UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS ESCOLA SUPERIOR … · 2017-10-13 · 6.1. Coeficiente de bloco (Cb) ... 6.2. Coeficiente de seção mestra (Csm) ... 2.2. Petroleiros Segundo a

1

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS

ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA

COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA NAVAL

PROJETO DO NAVIO I

PETROLEIRO

MANAUS - AM

2016

1

NADSON GARCIA CAVALCANTE

1315200328

PROJETO DO NAVIO I

PETROLEIRO

MANAUS - AM

2016

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.

i

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................... iv

LISTA DE TABELAS .............................................................................................................. vi

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ............................................................................. viii

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 11

2. CONTEXTUALIZAÇÃO .................................................................................................... 11

2.1. Mercado Mundial do Petróleo ....................................................................................... 11

2.2. Petroleiros ...................................................................................................................... 13

2.3. Portos ............................................................................................................................. 15

2.3.1. Ras Tanura ............................................................................................................ 16

2.3.2. Al Basra Oil Terminal .......................................................................................... 16

2.3.3. Fateh Terminal ...................................................................................................... 16

2.3.4. Halul Island ............................................................................................................ 17

2.3.5. OCP Marine Terminal .......................................................................................... 17

2.3.6. Mailiao Oil Port ..................................................................................................... 18

2.3.7. Kawasaki ................................................................................................................ 18

2.3.8. Ulsan ....................................................................................................................... 18

2.3.9. Cochin ..................................................................................................................... 19

2.3.10. Riverhead Terminal ............................................................................................ 19

3. ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO ...................................................................................... 20

4. ESPIRAL DE PROJETO ..................................................................................................... 21

5. DIMENSÕES INICIAIS ...................................................................................................... 21

5.1. Relações de dimensões e parâmetros principais vs. DWT ............................................ 22

5.2. Relações Adimensionais vs. DWT ................................................................................ 23

5.3. Resultados da Regressões .............................................................................................. 25

6. ESTIMATIVAS DOS COEFICIENTES E MEDIDAS ....................................................... 27

ii

6.1. Coeficiente de bloco (Cb) .............................................................................................. 27

6.2. Coeficiente de seção mestra (Csm) ................................................................................ 27

6.3. Coeficiente prismático (Cp) ........................................................................................... 28

6.4. Coeficiente da área de flutuação (Cwp) ......................................................................... 28

6.5. Posição longitudinal do centro de carena (LCB) ........................................................... 28

6.6. Comprimento de seção mestra (Lx) ............................................................................... 29

6.7. Semi-ângulo de entrada - α ............................................................................................ 29

6.8. Superfície molhada ........................................................................................................ 29

7. ESTIMATIVAS DAS CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO ........................................ 30

7.1. Potência do MCP ........................................................................................................... 30

7.2. Peso leve ........................................................................................................................ 31

7.2.1. Peso da estrutura em aço (Wst) ........................................................................... 31

7.2.2. Peso de equipamentos e casaria (Weh) ................................................................ 32

7.2.3. Peso do MCP e motores auxiliares (Wmq) ......................................................... 32

7.3. Altura do centro de gravidade do navio leve ................................................................. 32

7.4. Altura do centro de gravidade do navio carregado (KGwf) .......................................... 33

7.5. Deslocamento (∆) .......................................................................................................... 34

7.6. Estabilidade inicial ......................................................................................................... 34

8. FORMAS .............................................................................................................................. 34

8.1. Bulbo de proa ................................................................................................................. 35

8.2. Bulbo de popa ................................................................................................................ 37

9. COMPARTIMENTAÇÃO ................................................................................................... 37

9.1. Pique tanque de vante .................................................................................................... 38

9.2. Pique tanque de ré .......................................................................................................... 38

9.3. Praça de máquinas ......................................................................................................... 38

9.4. Praça de bombas ............................................................................................................ 39

9.5. Tanque de consumíveis .................................................................................................. 39

iii

9.6. Duplo fundo ................................................................................................................... 40

9.7. Duplo costado ................................................................................................................ 40

9.8. Tanques de resíduos ....................................................................................................... 40

9.9. Tanques de carga ........................................................................................................... 40

9.10. Tanques de lastro ......................................................................................................... 43

9.11. Superestrutura .............................................................................................................. 44

9.12. Chaminé ....................................................................................................................... 45

9.13. Lotação ......................................................................................................................... 45

10. CASCO ............................................................................................................................... 46

11. ESTRUTURA ..................................................................................................................... 47

11. RESISTÊNCIA AO AVANÇO .......................................................................................... 50

12. SISTEMA PROPULSIVO ................................................................................................. 52

12.1. Número de pás ............................................................................................................. 53

12.2 Cálculo do propulsor ..................................................................................................... 53

13. DOCUMENTOS ESTATUTÁRIOS .................................................................................. 59

13.1 Memorial Descritivo ..................................................................................................... 60

13. CONCLUSÃO .................................................................................................................... 63

14. REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 64

ANEXO 1 ................................................................................................................................. 66

iv

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Distribuição das reservas mundiais de petróleo em 1995, 2005 e 2015 em

porcentagem.............................................................................................................................. 11

Figura 2 - Consumo de petróleo por continentes..................................................................... 12

Figura 3 - Fluxo de petróleo em 2015 (milhões de toneladas) ................................................ 12

Figura 4 - Variação do preço do petróleo entre os anos de 1861 até 2015 em função dos

eventos mundiais ...................................................................................................................... 13

Figura 5 - Categorias de navios petroleiros ............................................................................. 14

Figura 6 - Desastre do Navio Petroleiro Exxon Valdez .......................................................... 15

Figura 7 - Desastre do Navio Petroleiro Prestige .................................................................... 15

Figura 8 - Seção de navio com costado duplo e fundo duplo .................................................. 15

Figura 9 - Localização do Porto Ras Tanura ........................................................................... 16

Figura 10 - Localização do Porto Al Basra Oil Terminal ....................................................... 16

Figura 11 - Localização do Porto Fateh Terminal ................................................................... 17

Figura 12 - Localização do Porto Halul Island ........................................................................ 17

Figura 13 - Localização do Porto OCP Marine Terminal ....................................................... 17

Figura 14 - Localização do Porto Mailiao Oil Port ................................................................. 18

Figura 15 - Localização do Porto Kawasaki............................................................................ 18

Figura 16 - Localização do Porto Ulsan .................................................................................. 19

Figura 17 - Localização do Porto Cochin ................................................................................ 19

Figura 18 - Localização do Riverhead Terminal ..................................................................... 19

Figura 19 - Ampliação do Canal do Panamá ........................................................................... 20

Figura 20 - Espiral de Evans do Projeto .................................................................................. 21

Figura 21 - Relação Lpp x DWT ............................................................................................. 22

Figura 22 - Relação Boca x DWT ........................................................................................... 22

Figura 23 - Relação Calado x DWT ........................................................................................ 23

Figura 24 - Relação Capacidade de carga x DWT .................................................................. 23

Figura 25 - Relação Lpp/B x DWT ........................................................................................ 24

Figura 26 - Relação Lpp/D x DWT ......................................................................................... 24

Figura 27 - Relação D/T x DWT ............................................................................................. 25

Figura 28 - Relação B/D x DWT ............................................................................................. 25

Figura 29 - Relação KW x DWT ............................................................................................. 30

Figura 30 - Potência requerida para petroleiros ...................................................................... 31

v

Figura 31 - Geometria do bulbo .............................................................................................. 36

Figura 32 - Bulbo dimensionado ............................................................................................. 37

Figura 33 - Bulbo de popa ....................................................................................................... 37

Figura 34 - Casco modelado vista de proa .............................................................................. 46

Figura 35 - Casco modelado vista de popa .............................................................................. 46

Figura 36 - Navio modelado 3D - vista de proa ...................................................................... 47

Figura 37 - Casco modelado 3D - vista de popa ..................................................................... 47

Figura 38 - Gráfico para extração do coeficiente residual ..................................................... 51

Figura 39 - Resistência ao Avanço .......................................................................................... 52

Figura 40 - Procediemnto para obtenção de η da série B-TROOST 5.60 ............................... 54

Figura 41 - Diagrama de Burril ............................................................................................... 56

Figura 42 - Motores e pontos de operação .............................................................................. 58

Figura 43 - Perfil do motor G80ME - C9 ................................................................................ 58

Figura 44 - Principais dimensões do motor G80ME - C9 ....................................................... 59

Figura 45 - Disposição do MCP no casco ............................................................................... 59

vi

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Resumo dos dados dos portos ................................................................................ 20

Tabela 2 - Relação B/D x DWT .............................................................................................. 26

Tabela 3 - Valores adimensionais ............................................................................................ 26

Tabela 4 - Dados da Primeira Estimativa ................................................................................ 27

Tabela 5 - Estimativa do coeficiente de bloco ......................................................................... 27

Tabela 6 - Estimativa do coeficiente de seção mestra ............................................................. 28

Tabela 7 - Estimativa do coeficiente da área de flutuação ...................................................... 28

Tabela 8 - Estimativa do LCB ................................................................................................. 29

Tabela 9 - Estimativa do comprimento de seção mestra ......................................................... 29

Tabela 10 - Estimativa do semi-ângulo de entrada .................................................................. 29

Tabela 11 - Estimativa da superfície molhada ......................................................................... 29

Tabela 12 - Estimativa de potência .......................................................................................... 31

Tabela 13 - Estimativa do peso da estrutura em aço ............................................................... 32

Tabela 14 - Estimativa do peso dos equipamentos .................................................................. 32

Tabela 15 - Estimativa do peso do MCP e MCAs ................................................................... 32

Tabela 16 - Estimativa do KGwl ............................................................................................. 33

Tabela 17 - Consumíveis típicos de um Suezmax ................................................................... 33

Tabela 18 - Estimativa do KGwf ............................................................................................. 33

Tabela 19 - Estimativa do deslocamento ................................................................................. 34

Tabela 20 - Estimativa da altura do metacentro ...................................................................... 34

Tabela 21 - Intervalos de valores para dimensionamento do bulbo ........................................ 35

Tabela 22 - Cálculos dos coeficiente do bulbo ........................................................................ 36

Tabela 23 - Volume dos tanques de consumíveis .................................................................... 39

Tabela 24 - Compartimentação ................................................................................................ 42

Tabela 25 - Dados gerais do navio .......................................................................................... 46

Tabela 26 - Módulo de seção ................................................................................................... 49

Tabela 27 - Tensão total .......................................................................................................... 49

Tabela 28 - Flambagem de reforçadores longitudinais............................................................ 50

Tabela 29 - Dados da embarcação para cálculo da resistência ao avanço ............................... 50

Tabela 30 - Cálculo de RT e EHP .......................................................................................... 51

Tabela 31 - Fator de esteira ..................................................................................................... 53

Tabela 32 - Hélices mais eficientes para o navio .................................................................... 55

vii

Tabela 33 - Pressão de vapor em função da temperatura ........................................................ 55

Tabela 34 - Valorer de entrada para o Diagrama de Burril e resultados de cavitação ............ 56

Tabela 35- Geometria do hélice escolhido .............................................................................. 56

Tabela 36 - BHP necessário para o hélice dimensionado ........................................................ 57

Tabela 37 - Hélice dimensionado com Rt obtido por H&M ................................................... 57

Tabela 38 - MCP requerido ..................................................................................................... 57

viii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

∆ Deslocamento

ABS American Bureau of Shipping

AFRA Average Freight Rate Assessment

ASTM American Society for Testing and Materials

B Boca

Cb Coeficiente de Bloco

CF Coeficiente de resistência de atrito

Cp Coeficiente Prismático

CR Coeficiente residual

Csm Coeficiente de Seção Mestra

CSR Common Structural Rules for Double Hull Oil Tankers

Cwp Coeficiente de Linha dágua

D Pontal

DWT Deadweight

Fn Número de Froude

GLP Gás Liquefeito de Petróleo

GM Altura Metacêntrica

KGwl Altura do centro de gravidade do navio leve

KM Altura do Metacentro em relação à quilha

LCB Posição Longitudinal do Centro de Carena

LNG Gás Natural Liquefeito

LOA Length overall

Lpp Comprimento entre Perpendiculares

MARPOL Convenção Internacional para a Prevenção da Poluição por Navios

MCA Motores Auxiliares

ix

MCP Motor Principal

NORMAN Normas da Autoridade Marítima

OCDE Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico

SOLAS Convenção Internacional para a Salvaguarda da Vida Humana no Mar

Sw Superfície molhada

T Calado

ULCC Ultra Large Crude Carriers

UNCTAD Conferência das Nações Unidas sobre Comércio e Desenvolvimento

VLCC Very Large Crude Carriers

Weh Peso de equipamentos e casaria

Wmq Peso do MCP e motores auxiliares

Wst Peso da estrutura em aço

11

PROJETO PRELIMINAR DE UM NAVIO PETROLEIRO

1. INTRODUÇÃO

O petróleo e seus derivados dominam a matriz energética mundial e como o

desenvolvimento econômico de um país está diretamente ligado ao seu consumo, existe uma

busca permanente por esse tipo de combustível. Poucos países detém grandes reservas

petrolíferas, criando-se assim uma oportunidade comercial de exportar essa commodity para

os demais países do mundo.

O modo mais viável de exportação é por via marítima, realizado por navios petroleiros

que devem atender em seus projetos uma combinação que otimize a quantidade de carga a ser

transportada, as variáveis econômicas e a capacidade de atender rotas diferenciadas.

Devendo atender às condições regulatórias para a concepção de um navio, o presente

trabalho propõe um projeto preliminar de um navio petroleiro capaz de transportar óleo cru

entre vários portos do mundo.

2. CONTEXTUALIZAÇÃO

2.1. Mercado Mundial do Petróleo

A maior riqueza mineral do Oriente Médio é o petróleo, o que faz da sua extração e

refino os principais fatores de influência na economia dos países. Segundo dados da British

Petroleum (2016), o Oriente Médio detinha 47,3% das reservas mundiais de petróleo no ano

de 2015, seguido da América Central e do Sul com 19,4 % e América do Norte com 14%.

Figura 1 - Distribuição das reservas mundiais de petróleo em 1995, 2005 e 2015 em porcentagem.

Fonte: British Petroleum (2016)

Dados do mercado de petróleo em 2015 mostram que os Estados Unidos foram

responsáveis por 19,7% do consumo mundial, seguidos da China, com 12,9% (British

12

Petroleum, 2016). O consumo global de petróleo aumentou em 1,9 milhões de barris por dia,

isso equivale a quase o dobro da média dos últimos 10 anos, impulsionado por países

membros da OCDE. A região Ásia-Pacífico foi responsável por 74% do crescimento global

no consumo de petróleo, principalmente pelo fato da China incrementar o seu consumo em

770 mil barris por dia.

Figura 2 - Consumo de petróleo por continentes.


A Figura 3 apresenta os principais fluxos do petróleo entre produtores e

consumidores no ano de 2015:

Figura 3 - Fluxo de petróleo em 2015 (milhões de toneladas)


O petróleo é um produto altamente sujeito à pressões políticas e comerciais, sendo

altamente influenciado por crises, guerras e outros grandes acontecimentos mundiais. A

Figura 4 correlaciona esses acontecimentos com o valor do barril.

13

Figura 4 - Variação do preço do petróleo entre os anos de 1861 até 2015 em função dos eventos mundiais

(em US$ por barril)


2.2. Petroleiros

Segundo a UNCTAD (2015) existem atualmente 9.573 petroleiros navegando pelos

mares do mundo, totalizando 503.343.000 DWT, o que equivale a 28% de toda a frota dos

principais tipos de navios. A idade média desses navios é 18 anos, no entanto quase 40% dos

petroleiros possuem mais de 20 anos de serviço. Desta forma, a maioria dos governos buscam

meios legais para garantir maior controle nas operações desses navios e profissionais

qualificados, a fim de prevenir acidentes.

Os navios petroleiros podem ser categorizados segundo Molland (2008), conforme sua

capacidade e restrições de trajetos:

Panamax: Possui entre 65.000 e 80.000 DWT. Seu nome se deve as dimensões

máximas permitidas para os navios transitarem pelo antigo Canal do Panamá (275

metros de comprimento, 32 metros de boca e 13 metros de calado).

Aframax: Com deadweight entre 80.000 e 120.000 t, é um tipo de petroleiro com

nome derivado de AFRA, sistema criado em 1954 pela Shell.

14

Suexmax: Suas capacidades vão desde 120.000 até 200.000 DWT. As dimensões do

navio admissíveis para tráfego são limitadas pelo Canal de Suez (Calado máximo de

19 metros).

VLCC: Com o objetivo de ganhar economia de escala e responder às grandes

demandas, tem capacidades entre 200.000 e 320.000 DWT. Suas dimensões tratam de

navios que operam por grandes terminais mundiais

ULCC: Possuem os mesmos objetivos do VLCC e suas capacidades superam 320.000

DWT. Pelo fato de possuírem grandes tamanhos são limitados para operar em águas

restritas.

Figura 5 - Categorias de navios petroleiros

Fonte: Marine Insight (2016a)

A tecnologia aplicada à construção e operação de petroleiros vem se devolvendo com

o passar dos anos, como a construção de casco duplo, a aplicação de equipamentos eletrônicos

na navegação e automatização de equipamentos. Empregar novos métodos e equipamentos

está intimamente relacionado com a segurança no transporte de um produto que é altamente

poluente para o meio ambiente e que já causou grandes desastres ambientais como os

ocasionados pelos petroleiros Exxon Valdez em 1989 (Figura 6) e Prestige em 2002 (Figura

7).

15

Figura 6 - Desastre do Navio Petroleiro Exxon

Valdez

Figura 7 - Desastre do Navio Petroleiro Prestige

Fonte: Marine Insight (2016b) Fonte: The Guardian (2013)

A preocupação da comunidade marítima internacional incitou a criação de medidas

para evitar a contaminação do meio ambiente marinho, guiado pela MARPOL, que trata a

respeito da poluição devido a acidentes e operações arriscadas de navios, por meio de

regulações que obrigam os navios petroleiros construídos após 1993 serem construídos com

costado duplo e fundo duplo (Molland, 2008) e especifica como devem ser feitas as operações

de carga, descarga, armazenamento e descarte de resíduos.

Figura 8 - Seção de navio com costado duplo e fundo duplo


2.3. Portos

A necessidade do consumo de petróleo justifica o seu fluxo entre os países por meio

dos portos exportadores e importadores. Nessa seção serão apresentados terminais referentes a

cada país, suas limitações e capacidades. As informações dos portos são referentes ao banco

de dados do software "IHS Maritime - Ports and Terminals Guide 2015".

16

2.3.1. Ras Tanura

O maior terminal de exportação de petróleo da Arábia Saudita possui uma capacidade

de operação de 5 mil barris por hora, profundidade de 21 metros em seu canal e 23,2 m em

seu terminal. O porto possui 20 berços, onde o LOA máximo suportado pelo maior berço é de

533,4 metros. Os derivados embarcados são: óleo combustível, GLP, querosene, petróleo e

nafta.

Figura 9 - Localização do Porto Ras Tanura

Fonte: IHS Maritime (2015)

2.3.2. Al Basra Oil Terminal

Este porto está localizado no Iraque e apresenta uma capacidade de operação de

900.000 barris por dia, calado máximo para acesso ao porto de 21 metros e o máximo DWT é

de 350.000. O porto possui 4 berços, onde o LOA máximo suportado pelos berços é de 366

metros. Somente petróleo é embarcado.

Figura 10 - Localização do Porto Al Basra Oil Terminal


2.3.3. Fateh Terminal

O porto operado pela Dubai Petróleo Company está localizado nos Emirados Árabes

Unidos e apresenta uma capacidade mínima de operação equivalente a 40.000 barris por hora.

O calado máximo permitido é de 27,4 metros e os berços normalmente são restrito a navios

entre 70.000DWT e 300.000 DWT. Anualmente 100 navios são carregados com petróleo.

17

Figura 11 - Localização do Porto Fateh Terminal


2.3.4. Halul Island

Localizado no Catar, o porto é operado pela Catar Petroleum (QP) apresentando uma

capacidade de operação de 15.000 toneladas por hora. O calado máximo permitido é de 29

metros para seus 2 berços e o máximo DWT é de 550.000. Anualmente 150 navios são

carregados no terminal.

Figura 12 - Localização do Porto Halul Island

Fonte: IHS Maritime, 2015

2.3.5. OCP Marine Terminal

Este porto está localizado no Equador e é operado pela Oleoducto de Crudos Pesados

Ecuador S.A., possuindo uma capacidade de operação de 60.000 barris por hora de petróleo, o

calado máximo para acesso ao berço 1 é de 18 metros e do berço 2 é de 23 metros. O máximo

DWT é de 325.000 e o LOA máximo suportado é de 355 metros.

Figura 13 - Localização do Porto OCP Marine Terminal


18

2.3.6. Mailiao Oil Port

Localizado na China, este porto apresenta uma capacidade de descarga de 223

toneladas por hora operando com calado máximo de 19,7 metros, máximo DWT de 260.000 e

o LOA máximo é de 330 metros. Os produtos descarregados são: óleo combustível, GLP,

querosene, petróleo e produtos químicos.

Figura 14 - Localização do Porto Mailiao Oil Port


2.3.7. Kawasaki

Situado no Japão, o calado máximo para acesso ao porto é de 21 metros, o

comprimento máximo é de 280 metros e o máximo DWT é 265.000. É um porto que opera

cargas conteinerizadas, secas e liquídas, sendo estas o petróleo, LNG, GLP e produtos

químicos.

Figura 15 - Localização do Porto Kawasaki.


2.3.8. Ulsan

Maior porto da Coréia do Sul situado próximo ao estaleiro da Hyundai, o calado

máximo para acesso ao porto é de 22,6 metros e o máximo DWT é de 350.000. É um porto

que opera cargas conteinerizadas, secas e liquidas, sendo estas o petróleo, LNG, GLP e

produtos químicos.

19

Figura 16 - Localização do Porto Ulsan


2.3.9. Cochin

Localizado na Índia, Cochin está prestes a se tornar a principal porta para o

abastecimento de combustíveis no interior da Região Sul da Ásia. Por este porto transitam

20.100.000 toneladas por ano de carga, operando com calado máximo de 22,5 metros,

máximo DWT de 300.000 e o LOA máximo é de 370 metros. Os produtos descarregados são:

carga geral, carvão, petróleo, derivados, óleos minerais, produtos químicos e algodão.

Figura 17 - Localização do Porto Cochin


2.3.10. Riverhead Terminal

Porto que permite um calado para navios petroleiros nos EUA equivalente a 19

metros, máximo LOA de 350 metros e 225.000 de DWT. Apresenta uma capacidade de

descarga de 10.000 barris por hora, transitando 3.700.000 toneladas de produtos, operando

exclusivamente com petróleo e seus derivados.

Figura 18 - Localização do Riverhead Terminal


20

Realizado o levantamento de dados dos portos e com o auxílio da tabela abaixo é

evidente que o para o navio a ser projetado existirá uma limitação de profundidade de

navegação de 18 metros, um comprimento máximo de 280 metros e o DWT de 225 mil.

Tabela 1 - Resumo dos dados dos portos

Porto País Profundidade de

restrição (m)

Nº de

berços

LOA

máximo

(m)

DWT

máximo (mil

ton)

Capacidade de

operação

(mil barris/h)

Ras Tanura Arábia

Saudita 21 20 533,4 - 5

Al Basra Iraque 21 4 366 350 37,5

Fateh EAU 27,4 - - 300 40

Halul Catar 29 2 - 550 62,5

OCP Marine Equador 18 2 355 325 60

Mailiao China 19,7 - 330 260 1,4

Kawasaki Japão 21 - 280 265 -

Ulsan Coréia do

Sul 22,6 - - 350 -

Cochin Índia 22,5 - 370 300 -

Riverhead Terminal EUA 19 - 350 225 10


3. ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO

Para a realização desse projeto buscou-se um tipo de embarcação que possa navegar

pelas principais restrições e acessar os principais portos do mundo. Desta forma optou-se pelo

Suezmax que comumente opera da África Ocidental para Europa, costa do Caribe e leste dos

EUA. Outro ponto relevante é a ampliação do Canal do Panamá que possibilitará a travessia

de navios com LOA de 366 m e boca de 48 m. A Figura 19 exemplifica as mudanças na

largura e profundidade do canal:

Figura 19 - Ampliação do Canal do Panamá

Fonte: Autoridade do Canal do Panamá (2016)

21

Em 2014 existiam 474 navios tanque Suezmax e no mesmo ano foi registrado um

aumento de 43 navios na carteira de encomendas mundiais (World Maritime News, 2014), o

que representa 9% da frota dessa categoria naquele momento.

Conhecidas as justificativas da escolha do petroleiro Suezmax para esse trabalho,

definiu-se o petróleo cru como produto a ser transportado, o DWT de 150.000 e a velocidade

de operação de 15 nós, visto que navios semelhantes são também projetados para essa

velocidade (Significant Ships). Esses requisitos iniciais são essenciais para o projeto do navio

nas próximas etapas.

4. ESPIRAL DE PROJETO

A espiral de projeto de Evans é uma metodologia de projeto naval em que se tem

várias iterações no ciclo do projeto a fim de refinar cada vez mais os valores e desenhos e

chegar a um navio mais próximo do ótimo. A figura a seguir apresenta a espiral seguida neste

projeto:

Figura 20 - Espiral de Evans do Projeto

Fonte: o Autor (2016)

5. DIMENSÕES INICIAIS

O procedimento para estimar as dimensões iniciais consiste na geração de um banco

de dados de navios semelhantes e posterior realização de regressões capazes de gerar

equações para obtenção das dimensões a partir de dados de entrada. O objetivo é obter

informações sobre a ordem de magnitude dos navios existentes e dar condições iniciais para o

navio de 150.000 de DWT ser projetado.

O desenvolvimento de um banco de dados de navios petroleiros Suezmax semelhantes

com deadweight entre 140.000 e 160.000 se deu a partir da busca de dados em sites de

armadores, no banco de dados da Lloyd’s Register de 2000 - 2008 e publicações da RINA,

22

Significant Ships de 2000 – 2013. São apresentados 41 navios (ANEXO 1) com informações

das dimensões, relações de dimensões, pesos, capacidades, DWT, velocidades de operação,

capacidades de tanques, potências e outras informações úteis para o projeto. Os tópicos a

seguir demonstram as relações obtidas para os dados coletados.

5.1. Relações de dimensões e parâmetros principais vs. DWT

Para esta primeira regressão foram excluídos 13 navios dos 41 para atender um R² de

0,9301, sendo eles: RIO 2016, Brightway, Eagle San Antonio, Spyros, Mikela P., ICE

EXPLORER, Ottoman Nobility, Erviken, Voyager, Seatriumph, Front Melody, Front

Symphony e Ottoman Dignity.

Figura 21 - Relação Lpp x DWT

Fonte: o Autor (2016).

Para obtenção da regressão de Boca x DWT, onde o R² é de 0,9566 foram excluídos os

navios RIO 2016, Brightway, Eagle San Antonio, Stena Supreme, Spyros, Mikela P, ICE

EXPLORER, Voyager, Seatriumph, Georgios S., Front Melody, Front Symphony e Ottoman

Dignity.

Figura 22 - Relação Boca x DWT

. Fonte: o Autor (2016)

y = 0,033x2 - 10,114x + 1037,6 R² = 0,9301

256

258

260

262

264

266

268

140 142 144 146 148 150 152 154 156 158 160 162

Lpp

(m

)

DWT (ton) *103

LPP x DWT

LPP x DWT Polinômio (LPP x DWT)

y = 0,0063x2 - 1,9603x + 199,95 R² = 0,9566

45

46

47

48

49

50

51

140 142 144 146 148 150 152 154 156 158 160 162

Bo

ca (

m)

DWT (ton) *103

Boca x DWT

Boca x DWT Polinômio (Boca x DWT)

23

Na regressão de Calado x DWT foram excluídos 11 navios dos 41 para atender um R²

de 0,9678, sendo eles: APEX SPIRIT, SKS SEGURA, Jag Lalit, Aegean Angel, Olympic

Future, Voyager, Filikon, Seatriumph, Front Melody e Front Symphony.

Figura 23 - Relação Calado x DWT


A regressão de Capacidade de Carga x DWT requereu que somente 16 navios foram

excluídos para atender um R² de 0,9291, sendo eles: RIO 2016, Samba Spirit, Spyros, Mikela

P., APEX SPIRIT, WALTZ, ICE EXPLORER, Jag Lalit, Jag Lok, Erviken, Desh Shanti,

Yannis P., Voyager, Seatriumph, Front Melody e Front Symphony.

Figura 24 - Relação Capacidade de carga x DWT


5.2. Relações Adimensionais vs. DWT

Da mesma forma que para as relações de dimensões e parâmetros principais navios

foram excluídos para atender um R² maior que 0,9. Então para a relação Lpp/B x DWT que

possui um R² de 0,9254, foram excluídos os seguintes navios: RIO 2016, Samba Spirit,

y = 0,0059x2 - 1,7128x + 140,99 R² = 0,9678

15,5

16,0

16,5

17,0

17,5

18,0

140 142 144 146 148 150 152 154 156 158 160 162

Cal

ado

(m

)

DWT (ton) *103

Calado x DWT

Calado x DWT Polinômio (Calado x DWT)

y = 0,1318x2 - 40,79x + 3320,2 R² = 0,9291

155

160

165

170

175

180

144 146 148 150 152 154 156 158 160 162 Cap

acid

ade

de

Car

ga (

m3 )

*1

03

DWT (ton) *103

Capacidade de carga x DWT

Capacidade de carga x DWT Polinômio (Capacidade de carga x DWT)

24

Brightway, Eagle San Antonio, ICE EXPLORER, Ottoman Nobility, Erviken, Seatriumph,

Ottoman Dignity, Front Melody e Front Symphony.

Figura 25 - Relação Lpp/B x DWT


Com um R² de 0,9501, os seguintes navios foram excluídos para obter tal resultado:

Brightway, Eagle San Antonio, Stena Supreme, Spyros, Mikela P, CARP, SONANGOL

NAMIBE, ICE EXPLORER, Ottoman Nobility, Genmar Spyridon, Ottoman Dignity, Front

Melody e Front Symphony, Seatriumph e Georgios S.

Figura 26 - Relação Lpp/D x DWT


Esta regressão pode-se dizer que expressa uma boa aproximação, visto que seu R² é

equivalente a 0,9856 e para isso dos 41 navios coletados o seguintes foram excluídos:

Brightway, Stena Supreme, APEX SPIRIT, SKS SEGURA, SONANGOL NAMIBE, ICE

EXPLORER, Jag Lalit, Ottoman Nobility, Aegean Angel, Desh Shanti, Olympic Future,

Erviken, Yannis P., Seatriumph e Georgios S.

y = 4,1086x2 - 12,475x + 14,948 R² = 0,9254

5,2

5,4

5,6

5,8

1,42 1,44 1,46 1,48 1,5 1,52 1,54 1,56 1,58 1,6 1,62

Lpp

/B

DWT (ton) *103

Lpp/B x DWT

Lpp/B x DWT Polinômio (Lpp/B x DWT)

y = -0,4681x2 + 14,131x - 94,904 R² = 0,9501

0

5

10

15

20

14 14,2 14,4 14,6 14,8 15 15,2 15,4 15,6 15,8 16 16,2

Lpp

/D

DWT (ton) *104

Lpp/D x DWT

Lpp/D x DWT Polinômio (Lpp/D x DWT)

25

Figura 27 - Relação D/T x DWT


A relação B/D X DWT requereu que os navios seguintes não compusessem para então

constar um R² de 0,9376, são então: Brightway, Eagle San Antonio, Stena Supreme, Spyros,

Mikela P., SONANGOL NAMIBE, ICE EXPLORER, Ottoman Nobility, Aegean Angel,

Desh Shanti, Olympic Future, Erviken, Yannis P., Seatriumph, Georgios S. e Ottoman

Dignity.

Figura 28 - Relação B/D x DWT


5.3. Resultados da Regressões

Com as expressões extraídas das regressões foi possível gerar a primeira alternativa

para o pré-dimensionamento do navio tendo como valor de entrada o DWT. A Tabela 2

apresenta o procedimento para obtenção dos valores.

y = 0,5832x2 - 2,3514x + 3,6196 R² = 0,9856

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,4 1,42 1,44 1,46 1,48 1,5 1,52 1,54 1,56 1,58 1,6 1,62

D/T

DWT (ton) *105

D/T x DWT

D/T x DWT Polinômio (D/T x DWT)

y = -8,6419x2 + 26,022x - 17,449 R² = 0,9376

1,85

1,9

1,95

2

2,05

2,1

2,15

2,2

1,4 1,42 1,44 1,46 1,48 1,5 1,52 1,54 1,56 1,58 1,6 1,62

B/D

DWT (ton) *105

B/D x DWT

B/D x DWT Polinômio (B/D x DWT)

26

Tabela 2 - Relação B/D x DWT

Características Equação Resultados Und

Dimensões

Principais

Lpp 0,033*DWT2 - 10,114*DWT + 1037,6 263 metros

Boca 0,0063*DWT2 - 1,9603*DWT + 199,95 47,65 metros

Calado 0,0059*DWT2 - 1,7128*DWT + 140,99 16,82 metros

Capacidade de Carga 0,1318*DWT2 - 40,79*DWT + 3320,2 167200 m³

Relações

Adimensionais

Lpp/B 4,1086*DWT2 - 12,475*DWT + 14,948 5,48

Lpp/D -0,4681*DWT2 + 14,131*DWT - 94,904 11,74

D/T 0,5832*DWT2 - 2,3514*DWT + 3,6196 1,41

B/D -8,6419*DWT2 + 26,022*DWT - 17,449 2,14


Segundo Watson (1998), para navios petroleiros existe um intervalo para a relações

adimensionais:

Tabela 3 - Valores adimensionais

Relações adimensionais Valor mínimo Valor máximo Valor calculado

(regressão)

Valor

utilizado

L/B 5,43 5,85 5,52 5,48

B/D 1,92 2,13 2,02 2,14

T/D 0,69 0,74 0,71 0,71

L/D 10,5 11,6 11,13 11,74

B/T 2,6 3 2,83 2,02

Fn 0,143 0,16 0,15 0,15

Fonte: Watson (1998)

O comprimento total do navio pouco é citado para dimensionamentos preliminares,

portanto, a fim de obter um valor mais direto, calculou-se a média aritmética e obteve-se

como resultado final um valor de 10,4 metros somado ao valor do comprimento entre

perpendiculares. Validados os valores obtidos por meio dos cálculos das dimensões principais

e utilizando a relação adimensional de T/D proveniente das regressões, tem-se como a

primeira estimativa para o projeto do navio os valores presentes na Tabela 4.

27

Tabela 4 - Dados da Primeira Estimativa

Dimensões Valor Unidades

Loa 273,4 metros

Lpp 263 metros

Boca 47,65 metros

Calado 16,82 metros

Pontal 23,63 metros

Cp. Carga 167200 m³

Fn 0,152


6. ESTIMATIVAS DOS COEFICIENTES E MEDIDAS

Para a obtenção dos coeficientes de forma utiliza-se de equações apresentadas por

Watson (1998), Castro et. al (2007) e Lamb (2004). Desta forma, para obter um valor ótimo

para cada coeficiente e medidas, será eleito o valor obtido por meio de média aritmética dos

valores relutantes das equações de estimativas.

6.1. Coeficiente de bloco (Cb)

Este coeficiente é um dos mais simples para representar a forma de um navio, tendo

grande influência sobre a resistência ao avanço, sobre a capacidade de carga e em menor

escala sobre a estabilidade e manobrabilidade. Diversas equações existem para definição deste

coeficiente com diferentes parâmetros de entrada.

Tabela 5 - Estimativa do coeficiente de bloco

Nome Equação Cb

Townsin 0,7+0,125*atan(25*(0,23-Fn)) 0,84

Schneekluth (0,23*(L/B+20)/(26*Fn^(2/3)) 0,79

Katsoulis 0,8217*1,06*L^(0,42)*B^(-0,3042)*T^(0,1721)*V^(-0,6135) 0,86

Kerlen 1,179-2,079*Fn 0,86


A média aritmética encontrada foi de um Cb = 0,84.

6.2. Coeficiente de seção mestra (Csm)

O coeficiente de seção mestra representa a relação entre a área da parte imersa da

seção a meia-nau e a área do retângulo circunscrito (Fonseca, 2005), sendo um grande

28

influente sobre a resistência ao avanço. Vários autores em suas equações relacionam o Csm

com o Cb.

Tabela 6 - Estimativa do coeficiente de seção mestra

Nome Equação Csm

Kerlen 1,006 - 0,0056*Cb^(-3,56) 0,9955

HSVA (1+(1-Cb)^(3,5))^(-1) 0,9983 Fonte: o Autor (2016)

A média aritmética encontrada foi de um Csm = 0,9969.

6.3. Coeficiente prismático (Cp)

O coeficiente prismático é definido pela razão entre o coeficiente de bloco e o

coeficiente de seção mestra. Logo, a relação encontrada foi de Cb/Csm = 0,8413.

6.4. Coeficiente da área de flutuação (Cwp)

Este coeficiente relaciona a área de flutuação com o retângulo que circunscreve

(Fonseca, 2005), tendo grande influência sobre a resistência hidrodinâmica e estabilidade

inicial.

Tabela 7 - Estimativa do coeficiente da área de flutuação

Nome Equação Cwp

Schneekluth (1+2*Cb)/3 0,892

J. Torroja (0,248+0,049*0,3)+(0,778-0,035*0,3)*Cb 0,906

Parson Cb/(0,471+0,551*Cb) 0,899 Fonte: o Autor (2016)

A média aritmética encontrada foi de um Cwp = 0,899

6.5. Posição longitudinal do centro de carena (LCB)

Essa posição informa o centroide na longitudinal do volume submerso, sendo

determinado com base nas condições hidrodinâmicas e de carga. As equações descritas são

utilizadas para a posição adequada do XB, onde XB resulta em uma porcentagem do valor de

Lpp, O valor encontrado corresponde à posição do LCB a partir da seção média, sendo

positiva no sentido da proa.

29

Tabela 8 - Estimativa do LCB

Nome Equação XB (%) LCB (m)

L. Troost 17,5*Cp-12,5 + 2,22 + 5,85

J. Torroja 3,37*Cb^(-4,67)-17,667*Fn^(5,36)-0,29*Fn^(0,32)*Cb^(-13)-2,55 + 3,55 + 9,34


A média aritmética encontrada foi de 2,89% para o XB e 7,59 m para o LCB.

6.6. Comprimento de seção mestra (Lx)

O comprimento de seção mestra depende do enchimento das formas, informando

diretamente o custo de fabricação do casco e o compartimento de interesse para carga com

base nas considerações hidrodinâmicas.

Tabela 9 - Estimativa do comprimento de seção mestra

Nome Equação Lx (%) Eq. Lpp (m)

Linbland 1607*Cb-914*Cb^2 -658 46,87 123,27 Fonte: o Autor (2016)

6.7. Semi-ângulo de entrada - α

Este parâmetro é muito importante para a resistência ao avanço e pode-se estimar por

meio da equação de Holtrop & Mennen.

Tabela 10 - Estimativa do semi-ângulo de entrada

Nome Equação α (graus)

Holtrop & Mennen 125,67*(B/L)-162,25*Cp^2 +234,32*Cp^3+0,1551*Xb^3 51,2


6.8. Superfície molhada

É a superfície externa do casco que fica efetivamente em contato com a água,

compreendendo a soma da superfície da carena e dos apêndices. Tem grande influência no

cálculo da resistência de atrito ao avanço do navio (Fonseca, 2005).

Tabela 11 - Estimativa da superfície molhada

Nome Equação Sw (m²)

Taylor 2,65*(Lpp*∇)^(1/2) 18071,05

Schneekluss & Bertram (3,4*∇^(1/3)+0,5*Lwl)*∇^(1/3) 18091,60

Mumford's 1,7*Lpp*T+Cb*L*B 18032,42


30

A média aritmética encontrada para a superfície molhada foi de 18065,02 m².

7. ESTIMATIVAS DAS CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO

Definida as dimensões e parâmetros de formas, nesta seção serão estimadas as

características de operação do navio proposto. As características a serem consideradas para

esta etapa são:

Potência do motor necessária para navegar a 15 nós ;

Peso leve;

Altura do centro de gravidade do navio leve;

Altura do centro de gravidade do navio carregado;

Deslocamento;

Estabilidade Inicial.

7.1. Potência do MCP

A estimativa preliminar da potência do MCP necessária para a velocidade requerida

foi calculada por meio da regressão de navios semelhantes e por meio do catálogo do

fabricante de motores (MAN B&W, 2007), obtendo assim um valor máximo, necessário para

as estimativas de peso.

A Figura 29 representa a regressão da relação da potência em KW com o DWT. Desta

forma, obteve-se o valor de 18835 KW para o DWT de 150000.

Figura 29 - Relação KW x DWT


A Figura 30 apresenta o método do fabricante para obter a potência, onde os dados de

entrada são o tipo de navio, o valor do DWT e a velocidade de navegação. Para este projeto,

y = -2,7986x2 + 86,532x - 649,46 R² = 0,9124

14

15

16

17

18

19

20

14 14,2 14,4 14,6 14,8 15 15,2 15,4 15,6 15,8 16 16,2

Po

tên

cia*

10

³ (K

W)

DWT*104 (ton)

Potência x DWT

KW x DWT Polinômio (KW x DWT)

31

tem-se então um valor resultante de potência de 16000 KW, mas por recomendação do

fabricante e as boas práticas calcula-se para + 0,5 nós, obtendo então 18000 KW.

Figura 30 - Potência requerida para petroleiros

Fonte: MAN B&W (2013)

O fabricante informa que as estimativas de potência são calculadas através do método

de Holtrop & Mennen’s, com motor a 90% e 15% de margem de mar.

Tabela 12 - Estimativa de potência

Nome Equação P (KW)

Regressão (86,532*DWT - 649,46 -2,7986*DWT^2)*10^3 18835,0

MAN B&W (H&M) P = f(DWT = 150000,V = 15,5 knots) 18000,0 Fonte: o Autor (2016)

A média aritmética resultou em uma potência de 18417,5 KW.

7.2. Peso leve

Ainda nesta fase do projeto torna-se desafiador determinar este parâmetro com

precisão, então estima-se o valor do peso leve dividindo-o em três partes:

Peso da estrutura em aço;

Peso de equipamentos e casaria;

Peso do MCP e motores auxiliares.

7.2.1. Peso da estrutura em aço (Wst)

A estimativa do peso da estrutura em aço se dá mediante as formulações abaixo onde

os parâmetros de entrada são, Lpp, boca e pontal:

32

Tabela 13 - Estimativa do peso da estrutura em aço

Nome Equação Wst (ton)

Petroleiros 0,0658*Lpp^1,7*B^0,102*D^0,886 20900,59

d'Almeida 0,0361*Lpp^1,6*B*D^0,22 25685,91

Harvald & J.Juncher 0,076*(Lpp*B*D+(0,8*B*(1,45*Lpp-11))) 23733,62


A média aritmética resultou em um peso estrutural de 23440,04 t.

7.2.2. Peso de equipamentos e casaria (Weh)

A estimativa do peso de equipamentos e casaria se dá mediante as formulações abaixo

onde os parâmetros de entrada são, Lpp, boca e pontal:

Tabela 14 - Estimativa do peso dos equipamentos

Nome Equação Weh (ton)

Petroleiros 0,045*Lpp^1,3*B^0,8*D^0,3 3578,20

d'Almeida 10,82*(Lpp*B*D)^0,41 1894,66

Cudina (0,28-Lpp/1620)*Lpp*B 1474,59

Castro Lpp*B*(0,36-0,00053*Lpp) 2764,96


A média calculada resultou em um peso de equipamentos de 2428,1 t.

7.2.3. Peso do MCP e motores auxiliares (Wmq)

Tabela 15 - Estimativa do peso do MCP e MCAs

Nome Equação Wmq (ton)

d'Almeida 2,41*P^0,62 1274,88


O peso leve é obtido somando os três pesos, onde:

Wl = Wst + Weh + Wmq = 27143,07 t

7.3. Altura do centro de gravidade do navio leve

O valor exato da posição do centro de gravidade é obtido com o cálculo detalhado de

pesos e centros de todos os itens. Para esta etapa será estimado por equações o centro de

gravidade.

33

Tabela 16 - Estimativa do KGwl

Nome Equação KG

(m)

W (ton)

Kupras | Estrutura em aço 0,01*D*(46,6+0,135*(0,81-

Cb)*(L/D)^2)+0,008*D*(L/B-6,5)

10,71 23440,0

4

Kupras | Equipamentos D+2,5 26,13 2428,10

Smith | MCP e MCAs 0,17*T+0,36*D 11,37 1274,88


Altura do centro de gravidade do navio leve é obtida pela equação abaixo:

KGwl = (Wst*KGst + Weh*KGeh + Wmq*KGmq) / Wl = 12,12 m

7.4. Altura do centro de gravidade do navio carregado (KGwf)

A estimativa do centro de gravidade para este caso utilizará o resultado do centro de

gravidade do navio leve e equações para determinar os KGs dos "pesos mortos".

Lamb (2004) apresenta os consumíveis típicos para navios Suezmax petroleiros

conforme a tabela abaixo:

Tabela 17 - Consumíveis típicos de um Suezmax

Consumíveis Peso (ton)

Combustível 4000

Diesel 360

Água doce 440

Lubrificantes 350

Fonte: Lamb (2004)

Tabela 18 - Estimativa do KGwf

Nome Equação KG (m) W (ton)

Combustível 0,78*D 18,43 4000

Diesel 0,14*D 3,31 360

Água doce 0,1*D 2,36 440

Lubrificantes 0,35*D 8,27 350

Carga (D-2,8)/2+2,8 13,21 144850

Navio leve Wl 12,12 27143,03


O método para o cálculo do KGwf ocorre de forma semelhante para obter o KGwl,

através da média ponderada dos KGs, onde os fatores ponderadores são os pesos. Temos

então:

34

KGwf = 13,11 m

7.5. Deslocamento (∆)

O deslocamento é calculado através das dimensões principais, do coeficiente de bloco

e da densidade da água como pode ser visto na tabela abaixo:

Tabela 19 - Estimativa do deslocamento

Equação ∆ (ton)

ρ*Lpp*B*T*Cb 181235,49


7.6. Estabilidade inicial

A estabilidade inicial do navio para uma situação de carga define-se por meio do valor

da altura metacêntrica (GM), conforme a equação abaixo:

GM = KM - KG

sendo KM e KG respectivamente as alturas do metacentro e do centro de gravidade.

Nesta etapa será calculado a estabilidade para o navio em plena carga. Para tanto o

KM será estimado por meio de equações.

Tabela 20 - Estimativa da altura do metacentro

Nome Equação KM (m)

Schneekluth B*((0,24*Cwp*B/(T*(Cm^(1/2))+2*Cb*T))+(0,9-0,3*Cm-0,1*Cb)/(B/T)) 19,59


O GM calculado foi de 6,48 m. Com este valor de GM obtido conclui-se que para as

dimensões principais projetadas assegura-se uma boa estabilidade inicial.

8. FORMAS

As formas do casco do navio influenciam de forma direta no seu desempenho durante

a navegação, logo, para esta seção, definiu-se que as zonas de popa e de proa são as de maior

relevância. Para a zona de proa será apresentando um bulbo e para a zona de popa um bulbo

de popa. Os resultados obtidos podem ser visualizados no Plano de Linhas e no modelo do

casco em 3D.

35

8.1. Bulbo de proa

Inicialmente, para desenvolver o bulbo para esse navio, analisou-se navios

semelhantes, para em seguida utilizar das equações para seu dimensionamento, no entanto

devido à complexidade optou-se dimensionar por meio de análises de resistência ao avanço

utilizando o método de Holtrop & Mennen’s, onde os parâmetros de entrada para o bulbo são:

altura do bulbo em relação a quilha e área transversal. Desta forma, após vários

dimensionamentos e comparação de resultados chegou-se no bulbo ótimo do tipo Nabla, com

os seguintes parâmetros:

Altura do bulbo: 6,98 metros;

Área transversal: 101,44 m²;

Então com estes parâmetros iniciais buscou-se detalhar as dimensões do bulbo

utilizando o método desenvolvido por Kracht (1978). Para o navio em questão com o número

de Froude equivalente a 0,15 recomenda-se que o bulbo apresente dimensões pequenas ou

inexistente, no entanto por fins de otimização optou-se utilizar bulbo. Desta forma para o

correto detalhamento, é necessário calcular 6 coeficientes de forma tal que estejam dentro do

intervalo da tabela abaixo:

Tabela 21 - Intervalos de valores para dimensionamento do bulbo

Parâmetros Sigla Intervalo

Coeficiente de Boca do Bulbo CBB 0,17 a 0,20

Coeficiente de Comprimento do Bulbo CLPR 0,018 a 0,031

Coeficiente de Altura do Bulbo CZB 0,26 a 0,55

Coeficiente de Área Transversal do Bulbo CABT 0,064 a 0,122

Coeficiente de Área Longitudinal do Bulbo CABL 0,068 a 0,146

Coeficiente Volumétrico do Bulbo CVPR 0,0011 a 0,00272

Fonte: Kracht (1978)

Ainda segundo Kracht (1978) para o cada coeficiente deve-se seguir as equações

abaixo utilizando as referências da Figura 31.

36

Figura 31 - Geometria do bulbo

Fonte: Kracht (1978)

Tabela 22 - Cálculos dos coeficiente do bulbo

Coeficiente Equação Cálculo Resultado

CBB Boca do Bulbo / Boca do navio 8,786 / 47,74 0,1840

CLPR LPR/LPP 5,693 / 263 0,0216

CZB ZB/Calado do navio 6,98 / 16,82 0,4149

CABT ABL / Área da Seção Mestra do Navio 63,76 / 795,35 0,0801

CABL ABT/ Área da Seção Mestra do Navio 101,44 / 795,35 0,1275

CVPR Volume do Bulbo / Volume do navio 463,1 / 180629 0,0025

Fonte: o Autor

Após serem efetuados os cálculos de validação do bulbo com o auxílio dos parâmetros

elaborados por Kracht (1978), conclui-se que a forma inicial utilizada, onde modelou-se

alguns bulbos comparando seus efeitos de forma positiva em relação a resistência ao avanço,

é válido, pois são condizentes com os intervalos dos coeficientes de dimensionamento de

bulbo. Sabendo então de suas vantagens frente a resistência ao avanço e dentro dos

parâmetros apresenta-se o bulbo na Figura 32.

37

Figura 32 - Bulbo dimensionado

Fonte: o Autor

8.2. Bulbo de popa

Esse apêndice apresenta como função fornecer ao hélice um fluxo de água uniforme,

no entanto seu dimensionamento analítico apresenta uma literatura escassa, então para poder

utilizar esse tipo de apêndice devido as suas vantagens, apenas foi reproduzido as linhas para

o desenvolvimento do casco em questão.

Figura 33 - Bulbo de popa

Fonte: Significant Ships (2012)

9. COMPARTIMENTAÇÃO

A compartimentação do navio proposto consistiu nos seguintes elementos:

Pique tanque de vante;

Pique tanque de ré;

Praça de máquinas;

Praça de bombas;

Tanques de consumíveis;

Duplo fundo;

38

Duplo costado;

Tanque de resíduos;

Tanques de carga;

Superestrutura;

A compartimentação é essencial, pois a partir dela gera-se o Arranjo Geral do navio,

informando e delimitando os volumes de carga, consumíveis e equipamentos do navio.

Muitos aspectos relativos à disposição geral do navio são determinados por

regulações, tanto de sociedade classificadoras como regras e convênios internacionais. Neste

projeto serão utilizados os seguintes os regulamentos Common Structural Rules for Double

Hull Oil Tankers (CSR) (2006), Convenção MARPOL (1973 e 1978) e Livro de Regras da

American Bureau of Shipping (2016).

9.1. Pique tanque de vante

De acordo com as regras da CSR, a distância da antepara do pique tanque de vante, a

partir do ponto de interseção da roda de proa da embarcação com a linha de flutuação onde foi

determinado o comprimento de regra (LL), deve ser:

0,08 LL < DaPV < 0,05 LL ou 10 m (o que for menor)

sabendo que LL = 264,35 m 21,15 < DaPV < 13,21 m

Assim sendo, definiu-se o posicionamento da antepara a 13,87 m a partir da PV em

direção a popa da embarcação.

9.2. Pique tanque de ré

A antepara do pique tanque de ré deve ser posicionada de forma que envolva o tubo

telescópico e a madre do leme em um compartimento estanque a água. Extraído de outros

projetos notou-se que é comum posicioná-la onde o casco toca a linha de base, para este

projeto utilizou-se este método prático, no entanto devido as linhas da popa do casco elegeu-

se uma distância de 12,83 metros da perpendicular de ré em direção a proa.

9.3. Praça de máquinas

Esse compartimento é destinada à alocação do MCP, dos MCAs, dos tanques de

consumíveis, além dos outros equipamentos de menores. Para estimar um comprimento da

praça de máquinas utiliza-se a expressão de Castro et. al (2007):

39

CPM = 0,28*Lpp0,67

+0,531*P0,35

sendo Lpp = 263 metros e P = 18417,5 KW, temos CPM = 28,2 m

Avaliando outros navios semelhantes decidiu-se utilizar o comprimento de 26,4

metros para a praça de máquinas.

9.4. Praça de bombas

Segundo a MARPOL 73/78, a praça de bombas deve estar isolada dos tanques de

carga devido ao grande risco de explosões. A partir da análise de navios semelhantes c,

observou-se que o comprimento da praça de bombas varia de 4 a 5 metros, então adotou-se

como sendo 4,7 metros.

9.5. Tanque de consumíveis

Os tanques de consumíveis se restringem ao espaço dentro da praça de máquinas. Os

tanques de óleo pesado e de diesel foram situados na antepara de vante da praça de máquinas

e foram arranjados de forma simétrica em relação ao plano diametral. Essa posição foi

elegida, pois como há variação do volume de combustível ao longo da viagem, gera-se um

trim com a variação do CG do navio.

O tanque de óleo lubrificante está posicionado abaixo do último piso da praça de

máquinas entre o MCP e a praça de bombas, dispostos simetricamente em relação ao plano

diametral.

Os tanques de água doce estão situados na antepara de ré da praça de máquinas, acima

do pique tanque de ré e abaixo do convés principal, um em cada bordo disposto

simetricamente. O volume de cada tanque levou em consideração os consumíveis típicos para

navios Suezmax petroleiros apresentados por Lamb (2004) presentes na Tabela 21.

A tabela abaixo relaciona os tanques de consumíveis com seus volumes em 90% e

100%

Tabela 23 - Volume dos tanques de consumíveis

Consumíveis Volume (m³)

90% 100%

Combustível 3428,57 3809,52

Diesel 381,17 423,53

Água doce 396 440

Lubrificantes 358,2 398


40

9.6. Duplo fundo

De acordo com as regras da CSR a altura do fundo duplo será o menor valor dentre os

descritos abaixo:

ddb = B / 15 (não podendo ser inferior a 1 metros) ou ddb = 2 metros

sabendo que B = 47,66 m ddb = 3,17;

Sendo assim, foi adotado um fundo duplo de 2 metros.

9.7. Duplo costado

De acordo com as regras da CSR a largura do duplo costado será o menor valor dentre

os descritos abaixo:

Wds = 0,5 + DWT /20.000 (não podendo ser inferior a 1 metros) ou Wds = 2 metros

sabendo que DWT = 150.000 ton Wds = 8 metros;

Sendo assim, foi adotado um duplo costado de 2 metros.

9.8. Tanques de resíduos

Segundo a MARPOL 73/78, embarcações com DWT superior à 70000 devem possuir

dois tanques de resíduos, onde o volume mínimo correspondente a 3% do total do volume de

carga.

Inicialmente estimou-se um valor do volume de carga de 167.200 m³, no entanto ao

rodar a espiral de projeto corrigiu-se esse valor para 152.473,7 m³. Então o volume do tanque

de resíduos deve ser de 4.574,2 m³.

Os tanques de resíduos foram localizados a uma distância de 7,2 metros da antepara da

praça de máquinas em direção a proa.

9.9. Tanques de carga

A região delimitada para a carga no navio compreende desde a antepara de vante do

tanque de resíduos até a antepara do pique tanque de vante. Avaliando navios semelhantes, os

mesmos apresentavam 12 tanques, desta forma o comprimento da região de carga foi dividido

em 12 tanques. Segundo a MARPOL 73/78, na seção mestra do navio os compartimentos

devem atender os seguintes regulamentos:

41

Regulamento 25(1): Para fins de cálculo do vazamento hipotético de óleo dos

petroleiros considerando avarias de extensão tridimensional, com forma de paralelepípedo, no

costado ou no fundo do navio, as seguintes considerações devem ser admitidas:

Avaria no costado - Extensão:

Longitudinal (Lc): (L2/3

) / 3 ou 14.5 metros, considerando o menor valor;

Transversal (Tc): B/5 ou 11.5 metros, considerando o menor valor;

Vertical (Vc): Pode ser considerado o tamanho do pontal;

Avaria no fundo - Extensão:

Longitudinal (Ls): a 0.3*L da perpendicular de vante do navio, L/10 e, em

qualquer outra região da embarcação tem-se L/10 ou 5 metros, considerando o

menor valor;

Transversal (Ts): a 0.3*L da perpendicular de vante do navio, B/6 ou 10

metros, considerando o menor valor, contudo este menor valor não pode ser

inferior a 5 metros e em qualquer outra região da embarcação pode ser

considerados 5 metros;

Vertical (Vs): Em qualquer região do navio deve ser considerado B/15 ou 6

metros considerando o menor valor;

Regulamento 23(1): Os vazamentos hipotéticos de óleo no caso de avaria no costado

(Oc) e no fundo (Os) serão calculados com relação aos compartimentos avariados e para todos

os locais concebíveis ao longo do comprimento do navio, pelas seguintes fórmulas:

Avaria do Costado:

Oc = ∑Wi + ∑Ki Ci

Avaria do Fundo:

Os = 1/3 (∑Zi Wi + ∑Zi Ci)

Onde:

Wi = volume de um tanque lateral em metros cúbicos que tenha sido avariado,

sendo que para um tanque de lastro segregado, Wi pode ser tomado como zero;

Ci = volume de um tanque central em metros cúbicos que tenha sido avariado,

sendo que para um tanque de lastro segregado, Ci pode ser tomado como zero;

Ki = 1-(bi/tc); quando bi for igual ou maior que tc, será tomado igual a zero;

42

Zi = 1-(hi/vs); quando hi for igual ou maior que vs, será tomado igual a zero;

bi = largura em metros do tanque lateral considerado, a partir do costado para

dentro perpendicularmente à linha de centro, no nível correspondente à borda

livre de verão determinada;

hi = altura mínima em metros do duplo-fundo considerado; onde não houver

duplo fundo, hi será tomado igual a zero;

Aplicando então, os valores resultantes da compartimentação assumida, tem-se:

Tabela 24 - Compartimentação

Itens Valores Und

Lc 13,683 m

Tc 0,952 m

Vc 23,630 m

Ls 5,000 m

Ts 7,943 m

Vs 3,177 m

Oc 16290,310 m³

Os 4024,916 m³


Regulamento 26(2): Os tanques de carga dos petroleiros deverão ser de tamanho e

possuir arranjos tais que os vazamentos hipotéticos, por meio de avarias no costado (Oc) ou

no fundo (Os), em qualquer local do comprimento do navio, não excedam 30.000 m³ ou

400*(DWT)1/3

, considerando o maior dos dois, sujeito a um máximo de 40.000 m³.

Regulamento 26(3): O volume de qualquer tanque lateral de carga de um petroleiro

não deverá exceder 75% dos limites do vazamento hipotético de óleo referido anteriormente.

O volume de qualquer um dos tanques centrais de carga não deverá exceder de 50.000 m³.

Regulamento 26(4): O comprimento de cada tanque de carga não deverá ser superior a

10 m ou a um dos seguintes valores abaixo, considerando o que for maior. Sabendo que este

navio apresenta uma antepara longitudinal, então a fórmula de interesse é a seguinte:

LTQ = (0,25*bi/B + 0,15)*L

sabendo que bi = 21,83 m, B = 47,66 m e L = 263 m

temos então LTQ = 69,56 m

43

O comprimento estabelecido para os 10 maiores tanques foi de 34,5 m e o

comprimento transversal dos tanques foi de 21,83 metros. Pode-se constatar que os valores de

Oc e Os são menores que 40.000 m³, então os tanques de carga atendem aos regulamentos

previamente mencionados.

9.10. Tanques de lastro

Segundo a MARPOL 73/78, os tanques de lastro não apresentam divisões na Linha de

Centro e são segregados. O arranjo da embarcação sugere que os tanques de lastro se

localizem no costado e duplo fundo, pois não pode haver contato direto dos tanques de carga

(óleo) com a água do mar.

Regulamento 18(1): Todo petroleiro novo para transporte de óleo cru, com tonelagem

igual ou superior a 20.000 DWT deve ser provido de tanques de lastro segregado.

Regulamento 18(2): A capacidade dos tanques de lastro segregado deverá ser, pelo

menos, tal que em qualquer condição de lastro em qualquer parte da viagem, incluindo as que

consistam de peso leve acrescido somente de lastro segregado, os calados e o trim possam

preencher cada uma das seguintes exigências:

O calado moldado a meio navio (dm) em metros (sem levar em consideração qualquer

deformação do navio) não deverá ser inferior a:

dm = 2 +0,02*L

dm = 7,26 m

Os calados nas perpendiculares a vante e a ré deverão corresponder aos calados

estabelecidos para meio navio (dm), juntamente com um trim de popa não maior do

que:

trim = 0,015*L

trim = 3,945 m

Em qualquer situação, o calado na perpendicular à ré não deverá ser inferior ao que for

necessário para obter a imersão total do hélice.

Definido os itens acima calcula-se a quantidade de lastro necessário capaz de garantir

a estabilidade do navio e a imersão do propulsor.

Para a MARPOL 73/78 o propulsor deve apresentar uma margem de 3,3 m, então:

44

Tré = Dh + 3,3

o valor estimado para o hélice é de Dh = 8,3 m;

Tré = 11,6 m

Sabendo que o trim máximo é 3,945 m, o calado de qualquer baliza será dado por:

T = - x* trim/Ltotal + Tré

Para analisar a meia nau, com x = 136,7 m e Ltotal = 273,4 m:

T = 7,65 m

Conclui-se então que o calado mínimo permitido a meia nau atende a regra. O maior

tanque de lastro encontra-se em seguida da antepara da praça de máquinas com o

comprimento de 41,66 metros, os demais acompanham os comprimento dos tanques de carga.

9.11. Superestrutura

A superestrutura é disposta sobre o convés principal, acima da praça de máquinas.

Para o projeto, foram feitos três decks, um convés do passadiço e um convés do tijupá. Neste

projeto será adotado o pé-direito dos conveses igual a 2,875 m, com exceção do passadiço que

é de 2,65 m.

Buscou-se atender a Convenção do Trabalho Marítimo (2006) e SOLAS 1974/1988

verificando projetos de compartimentos e cabines de diferentes projetos e estimou-se uma

tripulação de 25 tripulantes de acordo com navios semelhantes (Significant Ships). As

recomendações de habitabilidade e as áreas mínimas para cabines e para refeitório são:

- Habitabilidade

não haverá área habitada nos pique tanques de vante e de ré;

evitar acomodações à ré da chaminé;

- Áreas mínimas para cabines

10 m² em navios DWT ≥ 10 000;

roupeiro com possibilidade de fecha-lo à chave, com uma capacidade mínima

de 475 litros e uma gaveta, com uma prateleira;

- Áreas mínimas para refeitórios

A área mínima nos refeitórios é de 1,0 m² por pessoa devendo existir lugares

para todos simultaneamente.

45

- Visibilidade do passadiço

Visibilidade da superfície do mar por um oficial no convés do passadiço não

obstruída por menos de 500 metros.

9.12. Chaminé

Visando impedir que resíduos da queima dos combustíveis não interfiram na

visibilidade, definiu-se uma chaminé com o topo acima do convés do tijupá a 5,3 m, valor este

extraído de navios semelhantes (Significant Ships).

9.13. Lotação

Para a embarcação foi determinado um valor de 25 tripulantes, desta forma foram

divididos da seguinte forma para o convés:

- Convés

1 - Comandante;

1 - Imediato;

3 - Oficiais de náutica;

2 - Marinheiros de convés;

2 - Moços de convés;

- Máquinas

1 - Chefe de máquinas;

1 - Sub chefe de máquinas;

2 - Oficiais de máquinas;

3 - Marinheiros de máquinas;

3 - Moços de máquinas;

- Câmara

1 - Cozinheiro;

1 - Auxiliar de cozinha;

2 - Taifeiro;

- Outros

1 - Enfermeiro;

1 - Eletricista;

46

10. CASCO

Com os as estimativas realizadas com base nas solicitações de projeto modelou-se o

casco em um programa computacional, obtendo os seguintes resultados:

Figura 34 - Casco modelado vista de proa


Figura 35 - Casco modelado vista de popa


Durante a modelagem alguns coeficientes e dimensões foram sendo alterados, buscou-

se sempre atender as solicitações iniciais de projeto, obtendo os seguintes resultados:

Tabela 25 - Dados gerais do navio

Item Valor Und

LOA 273,4 m

Lpp 263,0 m

Lwl 267,79 m

Boca 47,74 m

Pontal 23,42 m

Calado 16,82 m

47

Cb 0,83

Cp 0,83

Cwp 0,9206

Volume deslocado 180629 m³

Superfície molhada 19311 m²

1/2 angulo de entrada 24,3 deg


Bem como os dados dos casco são necessários, compreender como as

estruturas estão dispostas no navio são de grande importância, visto que podem ser previstas

possíveis interferências durante a construção, operação e demais problemas que podem ser

evitados.

Figura 36 - Navio modelado 3D - vista de proa


Figura 37 - Casco modelado 3D - vista de popa


11. ESTRUTURA

Para o dimensionamento estrutural do navio utilizou-se as normas da Classificadora

ABS (American Bureau of Shipping), o memorial de cálculo encontra-se na planilha

48

eletrônica "ESCANTILHÕES_TANKER". Para o escantilhonamento, os comprimentos e

coeficientes anteriormente definidos para o navio tornam-se parâmetros de entradas nas

equações. Por se tratar de uma embarcação tanque os requisitos dimensionais começam pelas

alturas e distância do duplo fundo e duplo costado, com isso seguindo os passos da norma

define-se os espaçamentos entre:

Transversais: 770 mm;

Longitudinais: 750 mm;

Verticais: 860 mm;

Cavernas gigantes: 3080 mm;

Dessas informações, são obtidas as espessuras mínimas das chapas e perfis, no entanto

os valores realmente utilizados são valores comerciais, sempre acima do mínimo. Por tanto

temos as seguintes espessuras:

- Chapas

Fundo = 28 mm;

Duplo fundo = 23 mm;

Costado = 25 mm;

Duplo costado = 25 mm;

Convés = 19 mm;

- Perfis

Hastilha = 2000 x 16 mm;

Escoa = 2000 x 16 mm;

Longarina = 2000 x 21 mm;

Caverna gigante = 2000 x 16 mm;

Sicorda = T - 260 x 16 160 x 12 mm;

Vau = T - 260 x 16 x 160 x 16 mm;

Longitudinal do fundo = T - 385 x 15 x 150 x 15 mm;

Longitudinal do duplo fundo = T - 385 x 15 x 150 x 15 mm;

Longitudinal do tanque de asa inferior = T - 385 x 15 x 150 x 15 mm;

Longitudinal do caixão inferior = T - 385 x 15 x 150 x 15 mm;

Longitudinal do costado = T - 260 x 19 x 180 x 19 mm;

49

Longitudinal do duplo costado = T - 260 x 19 x 180 x 19 mm;

Longitudinal de convés = T - 150 x 12 x 100 x12 mm;

Longitudinal do caixão superior = T - 150 x 12 x 100 x12 mm;

- Antepara corrugada

Colisão = 23 mm;

Longitudinal = 21 mm;

Transversal = 21 mm;

A Classificadora, ainda por meio de equações, fornece o valor mínimo do módulo de

seção para a seção mestra do navio, então os perfis e chapas anteriormente dimensionados são

arranjados na seção de forma a atender o critério.

A fim de garantir que a estrutura dimensionada é confiável, analisou-se a estrutura

utilizando a teoria simples de viga e como primeiro resultado, atendeu-se o módulo de seção

mínimo solicitado pela ABS que equivale a 348709,6 cm²*m.

Tabela 26 - Módulo de seção

Módulo Valores Und

Convés 349725,28 cm²*m

Fundo 659957,62 cm²*m

Duplo fundo 865105,59 cm²*m

Costado 1322157,77 cm²*m

Duplo costado 896761,23 cm²*m


Por fim a análise completa, das tensões primárias, secundárias e terciária, refere-se as

tensões nos pontos considerados críticos e comparando com o limite de escoamento do aço

ASTM 131 equivalente a 250 MPa, obteve-se a seguintes tensões:

Tabela 27 - Tensão total

σ elemento Valores Und

Chapa do convés 181,03 MPa

Chapa do fundo 149,60

MPa

Chapa do duplo fundo 171,08

MPa

Chapa do costado 114,817 MPa

Chapa do duplo costado 153,79 MPa

50

Flange longitudinal do fundo 101,896 MPa

Flange longitudinal do duplo fundo 80,36 MPa


O elementos sujeitos a compressão se mal dimensionados podem falhar, então

buscando conhecer essa possibilidade de falha analisou-se os reforçadores estruturais

longitudinais utilizando a hipótese bi-apoiada, pois fornece os valores mais extremos para

esse caso e como resultado as chances de flambagem para a condição analisada é nula.

Tabela 28 - Flambagem de reforçadores longitudinais

Elemento σ atuante (MPa) σ crítica de flambagem (MPa)

Longitudinal de convés 181,03 219,86

Longitudinal de costado 114,81

201,07

Longitudinal do duplo costado 153,79 201,07

Longitudinal do duplo fundo 80,36 238,51

Longitudinal do fundo 101,89 238,51


11. RESISTÊNCIA AO AVANÇO

A resistência ao avanço foi obtida por meio da Série 60, onde utilizando os parâmetros

das dimensões e formas do navio calcula-se o coeficiente de resistência de atrito e extrai do

gráfico da série o coeficiente residual, ambos variando em função da velocidade de interesse.

Tabela 29 - Dados da embarcação para cálculo da resistência ao avanço

Dimensões Valor Uni

LOA 273,4 m

Lpp 263,0 m

Lwl 267,79 m

Boca moldada 47,74 m

Superfície molhada 19311 m²

Cb 0,83

Cp 0,83


51

Figura 38 - Gráfico para extração do coeficiente residual

Fonte: Serie 60 (1963)

Realizado os cálculos para CF e CR obtém-se o CT para cada velocidade e em seguida

temos a resistência ao avanço e a potência de EHP do navio. Para encontrar CR, os valores de

Cb e Cp foram aproximados para 0,80. Assim os valores encontram-se abaixo:

Tabela 30 - Cálculo de RT e EHP

Velocidade (Knots) CF (10-3

) CR (10-3

) CT (10-3

) RT (KN) EHP (KW)

10 1,4722 3,0661 4,5384 1188,71 6115

11 1,4553 3,0398 4,4951 1424,62 8062

12 1,4401 3,0269 4,467 1684,88 10401

13 1,4263 3,0125 4,4389 1964,88 13141

14 1,4137 3,0198 4,4336 2276,08 16393

15 1,4022 3,035 4,4372

2614,97 20179


52

Figura 39 - Resistência ao Avanço


O memorial de cálculo encontra-se na planilha eletrônica "PETROLEIRO_150000".

12. SISTEMA PROPULSIVO

Tendo os dados básicos do navio em questão, grande parte dos navios tanque

avaliados apresentam apenas uma linha de eixo, motores de baixas rotações e sem caixa

redutora (Significant Ships). Para a definição do propulsor deve-se ter em conta uma séries de

fatores importantes que são:

O objetivo básico de obter o máximo rendimento possível para reduzir os custos de

construção e operação do navio;

Apresentar o mínimo de cavitação no regime da velocidade de operação;

O número de pás é um fator relevante para os fenômenos de cavitação, rendimento e

vibrações no eixo e no motor principal;

A resistência estrutural tanto do hélice, eixo e demais elementos do sistema propulsivo

deve ser suficiente para evitar riscos de falhas durante a vida do navio;

O diâmetro do hélice deve ser o máximo possível para fornecer a máxima eficiência;

Os requisitos da Sociedade Classificadora devem ser cumpridos referentes a interação

entre hélice-casco-leme-eixo.

0

5000

10000

15000

20000

25000

9 10 11 12 13 14 15 16

Po

tên

cia

(K

W)

Velocidade (nós)

53

12.1. Número de pás

A grande maioria dos petroleiros analisados, dispõem de hélices de 4 ou 5 pás,

visto que a de 3 pás originam problemas de vibração e cavitação, por tanto serão utilizadas as

opções de 4 e 5 pás da série B-Troost, obtendo resultados para comparação de eficiência,

cavitação e demais fatores relevantes.

12.2 Cálculo do propulsor

Até esta etapa do projeto para o propulsor temos apenas a resistência ao avanço do

navio para as variadas velocidades. Para dimensionar o hélice devemos conhecer a interação

do casco com o propulsor, portanto essa interação ocorre principalmente devido ao fato da

velocidade da água na esteira da embarcação ser menor que a velocidade da mesma. Nesta

resolução será utilizada a equação de Taylor (1981) onde obtém o fator de esteira (w):

Tabela 31 - Fator de esteira

Nome Equação w

Taylor -0.05+0.50*Cb 0,36


Com o coeficiente de esteira relacionamos a velocidade de avanço (Va) com a

velocidade da embarcação (V) pela equação abaixo, ambas em m/s:

Va = V*(1-w)

onde: Va = 4,938 m/s

Devido a redução da força propulsiva é calculado o coeficiente de redução da força

propulsiva (t) segundo Schronherr para um hélice:

t = 0,6*w

onde: t = 0,216

Aplicando a análise dimensional utilizando os referidos coeficientes de força

propulsiva (Kt) e de avanço (J), pelas respectivas equações abaixo:

Kt = T / (p*n2*

D4)

J = Va / (n*D)

54

onde: T = força propulsiva;

p = massa específica do fluido;

n = rotação do propulsor;

D = diâmetro do propulsor.

Combinado as equações de Kt e J, temos a equação abaixo que permite buscar a

máxima eficiência (η):

Kt = Rt*J2 / (p*D

2*(1-t)*(1-w)

2*V

2)

onde: Rt = resistência ao avanço

Como temos os as variáveis:

ρ = 1,025 g/m3;

D = 8 m;

t = 0,216;

w = 0,36;

V = 7,716 m/s (15 Knots);

resulta na equação:

Kt = 2,085*J2

Com a equação de Kt plotou-se nos gráficos (Figura 38) para a série B-TROOST com

4 e 5 pás, com Ae/A0 no intervalo de 0.40 até 0.100 classificado 3 possibilidades para cada

condição a fim de comparar a porcentagem de cavitação no dorso. Com as informações

coletadas dos gráficos temos a Tabela 32 para o diâmetro de 8 m com a características

geométricas, eficiências e RPM dos hélices:

Figura 40 - Procediemnto para obtenção de η da série B-TROOST 5.60


55

Tabela 32 - Hélices mais eficientes para o navio

Hélice Eficiência (%) Ae/A0 P/D J RPM

B-TROOST 4.40

42,22 0,40 0,8 0,3325 111

B-TROOST 4.45

41,99 0,45 0,8 0,3336 111

B-TROOST 4.50

41,77 0,50 0,8 0,3345 111

B-TROOST 5.50

42,31 0,50 0,8 0,3424 108

B-TROOST 5.55

42,30 0,55 0,8 0,3435 108

B-TROOST 5.60

42,23 0,60 0,8 0,3442 108


A fim de evitar o fenômeno da cavitação e suas consequências nefastas será utilizado o

Diagrama de Burril que é orientado pelas equações abaixo e a Tabela 33:

Onde: ;

E = Altura do bolso em relação a linha de base;

T

Pv pressão de vapor (Kpa).

Tabela 33 - Pressão de vapor em função da temperatura

ºC Pv (KPa)

15 1,75

20 2,3

25 3,15

Fonte: Molland (2008)

Temos então para as características geométricas dos hélices da Tabela 32 os valores

para entrada no Diagra de Burril e % de cavitação no dorso na Tabela 34 para o diâmetro de 8

metros. Para melhor compreensão da região em que se encontra cada condição do hélice na

Figura 41.

56

Tabela 34 - Valorer de entrada para o Diagrama de Burril e resultados de cavitação

Hélice % de cavitação no dorso

B-TROOST 4.40

0,361 0,3951 34

B-TROOST 4.45

0,321 0,3992 26

B-TROOST 4.50

0,289 0,3992 20

B-TROOST 5.50

0,305 0,4212 23

B-TROOST 5.55

0,277 0,4212 18

B-TROOST 5.60

0,254 0,4212 14


Figura 41 - Diagrama de Burril

Fonte: Molland (2008)

Para este projeto, o hélice atingiu valores muitos elevados de cavitação, onde a menor

porcentagem de cavitação atingida foi de 14% e a geometria do melhor hélice consta na

Tabela 35 para o diâmetro de 8 m:

Tabela 35- Geometria do hélice escolhido

B-TROOST 5.60

Eficiência 42,23%

Ae/A0 0,60

Nº de pás 5

P/D 0,8

J 0,3442

RPM 108


0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15 1,25 1,35 1,45 1,55

τ

σ D1: 2,5% de cavitação no dorso D2: 5% de cavitação no dorso D3 : 10% de cavitação no dorso D4: 20% de cavitação no dorso D5: 30% de cavitação no dorso B-TROOST 4.40 B-TROOST 4.45 B-TROOST 4.50 B-TROOST 5.50 B-TROOST 5.55 B-TROOST 5.60

57

Com o dado do EHP requerido e definido o hélice é dimensionado a potencia do

motor:

Tabela 36 - BHP necessário para o hélice dimensionado

Características técnicas do Motor

Potência - 90 % de BHP 47784 KW

Potência - 100 % de BHP 53093 KW


Conforme consta na tabela acima o valor obtido da potência do motor não condiz com

a realidade da potência dos navios SUEZMAX semelhantes (Significant Ships), desta forma

deve ser revisto principalmente na resistência ao avanço, pois utilizou-se um método antigo e

com condições de contorno diferente do navio ora projetado (série 60).

Para fins de obter um conjunto condizente de motor-casco-hélice calculou-se a

resistência ao avanço pelo método de Holtrop & Mennen, resultando então em uma

resistência ao avanço navegando a 15 Knots de 1733 KN e um EHP de 13407 KW. Com estas

informações e o auxílio do software "Hélice versão 1" utilizando os dados de entrada de w =

0,36, t = 0,216 e Cp = 0,83.

Tabela 37 - Hélice dimensionado com Rt obtido por H&M

B-TROOST 4.100

Diâmetro 8 m

Eficiência 45,1%

Ae/A0 1

Nº de pás 4

P/D 1,1

J 0,5

RPM 70

Cavitação 2,5%


Com estas novas informações e o valor do novo EHP requerido, é dimensionado o

motor:

Tabela 38 - MCP requerido

Margem de operação

(%)

Potência (KW)

90 29727,27

100 33030,00


58

Para o a escolha do motor utilizou-se informações do fabricante, neste caso MAN

B&W, observando a Figura 40 é fácil notar que o motor a ser escolhido deve ser o "G80ME -

C9" com a potência de 36080 KW e RPM de 70, devido a sua região de operação para a

potência requerida e a rotação necessária.

Figura 42 - Motores e pontos de operação


Para fins de alinhamento de informações com a praça de máquinas e

consequentemente validação do espaço destinado ao motor na praça de máquinas, abaixo são

apresentadas as principais informações motor.

Figura 43 - Perfil do motor G80ME - C9


59

Figura 44 - Principais dimensões do motor G80ME - C9


A correta disposição do motor com a estrutura do navio e consequentemente o alinhamento

entre a linha de eixo e hélice, deve-se seguei o modelo representado a baixo recomendado

pelo fabricante.

Figura 45 - Disposição do MCP no casco


O memorial de cálculo para conferência encontra-se na planilha eletrônica

"PETROLEIRO_150000".

13. DOCUMENTOS ESTATUTÁRIOS

As notas de arqueação, de Borda-livre, estudo de estabilidade e memorial descritivo

seguiram as normas correspondentes ao seu escopo e ao tipo de navio que está sendo tratado,

60

no caso um petroleiro. Para arqueação utilizou-se a regra da NORMAM 01, bem como seu

exemplo para o memorial descritivo, para Borda-livre a regra da Convenção Internacional

sobre Linhas de Carga (1966) e para estabilidade utilizou-se a Adoção do Código

Internacional Sobre Estabilidade Intacta, 2008 (Código IS de 2008). Esses documentos

encontram-se na planilha “MEMORIAL”.

13.1 Memorial Descritivo

O memorial descritivo em sua essência tem como objetivo descrever

pormenorizadamente todo o projeto de desenvolvimento do projeto, lembrando sempre que

este documento não é o projeto em si.

Conhecida as propriedades do memorial, esta seção consta nesse projeto apenas para

justificar as informações que não foram explanadas anteriormente neste projeto.

- Características do serviço da embarcação

O navio em questão foi projetado desde seu início para a velocidade de 15 knots, com

dois tanques de combustível (ρ = 0,95 ton/m³) cada um com 1504,76m³ e o motor comercial

utilizado do fabricante MAN B&W com 36080 kW de potência e cosumo (SFOC) de 167

g/kwh. Com esses dados e com o auxílio da equação abaixo calcula-se o raio de ação.

Raio de ação = 3558 milhas

- Geração de energia

Para a apresentação dos equipamentos de geração de energia é necessário realizar o

balanceamento elétrico, então, extraindo essas informações de navios semelhantes

(Significant Ships, 2012), neste caso do suezmax Brightway e Eagle San Antonio que

utilizam motores a diesel com potência de 960 kW e 900 RPM, geradores trifásicos de

220V/60 Hz, tipo CA com potência de 910 KVA.

- Equipamentos de carga

Da mesma forma que para o item anterior o navio semelhante utilizado como base foi

o FS Diligence (Significant Ships, 2012) que possui um guindaste de 15 ton e outro de 1 ton

e para as bombas de carga utilizou-se os dados do navio Stena Supreme, do tipo vertical, um

estágio, centrífuga, dupla sucção, com 3800 m³/h x 135 m (S.G. 1,025).

61

- Equipamentos de salvatagem

Navios SOLAS devem cumprir com a Convenção SOLAS 74 e suas emendas, onde é

obrigatório a dotação de bote de resgate e colete para toda a tripulação, assim sendo,

determinou-se um baleeira de fibra do tipo queda livre, classe I, com capacidade para 25

pessoas, propulsada a motor diesel e 25 coletes também classe I.

As boias salva vidas foram dimensionadas pelo ANEXO 4-B da NORMAM 01/DPC

2005, neste caso por se tratar de uma embarcação SOLAS, destinada ao transporte de carga e

comprimento de regra superior a 200 metros a quantidade de boias deve ser de no mínimo 14

boias classe I. Ainda também apesar do ANEXO 4-C da mesma norma anterior recomendar

para metade das boias com dispositivo de iluminação de auto-ativação e sinal fumígeno de

auto-ativação utilizou-se o mesmo valor calculado anterior, no caso 14.

- Equipamentos de incêndio

Os extintores foram dimensionados conforme o ANEXO 4-F da NORMAM 01/DPC

2005, onde 8 extintores pó químico de 4 kg foram alocados para o passadiço, sala de rádio,

acomodações, cozinha e paiol e 11 extintores CO2 de 6kg foram direcionados para a praça de

bombas e máquinas.

Utilizou-se uma bomba de incêndio com capacidade de 40 m³/h por acionamento

elétrico, atendendo a os critérios mínimos de 15 m³/h da NORMAM 01. Ainda também de

navios semelhantes (Significant Ships, 2012), para este caso o Stena Supreme aplicou-se a

mesma capacidade, 25 m³/h, por acionamento elétrico.

- Equipamentos de lastro

Do navio Stena Supreme pode-se extrair a capacidade das bombas de lastros, 450

m³/h, bem a quantidade, no caso duas, aplicando ao navio projetado.

- Equipamentos náuticos e de rádio

Conforme as normas da SOLAS 74 e dados extraídos de navios semelhantes

(Significant Ships, 2012) os equipamentos que a embarcação estará dotada são:

Náuticos:

Agulha magnética de governo;

Agulha giroscópica;

Radar 9 Gh - 24 milhas;

Ecobatímetro;

62

Piloto automático;

Indicador de ângulo de leme.

Rádio:

Equipamento principal do tipo HF/SSB com potência de 150 watt;

Equipamentos de emergência do tipo VHF com potência de 25 watt.

63

13. CONCLUSÃO

O trabalho de desenvolvimento do projeto de um navio petroleiro estimulou o autor a

realizar muitas buscas e consequentemente pôde-se desenvolver novas habilidades com

ferramentas já conhecidas e aprender novas também. Notou-se que o fator tempo é

preponderante no desenvolvimento de um projeto com várias voltas na espiral de projeto.

O navio desenvolvido passou por diversas etapas, sendo que em cada uma o mesmo

ajustava-se dentro de equações e modelagens, no entanto é válido ressaltar que as mudanças

que o navio sofre são em favor das solicitações do cliente, para este caso um navio Suezmax

petroleiro com 150.000 DWT e velocidade de operação de 15 nós.

A espiral de projeto quando bem desenvolvida traz bons resultados, pois para este caso

pode-se observar na estrutura dimensionada que o navio apresenta um bom coeficiente de

segurança para as condições de carregamento proposta pela classificadora.

A ferramenta computacional sempre oferece grandes vantagens durante o

desenvolvimento, por tanto como proposta para a próxima etapa espera-se realizar simulações

numéricas para este navio.

Ainda também pode-se notar que equações elaboradas no século passado ainda são

empregadas para dimensionamento preliminares do propulsor, no entanto esses valores podem

levar um erro exponencial para demais equipamentos, tornando-os superdimensionados, por

tanto é sempre válido buscar outras fontes, para fins de comparação e evitar erros de projeto.

O navio ora projetado para 150.000 DWT, teve seu BHP dimensionado em valores

comercias 36080 kW e deslocamento de 185.114,725 toneladas, refletindo em uma eficiência

energética de 4,15 DWT/kW e um eficiência estrutural de 0,81.

64

14. REFERÊNCIAS

ABS. Regras para Construção de Navios de Aço do American Bureau of Shipping, 2016.

Autoridade do Canal do Panamá. Ficha de la ampliación del Canal de Panamá / AFP,

2016.

British Petroleum. Safety at sea: a century of progress. Disponível em:

<http://www.bp.com/en/global/corporate/bp-magazine/observations/safety-at-sea-a-century-

of-progress.html> Acesso em: 21 de setembro de 2016.

Castro, R.A.; Azpíroz, J.J.; Meizoso, M. “El proyecto

básico del buque mercante”, Ed. Fondo Editorial de Ingenieria Naval; Pub.

2007.

Common Structural Rules for Double Hull Oil Tankers (CSR)” publicada pela IACS e em

vigor desde 1 de Abril de 2006.

FONSECA, M. M., Arte Naval, 7ª. ed. Rio de Janeiro, Serviço de Documentação da

Marinha, 2005, Volumes 1 e 2;

Holtrop J. A statistical re-analysis of resistance and propulsion data. International

Shipbuilding Progress, Vol. 31, 1984, pp. 272–276

IHS Maritime. Ports and Terminals Guide, 2015; Mídia em CD.

International Convention on Load Lines, 1966

International Maritime Organization, Resolução MSC.267(85) (adotada em 4 de Dezembro de

2008) - Adoção do Código Internacional sobre Estabilidade Intacta, 2008 (Código IS de

2008).

Lamb, T. (Written by an international group of authorities); “Ship design

and construction”, Ed. Society of Naval Architects and Marine Engineers, Pub

2004.

Kracht A. M. Desing of Bulbos Bows. SNAME Transactions, Vol. 86, 1978, pp. 197-217

MAN B&W. Propulsion Trends in Tankers. Dinamarca, 2013. (Catálogo comercial)

65

MAN B&W. Two stroke-engines Disponível em: <http://marine.man.eu/two-stroke/2-stroke-

engines/overview>. Acesso em: 1 de dezembro de 2016

MAN Diesel A/S. Propulsion Trends in Tankers. Copenhagen, Denmark, August 2007.

MAN Diesel & Turbo. MAN B&W G80ME-C9.2-TII. Dinamarca. 2012. (Catálogo

comercial

MARPOL 73/78 - International Convention for the Prevention of Pollution From Ships,

1973 as modified by the Protocol of 1978, IMO.

Marine Insight, 2016a. Different Types of Tankers: Extensive Classification of Tanker

Ships Disponível em:<http://www.marineinsight.com/types-of-ships/different-types-of-

tankers-extensive-classification-of-tanker-ships/> Acesso em: 20 de setembro de 2016.

Marine Insight, 2016b. After the Big Spill, What Happened to the Ship Exxon Valdez?.

Disponível em: <http://www.marineinsight.com/maritime-history/big-spill-happened-ship-

exxon-valdez/> Acesso em: 20 de setembro de 2016.

MOLLAND, A. F. (ed). The Maritime Engineering Reference Book. 1ª. ed. Editora

BH, 2008.

NORMAM-01 - Normas da Autoridade Marítima para embarcações empregadas na

navegação em mar aberto – DPC

Significant Ships. Publicação anual da RINA

SOLAS – International Convention for the Safety for Life at Sea – IMO (Edição de

Novembro de 2000)

The Guardian, 2013. Spanish government cleared of blame for Prestige oil tanker

disaster. Disponível em: <https://www.theguardian.com/world/2013/nov/13/spanish-prestige-

oil-tanker-disaster> Acesso em: 21 de setembro de 2016.

WATSON, D. G. M. Practical Ship Design. Ed. Elsevier, Oxford, UK, 1998.

World Maritime News, 2014. Suezmax Tanker Market on the Rebound. Disponível em:

<http://worldmaritimenews.com/archives/138819/suezmax-tanker-market-on-the-rebound/>

Acesso em 25 de setembro de 2016.

66

ANEXO 1

Nome do Navio Ano Dwt Lpp LOA Boca Pontal Calado Velocidade Deslocamento AB Tanques KW RPM Cp. volume

Liquido (m³)

RIO 2016 2013 142100 264 278,5 48 23,1 16,0 14,8 183400 83067 14 15200 81,8 167500

Samba Spirit 2013 142190 267 282,14 49 23,6 16,2 14,6 - 83,882 13 14270 81,8 164540

Brightway 2012 145800 264 274 48 23,5 16,0 15,7 185000 83830 14 18100 89 176500

Eagle San Antonio 2012 145946 267 274,29 49 23,3 16,2 16,0 182672 80783 14 16400 82,2 175066

Stena Supreme 2012 147090 264 274,23 48 23,3 16,0 14,6 182914 81187 14 15720 81,4 175746

Spyros 2011 145000 264 274,2 48 23,1 16,0 15,7 - 81000 6 18660 91 170000

Mikela P 2009 144452 264 274,34 48 23,1 16,0 15,8 183839 81347 14 18660 91 173826

APEX SPIRIT 2008 159400 264 274 48 23,2 16,0 15,3 - 81732 - 18918 91 -

WALTZ 2008 150096 263 274,2 48 22,4 16,0 15,8 - 78809 - 16668 94 -

TOUR 2007 158817 264 274,47 48 23,1 17,1 15,0 182617 81295 - 17093 91 167931

SKS SEGURA 2007 158784 264 274,27 48 23,1 16,0 15,7 182672 81380 - 18881 91 167531

CARP 2007 159018 264 274,29 48 23,2 17,0 15,2 182680 81324 - 17335 91 167262

SONANGOL NAMIBE 2007 158425 264 274 48 23,7 16,9 15,0 182016 83469 - 17093 91 167811

LENI P. 2007 159233 264 274,26 48 23,1 17,1 15,7 182672 81339 - 18881 91 167986

ICE EXPLORER 2006 146427 263 274,2 48 22,4 16,0 15,3 169802 77636 - 18239 92 156886

Scf Byrranga 2005 159200 264 274 48 23,1 17,1 15,7 - 81076 14 18895 91 167931

Cape Brindisi 2005 159195 264 274 48 23,1 17,1 15,7 - 81076 14 14778 91 171732

Energy Skier 2005 159150 264 274 48 23,1 17,0 15,7 - 81345 14 18888 91 167972

Scf Aldan 2005 159062 264 274 48 23,1 17,1 15,7 - 81076 12 18895 91 171730

Jag Lalit

Jag Lok

2005

2005

158344

158280

264

264

274

274,19

48

48

23,1

23,1

16,0

17,0

15,8

15,8

-

-

81396

81396

12

12

18623

18623

91

91

171755

171755

Ottoman Nobility 2005 152622 258 269,19 48 24,4 16,2 15,0 - 79903 14 18888 91 166392

67

Nome do Navio Ano Dwt Lpp LOA Boca Pontal Calado Velocidade Deslocamento AB Tanques KW RPM Cp. volume

Liquido (m³)

Aegean Angel 2004 159200 264 274 48 23,1 16,0 14,5 - 81074 14 16762 91 170780

Desh Shanti 2004 157957 264 274 48 23,1 17,0 15,1 182027 84261 14 13649 87 171093

Olympic Future 2004 155039 263 273,97 48 23,3 17,1 16,0 179993 80591 14 16770 91 165075

Erviken 2004 152146 264 274,57 48 23,6 16,4 15,2 175508 82647 14 18623 87 168756

Sks Senne 2003 159391 264 274,2 48 23,1 17,1 15,7 182655 81270 14 18660 91 167532

Scf Valdai 2003 159313 264 274,48 48 23,1 17,0 15,4 182617 81085 12 18881 91 167930

Yannis P. 2002 159924 264 274 48 23,7 17,0 15,1 - 83616 14 18558 91 178828

Delaware 2002 159453 264 274,2 48 23,1 17,1 15,7 - 81270 12 16762 91 167531

Scf Caucasus 2002 159173 264 274,48 48 23,1 17,1 15,0 - 81085 14 18881 91 167931

Voyager 2002 149991 262 272 45,6 24 17,0 15,0 - 79525 16 12372 91 162591

Filikon

Seatriumph

2002

2002

149989

149953

263

264

274,2

274

48

50

22,4

23,1

16,0

15,9

15,4

15,5

-

-

78845

84598

12

12

14800

16763

97

91

166700

178372

Georgios S. 2001 159981 264 274 48,36 23,7 17,0 15,6 - 83616 12 15175 91 167807

Front Melody 2001 150500 262 272 45,6 24 17,1 14,6 - 79525 14 12370 91 162592

Front Symphony 2001 150500 262 272 45,6 24 17,1 14,6 - 79525 14 12372 91 172850

Genmar Spyridon 2000 159959 264 274,26 48 23,1 17,1 15,7 182655 81151 12 15226 91 167531

Ottoman Dignity 2000 152923 258 269,19 46 24,4 17,5 15,2 - 79751 14 13836 91 166392

Cosmic 2000 150284 263 274,2 48 22,4 16,0 15,4 - 78918 12 15810 97 166696

Majestic 2000 150284 263 274,2 48 22,4 16,0 15,2 - 78918 12 15810 97 166700

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