Síntese x Síntese
A matriz de sínteses é um recurso utilizado para auxiliar na percepção da interferência que um elemento de síntese da mesma exerce sobre outro. Sua principal utilidade consiste em determinar o melhor caminho para consertar um problema ou falha durante o projeto, pois esta deixa clara as sínteses que mais influenciam as demais e as mais influenciadas. Ou seja, quando ocorre um erro no projeto a maneira mais prática de corrigi-lo é alterar as sínteses que tem menos influencia nas demais.
A matriz foi feita da seguinte forma, após elaborara seção Eventos, retiramos deste nossas sínteses e através das seguintes perguntas analisamos a influência ou não de uma síntese na outra e o grau de influência:
· Quando o elemento da linha afeta o elemento da coluna?
Assim foi elaborada a matriz abaixo:
OBS: ESSA MATRIZ PODE SER VISUALIZADA MELHOR EM UM LIINK QUE SE ENCONTRA AO FINAL DESTA SEÇÃO, JUNTO COM AS OUTRAS MATRIZES E O FLUXOGRAMA DO MÉTODO DE PROJETO
Tabela 6 - Matriz Síntese x Síntese
11.3.2 Matriz Análise x Análise
A matriz de análises é um recurso utilizado para auxilia na percepção do quando uma análise é dependente da outra. A montagem foi feita utilizando o seguinte critério: quando a análise que estava nas linhas precedia a análise que estava na coluna, era inserido o coeficiente “1”, quando não havia precedência, o valor “0” era inserido. A palavra chave desta matriz é precedência.
OBS: ESSA MATRIZ PODE SER VISUALIZADA MELHOR EM UM LIINK QUE SE ENCONTRA AO FINAL DESTA SEÇÃO, JUNTO COM AS OUTRAS MATRIZES E O FLUXOGRAMA DO MÉTODO DE PROJETO
Tabela 7 - Matriz Análise x Análise
A matriz cruzada é um artifício que reúne as informações das duas matrizes, sendo a melhor para ser usada como recurso na decisão da cronologia de execução das sínteses e suas análises, possibilitando observar quais análises qualificam cada objeto de síntese.
Através da matriz cruzada é possível decidir melhor quais sínteses que devem ser feitas prioritariamente com suas análises relacionadas, considerando-se a importância das expectativas. A partir desta matriz é possível afirmar que as sínteses com maiores notas tem maior influência nas expectativas do projeto, ou seja, precisam ser avaliados com grande atenção durante o projeto para garantir o “controle da qualidade” do projeto (expectativas).
OBS: ESSA MATRIZ PODE SER VISUALIZADA MELHOR EM UM LIINK QUE SE ENCONTRA AO FINAL DESTA SEÇÃO, JUNTO COM AS OUTRAS MATRIZES E O FLUXOGRAMA DO MÉTODO DE PROJETO
Tabela 8- Matriz Síntese x Análise
A partir do desenvolvimento das matrizes buscou-se o montar o método de projeto, o qual será apresentado na forma de um fluxograma. Este fluxograma sequencia as etapas do projeto de acordo com as expectativas dos projetistas.
No início do fluxograma abaixo há o modelo matemático, o qual aborda de forma simplificada todo o projeto levando em consideração a expectativa princial dos projetisitas (variável de mérito) de se obter a menor taxa de frete. O modelo matemático, que terá sua explicação na seção seguinte deste relatório, define as dimensões principais da embarcação, este é como se fosse o “primeiro chute” para se obter o objeto de projeto plenamente. A partir das dimensões principais ótimas geradas pelo modelo matemático, se dá um inicio a um maior refinamento dos elementos funcionais, os quais serão analisados e avaliados.
No fluxograma abaixo, os itens na cor azul representam as sínteses, os itens na cor bege, representam as análises, e os itens na cor vinho representam as avaliações. Para as avaliações designou-se números que se correlacionam com a tabela abaixo:
Tabela 9 - Avaliações do Método
E o Fluxograma pode ser visto como se segue abaixo:
OBS: O FLUXOGRAMA DO MÉTODO DE PROJETO PODE SER VISUALIZADO MELHOR EM UM LIINK QUE SE ENCONTRA AO FINAL DESTA SEÇÃO, JUNTO COM AS OUTRAS MATRIZES QUE BALIZARAM O DESENVOLVIMENTO DESTE
Figura 42 - Fluxograma do Método de Projeto
O fluxograma e as matrizes podem ser visualizados clicando AQUI
O modelo matemático aqui implementado, que a partir de agora será chamado de otimizador, deve representar o objeto tanto nos aspectos físicos (sínteses), quantos nas expectativas, quando otimizáveis, as quais o objeto deve atender. Como nem todas as expectativas são otimizáveis este representa uma forma simplificada (o que não significa que esta é imprecisa) do método do projeto a fim de buscar as dimensões ótimas da embarcação para atender determinada expectativa principal do projeto, que neste caso trata-se da busca pelo menor taxa de frete requerida para a embarcação.
Para um maior refinamento desta ferramenta, os projetistas inseriram restrições no modelo matemático, estas por sua vez, sempre compatíveis com o contexto técnico e operacional o qual o objeto esta sujeito. As restrições inseridas balizam os dados de saída do otimizador e auxiliam no processo interativo a fim de que todas as qualidades que se esperam da embarcação sejam satisfeitas, que devem ser compatíveis com aquelas definidas no método de projeto e listadas nas matrizes (sínteses, análise e cruzada). As restrições impostas foram:
· A capacidade de carga da embarcação deve ser maior ou igual a 4500 Toneladas a fim de garantir que expectativa de se ter um volume de carga suficiente para transportar água e óleo diesel
· A área de convés da embarcação deve ser maior ou igual a 920 m2 a fim de se garantir a expectativa que se tem de armazenar cargas em contêineres no convés
· A altura metacêntrica da embarcação (GM) deve ser maior do que 0,8 (valor recomendando de Gm para embarcações do tipo Supply) a fim de que a expectativa de que a embarcação seja estável seja atendida
· O calado da embarcação deve ser igual ao pontal menos a borda livre a fim de garantir que a expectativa de reserva de flutuabilidade seja atendida.
· A potência do sistema de DP deve ser maior ou igual a potência necessária para anular os esforços ambientais a fim que a expectativa que a embarcação mantenha a posição de operação no evento em que a embarcação está abastecendo a plataforma seja sendo atendida. Porém esta deve também respeitar o requisito mínimo de potência imposta pelo edital da Petrobrás
· A potência Produzida pelo sistema propulsivo deve ser capaz de gerar um empuxo para propelir a embarcação em sua velocidade de serviço. Porém esta deve também respeitar o requisito mínimo de potência imposta pelo edital da Petrobrás
· A potência produzida pelos geradores principais deve ser capaz de atender toda a demanda elétrica da embarcação. Porém esta deve também respeitar o requisito mínimo de potência imposta pelo edital da Petrobrás
Ao estarmos minimizando a taxa de frete requerida (expectativa principal do projeto) estamos diretamente atendendo outras expectativas que se tem da embarcação como:
· A expectativa que a embarcação tenha o menor peso de aço esta sendo atendida pois estamos determinando as dimensões ótimas da embarcação a fim de que estas sejam as menores possíveis e atendam as restrições impostas. Ao estarmos determinando as dimensões ótimas da embarcação a fim de atender a viabilidade econômica estamos diretamente minimizando o peso de aço que impacta diretamente no cálculo da taxa de frete e está diretamente relacionado com as dimensões da embarcação
Para este otimizador, foi utilizada a ferramenta “Solver” do Excel. O Solver trabalha com um grupo de células relacionadas direta ou indiretamente com a fórmula na célula de destino. Para o caso deste navio, a célula de destino será a da taxa de frete requerida, onde as variáveis livres variam balizadas pelas restrições do projeto, visando atingir a mínima taxa de frete. As variáveis livres escolhidas foram
· Comprimento da embarcação
· Boca da Embarcação
· Calado da Embarcação
· Velocidade de Serviço
Abaixo então pode ser visto o fluxograma do otimizador com comentários referentes a cada passagem do método.
Nas próximas seção são explicados em detalhes os cálculos feitos por cada aba do otimizador aqui implementado
A aba início apresenta as variáveis livres, as restrições de projeto, as relações de dimensões fixadas, os dados ambientais da bacia de campos, e “botão” para iniciar o “Solver” e os resultados obtidos do “Solver”.
A aba coeficientes de forma utiliza as relações prevista no livro ‘Ship Design for Efficiency and Economy’ [14] para determinar o Coeficiente de Bloco, O Coeficiente de Seção Mestra, o Coeficiente Prismático, a relação entre o centro longitudinal de carena e o comprimento do navio e o coeficiente de área de linhad`água.
Essas relações são as seguintes:
· Para o Coeficiente de Bloco:
· Para o Coeficiente de seção Mestra:
· Para o Coeficiente Prismático:
· Para a relação entre o centro longitudinal de carena e o comprimento do navio:
· Para o coeficiente d área de linha d`água:
A aba deslocamento utiliza o coeficiente de bloco calculado na Aba Coeficientes de Forma e das dimensões do navio para calcular o Volume Moldado e o deslocamento da Deslocamento da embarcação:
· O volume Moldado é dada por:
· O deslocamento é dado por:
A aba borda livre calcula a borda livre mínima de acordo com os regulamento da International Convention on Load Lines [15] . Os regulamento aplicáveis a embarcação em questão são:
· Regulamento 28: Borda livre inicial tabelada de acordo com o comprimento do navio
· Regulamento 29: Correção da borda livre para navios com comprimento Inferior a 100 metros
· Regulamento 29 - Correção da Borda Livre para Navios com Comprimento Inferior a 100 m
· Regulamento 30: Correção para o Coeficiente de Bloco
· Regulamento 31: Correção para o Pontal
· Regulamento 37: Deduções para Superestrutura e Troncos
· Regulamento 38: Perfil de Tosamento Padrão
Após a aplicação dos regulamentos citados acima chegamos à borda livre mínima por regra e a partir deste valor temos então condições de calcular o pontal da embarcação:
A aba resistência ao avanço calcula a resistência ao avanço do navio de acordo com o método de Holtrop [16] que se mostra como uma alternativa razoável para a estimativa da resistência ao avanço pois foi formulado por uma regressão estatística baseada em experimentos com modelos e resultados de diversos navios de deslocamento.
A partir do calculo pelo método encontramos a potência necessária para impulsionar a embarcação em sua velocidade de serviço.
Na aba Posicionamento dinâmico foram calculadas as forças ambientais atuantes na embarcação são elas:
· Força do Vento
· Força da Corrente
· Força da Onda
Após calcular cada uma dessas forças temos a força total ambiental sobre a embarcação:
Obtemos então a força total na unidade tonelada/força. Utilizando a relação de 75 Kw por tonelada temos a potência requerida do Sistema de Posicionamento Dinâmico:
Como o uso máximo dos motores elétrico é de 90% devido às perdas de transmissão temos:
Nesta aba serão selecionados os dois propulsores azimutais principais (para propelir a embarcação) e os dois impelidores laterais (para manter a embarcação em posicionamento dinâmico). Para a escolha dos propulsores foi então inserido na planilha dois catálogos diferentes. Para a seleção dos propulsores azimutais foi inserido um catálogo do fabricante Rolls Royce e para a seleção dos impelidores laterais foi inserido um catálogo do fabricante Wartsila [17] :
Com estes catálogos inseridos foi então inserida também uma formulação para a escolha dos propulsores e impelidores que atendessem o requisito de potência calculado nas abas Posicionamento Dinâmico e Resistência ao avanço. Após mapear todos os propulsores e impelidores que satisfazem o requisito de potência a planilha ainda escolhe dentre estes os de menor potência, sempre respeitando a potência mínima imposta pela licitação da Petrobrás como especificada na seção Especificações de Projeto.
A aba Balanço Energético estima a potência consumida em cada modo de operação da embarcação, os modos são:
· Embarcação em Viagem (Em velocidade de serviço)
· Plataforma (Descarregando)
· Standy-by (Esperando ordens)
· Porto (Carregando)
· Fi-Fi (Apagando incêndio)
A potência a ser considerado para dimensionar os geradores é a maior entre as cinco. Vale lembrar que normalmente o gerador opera com 85% de sua capacidade e isso foi considerado nos cálculos. Para estimar a potência consumida foi utilizada uma planilha fornecida pelo professor Luis Vaz na disciplina “Projeto de sistemas de máquinas”. Para o caso de Fi-Fi utilizou-se a vazão das bombas e pressão de saída da classe Fi-Fi II, requerida no projeto e para o caso de descarregamento os dados (vazão e pressão) foram tirados da licitação. A potência dos propulsores já é conhecida e a de outros equipamentos foi estimada com dados da própria planilha.
A partir da demanda de energia calculada na Aba Balanço Energético, pode-se então escolher os Gensets que serão responsáveis pela geração de energia para todos os sistemas da embarcação. Primeiramente foi inserido na planilha dois catálogos de geradores,um do Fabricante Caterpillar [18] , e outro do fabricante Rolls Royce. Com os catálogos inserido, foi então inserida também uma formulação para a escolha dos gensets que atendessem o requisito de potência calculado nas aba Balanço Energético. Após mapear todos os Gensets que satisfazem o requisito de potência a planilha ainda escolhe dentre estes os de menor potência, sempre respeitando a potência mínima imposta pela licitação da Petrobrás como especificada na seção Especificações de Projeto.
Foi escolhido pela dupla que a embarcação terá 2 Gensets para geração de energia, e 1 reserva. Então a escolha será por 2 gensets que gerem metade da potência requerida.
12.10 Aba Arranjo de Convés
Esta aba tem como intuito calcular área de convés livre. Essa área possui o requisito mínimo de 920m² como indicado na seção Especificações de Projeto a fim de garantir que o convés de carga atenda o requisito de área imposto pela licitação da Petrobras.
Para o cálculo da área de convés algumas dimensões tiverem que ser estimadas, estas foram estimadas a partir de navios semelhantes. As dimensões estimadas foram:
· Comprimento da Superestrutura:
· Comprimento da região dos equipamentos de Fundeio:
· Largura do Cargo Rail:
Assim o comprimento e a largura do convés de carga podem ser calculados da seguinte maneira:
Pode-se então calcular a área de convés livre.
Uma figura ilustrativa das dimensões citadas acima pode ser visualizada abaixo:
Figura 43 - Arranjo de Convés Otimizador
A aba superestrutura calcula:
· O peso da Superestrutura
· O volume da Superestrutura
· A altura do centro de gravidade da Superestrutura (KG)
· A área Velica da superestrutura
Para o cálculo do peso da Superestrutura foi utilizado uma formulação do livro ‘Ship Design for Efficiency and Economy’ [14] que apresenta um cálculo de peso para cada convés a partir da seguinte fórmula:
Onde Fu é a área de convés, h é o pé direito do convés 3 Cdh é uma constante obtida a partir da seguinte tabela:
Onde os “Layers” representam os conveses da embarcação e a relação Fo/Fu representam as razões de áreas entre o convés que está sendo calculado e o convés abaixo a este.
Para os cálculos definiu-se que os a embarcação teria 5 conveses (mais o tijupá) com todos com o pé direito de 2,5 metros. O Comprimento de cada convés foi definido da seguinte forma:
Conveses
|
h (m)
|
Comprimento
|
Convés Principal
|
2,5
|
0,8*Lsup
|
A- Deck
|
2,5
|
0,7*Lsup
|
B-Deck
|
2,5
|
0,6*Lsup
|
C-Deck
|
2,5
|
0,55*Lsup
|
Passadiço
|
2,5
|
0,45*Lsup
|
Tijupá
|
0,4*Lsup
|
A altura do centro de gravidade a super estrutura é dada pela seguinte formulação:
O volume e a área velica da superestrutura são calculados a partir das dimensões dos conveses
A aba peso Leve calcula o peso leve e a altura do centro de gravidade da embarcação. Os pesos que foram considerados para o calculo foram:
1. Peso de Aço: esta parcela do peso leve é calculada a partir de uma formulação do livro ‘Ship Design for Efficiency and Economy’ [14] dada a seguir:
A altura do centro de gravidade deste peso é dada por:
Sendo Ckg dado por:
2. Peso dos Propulsores: esta parcela do peso leve é obtida a partir do propulsore selecionado na Aba Seleção de Propulsores. O KG para os propulsores é estimado como metade do diâmetro dos mesmos
3. Peso dos Bow Thrusters: esta parcela do peso leve também é obtida a partir do impeidores selecionado na Aba Seleção de Propulsores. O KG para os propulsores é estimado como metade do diâmetro dos mesmos
4. Peso dos Gensets: Esta Parcela do peso leve é obtida a partir dos Gensets Selecionados na Aba Sistema de energia
5. Peso da Superestrutura: esta parcela do peso leve é obtida a partir dos cálculos explicados anteriormente feitos na aba Superestrutura
6. Peso dos Guindastes: Especificado pelo catalogo da Triplex para com guindaste escolhido na seção Cargo Rail como sendo de 24 Toneladas. Como são dois Guindastes, o peso total é de 48 toneladas
7. Peso do Outfitting: esta parcela do peso leve é calculada a partir de uma formulação do livro ‘Ship Design for Efficiency and Economy’ [14] dada a seguir:
O Kg do Outfitting é dado por uma formulação também do livro ‘Ship Design for Efficiency and Economy’ [14] :
8. Peso de Solda: O peso da solda foi arbitrado como sendo 6% do peso de aço e o seu centro de gravidade teria a mesma altura do peso de aço
A aba capacidade de carga utiliza os dados calculados pelas abas Peso Leve e Deslocamento para calcular a capacidade de carga da embarcação:
A aba estabilidade faz os cálculos necessários a fim de estimar a altura Metacêntrica (GM) da embarcação. De acordo com o livro ‘Ship Design for Efficiency and Economy’ [14] os valores mínimos para a embarcação são dados como indicado na tabela a seguir:
O cálculo da altura metacêntrica é dado por:
Onde :
· O valor de KM (altura metacêntrica a partir da quilha) pode ser estimado a partir de uma formula apresentada na referência [14] :
· O valor de KG (altura do entro de gravidade) é obtido como indicado na Aba Peso Leve
A aba custo de construção calculo todos os custos referentes à construção do navio: os Custos a serem considerados para este cálculo foram:
· Custo de Máquinas
· Custo de Aço
· Custo de Outfitting
· Custo de equipamento de Convés
· Custo do Estaleiro
Para o cálculos dos custos citados acima, com exceção ao custo do estaleiro, foi usado uma relação entre custo x peso presente no Livro “Pratical Ship Design” [19] . Pôde-se então a partir dos pesos calculados na Aba Peso Leve estimar o custo de construção da embarcação.
Para o Custo de estaleiro arbitrou-se um valor de 5% do custo do navio.
A aba custo operacional calcula os custos com a tripulação e os custos com combustível.
A aba financiamento usa os custos das Abas Custo Operacional e Custo para, a partir do Sistema de financiamento definido (Sistema SAC, taxa de juros e de desconto, vida útil, etc.), realizar a viabilidade financeira da embarcação, que tem como resposta final a taxa de frete requerida do navio, que será a mínima possível, respeitando as expectativas listadas e as restrições pertinentes.
O modelo matemático pode ser visualizado clicando AQUI
12.18 Resultados do Otimizador – Navio Ótimo
Abaixo segue uma tabela com as principais características geradas do Navio Ótimo a partir do Otimizador implementado:
A partir dos resultados obtidos o grupo entende que estes são satisfatórios a ponto do navio ser considerado um navio ótimo, pois todas as restrições e expectativas otimizáveis foram atendidas chegando ao valor da menor taxa de frete possível dentro do contexto do projeto.
Fazendo uma comparação com o mercado atual, temos que a Petrobras, pela quarta rodada do PROREFAM, teve como o único bid qualificado, para afretamento de navios PSV 4500, o da Starnav Navegação. A empresa propôs uma taxa diária de US$ 35.246,54 para a contratação de três embarcações por oito anos; US$ 35.831,54 para duas embarcações pelo mesmo período ou US$ 36.024,54 por um PSV também por oito anos.
O valor da taxa de frete calculada pelo otimizador gira em torno da metade do qualificado pela Petrobras, proporcionando um lucro de 100% do investimento o que se pode considerar satisfatório levando em conta aos altos valores aos quais estamos nos mencionando.
A partir de estratégia de projeto foi determinado um cronograma para o término do projeto como se segue:
Figura 44 - Cronograma das Atividades
14 Bibliografia
[1]
|
J. H. EVANS, "BASIC DESIGN CONCEPTS," American Society of Naval Engineering ( A.S.N.E) Jornal, 1959.
| |||
[2]
|
www.palletcenter.com/Offshore. Acesso em 24 de outubro 2013
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[3]
|
Agencia Internacional de la Energia (AIE), "World Energy Outlook 2011," 2011.
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[4]
|
wwww.petrobras.com.br. Acesso em 10 de outbro de 2013
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[5]
|
SINAVAL, "Cenário no 2º Trimestre de 2011," 2011.
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[6]
|
ANTAQ, "Panorama da Navegação Marítima e de Apoio," 2011.
| |||
[7]
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ANTAQ, "Raio X da Frota Brasileira Naavegação de Apoio Marítimo" 2010.
| |||
[8]
|
Brazil Offshore Finance Forum, "Global Outlook 2011- 2012" 2011.
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[9]
|
R. C. Costa, V. H. Pires and G. P. S. Lima, "Mercado de Embarcações de Apoio Marítimio às Plataforma de Petróleo: Oportunidades e Desafios" 2008, Portos e Navios, Ed Abril 2008 .
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[10]
|
E. A. Tannuri, "Sistemas de Posicionamento Dinâmico: Projeto, Análise e Novos Desenvolvimentos," São Paulo, 2009.
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[11]
|
www.rollsroyce.com, Acesso em 2 de outubro de 2-13
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[12]
|
Petrobras, "Metocean Data," 2010.
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[13]
|
V. Bertram and H. Schneekluth, Ship Design for Efficiency and Economy, Butterworth Heinemann, 1998.
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[14]
|
IMO, International Convention on Load Lines, 1966
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[15]
|
. J. Holtrop, A statistical re-analysis os resistance and propulsion data, International Shipbuilding Progress, 1984.
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[16]
|
www.wartsila.com Acesso em 1 de novembro de 2013
| |||
[17]
|
ww.caterpillar.com Acesso em 5 de novembro de 2013
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[18]
|
D. G. M. Watson, Pratical Ship Design, vol. Volume 1, Oxford: Elsevier Ocean Engineering Book Series, 1998.
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[19]
20]
21]
|
SALOMÃO, L. F.; BARILLI, R. Relatório I. Projeto de Sistemas Oceânicos II. Disponivel em: <http://www.oceanica.ufrj.br/deno/prod_academic/relatorios/2012/salomao_barilli/relat1/relat1.htm>. Acesso em: 1 novembro 2013.
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