UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA NAVAL

Transcrição

1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA NAVAL PROJETO DO NAVIO I PETROLEIRO SUEZMAX BENAYON MANAUS - AM

2 JOSÉ ADALBERTO DE SOUZA JÚNIOR PROJETO DO NAVIO I PETROLEIRO SUEZMAX BENAYON Projeto preliminar de um Navio Petroleiro apresentado aos professores Flávio Silveira e Paulo Azevedo para obtenção de nota parcial referente à disciplina Projeto do Navio I. MANAUS - AM

3 SUMÁRIO 1. APRESENTAÇÃO REQUISITOS DO ARMADOR CARGA EMBARCAÇÃO ECONOMIA PORTOS ESPIRAL DE PROJETO DIMENSÕES PRINCIPAIS CASCO RESISTÊNCIA AO AVANÇO PROPULSÃO COMPARTIMENTAÇÃO Duplo Fundo Duplo Costado Cavernamento Pique Tanque de Vante e de Ré Tanques de Resíduos Cofferdams Tanques de Lastro Tanque de Água Doce Tanque de Carga Tanques de Combustível Praça de Máquinas Praça de Bombas ESTRUTURA PLANO DE CAPACIDADES E PESOS E CENTROS ESTABILIDADE DOCUMENTAÇÕES CONCLUSÃO REFERÊNCIAS ANEXOS

4 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Produção dos Países da OPEP de Óleo Cru... 6 Figura 2: Tamanhos de navios petroleiros... 6 Figura 3: Suezmax Cap Victor... 7 Figura 4: Espiral do Projeto do Suezmax... 9 Figura 5: Regressão Linear Deadweight vs. Comprimento Figura 6: Regressão Linear Deadweight vs. Boca Figura 7: Regressão Linear Deadweight vs. Calado Figura 8: Estimativa de Localização do LCB Figura 9: Casco de Referência do Suezmax Figura 10: Popa Referência de um Suezmax Figura 11: Detalhe do Bulbo do Suezmax Cap. Sara Figura 12: Suezmax Inicial Projetado Figura 13: Vista do Casco em 3D Figura 14: Potência em Função da Velocidade Figura 15: Motor Escolhido Figura 16: Arranjo dos Tanques no DelftShip

5 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Valores das Transações Mundiais de Óleo Cru... 8 Tabela 2: Portos Selecionados para Operação do Suezmax... 8 Tabela 3: Série de Navios Suezmax... 9 Tabela 4: Características do Casco de Referência Tabela 5: Características Reais do Suezmax Benayon Tabela 6: Tensões Totais no Suexmax Benayon

6 PROJETO PRELIMINAR DE UM PETROLEIRO 1. APRESENTAÇÃO O projeto preliminar do petroleiro foi desenvolvido de modo a cumprir com os requisitos do armador e com as normas de órgãos reguladores internacionais, nacionais e sociedades classificadoras. A carga a ser transportada torna o projeto desafiador do ponto de vista estrutural e da estabilidade, pois os riscos ambientais inerentes ao derramamento de petróleo nos oceanos, o problema da água de lastro e acidentes provocados por colapsos estruturais convergiram para normas mais rígidas. O navio projetado possui um casco com duplo fundo e tanques para lastro segregados dos tanques de carga. O projeto tem em seus valores a salvaguarda da vida humana no mar e a prevenção da poluição no ambiente marinho. 2. REQUISITOS DO ARMADOR O armador solicitou ao projetista que fizesse um navio petroleiro do tipo tramp, ou seja, não há um porto, rota ou periodicidade bem definida de transporte. O navio deve transportar óleo cru, ter capacidade de DWT, velocidade de cruzeiro de 15,2 nós e cumprir com as principais normas reguladoras internacionais. O armador escolheu esses requisitos pois seus concorrentes possuem na média esse desempenho, conforme os navios semelhantes apresentados no Anexo CARGA O petróleo é a principal fonte de energia utilizada no mundo especialmente nos setores de transportes e indústria. Segundo OPEC (2016), cerca de 80% do petróleo mundial é encontrado nos países membros da Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP). A missão dessa organização é coordenar e unificar as políticas de petróleo de seus países membros e assegurar a estabilização dos mercados do petróleo, a fim de garantir uma oferta eficiente, econômica e regular para os consumidores, uma renda estável para os produtores e um retorno justo sobre o capital para os investimentos na indústria do petróleo. A figura 1 representa as parcelas dos países membros da OPEP na produção de óleo cru: 5

7 PERCENTUAL DE RESERVAS DE ÓELO CRU 30,00% 25,00% 20,00% 24,80% 22% 15,00% 13,10% 11,70% 10,00% 8,40% 8,10% 5,00% 4% 3,10% 2,10% 1,00% 0,80% 0,70% 0,30% 0,20% 0,00% Figura 1: Produção dos Países da OPEP de Óleo Cru. Fonte: OPEC Annual Statistical Bulletin (2016) 4. EMBARCAÇÃO Os navios de carga podem ser classificados de acordo com suas dimensões e capacidades. Essa é uma forma de estabelecer taxas de frete compatíveis no mercado mundial e controlar a passagem de navios por canais e portos que possuam alguma restrição. A figura a seguir compara o tamanho de navios petroleiros de acordo com seu tipo: Figura 2: Tamanhos de navios petroleiros. Fonte: adaptado de Maritime Connector (2016) De acordo com Maritime Connector (2016), Suezmax é um termo da arquitetura naval para as maiores medidas capazes de transitar pelo Canal de Suez (localizado no Egito) em condição carregada com um porte bruto que varia de a toneladas. O canal, que 6

8 liga o Mar Mediterrâneo e Vermelho, reduz o tempo de viagem entre Europa e a Ásia Meridional. Uma vez que o canal não tem eclusas, seus únicos fatores limitantes são o calado, boca e altura devido a presença da Ponte do Canal de Suez. Figura 3: Suezmax Cap Victor. Fonte: Euronav (2016) As características atuais do canal permitem navios com boca de 50 m para calados de até 20,1m. A limitação de altura no canal é 68 m, uma vez que a ponte do Canal de Suez está suspensa a 70 m. As dimensões de um típico Suezmax são 275 m de comprimento, 48 m de boca e 16,2 m de calado correspondente a um porte bruto de toneladas (Maritime Connector, 2016). A embarcação escolhida para ser projetada é do tipo Suezmax que cumpre os requisitos exigidos pelo armador e favorece a economia de tempo e combustível em rotas que podem ser facilitadas com a passagem pelo canal de Suez. O mercado do petróleo anda um pouco instável devido a OPEP resistir em congelar a produção para aumentar o preço do barril e a produção de xisto americano mudar um pouco a dinâmica do mercado de petróleo, o que contribuiu para o armador escolher ter um navio muito flexível em suas operações. 5. ECONOMIA A partir de pesquisas feitas por Observatory of Economic Complexity (2016) e informações de OPEC (2016), foi possível avaliar o comportamento econômico de alguns países no ano de 2014 e saber algumas das possibilidades de rota do navio Tramp. O petróleo bruto é o produto mais comercializado do mundo, sendo alguns dos principais exportadores e importadores demonstrados na seguinte tabela: 7

9 Tabela 1: Valores das Transações Mundiais de Óleo Cru. Fonte: The Observatory of Economic Complexity (2016) EXPORTADORES DE VALOR IMPORTADORES DE VALOR ÓLEO CRU COMERCIALIZADO ÓLEO CRU COMERCIALIZADO Arábia Saudita $ 232B Estados Unidos $ 230B Rússia $ 155B China $ 205B Canadá $ 87B Índia $ 122B Emirados Árabes Unidos $ 85,9B Japão $ 116B Nigéria $ 74B Coreia do Sul $ 88,1B O petróleo bruto é o principal produto de exportação da Rússia, Canadá, México, Arábia Saudita, Emirados Árabes Unidos, Noruega, Nigéria, Kuwait, Iraque e Cazaquistão. É também o principal produto de importação dos Estados Unidos, China, Alemanha, Japão, França, Holanda, Coreia do Sul, Itália, Índia e Espanha. 6. PORTOS Após a escolha dos países por onde o navio Suezmax possivelmente pode navegar, foram selecionados portos capazes de atender as suas limitações. A tabela 2 é um resumo com as limitações de calado, pois não foram encontradas outros tipos de restrição para esses portos: Tabela 2: Portos Selecionados para Operação do Suezmax. Fonte: Ports.com. PORTO CIDADE/ PAÍS CALADO MÁXIMO (M) Al Rayyan Terminal Al Rayyan/ Qatar 21,6 Forcados Oil Terminal Forcados / Nigéria 24,4 Hulaylah Terminal Ras al-khaimah/ Emirados Árabes Unidos 21,6 Kharg Island Oil Terminal Kharg / Irã 24,4 Melilli Oil Terminal Melilli / Itália 23,2 Pengerang Independent Terminals Pengerang/ Malásia 24,0 Port of Salem Nova Jersey / Estados Unidos 18,6 Vadinar Oil Terminal Vadinar/ Índia 32,0 Vopak Terminal Europoort Roterdã / Holanda 21,0 Yanbu' Terminal Yanbu / Arábia Saudita 32,0 7. ESPIRAL DE PROJETO O projeto de um navio, devido a sua complexidade, é feito em ciclos até que se chegue em um modelo mais coerente de acordo com os requisitos de projeto. A espiral que representa o projeto do Suezmax está de acordo com a Figura 4: 8

10 Figura 4: Espiral do Projeto do Suezmax. Fonte: o Autor. 8. DIMENSÕES PRINCIPAIS Foram selecionados 23 navios de 4 empresas de navegação distintas para a elaboração de uma série de navios Suezmax a fim de estimar as dimensões principais do navio a ser projetado, conforme a Tabela 3: Tabela 3: Série de Navios Suezmax. Fonte: o Autor. EMPRESA EMBARCAÇÃO COMPRIMENTO (m) BOCA (m) DEADWEIGHT (t) SOVCOMFLOT SCF ALTAI 274,48 48,00 159,17 SOVCOMFLOT SCF CAUCASUS 274,48 48,00 159,17 SOVCOMFLOT SCF KHIBINY 274,48 48,00 159,20 SOVCOMFLOT SCF SAYAN 274,48 48,00 159,18 SOVCOMFLOT SCF URAL 274,48 48,00 159,31 SOVCOMFLOT LEONID LOZA 274,00 48,00 156,63 SOVCOMFLOT NS BRAVO 274,00 48,00 156,69 SOVCOMFLOT SCF SAMOTLOR 274,00 48,00 158,07 TSAKOS GROUP EUROVISION 274,20 48,00 158,00 TSAKOS GROUP DECATHLON 274,20 48,00 158,48 TSAKOS GROUP DIMITRIS P 274,20 48,00 158,00 9

11 TSAKOS GROUP ANTARTIC 274,00 50,00 163,22 TSAKOS GROUP ARCHANGEL 274,00 50,00 163,22 TSAKOS GROUP EURONIKE 274,00 50,00 164,57 TSAKOS GROUP SILIA T 274,00 50,00 164,29 EURONAV CAP CHARLES 274,00 48,03 158,88 EURONAV FINESSE 274,20 48,04 149,99 EURONAV FELICITY 274,00 48,01 157,67 EURONAV CAP VICTOR 274,00 48,03 158,85 EURONAV CAP LARA 274,00 48,04 158,83 BLUE FIN HS ALCINA 274,00 48,04 160,18 BLUE FIN MAX JACOB 274,00 48,00 157,45 BLUE FIN RIDGEBURY ASTARI 274,20 48,04 149,99 De posse dos dados, foram feitas regressões lineares do Deadweight, que é o principal requisito do armador, em função do comprimento, boca e calado conforme as figuras 5, 6 e 7. Dessa forma, foram encontradas as equações que fornecem as principais dimensões do casco que melhor se relacionam ao deadweight substituindo o valor de x por DWT. Vale ressaltar que os seguintes dados da tabela inicial catalogada foram excluídos a fim de melhorar os resultados de R 2 da regressão linear que indica a correlação entre os dados, sendo que valores acima de 0,9 correspondem a bons resultados. Tabela 3: Dados Excluídos da Série de Navios Suezmax. Fonte: o Autor. EMPRESA EMBARCAÇÃO COMPRIMENTO (m) BOCA (m) DEADWEIGHT (t) SOVCOMFLOT VLADIMIR TIKHONOV 280,50 50,00 162,36 SOVCOMFLOT ALEKSEY KOSYGIN 280,50 50,00 163,55 TSAKOS GROUP EURO 274,20 48,00 157,54 EURONAV CAP PIERRE 274,30 48,04 159,08 EURONAV CAP LEON 274,30 48,04 159,05 EURONAV CAP GEORGES 274,10 47,85 146,65 BLUE FIN DA LI HU 274,70 48,03 159,55 BLUE FIN RIDGEBURY ALINA L 274,18 50,00 164,63 10

12 BOCA (M) COMPRIMENTO (M) BLUE FIN RIDGEBURY JOHN ZIPSER 274,19 50,04 164,77 BLUE FIN RIDGEBURY LINDY B 274,20 48,07 146,36 Os valores de R 2 e das equações encontram-se nos gráficos elaborados. 274,25 274,20 274,15 y = 0,0017x 2-0,543x + 317,75 R² = 0, ,10 274,05 274,00 273,95 148,00 150,00 152,00 154,00 156,00 158,00 160,00 162,00 164,00 166,00 DEADWEIGHT (*1000 TON) Figura 5: Regressão Linear Deadweight vs. Comprimento. Fonte: o Autor. 50,50 50,00 49,50 y = 0,0255x 2-7,8607x + 653,9 R² = 0, ,00 48,50 48,00 47,50 47,00 148,00 150,00 152,00 154,00 156,00 158,00 160,00 162,00 164,00 166,00 DEADWEIGHT (*1000 TON) Figura 6: Regressão Linear Deadweight vs. Boca. Fonte: o Autor. 11

13 CALADO (M) 17,20 17,00 16,80 16,60 16,40 16,20 16,00 y = -0,009x 2 + 2,8903x - 215,66 R² = 0, ,80 148,00 150,00 152,00 154,00 156,00 158,00 160,00 162,00 164,00 166,00 DEADWEIGHT (*1000 TON) Figura 7: Regressão Linear Deadweight vs. Calado. Fonte: o Autor. Para o Suezmax em questão, foram encontrados os valores de 274,4 m para o comprimento total, 48,99 m para a boca e 16,39 m para o calado. De acordo com o trabalho de Barrass (2004), o coeficiente de bloco pode ser estimado de acordo com a fórmula: C B = 1 m ( V L 0,5) onde V é a velocidade de serviço, L o comprimento entre perpendiculares do navio e m é um coeficiente definido de acordo com o tipo de navio. Para petroleiros com deadweight entre t e t, o valor de m é de 0,182. Substituindo os valores de 0,182 para m, 15,2 nós para V e 263,4 para L, foi encontrado um coeficiente de bloco igual a 0,83. O coeficiente de seção mestra é estimado a partir da equação definida por Parsons (2003), que utiliza como valor de entrada o coeficiente de bloco: C SM = 0,9 + 0,1 C b Substituindo na equação, foi encontrado um valor de 0,98. O coeficiente de linha d água também foi estimado de acordo com o trabalho de Parsons (2003), de acordo com a formulação: C WL = C b 0, ,551 C b Assim, foi encontrado um valor de 0,894 para o coeficiente de linha d água. De acordo com Lewis (1988), o coeficiente prismático é dado pela fórmula: 12

14 C p = C B C SM Dessa forma, o coeficiente prismático estimado foi de 0,847. O valor inicial da posição longitudinal do centro de flutuação foi estimado conforme Barrass (2004). De acordo com a Figura 8, encontra-se a porcentagem média de acréscimo ou decréscimo do comprimento a partir da meia nau: Figura 8: Estimativa de Localização do LCB. Fonte: Barrass (2004) O número de Froude (Fn)é definido de acordo com a seguinte fórmula: F n = V g LBP onde, V é a velocidade de serviço em m/s, g é a gravidade e LBP é o comprimento entre perpendiculares. Substituindo os valores da equação, foi encontrado um número de Froude igual a 0,15. A porcentagem correspondente a este valor no gráfico é de 2,3% do LBP, ou seja, o LCB está a 6,06 m após a meia nau, ou seja, a 143,26 m a partir da popa. 9. CASCO Na elaboração do casco, buscou-se cascos na biblioteca do programa FreeShip com dimensões e formas parecidos com o de um Suezmax a fim de fazer as modificações pertinentes com as estimativas iniciais calculadas. O casco escolhido, Parent 49 Tanker feito por M. van England, é representado na figura 9: 13

15 Figura 9: Casco de Referência do Suezmax. Fonte: M. van England (2016). O casco em questão não possui bulbo e sua popa tem o formato em V. A Tabela 4 apresenta as características principais desse navio: Tabela 4: Características do Casco de Referência. Fonte: o Autor. ITEM Comprimento Total Boca Máxima Pontal Calado de Projeto VALOR 300,2 m 45,406 m 30,0 m 16,6 m Coeficiente de Bloco 0,7982 Coeficiente Prismático 0,8086 Coeficiente de Linha d água 0,8593 Coeficiente de Seção Mestra 0,9872 Posição Longitudinal do Centro de Flutuação 145,43 m A partir desse casco de referência foram feitas modificações no programa DelftShip a fim de aproximar as dimensões do casco com as estimadas inicialmente. Além disso foram modificados o formato da popa e da proa, com o acréscimo de um bulbo. Segundo Eyres (2012), existem basicamente dois tipos de popa: a cruiser e a transom. A primeira possui uma alta eficiência hidrodinâmica, apresentando curvas mais suaves no seu desenho. O segundo tipo pode estar acima da linha d'água ou imersa e apresenta formato em U ou V. Apesar de ter menos eficiência hidrodinâmica, apresenta maior área no convés e tem uma construção mais simples, sendo o tipo mais utilizado atualmente. Por se tratar de uma embarcação cuja velocidade não é tão grande, optou-se por utilizar a popa transom. O seu formato foi definido a partir da análise de cascos Suezmax reais e 14

16 chegou-se à conclusão que o formato em U com parte imersa na água seria a melhor opção, pois o escoamento é melhor em relação ao formato em V. Figura 10: Popa Referência de um Suezmax. Fonte: Euronav (2016) De acordo com Barrass (2004), a principal vantagem na adição de um bulbo é o ganho de velocidade. Isso porque esse apêndice auxilia na redução da resistência de onda. Em condição carregada, pode haver um aumento de 0,25 até 0,5 nós na velocidade. Outra vantagem é a adição de um reforço no pique-tanque. A desvantagem está na dificuldade em se construir um bulbo que possui uma geometria complexa. Da mesma forma que a popa, foram analisados cascos semelhantes para prever a forma mais padronizada de bulbos em Suezmax. A Figura 11 demonstra um navio que pode ser utilizado como referência: Figura 11: Detalhe do Bulbo do Suezmax Cap. Sara. Fonte: Euronav (2016). Dessa forma, o casco gerado no programa DelftShip após algumas iterações segue conforme as figuras 12 e 13: 15

17 Figura 12: Vistas do Suezmax Inicial Projetado. Fonte: o Autor. Figura 13: Vista do Casco em 3D. Fonte: o Autor. Verifica-se que as linhas da popa e da proa foram modificadas. Foi acrescentado o bulbo, o skeg do hélice foi curvado para melhorar o escoamento e a popa foi curvada para um formato transitório entre V e U. As características encontradas para o casco seguem conforme a tabela 5: Tabela 5: Características Reais do Suezmax Benayon. Fonte: o Autor. ITEM VALOR UNIDADE Comprimento Total (LOA) 274,4 m Boca Máxima (B) 48,99 m Calado de Operação (T) 16,39 m Pontal (D) 23,1 m Volume ( ) m 3 Deslocamento (Δ) t Coeficiente de Bloco (Cb) 0,83 - Coeficiente Prismático (Cp) 0,84 - Área da Superfície Molhada (Aws) m 2 16

18 EHP Posição Longitudinal do Centro de Carena (LCB) 143,21 m Comprimento de Linha d'água (Lwl) 271,01 m Comprimento entre Perpendiculares (Lpp) 263,4 m Coeficiente de Linha d'água (Cwl) 0,91 - Ângulo de Entrada (Ae) 41,03 graus Área na linha d'água (Awl) m 2 Coeficiente de Seção Mestra (Csm) 0,98 - L/B 5, B/D 2, T/D 0, L/D 11, Os resultados encontrados a partir das iterações no Delft Ship mostram que houve uma expressiva aproximação dos resultados estimados com as regressões lineares e as fórmulas de coeficientes encontradas na literatura. A tabela de cotas do Suezmax Benayon encontra-se em Anexos RESISTÊNCIA AO AVANÇO O cálculo de resistência ao avanço foi feito usando a série 60 e algumas formulações hidrodinâmicas. Os cálculos realizados encontram-se mais detalhados no Memorial de Cálculo ou Anexos 3. O gráfico de Potência em função da velocidade pode ser visto na Figura 14: EHP vs. V ,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 VELOCIDADE (M/S) Figura 14: Potência em Função da Velocidade. Fonte: o Autor. 17

19 11. PROPULSÃO Utiliza-se séries sistemáticas para o estudo e projeto de hélices de embarcações fluviais, entre elas a série B-Troost. A série apresenta vantagens como: Grande número de dados disponíveis, inclusive com previsões de cavitação; Altas eficiências; Geometrias relativamente simples, apresentando facilidades de construção; Cobertura de toda a faixa de utilização das embarcações fluviais de cargas; Para a previsão da cavitação, uma das formas mais práticas de se prever esses problemas é a utilização do diagrama de Burril, baseado em dezenas de ensaios em túneis de cavitação de hélices de geometrias variadas. No caso de hélices de séries sistemáticas, onde vários parâmetros geométricos já estão fixos, a definição do hélice é feita através da escolha do diâmetro, do número de pás, do passo e da área das pás. Da interação com o conjunto motor-redutor-eixo deve resultar o número de rotações de operação e a potência consumida. Quando os dados iniciais são baseados nas características do casco, ou seja, está disponível o valor do empuxo requerido do hélice para uma velocidade escolhida como de projeto, utiliza-se o coeficiente de empuxo Kt. No caso de ser conhecido o diâmetro, utiliza-se uma combinação de equações que permite buscar a máxima eficiência do hélice, sem necessidade da definição a priori do número de rotações. Escolhido a série sistemática do hélice, o número de pás e a razão de área expandida, são utilizadas as curvas de água aberta correspondentes. Para cada razão P/D (passo/diâmetro) deverá haver uma solução, onde o Kt do navio será igualado ao Kt das curvas da série. Determina-se o KT solução para cada P/D, e, consequentemente, os coeficientes de avanço J e a eficiência em água aberta. Comparando-se todos os casos calculados, escolhe-se o P/D que corresponde à maior eficiência. Calcula-se ainda a cavitação e através do diagrama de Burril, escolhe-se um hélice que possua uma cavitação máxima de até 7,5% e que tenha uma alta eficiência. Calcula-se a potência exigida por cada motor e seleciona-se um motor disponível comercialmente e com o valor de J, obtém-se o número de rotações ótimo do hélice e assim, 18

20 define-se a relação de redução de rotações motor/hélice a ser adotada. Os resultados encontrados para a propulsão encontram-se no Memorial de Cálculo na aba Propulsão. 12. COMPARTIMENTAÇÃO Duplo Fundo Um duplo fundo serve para aumentar a segurança do navio em caso de algum acidente que promova danos ao casco, como estabelecido pela SOLAS II-1, Reg 9. Segundo a regra 2.3. da ABS parte 5 (Steel Vessels - Specific Vessel Types), um duplo fundo para petroleiros deve ter altura de B/15 ou 2 m, não podendo ser inferior a 1 m. Assim, Hdp calculada foi de 3,266, no entanto preferiu-se utilizar o valor de 2 m, assim se tem mais espaço para carga e ainda assim, o navio fica dentro das normas Duplo Costado A mínima largura para o duplo costado segundo a ABS é: W ds = 0,5 + DWT porém não inferior a 1 m ou W ds = 2 m O valor calculado foi de 8,5, então optou-se utilizar o mínimo recomendado de 2 m para haver mais espaço para carga e pois fazia mais sentido Cavernamento Para a ABS, Parte 3, Capítulo 2, Seção 5, Subseção 1.7, o espaçamento longitudinal entre cavernas não pode exceder: S = 2,08Lpp mm Dessa forma, temos que o cavernamento não poderá exceder 985,87 mm. O espaçamento entre cavernas simples escolhido foi de 750 mm Pique Tanque de Vante e de Ré Segundo a Regra 16 da MARPOL 73/78, não deverá ser transportado óleo num tanque de colisão de vante, nem em um tanque localizado por ante-a-vante da antepara de colisão. 19

21 A NORMAN 01 diz que a antepara de colisão de vante deverá estar localizada a uma distância não inferior a 5% do Comprimento de Regra (L) da embarcação ou 10 metros, tomando-se o menor desses valores, a partir do ponto de interseção da roda de proa da embarcação com a linha de flutuação onde foi determinado o Comprimento de Regra (L). O pique tanque de ré deve ser posicionado de forma que limite o tubo telescópico em um espaço (ou espaços) estanques à água, de volume (s) moderado (s). Dessa forma, temos que para o Suezmax em questão cujo comprimento de regra é aproximadamente 270 m, o pique tanque de vante calculado está localizado a 13,75 m a ré da perpendicular de vante. Para o pique tanque de ré obedecer à regra estimou-se o seu comprimento e observou-se que a localização à 16,83 m a partir do espelho de popa é possível agregar o tubo telescópico e a máquina do leme Tanques de Resíduos A regra 29 da MARPOL 73/78 diz que o arranjo do tanque de resíduos, ou do conjunto de tanques de resíduos, deverá ter uma capacidade necessária para reter resíduos gerados pelas lavagens de tanques, os resíduos de óleo e os resíduos de lastro sujo. A capacidade total do tanque, ou tanques, de resíduos não deverá ser inferior a 3% da capacidade de carga do navio. Os petroleiros de DWT deverão ser dotados de pelo menos dois tanques de resíduos Cofferdams De acordo com a seção da parte 5 das regras da ABS, o cofferdam deve ser utilizado para separação dos tanques de água doce de tanques com substâncias perigosas para o consumo humano Tanques de Lastro Todos os navios devem ter tanques de lastros suficientes para garantir uma viagem segura em condição de lastro, além de serem segregados dos tanques de carga. A seção da parte 5 da ABS relata que o tanque de lastro deve ser capaz de fazer com que o petroleiro tenha um calado a meia nau de no mínimo: Tmid = 2,0 + 0,02 LOA ou seja, o calado para o Suezmax Benayon deve ter na condição de lastro no mínimo 7,488 m. É importante salientar que em qualquer situação, o calado na perpendicular à ré não deverá ser inferior ao que for necessário para obter a imersão total do hélice. 20

22 Os calados nas perpendiculares a vante e a ré deverão corresponder ao calado a meia nau, com um trim de popa não maior que: Trim = 0,015 * LOA = 4,116 m Tanque de Água Doce Esse tanque está localizado acima do pique tanque de ré, pois as normas pedem que ele esteja em um compartimento estanque, separado de tanques com produtos perigosos Tanque de Carga Os tanques de carga foram dimensionados através da semelhança com outros navios já existentes. A partir da análise desses navios, verificou-se que esses tanques estão localizado a vante do tanque de resíduos e a ré do pique tanque de vante. Os tanques geralmente vão de costado a costado, do teto do duplo fundo ao convés superior e em um Suezmax de DWT há geralmente 12 porões, ficando com uma configuração 6x2. Assim o espaço dos tanques foi definido dividindo-se o espaço disponíveis para tanques de carga por 6, que é o número de tanques ao longo do comprimento Tanques de Combustível Segundo a MARPOL 73/78, cada tanque de óleo combustível não deverá ter uma capacidade superior a 2500 m 3. Devem localizar-se a uma altura superior a 2 m do fundo do navio ou B/20, o que for menor. Ou seja, os tanques de combustível não podem ser alocados no espaço do duplo fundo para este navio Praça de Máquinas Para o dimensionamento preliminar da praça de máquinas, utilizou-se a expressão proposta por Castro et al. (2007): LPM = (0,28*Lpp 0,67 ) + (0,531*Pot 0,35 ) A partir do cálculo de resistência ao avanço, chegou-se a uma potência requerida do motor de 21273,5 kw. Comercialmente, o motor encontrado que atende a esses requisitos é um MAN 18V48/ 60R: 21

23 Figura 15: Motor Escolhido. Fonte: Catálogo de Produtos MAN 48/60 R Como o Lpp é de 263,4 m, o valor encontrado para o comprimento da praça de máquinas foi de 29 m, no entanto, foi utilizado o valor de 28,05 m para convergência da antepara com o espaçamento de caverna Praça de Bombas Segundo a regra 22 da MARPOL 73/78, o compartimento de bombas deverá ser dotado de um duplo fundo de tal modo que a distância entre o fundo desse compartimento e a linha de base do navio não seja inferior a B/15 ou 2 m, o que for menor, não podendo ser inferior a 1 m. 13. ESTRUTURA O projeto estrutural de uma embarcação é de grande importância, visto que custos enormes estão associados à sua construção, além do fato mais importante: vidas humanas são colocadas em risco caso a estrutura não seja adequada. Por outro lado, o peso leve da embarcação deve ser o menor possível para que tenha um bom desempenho nas suas funções: transportar determinada carga ou passageiros em uma velocidade estabelecida (Guedes, 2001). Cardoso (1994), cita em seu trabalho que o projeto estrutural do navio, na evolução da construção naval, vem sendo realizado conforme as regras de sociedades classificadoras, normalmente aplicadas a navios mercantes. Porém revela, uma análise estrutural baseada num receituário de fórmulas proposto pelas sociedades classificadoras limita o projetista a ter uma noção física do que está acontecendo. Portanto, o dimensionamento e análise estrutural preliminar do navio foram baseados nas regras da Classificadora ABS e nas notas de aula. 22

24 Primeiramente foram definidas as espessuras de chapeamento recomendadas pela ABS através de fórmulas contidas na Parte 3 (Hull Construction and Equipment). Depois, foram verificados se os módulos de seções dos elementos atendiam aos requisitos mínimos solicitados pela ABS. As dimensões da alma e da aba foram definidas inicialmente através de semelhança com outros projetos, mas o processo de cálculo foi iterativo, ou seja, os valores foram sendo modificados até chegar em resultados que obedecessem a todos os critérios para se ter uma estrutura segura. O módulo de seção do navio foi calculado conforme a formulação da ABS e, por fim, as tensões nos elementos foram calculadas conforme explicado em sala de aula, com a separação e interação dos elementos para compor as tensões primárias, secundárias e terciárias. O resultado da tensão total pode ser vista na tabela abaixo, todas comparadas com o limite de escoamento do aço naval (ASTM 131): Tabela 6: Tensões Totais no Suexmax Benayon. Fonte: o Autor. TENSÕES TOTAIS VALOR UN CRITÉRIO σ total Chapa Convés 135,99 MPa Aprovado σ total Chapa Fundo 117,09 MPa Aprovado σ total chapa Duplo Fundo 189,97 MPa Aprovado σ total Chapa Costado 82,895 MPa Aprovado σ total Chapa Duplo Costado 104,92 MPa Aprovado σ total Aba Long. Fundo 89,911 MPa Aprovado σ total Aba Long. Duplo Fundo 70,57 MPa Aprovado 14. PLANO DE CAPACIDADES E PESOS E CENTROS Os cálculos de peso leve foram estimados de acordo com algumas fórmulas presentes na literatura e serão de grande utilidade nessa primeira fase de projeto. O peso estrutural em aço de 21458,52 t foi encontrado a partir da fórmula sugerida por J. M. Murray (Barrass, 2004): Wst = 26,6 X 10-3 X L 1,65 X (B + D + H 2 ) *(0,5Cb + 0,4) 0,8 O peso dos equipamentos e outfitting foi estimado a partir da fórmula sugerida por Bertram e Schneekluth (1998), em que: 23

25 Wo = K * LOA * B Onde K possui o valor de aproximadamente 0,2 t/m 2 para um tanker com 274,4 m de comprimento. O valor encontrado foi de 2688,571 t. O peso do motor principal foi dado pelo fabricante, o que equivale a 265 t. O peso dos outros maquinários pode ser estimado pela fórmula sugerida no estudo de Watson e Gilfillan (1977), onde temos: Wm = 0,56 X (Pot) 0,7 Onde a potência é dada em kw. O valor encontrado foi de aproximadamente 600 t. Todos os tanques foram modelados no Delftship, obtendo assim o plano de capacidades e os valores para centro de gravidade. O anexo 4 (Pesos e Centros) apresenta os valores encontrados, todos obedecendo às normas de compartimentação. 15. ESTABILIDADE Figura 16: Arranjo dos Tanques no DelftShip. Fonte: o Autor. A segurança de uma embarcação está associada a diversos fatores, entre eles a estabilidade, que a torna capaz de flutuar nas mais diversas condições. Define-se estabilidade como a propriedade que a embarcação tem de retornar a sua posição inicial de equilíbrio após uma perturbação qualquer. Sendo assim, um navio flutuando se encontra em estado de equilíbrio enquanto as condições internas e externas a ele não se alterarem. Pode-se considerar a distribuição e operação da carga como condições internas, e como externas a ação de ventos e ondas (Pereira, 2011). Para o IS CODE 2008, há 4 condições de carregamento a serem feitas na análise de estabilidade: Navio na condição de totalmente carregado na partida, com a carga homogeneamente distribuída ao longo de todos os compartimentos de carga e com toda a quantidade de suprimentos e de combustível; 24

26 Navio na condição de totalmente carregado na chegada, com a carga homogeneamente distribuída ao longo de todos os compartimentos de carga e com 10% de suprimentos e de combustível remanescentes; Navio em lastro na condição de partida, sem carga mas com toda a quantidade de suprimentos e de combustível; e Navio em lastro na condição de chegada, sem carga e com 10% de suprimentos e de combustível remanescentes. De acordo com a Regra 27 da MARPOL 73/78, as seguintes regras devem ser obedecidas no mar: A área abaixo da curva do braço de endireitamento (curva GZ) não deverá ser inferior a 0,055 m.rad até um ângulo de banda igual a 30 graus; O braço de endireitamento GZ deverá ser de pelo menos 0,2 m com um ângulo de banda igual ou superior a 30 graus; O braço de endireitamento máximo deverá ocorrer com um ângulo de banda de preferência maior do que 30 graus, mas não inferior a 25 ; e A altura metacêntrica inicial GM0 corrigida para a superfície livre medida com uma banda de 0 grau, não deverá ser inferior a 0,15 m. Dadas essas condições, foram feitos os cálculos de estabilidade inicial e superfície livre conforme os Anexos DOCUMENTAÇÕES Todo projeto naval exige uma série de documentações, entre os quais pode-se citar o Memorial Descritivo, Notas de Arqueação, Borda Livre, Arranjo Geral e Plano de Linhas. A NORMAN pede as notas de Arqueação (Anexo 6), que se referem às medidas dos volumes internos da embarcação, sendo dividida em bruta e líquida. A Bruta corresponde a todos os volumes dos espaços interiores de um navio. A líquida equivale ao volume destinado ao transporte de carga e passageiros. A Borda Livre (Anexo 7) equivale à distância entre o calado de operação e o convés principal, sendo calculada para várias condições como de verão e tropical, por exemplo. O plano de linhas (Anexo 8) é um desenho técnico com representações em 2D da forma do casco. O Arranjo Geral (Anexo 9) é um layout onde estão representados os principais componentes físicos do navio, arranjo dos tanques e espaço de acomodações. O 25

27 memorial descritivo (Anexo 10) é um documento que apresenta detalhes técnicos gerais e componentes da embarcação. 17. CONCLUSÃO O projeto do navio Suezmax Benayon passou pela primeira metade da espiral de projeto de forma satisfatória. Foi possível alcançar os mínimos requisitos de estabilidade e estrutura que garantem um navio seguro. Muitos cálculos foram feitos a partir de estimativas, porém, com mais voltas na espiral de projeto será possível ter um navio mais otimizado. O projeto é uma parte importante para se ter um navio bem construído, ou seja, um projeto com qualidade é essencial, porém, as técnicas de projeto serão aperfeiçoadas com o tempo e espera-se ter um projeto mais detalhado nas próximas etapas. 18. REFERÊNCIAS Anexo 2 - Adoção do Código Internacional sobre Estabilidade Intacta, Disponível em: 08.pdf. Acesso em 28 de novembro de BARRASS, C.B. Ship Design and Performance for Masters and Mates. Oxford: Elsevier, BERTRAM, V.; SCHNEEKLUTH, H. Ship Design for Efficiency and Economy. 2.ed. Oxford: Elsevier, Características Gerais de Portos. Disponível em: ports.com. Acesso em: 29 de novembro de CARDOSO, A.A. Síntese Racional Automatizada de Cavernas de Embarcações. USP: São Paulo, CASTRO, R.A.; AZPÍROZ, J.J.; MEIZOSO, M. El proyecto básico del buque mercante, Ed. Fondo Editorial de Ingenieria Naval; Pub MAN Power Plants. Catálogo de Produtos MAN 48/60. Disponível em: Acesso em 21 de novembro de Convenção Internacional sobre Linhas de Carga, Disponível em: Acesso em 29 de novembro de

28 EURONAV. Frota de Navios. Disponível em: Acesso em: 08 de setembro de EYRES, David J.; BRUCE, George J. Ship Construction. Butterworth-Heinemann, GUEDES, P.L. Resistência Estrutural de Embarcações Fluviais. FATEC: Jaú, Maritime Connector. Comparison of Tanker Sizes. Disponível em: Acesso em 07 de setembro de MARPOL 73/78. Anexo 1 - Regras para a Prevenção da Poluição por Óleo. Disponível em: Acesso em 29 de novembro de NORMAN 01 Normas da Autoridade Marítima empregadas na Navegação em Mar Aberto. OEC. The Observatory of Economic Complexity. Crude Petroleum. Disponível em: Acesso em: 10 de setembro de OPEC. Annual Statistical Bulletin Disponível em: Acesso em 05 de setembro de PARSONS, M.G. Ship Design and Construction. Chapter 11. New jersey: Society of Naval Architects and Marine Engineering, 2003 PEREIRA, S.E. Estabilidade para Embarcações Mercantes. 2. Ed. Rio de Janeiro, Regras para Petroleiros da Sociedade Classificadora ABS (American Bureau of Shipping) SOLAS 1974/1988. Convenção Internacional para Salvaguarda da Vida Humana no Mar. Disponível em: Acesso em 29 de novembro de

29 19. ANEXOS 28