Restrições Operacionais e Limites Ambientais

Transcrição

1 ESCOLA POLITÉCNICA DA USP Diretor da Argonáutica Engenharia e Pesquisas Estudante de Doutorado no Dept. Eng. Mecatrônica e Sistemas Mecânicos AGOSTO 2014

2 Hs (m) Hs (m) Introdução Limites ambientais para a operação Fixamos alguns conjuntos de condições ambientais e variamos outros o problema envolve pelo menos 7 dimensões Idealmente não requer conhecimento das condições ambientais locais ETAPA DE PROJETO E PARA A OPERAÇÃO LIMITES OPERACIONAIS Direção NE; SE; Ocorrência=15.86% Ocorrência=13.98% Não Operacional Operacional % 1 É necessário 15.86% conhecer as % combinações de condições Período (s) ambientais Histograma de ocorrências % 0.05% 0.53% 0.91% 0.22% 0.05% ATINGIDO LIMITE OPERAÇÃO É obtido INTERROMPIDA combinando-se os limites operacionais às probabilidades de ocorrência das condições ambientais 0.05% 0.35% 0.05% 2.17% 2.71% 0.21% 0.63% 0.29% 0.26% 0.21% 0.11% 0.17% 0.08% 0.15% 0.05% 0.17% 0.17% 0.24% 0.06% 0.17% 0.08% 0.76% 0.10% 3.59% 0.24% 4.38% 1.06% 1.69% 1.20% 1.37% 1.22% 0.60% 1.40% 0.15% 0.87% 0.10% 1.56% 1.75% 0.05% 1.60% 0.44% 0.02% 0.59% 0.05% 0.22% 0.14% 0.05% 0.10% 0.79% 0.12% 3.67% 0.29% 4.73% 1.23% 1.97% 1.33% 1.55% 1.67% 0.68% 2.14% 0.15% 1.24% 0.13% 1.90% 0.02% 2.23% 0.07% 2.02% 0.02% 0.48% 0.02% 0.71% 0.05% 0.25% 0.02% 0.17% 0.07% 0.10% 0.79% 0.12% 3.67% 0.29% 4.73% 1.23% 1.97% 1.33% 1.55% 1.67% 0.68% 2.14% 0.15% 1.24% 0.13% 1.90% 0.02% 2.23% 0.07% 2.02% 0.02% 0.48% 0.02% 0.71% 0.05% 0.25% 0.02% 0.17% 0.07% Período (s) NÍVEL DE DISPONIBILIDADE 0.02% 0.05% ETAPA DE PROJETO

3 Introdução A PIANC provê diretrizes para limitar as condições ambientais para manobras em canais e demais áreas do porto Estes limites podem variar de acordo com a embarcação e particularidades da região e projeto do porto É provável que estes limites não sejam confirmados na prática e neste caso estudos detalhados são necessários LIMITE OPERACIONAL DISPONIBILIDADE RENTABILIDADE Garantindo a segurança sempre

4 Tópicos PIANC PIANC Restrições operacionais e limites ambientais ambientais: Canais de navegação; Entrada do porto; Áreas de parada; Bacias de evolução; Áreas de fundeio e amarração; Bacias internas e cais; PIANC Quando 1 das condições é excedida, a operação deve ser interrompida ou Análises adicionais

5 PIANC Limite de Navegação: Menor velocidade possível Nav. em Canais Determinado em termos do ângulo máximo de Drift β: EQUAÇÕES DE DERIVADAS EQUILÍBRIO AERODINÂMICAS/ HIDRODINÂMICAS... Ohtsu et al.,2006 SNAME; 1989 SNAME,MARAD; 1987 Experimentos PMM/Túnel de vento CFD

6 A aero/hidrodinâmica da embarcação é codificada por meio de derivadas Derivadas dependem da geometria Estão associadas a cada parte da embarcação. Ex. LEME Nav. em Canais Grande dependência da folga sob a quilha (h/t) Depende da velocidade da embarcação

7 Análise de Course-Keeping: Verificar ângulo de leme e Nav. em Canais velocidade para navegação do canal; nós 35º de leme (impossível 3000 manter curso) 2000 BOCA VIRTUAL 68,0m (32% da largura do canal) 5 nós 24º de leme BOCA VIRTUAL 73,3m (35% da largura do canal) 1000 VENTO 25 nós VENTO 25 nós CORRENTEZA 0,7 nós CORRENTEZA 0,7 nós

8 Nav. em Canais Velocidade em canais: Passing-Ships: Problema complexo Formulações analíticas às vezes não são suficientes; Surgimento de forças de atracação e repulsão; Efeito variável com a velocidade, profundidade e largura do canal; Colisão entre as embarcações; Ruptura de linhas e sobrecarregamento das defensas; Danos ao Ship Loader; Limitante da velocidade de navegação Fonte: Port Revel

9 Nav. em Canais

10 Nav. em Canais Código Rankine (TPN-Argonáutica-Petrobrás) PIANC 2014 Verificação da força do leme: Código RANKINE Validado com Experimentos (IPT)

11 Nav. em Canais Impacto nas linhas de amarração e defensas:

12 Entrada do Porto PIANC 2014 Limites de navegação: Não pode ser considerado isoladamente os trechos imediatamente antes da entrada e posteriores à entrada devem ser levados em conta É uma área onde a direção é bem definida e muitas vezes desalinhada das condições ambientais Quando as informações de condições ambientais não estão disponíveis, recomenda-se o uso dos seguintes valores limites:

13 Entrada do Porto Por outro lado... Critério PIANC Dificuldade de parada Dificuldade de manutenção do curso na entrada do porto

14 Áreas de Parada PIANC 2014 Limites operacionais: Limites de condições ambientais semelhantes aos da entrada do canal; No entanto, se a área de parada não estiver alinhada com o canal de aproximação, deve-se considerar as condições ambientais conservadoras (avaliar todas as possibilidades); Caso a manobra de parada não possa ser feita dentro da área abrigada, os cabos do rebocador serão passados fora do porto e por isso as restrições ambientais passam a estar associadas aos rebocadores (ou embarcação do prático): Caso não existam modelos numéricos detalhados, deve-se considerar os seguintes valores: Verificar todas as direções

15 Áreas de Parada Exemplo de simulações numéricas: crash-stop; Definição da largura do canal; 6500 Auxílio na definição da área a ser dragada; Modelo dinâmico 60003DOF Derivadas MARAD; 5500 Efeitos de águas rasas; Critério PIANC (p/ entrada no porto) Crash-STOP Leme 11º 2.5 knots 3 knots 2.5 knots 3 knots Sem leme knots 4 knots VENTO 25 nós knots 5 knots CORRENTEZA 0,7 nós knots 6 knots

16 5800 Exemplo de simulações 5600 numéricas: 5400 Análise Realtime de área de parada e posterior atracação 5200 com rebocadores; 5000 Treinamento da operação; 4800 Definição do número, tipo e 4600 arranjo de rebocadores; Vento ESE de 30 nós; Condição de vento crítica e 4200 acima das recomendadas 4000 pela PIANC; 7000 Áreas de Parada 4400 VENTO 2 nós 6.4kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn Trajetória Manobra com Rebocadores Critério PIANC

17 Bacia de Evolução PIANC Limites ambientais: Manobras sem rebocadores: Manobras com rebocadores: Caso a manobra seja realizada em áreas sem restrições geométricas, os limites operacionais podem ser maiores, porém recomenda-se um estudo específico;

18 Bacia de Evolução Giro em áreas desabrigadas: Critério PIANC Hs = 2m Hs = 1.0 m Hs = 1.5 m Hs = 1.0 m ONDA Hs =2m Quebra-Mar Cais de atracação

19 Áreas de Fundeio PIANC Limites ambientais: Definidos em termos de um navio de tipo geral; Caso o navio apresente grandes áreas de exposição (Conteineiros, navios petroleiros em lastro, etc.) o limite de vento cai para 20% do valor apresentado na tabela;

20 Áreas de Amarração PIANC Limites ambientais: Definidos em termos da orientação da área de ancoragem ser livre ou fixa:

21 Bacias Internas e Cais PIANC Limites ambientais: Semelhantes àquelas definidas para regiões externas do porto; Desconsidera o fato de se tratar de áreas abrigadas; Três condições devem ser tratadas de maneira específica: Atracação do navio Velocidade de aproximação Dimensionamento das defensas Operações de carregamento/descarregamento; Sistema de Amarração;

22 Bacias Internas e Cais Limites operacionais em termos de ondas: Diferentes abordagens de análise e critérios podem ser adotados; PIANC 2014 Limite de operação é definido em termos da elevação de onda nos berços de atracação; Método simplificado: Informação sobre as Ondas Elevação de onda na região abrigada Critério PIANC de elevação Gráficos de Wiegel

23 Bacias Internas e Cais Uso de código de difração de ondas 1ª abordagem: (Ex: WAMIT e RANKINE TPN-ARGONÁUTICA-Petrobrás) Geometria exata do quebra-mar; Informação sobre as Ondas Elevação de onda na região abrigada Critério PIANC de elevação WAMIT/RANKINE

24 HEAVE: Altura =1 m Bacias Internas e Cais Uso de código de difração de ondas 2ª abordagem: Inclui a dinâmica das embarcações; Deve-se escolher uma direção crítica de incidência (través); Informação sobre as Ondas WAMIT/RANKINE Elevação de onda na região abrigada RAO Importância de se conhecer o período das ondas 0.05 Critério PIANC de Movimento Período da onda (s) PIANC Criteria for movements of moored ships in harbours a practical guide Movimento do Navio

25 HEAVE: Altura =1 m Bacias Internas e Cais Uso de código de difração de ondas - 3ª abordagem : Informação sobre as Ondas Inclui a dinâmica das embarcações; Deve-se escolher uma direção crítica de incidência (través); WAMIT/RANKINE Elevação de onda RAO Movimento do Navio Período da onda (s) Critério PIANC de Movimento Critério OCIMF de Tração nas Linhas Tração nas linhas e compressão nas defensas

26 Bacias Internas e Cais Uso de código de difração de ondas Análise acoplada: Abrigo de ondas + dinâmica das embarcações; Código Rankine; Informação sobre as Ondas Movimento do Navio Critério PIANC de Movimento PIANC Criteria for movements of moored ships in harbours a practical guide

27 Limites Operacionais em Casos Particulares: Atracação a contrabordo; Amplificação das ondas no vão entre as embarcações; Bacias Internas e Cais Colisão entre as embarcações, danos nas defensas e nas linhas de amarração.

28 % do MBL % do MBL Efeitos de Sombra: Bacias Internas e Cais SEM EFEITO DE SOMBRA Suezmax Suezmax - Carregado x Lastro (Trações Máximas nas Linhas) COM EFEITO DE SOMBRA Suezmax Suezmax - Carregado x Lastro (Trações Máximas nas Linhas) 100 vento 100 vento 80 corr. 80 corr. ondas ondas 60 55% do MBL (40.1tf) 60 55% do MBL (40.1tf) ID condiição ambiental ID condiição ambiental

29 Conclusões Os limites apresentados no guia devem ser cuidadosamente interpretados e sempre que possível verificados na prática A definição dos limites operacionais tem impacto direto na rentabilidade do porto Adotar limites muito conservadores pode ser uma decisão ruim O monitoramento ambiental é muito importante para a definição precisa dos limites operacionais limites dinâmicos Abordagens analíticas/empíricas/numéricas juntamente com a experiência prática (praticagem) melhoram a segurança e aprimoram a eficiência do terminal