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  • RODRIGO ACHILLES SCHILLER

    ANLISE DA EFICINCIA ENERGTICA EM NAVIOS MERCANTES E

    ESTUDO DE CASO DO CONSUMO DE COMBUSTVEL EM NAVIO

    ALIVIADOR DO TIPO SUEZMAX

    So Paulo

    2016

  • RODRIGO ACHILLES SCHILLER

    ANLISE DA EFICINCIA ENERGTICA EM NAVIOS MERCANTES E

    ESTUDO DE CASO DO CONSUMO DE COMBUSTVEL EM NAVIO

    ALIVIADOR DO TIPO SUEZMAX

    Dissertao apresentada Escola Politcnica da universidade de So Paulo para a obteno do ttulo de Mestre em Cincias

    rea de Concentrao: Engenharia Naval e Ocenica

    Orientador: Prof. Dr. Kazuo Nishimoto

    So Paulo

    2016

  • Catalogao-na-publicao

    Schiller, Rodrigo Achilles

    Anlise da eficincia energtica em navios mercantes e estudo de caso

    do consumo de combustvel em navio aliviador do tipo Suezmax / R. A.

    Schiller -- So Paulo, 2016.

    111 p.

    Dissertao (Mestrado) - Escola Politcnica da Universidade de So

    Paulo. Departamento de Engenharia Naval e Ocenica.

    1.Controle de emisses 2.Reduo de velocidade 3.Eficincia energtica

    4.Navio petroleiro Suezmax 5.Operaes de alvio I.Universidade de So Paulo.

    Escola Politcnica. Departamento de Engenharia Naval e Ocenica II.t.

  • DEDICATRIA

    Aos meus pais Pedro e Mariza e minha

    namorada Audrey que so os alicerces da

    minha vida.

  • AGRADECIMENTOS

    Ao professor Kazuo Nishimoto pela orientao e pelo apoio ao meu

    desenvolvimento profissional.

    Aos professores Claudio Muller e Bernardo pela ajuda e conselhos na elaborao

    do trabalho.

    Aos amigos do TPN Piter, Dotta, Mximo, PG, Watai, Feitosa e Lavinho e a todos

    que colaboraram direta ou indiretamente na execuo deste trabalho.

    Particular agradecimentos a CAPES - Coordenao de Aperfeioamento de

    Pessoal de Nvel Superior, por me promover auxlio financeiro na forma de uma

    bolsa de estudos.

    E em especial minha namorada Audrey por todo o apoio e incentivo fornecidos.

  • RESUMO

    A necessidade de reduzir o consumo de combustveis fsseis, por conta do

    cenrio atual de tentar frear os efeitos do aquecimento global e de reduzir a poluio

    atmosfrica, vem ditando uma srie de transformaes no setor de transporte naval.

    Este trabalho apresenta, inicialmente, as mudanas no mbito normativo na

    questo do controle de emisses de poluentes e de eficincia de consumo de

    combustveis em navios mercantes. Em seguida, com foco nas embarcaes

    existentes, so apresentadas as principais tcnicas operacionais com grande

    potencial de reduo de consumo de combustvel, destacando o mtodo da reduo

    da velocidade de navegao que, corretamente aplicado, tem impacto positivo tanto

    na reduo dos custos operacionais, quanto no aumento expressivo de eficincia

    energtica.

    Por fim, foi realizada uma anlise numrica da variao do consumo de

    combustvel em funo da velocidade de um navio petroleiro Suezmax, adaptado

    para operaes de alvio dos FPSOs em guas brasileiras. Com isso, estimou-se o

    potencial de aumento da eficincia energtica da embarcao a partir de pequenas

    redues de velocidade, e discutiu-se as possveis aplicaes desta melhoria, a

    partir do perfil operacional caracterstico do navio tipo, de modo a no causar

    impacto econmico na operao.

    O estudo, ainda, avaliou a aplicao de duas metodologias numricas diferentes,

    uma baseada apenas em equaes de regresso, semi-emprica, e outra utilizando

    simulaes de CFD para a estimativa de parmetros sensveis a forma do casco e

    de grande relevncia para a determinao dos consumos caractersticos, analisando

    imprecises e impactos no resultado final.

    Apesar de apresentarem resultados com diferenas significativas, as duas

    metodologias utilizadas obtiveram ndices semelhantes de reduo de consumo por

    viagem, apontando grande potencial de reduo a partir de pequenas variaes de

    velocidade.

    Palavras-chave: controle de emisses, reduo de velocidade, eficincia

    energtica, navio petroleiro Suezmax, operaes de alvio.

  • ABSTRACT

    The need to reduce fossil fuels consumption, due to the current scenario of trying

    to restrain global warming effects and reduce air pollution, is dictating a series of

    transformations in shipping.

    This study presents, at first, the changes in the regulatory framework concerning

    pollutant emissions control and fuel consumption efficiency on merchant ships.

    Secondly, the main operational techniques with high potential of reducing fuel

    consumption are discussed, with focus on existing vessels, and the speed reduction

    method is highlighted, for it has a positive impact on both operating costs reduction

    and energy efficiency increase if correctly applied.

    Finally, a numerical analysis of the fuel consumption variation with the speed was

    carried out for a Suezmax oil tanker, which has been adapted to offloading

    operations of FPSOs in Brazilian waters. Consequently, estimating the potential of

    the vessel energy efficiency increase from small speed rate reductions and

    discussing the possible applications of this improvement, taking into account the

    typical operating profile of the vessel in such a way to avoid economic impacts on the

    operation.

    This analysis also evaluated the application of two different numerical methods,

    one based only on regression equations, semi-empirical, and another that used CFD

    simulations for estimating the hull shape parameters that are most relevant for

    determining fuel consumption, analyzing inaccuracies and impact on the final results.

    Despite presenting results with significant differences, the two methodologies

    produced similar consumption reduction rates per trip, suggesting a high reduction

    potential from small variations in speed.

    Key words: emissions control, speed reduction, energy efficiency, Suezmax oil

    tanker, offloading operations.

  • LISTA DE ILUSTRAES

    Figura 1 - reas de Controle de Emisso (ECA) (DuPont, 2015) .............................. 11

    Figura 2 - Regra para a reduo de emisso de CO2 para novos projetos (IMO,

    2016). ................................................................................................................ 15

    Figura 3 - Ship Energy Efficiency Management Plan (SEEMP) (ABS, 2013) ............ 16

    Figura 4 - Linha do tempo com as principais tendncias de normas ambientais ...... 18

    Figura 5 - Nvel de reduo de velocidades e de slow steaming (Kowalak, 2012) .... 30

    Figura 6 - Modelo numrico baseado na metodologia de Holtrop e Mennen (1982) . 42

    Figura 7 - Metodologia proposta para a estimativa do consumo de combustvel de

    navios ............................................................................................................... 50

    Figura 8 - Plano de linhas cotado a partir da perpendicular de r ............................. 52

    Figura 9 - Popa e proa da embarcao ..................................................................... 52

    Figura 10 - Modelo em escala 1:70 do casco da embarcao Nordic Spirit .............. 53

    Figura 11 - Layout do domnio computacional e condies de contorno ................... 55

    Figura 12 - Malha hexadrica na regio do bulbo da embarcao ............................ 56

    Figura 13 - Definio dos casos para determinar a regio de operao ................... 57

    Figura 14 - Definio da regio de operao de navegao ..................................... 58

    Figura 15 - Regio de operao com as curvas de nvel de consumo ...................... 58

    Figura 16- Operao de offloading ou de alivio [Fontes:Bluewater e PRN online] .... 61

    Figura 17- Bacia de Santos e seus principais campos de explorao [Fonte:

    Petrobras] ......................................................................................................... 63

    Figura 18 - Perfil operacional terico do navio aliviador Suezmax considerado no

    caso exemplo .................................................................................................... 64

    Figura 19 - Curva de consumo especfico do motor selecionado (MAN, 2014) ........ 66

    Figura 20 - Malha de calados por velocidades representando os casos simulados

    para a determinao da regio de operao .................................................... 68

    Figura 21 - Comparao da resistncia ao avano entre o modelo simulado em CFD

    e o ensaio de reboque realizado no IPT ........................................................... 69

    Figura 22 - Resistncia ao avano estimada pelo mtodo de Holtrop e Mennen

    (1982) ............................................................................................................... 71

  • Figura 23 - Resistncia ao avano estimada a partir do fator de forma obtido em CFD

    .......................................................................................................................... 71

    Figura 24 - Campo de velocidades no plano dos hlices dos modelos ..................... 73

    Figura 25 - Linhas de fluxo na regio da popa do navio e o campo de velocidades na

    regio do propulsor ........................................................................................... 73

    Figura 26 - Comparao do coeficiente de esteira ( ) estimado a partir do CFD com

    o obtido pela regresso de Holtrop e Mennen (1982) para a velocidade de 14

    ns .................................................................................................................... 74

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