hydrolift para estaleiro de reparos de navios marina

HYDROLIFT PARA ESTALEIRO DE REPAROS DE NAVIOS

Marina Molina Rodrigues de Oliveira Zehetmeyer

Projeto de Graduação apresentado ao Curso

de Engenharia Naval e Oceânica da Escola

Politécnica, Universidade Federal do Rio de

Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de

Engenheiro.

Orientadora:

Profa. Marta Cecilia Tapia Reyes

Rio de Janeiro

Agosto de 2014

2

HYDROLIFT PARA ESTALEIRO DE REPAROS DE NAVIOS


PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE

ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO NAVAL.

Examinada por:

________________________________________________

Profª Marta Cecilia Tapia Reyes D.Sc.

________________________________________________

Prof. José Henrique Erthal Sanglard, D. Sc.

________________________________________________

Prof. Severino Fonseca da Silva Neto D. Sc.

________________________________________________

Eng. Ivo Dworschak

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

AGOSTO DE 2014

3

Zehetmeyer, Marina Molina Rodrigues de Oliveira

Hydrolift para estaleiro de reparos de navios/Marina Molina

Rodrigues de Oliveira Zehetmeyer. – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola

Politécnica, 2014.

VIII,69 p.: il.; 29,7 cm.

Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes

Projeto de Graduação – UFRJ/Escola Politécnica/Curso de

Engenharia Naval e Oceânica, 2014.

Referências Bibliográficas: p. 69

1. Diques flutuantes. 2. Estaleiros de reparo. 3. Navios de

perfuração. 4. Manobras de docagem. 5. Estabilidade, I. Tapia,

Marta. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola

Politécnica, Curso de Engenharia Naval e Oceânica. III. Hydrolift

para estaleiro de reparos de navios.

4

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por ter me dado inteligência, força e paciência para concluir o meu

curso.

Agradeço à minha mãe Ângela por me ajudar todos os dias da minha vida, me ouvir e

me aconselhar sempre. Ela é a minha maior incentivadora e nunca desistiu ou duvidou

de mim.

Agradeço ao meu marido Raphael por ser meu melhor amigo, estar do meu lado

sempre e por ter tido tanta paciência comigo.

Agradeço à minha irmã Mariane por ser minha companheira desde que eu tenho

memória e me animar nos momentos difíceis.

Agradeço aos amigos Laiz, Gustavo, Paula, Oto, Andreia, Bruno e Sandra, os

melhores presentes que a Naval me deu. Obrigada pelos livros compartilhados, tardes

de estudo, caronas e correções de trabalhos, mas principalmente por continuar sendo

meus companheiros mesmo fora do Fundo Grande.

Agradeço aos meus professores, em especial as Professoras Marta e Annelise por

todo o conhecimento e por fazer de mim uma amante da Engenharia.

5

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval.

Hydrolift para estaleiro de reparos de navios


Agosto/2014

Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes

Curso: Engenharia Naval e Oceânica

Baseado no projeto de um estaleiro de reparos na região do Porto do Açu será

realizado o projeto preliminar de um dique flutuante para reparo e se for o caso

transferência das embarcações conhecidas como navios de perfuração.

Palavras - chave: estaleiro; reparo; dique flutuante;

6

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Naval Engineer.

Hydrolift for a repair shipyard


August/2014

Advisor: Marta Cecilia Tapia Reyes

Course: Naval Engineering

Based on the design of a repair shipyard at Porto do Açu region, will be realized a

preliminary design of a repair floating dock and, if possible, the transfer of vessels

known as drillships.

Key words: shipyard; repair; floating dock;

7

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO....................................................................................................... 9

2. CARACTERÍSTICAS DO ESTALEIRO ................................................................ 16

2.1. Localização................................................................................................... 16

2.2. Planejamento de reparo, engenharia e produção ......................................... 19

2.3. Serviços ........................................................................................................ 19

3. MÉTODOS DE DOCAGEM ................................................................................. 21

3.1. Dique seco ................................................................................................... 22

3.2. Dique flutuante ............................................................................................. 24

3.3. Hydrolift ........................................................................................................ 26

3.4. Syncrolift ....................................................................................................... 29

3.5. Determinação do tipo de sistema de docagem ............................................. 30

4. DIMENSIONAMENTO DO DIQUE ....................................................................... 33

4.1. Sequência de operações .............................................................................. 33

4.2. Cálculo hidrostático do dique flutuante ......................................................... 34

4.2.1. Estabilidade ........................................................................................... 34

4.2.2. Borda livre ............................................................................................. 35

4.2.3. Sistema de referência ............................................................................ 35

4.2.4. Parâmetros empregados para o cálculo da estabilidade ........................ 36

4.3. Dados do navio ............................................................................................. 39

4.4. Dimensionamento do Pontão ........................................................................ 41

4.4.1. Comprimento ......................................................................................... 41

4.4.2. Boca ...................................................................................................... 41

4.4.3. Capacidade de elevação mínima ........................................................... 42

4.4.4. Peso leve ............................................................................................... 42

4.4.5. Calado leve ........................................................................................... 42

4.4.6. Calado do pontão com o navio a bordo ................................................. 42

4.4.7. Pontal .................................................................................................... 43

4.5. Análise dos resultados do pontão ................................................................. 44

4.6. Cálculo dos flutuadores do dique .................................................................. 46

4.6.1. Estabilidade transversal ......................................................................... 46

4.6.2. Estabilidade do navio ............................................................................. 49

4.6.3. Estabilidade do dique ............................................................................ 50

4.6.4. Cálculo dos flutuadores usando os critérios de estabilidade .................. 52

8

4.7. Dimensionamento dos flutuadores do dique ................................................. 58

4.7.1. Manobras do dique flutuante ................................................................. 60

4.7.2. Reparo no cais ...................................................................................... 64

4.7.3. Dimensionamento dos flutuadores para permitir reparo ......................... 65

5. CONCLUSAO E TRABALHOS FUTUROS .......................................................... 67

9

1. INTRODUÇÃO

O processo de reparo de navios geralmente inclui conversões, revisões,

programa de manutenção, reparo de danos e de equipamentos. O reparo de navios é

uma parte muito importante da indústria naval. Aproximadamente 25% da força de

trabalho dos estaleiros é destinada para reparo ou conversão de navios (1).

Atualmente muitos navios precisam de atualização e /ou conversão para atender as

regras ambientais e de segurança. As frotas em todo mundo estão ficando velhas e

ineficientes, e com os altos custos de novos navios a situação está colocando pressão

nas companhias de navegação. Em geral, conversão e reparo nos estaleiros são mais

lucrativos que nova construção (2). Em estaleiros de nova construção, contratos de

reparo, revisões e conversões também ajudam a estabilizar a força de trabalho

durante épocas de crise, quando diminuem as novas construções, e quando a

situação está favorável para novas construções, acontece o aumento de navios no

mercado, aumentando o número de navios a serem reparados.

Uma das principais diferenças entre os estaleiros de construção nova e os de

reparo são os métodos de docagem. Um estaleiro de reparo precisa de métodos de

docagem que ocupem a menor área possível, pois as áreas de armazenamento e as

oficinas ocupam muito espaço.

Figura 1 - Navio sendo reparado

10

Historicamente os estaleiros possuíam duas áreas bem diferenciadas, uma

destinada para novas construções e outra para reparos (3). Dependendo da demanda

do mercado, os funcionários e as instalações se dedicavam a uma ou a outra das

funções. Posteriormente, com a alta produtividade no mercado, se optou pela

especialização dos negócios, separando as atividades, e cada estaleiro se dedicou a

sua atividade mais rentável. A partir desse ponto, a tendência foi construir novos

estaleiros com suas atividades e orientação bem definidas. Mas isso não significa que

hoje existam muitos estaleiros de reparo. A facilidade de financiamento, incentivos

fiscais e potenciais de receita maior no curto-prazo são fortes atrativos para que os

estaleiros de reparo avaliem a possibilidade de migrar de atividade para novas

construções. No cenário internacional, a migração de reparo para construção é

comum. Por exemplo, o coreano Hyundai Vinashin, que era 100% reparo, iniciou

processamento de aço para fabricação de seu 1o navio em setembro de 2008.

Geralmente os processos de reparo de um navio são muito parecidos com os

processos para construir um novo navio, mas em uma escala menor e em um ritmo

mais rápido (2).

As atividades de manutenção dos navios estão associadas ao desgaste pelo

uso, idade ou verificações periódicas de segurança. Os principais eventos de

manutenção na vida de um navio se encontram na Figura 2:

Figura 2 - Eventos da vida de um navio

11

A origem do reparo pode ser emergencial ou programado. Dentro dos reparos

por motivos emergenciais podemos citar os acidentes, as quebras e as colisões.

Dependendo da gravidade do evento, pode exigir docagem. O reparo emergencial é

responsável por 30% das docagens no Brasil. Os reparos programados podem ser as

vistorias das sociedades classificadoras, modernização dos equipamentos ou até

mesmo conversão do navio. Os reparos programados são responsáveis por 70% das

docagens de reparo. Num ciclo de 5 anos, todos os equipamentos do navio devem ser

vistoriados (2).

O principal evento da manutenção de um navio ocorre quando o mesmo é

colocado em seco. O navio é retirado da água e permanece durante um prazo de uma

a duas semanas em seco e outras duas semanas reparando atracado geralmente,

dando um total entre trinta e quarenta dias de reparo (5).

Existem dois fatores chave que influenciam a demanda por reparo de um navio:

a idade e o porte. Com o aumento da idade, os dias docados aumentam, pois

aumentam as ocorrências de falha, corrosão, fadiga, desgaste e quebra. Já o

comprimento influencia nos dias docados, pois quanto maior o navio, maior a área de

aço e maior o número de componentes. Além disso, embarcações de apoio marítimo

têm maior dificuldade de reparo do que embarcações de apoio portuário devido ao

maior número de sistemas complexos dentro de cada embarcação (3).

Atualmente os navios têm um ciclo de manutenção obrigatória de cinco anos,

aonde uma série de revisões deve ser realizada para certificar que o navio satisfaz as

regras das normas de segurança de navegação internacional.

Além da manutenção em local seco, há outra série de trabalhos que não

necessitam que o navio esteja em local seco para serem realizados, são os reparos

relacionados com as obras mortas do navio, a superestrutura, maquinário e interior, as

quais podem ser realizadas com o navio no porto.

Na Figura 3, estão indicados os principais estaleiros existentes do Brasil. A

grande maioria não oferece oferta especializada de reparo. No contexto recente do

país, criaram-se incentivos à construção naval que levam alguns estaleiros de reparo a

migrar de atividade. No mundo, o mesmo efeito é observado quando o setor está no

ciclo de alta demanda por novos navios.

12

Figura 3 - Estaleiros no Brasil

Enquanto a oferta de capacidade para embarcações de até 150m é 54% menor

que a demanda, há sobrecapacidade para maiores. Como resultado, diques de

embarcações grandes são utilizados para reparo de pequenos. Também se identificou

a necessidade latente por novos diques de reparo. Em 2018 serão necessários entre 5

e 9 novos diques para que se possa atender a frota atuante na costa brasileira (2).

Os estaleiros de reparo para embarcações médias e grandes se encontram

concentrados todos no Sudeste do Brasil, nos estados do Rio de Janeiro (com sete

estaleiros que oferecem serviços de reparo) e um no estado de São Paulo (Tabela 1).

13

Tabela 1 - Estaleiros de Reparo no Brasil

Alguns deles oferecem serviços de novas construções dentro de sua oferta, e

eles alternam os serviços de acordo com o mercado. Estes sete estaleiros são toda a

oferta nacional de reparo, sendo a mesma insuficiente para atender a demanda futura

de reparo de navios.

Com o aumento de licitações para perfurações de poços no litoral do Brasil,

houve também um aumento de embarcações destinadas a esse fim em nossa costa, e

é preferível para o armador fazer seu reparo próximo à sua zona de trabalho. Os

armadores são prejudicados com a indisponibilidade de diques e freqüentemente

arcam com os custos de deslocar rotas em busca de reparo em estaleiros

internacionais.

O ideal é que esses navios não realizem viagem de longa duração para fazer

reparos já que a perda de horas de trabalho seria muito grande. Portanto serão

necessários os serviços dos estaleiros de reparo próximos da área de trabalho.

Estaleiro Estado Método de

docagem Quantidade

Dimensões

L x B [m]

Limite

[DWT]

Cassinú RJ Dique seco 1 69 x 12,5 -

Chamon RJ Carreira 1 30 -

Enavi e

Renave RJ

Dique

flutuante 3

215 x 35

200 x 32,8

70 x 17

20000

18000

1800

Dique seco 2 184 x 27

136 x 17,46

-

Vard RJ

Carreira 1 100 x 25 3000

Dique

flutuante 1 110 x 17 3500

Mauá RJ Carreira 2

240

170 -

Dique seco 1 196 x 20 -

Inhaúma RJ Dique seco 2 350 x 65

160 x 25

400000 TPB

25000 TPB

Wilson &

Sons SP Dique seco 1 145 x 26 -

14

Dentro do mercado de reparo de navios encontramos os casos particulares de

navios especializados como os navios de perfuração, que estão aumentando

consideravelmente em número na costa brasileira devido aos novos poços que estão

sendo perfurados na área do Pré-sal. Esses navios não costumam realizar viagens

muito longas para serem reparados devido a vários fatores, mas principalmente os

navios especializados costumam ter uma grande demanda, o que aumenta seu preço

de frete, podendo chegar a 500.000 dólares/dia. Se o navio está parado para reparo,

não e possível fretá-lo.

Portanto, os navios fazem os reparos necessários perto de sua área de trabalho

embora os preços dos lugares distantes sejam mais competitivos, mas essa economia

não é bastante para compensar a perda durante o tempo de viagem de ida e volta.

O navio de perfuração é um tipo particular de MODU- Mobile Offshore Drilling

Unit que é a união de um navio com um aparato de perfuração montado no convés

destinado a operações offshore. Eles são construídos em cascos de navios

tradicionais como grandes navios tanque ou de carga e se movem com propulsão

própria.

A broca opera através de uma abertura no casco. Os navios de perfuração

podem ter até 270 metros de comprimento e 42 metros de boca. Os navios de

perfuração não são tão estáveis em mar turbulento como as semi-submersíveis, mas

tem a vantagem de poder armazenar a produção até que cheguem os navios

aliviadores (7).

Figura 4 – Navio de Perfuração Discoverer Enterprise

15

Um sistema muito importante dos navios de perfuração é o sistema de DP

(posicionamento dinâmico). O sistema é formado por thrusters que ficam localizados

no casco. Alguns navios possuem thrusters retráteis, que entram em uma abertura no

casco para facilitar a docagem. Segundo engenheiros entrevistados, os navios mais

modernos não dispõem desse tipo de thruster, já que o espaço num navio sonda é

concorrido devido à quantidade de carga necessária para a perfuração. Nesse caso, o

thruster deve ser removido antes da docagem, sendo desacoplado com o auxílio de

mergulhadores e um sistema de bóias faz a segurança dos thrusters para a sua

retirada.

Com base no explicitado anteriormente e tomando como ponto de partida o

projeto de um estaleiro de reparo para a região do Açu, dos alunos de Mestrado da

COPPE Sandra García e Juan Sarmiento (4) propõe-se realizar o projeto preliminar de

um dique flutuante para realizar reparos principalmente de plataformas de perfuração

e ser for o caso a transferência do mesmo para terra.

No capítulo 2 será apresentado o estaleiro em questão, com suas

particularidades, os navios existentes no mercado no presente ano e os serviços feitos

nos mesmos.

No capítulo 3 são identificados e descritos os métodos de docagem e

transferências existentes.

E finalmente no capítulo 4 é feito o dimensionamento do dique a partir das

regras da Classificadora DNV.

16

2. CARACTERÍSTICAS DO ESTALEIRO

2.1. Localização

O estaleiro está localizado no Porto de Açu, a 30 km da cidade de São João da

Barra. Foi construído com o objetivo de funcionar como centro logístico de importação

e exportação, com influência nas regiões Centro-Oeste e Sudeste do Brasil e também

para servir como apoio para a cabotagem ao longo da costa brasileira e da América do

Sul.

Os dois pontos destacados são as principais características relevantes para a

localização do estaleiro. Devem ser consideradas diferentes variáveis ou

características importantes que determinam a localização de um estaleiro naval de

qualquer tipo (5). As características estudadas são:

Proximidade de rotas marítimas.

Figura 5 - Rotas marítimas globais

17

Proximidade de campos de petróleo.

Figura 6 - Campos de Petróleo próximos

Para determinar os possíveis navios a serem reparados no estaleiro, foi feita

uma pesquisa e estão indicados a seguir na Tabela 2 os navios perfuradores em

operação no Brasil em 2014 (8) (9).

18

Tabela 2 - Navios perfuradores no Brasil

Nome Construção Conversão L B T

ALASKAN STAR 1976 84,3 61 25

ALPHA STAR 2009 103,3 69,5 8,7

ATLANTIC STAR 1976 103 106 22

BORGNY DOLPHIN 1977 108 67,4

CAJUN EXPRESS 2001 106,4 68,9 9,0

ENSCO 6001 2000 2009 75,9 54,6 8,5

ENSCO 6002 2000 2010 75,9 54,6 8,5

ENSCO 6003 2004 - 75,9 54,6 8,5

ENSCO 6004 2004 - 75,9 54,6 8,5

ENSCO 7500 2000 - 73,2 75,6 7,0

GOLD STAR 2009 69,5 69,5 19,1

LONE STAR 2009 97,5 70,1 7,5

LOUISIANA 1982 1998 100,0 50,0 17,5

NOBLE DAVE BEARD 1986 2008 111,6 66,1 5,8

NOBLE MAX SMITH 1980 1999 106,3 100,1 5,2

NOBLE PAUL WOLFF 1982 2006 104,1 110,8 4,6

NOBLE PHOENIX 1979 2009 105,0 21,9 0,0

NOBLE THERALD MARTIN 1975 2003 98,8 103,0 7,5

NORBE VI 2009 70,1 60,9

OCEAN ALLIANCE 1988 - 122,5 78,9 8,8

OCEAN BARONESS 1973 2001 98,8 99,7 12,6

OCEAN COURAGE 2009 - 121,3 90,8 8,4

OCEAN QUEST 1973 1996 98,8 102,4 9,8

OCEAN STAR 1973 1996 102,3 95,9 9,8

OCEAN VALOR 2009 - 121,3 90,8 8,4

OCEAN WINNER 1976 - 108,2 75,6 6,7

OCEAN WORKER 1982 - 92,4 61,0 7,6

ODN DELBA III 2011 97,5 75

OLINDA STAR 1983 92,1 68,9

SEDCO 706 1976 89,9 74,7 6,4

SEDCO 707 1976 1997 108,2 74,7 6,4

SEVAN BRASIL 2012 99 99 13

SEVAN DRILLER 2009 85,0 75,0 0,0

WEST EMINENCE 2009 83,2 72,8 9,8

WEST ORION 2010 115,5 90,2 8,4

19

Apesar de o foco principal ser os navios anteriores, também podem ser

atendidos outros tipos de navios que sejam de tamanhos compatíveis com o dique

projetado.

2.2. Planejamento de reparo, engenharia e produção

A construção e o reparo naval são atividades distintas, apesar de utilizarem o

mesmo tipo de infra-estrutura. Os financiamentos e investimentos governamentais são

direcionados para a construção, atraindo também estaleiros de reparo.

O planejamento para ambos os serviços de nova construção e de reparo são

diferentes. Temos como principais características do reparo naval a demanda

relativamente estável a longo prazo, exigência de mão de obra experiente, receita

inferior, difícil previsibilidade na execução de serviços, prazos curtos (2 a 4 semanas)

por navio. Para a construção nova, temos a oscilação da demanda a longo prazo,

financiamentos governamentais, incentivos fiscais e estabilidade no curto prazo (2 a 3

anos) (4).

A maioria dos reparos e conversões necessita de um extenso planejamento. Em

muitos casos, a grande quantidade de trabalho em aço precisará ser feita. Esses

projetos podem ser divididos em quatros maiores estágios: remoção, construção de

nova estrutura, instalação de equipamento e testes. São necessários contratos com

terceirizados para realizar o trabalho mais especializado e diminuir a carga de

trabalho.

Em muitos casos, os contratos de reparo são uma situação de emergência com

pouco tempo de antecedência, o que torna o reparo imprevisível. Os reparos normais

levam de 3 dias a 2 meses, enquanto maiores reparos e conversões podem durar

mais de um ano.

2.3. Serviços

Os navios são similares a outros tipos de máquinas e necessitam uma freqüente

manutenção e, muitas vezes, revisões completas para continuar operando (9). Os

equipamentos a serem reparados estão resumidos na Tabela 3:

20

Tabela 3 - Serviços de reparo

Reparo Localização do navio

Torre No cais

Equipamentos de perfuração No cais

Bombas e processadores de lama No cais

Motores No cais

Sistema de posicionamento dinâmico Em seco

Tratamento de superfícies e moonpool Em seco/no cais

Tanques No cais

Acomodações No cais

Tubulações No cais

Assim como em novas construções, todos os sistemas instalados devem ser

testados e operados antes de o navio ser liberado. Quando é terminada a fase de

reparo em seco, o navio é atracado no cais para já dar início aos testes dos reparos

realizado sem seco ( bow trhuster e azimutais ) e realizar os reparos restantes, a

localização no cais facilita a entrada de máquinas e pessoas pela posição do convés

nivelado com o cais. Os requisitos de teste normalmente são determinados em

contrato, além de outras fontes como as regras. Os testes devem ser agendados e

acompanhados pelas Sociedades Classificadoras.

21

3. MÉTODOS DE DOCAGEM

Os métodos de docagem e transferência são o elemento fundamental para

manutenção e reparo da carenagem nos navios. Durante um número indeterminado

de ocasiões da vida útil de um navio, é preciso colocar o navio em seco para que as

inspeções regulares e reparos necessários sejam feitos. É a instalação mais cara dos

estaleiros, ao redor da qual estão situadas as outras instalações (11). O tipo de

método de docagem e seu tamanho são as principais variáveis a se considerar no

momento da escolha do estaleiro.

Por causa dos altos custos, a maior quantidade possível de reparos deve ser

feita enquanto a embarcação estiver flutuando ou navegando.

Para se tornar competitivo, o estaleiro deve facilitar a entrada e saída do navio

para reparo e, sobretudo, reduzir o tempo de docagem. É por essa razão que os

estaleiros devem estar situados próximos às grandes rotas de navegação.

Os métodos de docagem devem cumprir as seguintes características:

1. Segurança

2. Rapidez

3. Alimentação de energia e fluidos

4. Fácil manobra

5. Estabilidade do navio

6. Bom acesso do navio para a terra

Existem vários métodos, detalhados a seguir, que permitem reparar o navio e/ou

transferir o navio para um local seco. Esses métodos de docagem devem permitir não

só a colocação do navio em seco com segurança, mas permitir o movimento de

pessoas, equipamentos, maquinaria e materiais da terra para o navio a fim de fazer as

inspeções e reparos necessários.

Serão listados apenas os métodos capazes de fazer uma docagem bem

sucedida de navios de grande porte, que é o caso dos navios tipo plataforma de

perfuração, o principal foco do estaleiro.

22

3.1. Dique seco

Um dique seco é um meio de docagem consistente de um cais artificial no qual o

navio entra flutuando e cujo fundo se encontra a vários metros abaixo da superfície do

mar e a parte superior do mesmo ao nível do solo do estaleiro.

Figura 7 - Dique Seco

O dique é composto do fundo, duas paredes laterais e uma parede de proa. Na

outra extremidade se encontra uma porta removível que permite a entrada e saída do

navio. O dique também possui um sistema de bombas que permite remover a água

contida em seu interior depois que o navio está posicionado no lugar e a porta foi

fechada.

23

Figura 8 - Perfil do Dique Seco

A seqüência de docagem não é imediata e necessita de uma preparação prévia

para a mesma. São colocados picadeiros que sustentarão o navio quando estiver em

seco, em seguida o dique é inundado e sua porta aberta para a entrada do navio. O

navio entra flutuando e é posicionado sobre dos picadeiros. A água no dique é então

drenada, o que faz o navio descer até sua posição definitiva assentado sobre os

picadeiros.

Quando se deseja retirar o navio, o dique é inundado novamente até que o navio

flutue. A porta é aberta e é feito o procedimento de retirada do navio.

24

Figura 9 - Esquema de entrada do navio no Dique Seco

As vantagens são uma vida útil grande; manutenção baixa de sua estrutura;não

existe problemas de estabilidade no navio;sem limites de tamanho de dique; é possível

existir uma porta intermediária que permite inundar apenas metade do dique.

Suas desvantagens são os elevados custos iniciais de construção; ser uma

estrutura fixa que não pode ser movida ou vendida; a passagem de operários e

equipamento, a iluminação e ventilação são complicadas devido o seu piso se

encontrar baixo do nível do estaleiro; se houver necessidade de aumentar o dique o

trabalho é muito grande; baixa velocidade de operação; grande dimensão da planta de

bombas (12) (11).

3.2. Dique flutuante

Um dique flutuante é uma estrutura empregada para a docagem de navios

elevando-os acima do nível do mar para reparos variando a flutuabilidade. A

capacidade de elevação desses diques varia entre 1000 e 100000 toneladas.

25

Figura 10 - Dique Flutuante

Ele é formado por uma estrutura em por de “U” alargada, que deixa livre a

entrada pela proa e pela popa. A entrada é geralmente longitudinal, mas existem

diques com costado desmontável que permitem a entrada transversal. Seus costados

e fundo são compostos de tanques que podem ser cheios de água para fazer com que

a estrutura afunde até o calado desejado e depois esvaziados para que a estrutura

flutue, também elevando o navio em seu interior.

A seqüência de docagem também precisa de preparação prévia. São colocados

picadeiros que vão sustentar o navio na sua posição final. Os tanques se inundam por

gravidade até um calado que permita a entrada do navio. Depois o navio é rebocado

até seu interior, uma manobra delicada, levando em conta os muitos obstáculos

existentes, muitos deles não visíveis por estarem debaixo d’água. Assim que o navio

se encontra em sua posição final no dique, ele é amarrado e começa a fase de

deslastre, aonde as bombas retiram a água dos tanques, fazendo o dique ganhar

flutuabilidade e deixar o navio em seu interior em seco.

26

Figura 11 - Esquema de entrada do navio no Dique Flutuante

As vantagens são não ocupar área em terra no estaleiro; o dique pode ser

construído no próprio estaleiro ou outro que ofereça menor preço; permite manter um

custo operacional baixo aumentando a competitividade do estaleiro; pode ser vendido

caso não seja mais necessário; pode elevar navio com um comprimento maior que o

próprio dique; pode ser rebocado facilmente em caso de necessidade de dragar a área

aonde ele se encontra; a construção civil necessária para sua operação é

relativamente pequena e pouco custosa; pode ser rebocado para áreas mais

profundas para receber navios maiores, o que elimina a necessidade de dragar a área;

pode ser aumentado com relativa facilidade.

As desvantagens são a alta freqüência de manutenção de bombas, válvulas e

estrutura durante toda sua vida útil; a movimentação de pessoas e cargas é restrita

pelos costados do dique; a influência das marés pode complicar as operações; as

manobras devem se realizar em águas tranqüilas (11) (12).

3.3. Hydrolift

É uma variante do sistema de docagem “dique plataforma”. Neste caso, o

sistema de plataforma é substituído por uma eclusa de elevação que se enche e

esvazia e por uma plataforma que permite situar o navio na sua fase final de docagem.

Essa plataforma se encontra aproximadamente ao mesmo nível do terreno em volta.

Esta eclusa inicial pode servir para várias plataformas simultâneas e é capaz de

realizar as manobras de flutuação e docagem ao mesmo tempo.

27

Figura 12 - Hydrolift da Lisnave

Esse método de docagem foi criado pela primeira vez pela “Lisnave Estaleiros

Navais” e teve como ponto de partida para a decisão de sua construção a

impossibilidade técnica de construir diques secos tradicionais nos terrenos arenosos

disponíveis para o estaleiro.

Figura 13 - Perfil do Hydrolift

28

Os navios são manobrados na entrada e na saída da eclusa e transferidos para

as plataformas, ou delas retirados, por meio de um sistema mecânico constituído por

vários guinchos que, associados a carros de reboque, movem e controlam os navios

durante a operação. O navio é, então, posicionado no canal da eclusa e a porta

fechada. Por meio de bombas o nível da água é aumentado até a altura da plataforma

e o navio é transferido para a plataforma pelos carros reboque. Posteriormente se

fecha a porta da plataforma, que é esvaziada por gravidade, abaixando o navio até

ficar na posição final nos picadeiros. Não é necessário esvaziar completamente a

eclusa.

Figura 14 - Esquema da entrada do navio no Hydrolift

As vantagens são o custo relativamente reduzido em relação ao dique seco, pelo

preço de dois diques secos, se pode construir um hydrolift com capacidade para três

navios; o navio é elevado ao nível do estaleiro, facilitando o acesso de pessoas e

equipamento; permite transferir mais de um navio simultaneamente; as plataformas

recolhem os resíduos e enviam para tratamento posterior.

29

As desvantagens são custo inicial de equipamento elevado; manutenção de

equipamentos elevada; não permite o uso da eclusa como plataforma, pois impede a

entrada e saída para as outras plataformas (13).

3.4. Syncrolift

Um syncrolift é um mecanismo que permite transferir o navio desde uma posição

inicial flutuando a um final em seco, aonde será feito o reparo.

O sistema é composto de uma plataforma formada por vigas metálicas que

submergem abaixo do fundo do navio e o elevam até uma estrutura com trilhos, que

guincha o barco até o local do reparo.

Figura 15 - Syncrolift

A plataforma é preparada com picadeiros nos quais o navio ficará em sua

posição final e então submerge e o navio é rebocado para cima dela. A plataforma é

elevada por meio de motores situados em terra sincronizadamente a fim de manter a

horizontalidade e distribuição uniforme da carga sobre a plataforma.

Uma vez que a plataforma chega à altura da zona de docagem, o navio inicia o

movimento sobre os trilhos até o local final de trabalho.

30

Figura 16- Esquema de entrada do navio no Syncrolift

Uma grande vantagem do syncrolift em relação ao dique de reparo é que o

primeiro não fica imobilizado durante o período de reparo, podendo ser utilizado para

continuar movendo os navios sempre que precisar e tem maior rapidez de operação.

O inconveniente é a zona de docagem, que sempre deve estar livre e não devem

existir elementos fixos que sirvam de obstáculo para o movimento dos navios, alto

custo de construção e manutenção e requer maquinário de alta tecnologia (11).

3.5. Determinação do tipo de sistema de docagem

Na Figura 17está indicada a área que será utilizada para este estudo. Ela possui

um canal de entrada com 14m de profundidade, um canal interno com 11m e uma

área de manobra com 16m de profundidade.

31

Figura 17 - Layout geral da área do estaleiro

Na Figura 18 é mostrado em detalhe a área de localização do estaleiro. Essa

área possui um cais de 4m de altura.

Como foi indicado no item 2.2, os trabalhos em seco são basicamente a

carenagem, pintura e reparo do sistema de DP. Em entrevistas com diversos

engenheiros que trabalham com reparos concluímos que os armadores preferem fazer

os trabalhos em seco e depois atracar a embarcação no cais para fazer o resto dos

reparos porque desta forma enquanto os trabalhos avançam eles podem testar os

equipamentos do DP.

O principal objetivo do projeto é determinar um sistema de docagem que tenha o

menor custo e facilidade de implantação.

Os principais limites de projeto são a profundidade do canal e altura do cais no

local determinado para o dique, o calado e o peso da embarcação a ser reparada. A

partir desses parâmetros, foi necessário excluir alguns sistemas descritos no presente

capítulo.

32

Figura 18 – Detalhe da localização do estaleiro

O dique seco já foi descartado inicialmente pela impossibilidade de se fazer uma

obra de civil de grande porte no local por ser muito dispendioso e demorado, além de

já existirem construídas no estaleiro algumas instalações, impossibilitando sua

alocação. Pelo mesmo motivo a opção de utilizar um sistema tipo hydrolift tradicional

foi descartada. Apesar de ser viável sob o ponto de vista econômico, uma simples

avaliação do local já impossibilita a sua instalação porque este tipo de sistema só é

viável se tiver dois o três locais para reparar as embarcações.

A opção do syncrolift é indicada para navios de peso reduzido, o que não é o

caso dos navios de perfuração que tem peso leve elevado. Um syncrolift para um

navio desse porte seria também muito caro.

A possibilidade mais indicada é um dique flutuante. Para o local, esse dique

flutuante tem duas opções de projeto:

Pode ser fixo no local, um híbrido de dique flutuante e hydrolift, operando com

guias que ajudam a reduzir os momentos nas operações de float on e float off,

funcionando sem a necessidade de flutuadores, o que faz dele o projeto mais

barato;

Dique flutuante comum e livre, com a vantagem de poder ser rebocado a locais

de maior profundidade para fazer as operações de load in e load out.

A escolha entre os dois tipos será feita após os primeiros resultados preliminares

de dimensionamento do dique.

Oficinas

construídas

33

4. DIMENSIONAMENTO DO DIQUE

Ao se projetar o dique flutuante, algumas estimações devem ser feitas com a

intenção final de minimizar a quantidade de aço empregado em sua construção,

sempre tendo em conta que se deve obedecer aos limites estruturais e parâmetros de

estabilidade mínimos determinados pelas regras. Foram utilizadas as regras da DNV -

Det Norske Veritas (13).

Passos do projeto do dique flutuante:

4.1. Sequência de operações

Para dimensionar o dique flutuante escolhido como o meio de docagem do

estaleiro, é imprescindível conhecer com detalhes as operações que serão realizadas.

As operações principais são (11):

Manobra de entrada e saída do dique flutuante

Com o objetivo de docagem, temos as operações:

o Float on

o Float off

Para a transferência entra mar e terra:

o Load in

Características hidrostáticas e

dimensões dos navios e dos

picadeiros

Dados do porto e área de

manobra

Dimensionamento do pontão do

dique

Dimensionamento dos

flutuadores do dique

34

o Load out

Essas operações também são muito importantes na escolha do dique a ser

projetado. As manobras serão descritas detalhadamente ao final da escolha do dique

a ser implantado no local.

4.2. Cálculo hidrostático do dique flutuante

Um dique flutuante deve ter dimensões, resistência, deslocamento e estabilidade

suficiente para elevar da água um navio, ou qualquer outra estrutura, usando sua

flutuabilidade.

Um dique flutuante deverá ser projetado de tal maneira que se tenha adequados:

Estabilidade, borda livre e flutuabilidade;

Resistência longitudinal;

Resistência transversal;

Resistência aos esforços locais;

Os valores mínimos serão determinados pela norma “Rules for Classification of

Floating docks”, de janeiro de 2012, da sociedade classificadora DNV (13).

4.2.1. Estabilidade

Condições de carga em estudo (A 200 Loading Conditions).

Serão estudadas as seguintes condições de carga:

o Condição com o dique totalmente submergido flutuando com sua

borda livre mínima.

o Condição com o dique submerso até a linha superior dos

picadeiros, quando o navio está apoiado nos picadeiros e a linha

d’água submersa seja mínima;

o Condição com o dique em sua posição final de trabalho com o

navio típico sobre os picadeiros, incluindo o navio mais

desfavorável.

Condições de estabilidade intacta (A 300 Intact Stability Requirements).

Devem ser cumpridos os critérios de estabilidade intacta estabelecidos:

o Proporcionando as curvas de estabilidade intacta em águas

tranqüilas.

35

o Devem ser corrigidas de acordo com o efeito das superfícies livres

nos tanques. Devem ser corrigidos de uma maneira realista, tendo

em conta o nível de líquidos nos tanques e o ângulo de inclinação.

o Considera-se que todos os canais de ventilação estão fechados

no momento do cálculo.

4.2.2. Borda livre

Borda livre até o teto dos costados:

Quando todos os equipamentos de segurança estão inundados, mas não

há carga sobre os picadeiros (o navio não encosta no dique), a borda

livre não deve ser menor que 1 metro.

Em qualquer caso, a borda livre deve ser suficiente para que proporcione

uma reserva de flutuabilidade e estabilidade adequada para resistir a

qualquer inundação acidental de qualquer compartimento de segurança.

As aberturas de acesso devem ter meios suficientes de fechamento para

prevenir que a água do mar passe para os flutuadores do dique.

Borda livre até o teto do pontão:

A borda livre até o teto do pontão em sua posição final de trabalho com

um navio correspondente à sua capacidade de içamento sobre os

picadeiros não deve ser menor que 300 mm na parte central e menor que

75 mm no interior dos flutuadores laterais. Todos os equipamentos

devem ser posicionados de modo que não haja banda ou trim.

Se o porto não está protegido às intempéries do tempo, podem ser

necessárias bordas livres maiores que as mencionadas anteriormente.

4.2.3. Sistema de referência

Para estabelecer as forças atuantes no conjunto é necessário conhecer qual

será o sistema de referência empregado. O sistema de referência principal (XYZ)

empregado nos cálculos do dique é um sistema de três dimensões que obedece à

regra da mão direita. O sistema tem sua origem na popa do dique, na linha central do

mesmo, como ilustra a Figura 19.

36

Figura 19 - Sistema de referência

X positivo: eixo situado na longitudinal do dique, crescendo para a direita.

Y positivo: eixo situado na transversal do dique, crescendo para dentro

do papel.

Z positivo: eixo vertical, crescendo para cima.

Um eixo secundário de coordenadas (xyz) situado na popa do navio com a linha

central do mesmo será utilizado. Quando for analisado o sistema dique + navio, as

coordenadas do navio (xyz) devem ser transladadas para as coordenadas do dique

(XYZ), para tanto, deve ser conhecida a posição que o navio vai ocupar dentro do

dique. Essa posição será determinada pela posição dos picadeiros.

4.2.4. Parâmetros empregados para o cálculo da estabilidade

Antes de proceder com o cálculo da estabilidade deve ser escolhida uma série

de parâmetros que servirão para o cálculo, relacionados a seguir.

Os cálculos foram feitos com o auxílio das planilhas de Juan Rodriguez e Sandra

Garcia, alunos de mestrado da UFRJ (14).

a) Constantes

Em primeiro lugar, são definidos os parâmetros gerais que serão considerados

constantes. Eles serão utilizados para todos os cálculos.

ρ: Massa específica da água salgada;

𝜌𝑎𝑐 : Massa espacífica do aço;

g: Aceleração da gravidade;

E: Módulo de Young ou módulo de elasticidade do aço.

37

Os valores das constantes são:

Tabela 4 - Constantes utilizadas

b) Dados do entorno

São indicadas a seguir, na Figura 20, as características do canal existente no

estaleiro em questão, utilizadas no cálculo do dique.

Figura 20 - Parâmetros de entrada

Margem lateral: Espaço existente entre o costado do navio e o costado

do dique para facilitar a entrada no mesmo.

Constante Valor Unidade

ρ 1,025 𝑡/𝑚3

𝝆𝒂𝒄 7,85 𝑡/𝑚3

g 9,81 𝑚/𝑠3

E 210000 MPa

38

Calado do porto: Profundidade máxima do canal aonde se vai realizar a

operação de docagem do navio. O calado é dado pela dragagem

realizada no canal do estaleiro.

Figura 21 - Profundidades do canal

Margem de fundo: Distância entre a quilha do dique, quando o mesmo

encontra-se submerso em seu calado máximo, e o fundo. Deve garantir

que o dique não encalhará no fundo.

Margem de manobra: Distância entre a parte superior dos picadeiros e a

quilha do navio.

Altura do cais: Distancia entre o espelho d’água e o cais. Depende da

maré e da altura do cais. Os dados da maré foram extraídos das tabelas

de maré da FEMAR – Fundação de estudos do mar, situada em São

João da Barra, cidade próxima ao estaleiro. A maré varia 1 metro entre a

maré baixa e a maré alta.

39

Figura 22 - Informações oceânicas da região

Deve ser considerado o valor mais crítico, que é o da maré baixa.

Valores para os parâmetros que se mantiveram constantes para todos os

cálculos:

Tabela 5 - Parâmetros de entrada

4.3. Dados do navio

Os dados do navio serão utilizados para dois cálculos diferentes:

Num primeiro calculo, serão tomados os dados do maior navio a ser docado para

poder dimensionar o dique do estaleiro. Em um segundo calculo, serão utilizados os

dados de qualquer navio, dentro das dimensões atendidas pelo dique, com o objetivo

Parâmetro Valor Unidade

Margem lateral 4,00 m

Margem de fundo 1,00 m

Margem de manobra 0,30 m

Altura do Cais 4 m m

Calado máximo do Canal 16,00 m

Calado no local de operação 11,00 m

40

de calcular o lastro necessário para o dique e sua posição dentro dos tanques para

realizar as operações de float on e float off e o load in e load out.

Para um cálculo aproximado dessas operações, devem ser utilizados os

seguintes dados do navio:

Comprimento total

Comprimento entre as perpendiculares

Pontal

Peso leve de docagem

Calado de docagem

Posição longitudinal do centro de gravidade

Posição transversal do centro de gravidade

Posição vertical do centro de gravidade

Diagrama de peso leve: em caso de não ter em disposição a curva de

peso leve do navio, ela deve ser estimada.

Após uma longa pesquisa, foi constatado que os novos navios de perfuração

construídos estão aumentando de tamanho, logo o dimensionamento do dique será

feito tomando em conta os maiores navios do mercado atual. Temos abaixo, na Tabela

6, uma lista dos navios mais relevantes em operação no Brasil.

Tabela 6 - Maiores navios em operação no Brasil

Nome Construção L [m] B [m] T [m]

NORBE VIII 2011 238 42 12

ODN I 2012 238 42 12

CAROLINA 2011 238 42 12

ODN II 2012 238 40,4 9,5

DEEPSEA METRO II 2011 229 36 10

ENSCO DS-4 2010 228,9 42,1 8,5

PACIFIC MISTRAL 2011 228,0 42,1 8,5

PETROBRAS 10000 2009 228,0 41,8 8,5

SERTAO 2012 228 42 12

DEEPWATER DISCOVERY 2000 227,5 42,0 8,5

AMARALINA STAR 2012 218 42 11

LAGUNA STAR 2012 218 42 11

CHYKIU 2005 210,0 38,0 8,2

41

4.4. Dimensionamento do Pontão

Para o dimensionamento do dique, o mesmo é primeiramente considerado uma

barcaça, como uma caixa retangular que posteriormente poderá ter flutuadores laterais

a ser adicionados para melhorar a estabilidade nas operações de float on e float off.

Essa caixa é chamada de pontão.

Figura 23 - Dimensões do pontão

4.4.1. Comprimento

O comprimento escolhido para o pontão será o comprimento total do dique. Para

a determinação do comprimento, recorremos à base de dados dos navios de

perfuração, o principal foco do estaleiro de reparos escolhido. Foi constatado que os

navios construídos nos últimos anos estão aumentando de tamanho, logo o tamanho

deve ser no mínimo igual ao maior navio encontrado no ano de 2014.

Como visto na Tabela 6, os maiores navios estão na faixa de 240 metros. O

tamanho escolhido para o dique foi de 300 metros, a fim de se antecipar ao

crescimento dos próximos navios construídos.

𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 300 𝑚

4.4.2. Boca

Será equivalente à boca de trabalho do dique, também será escolhida

dependendo do tamanho dos navios a serem reparados. Será escolhida a partir do

navio de maior boca encontrado no mercado hoje. A esse valor, são adicionadas

margens de segurança em cada costado para poder realizar a manobra de entrada e

42

saída do navio com segurança e para facilitar o trabalho de reparo quando o navio

estiver dentro do dique flutuante.

Verificando a Tabela 6, é possível constatar que as maiores bocas são as de 42

m, adicionando as margens de segurança de 4 metros, temos que o tamanho da boca

do pontão é de 50 m.

𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 𝐵𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 2 ∗ 𝑀𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 = 42 + 2 ∗ 4 = 50 𝑚

4.4.3. Capacidade de elevação mínima

Além do comprimento e da boca, um parâmetro fundamental para o

dimensionamento de um dique é a sua capacidade de elevação, já que é um dos

parâmetros que vai definir quais navios podem ser atendidos pelo estaleiro. Os navios

sonda são navios de peso leve elevado, principalmente por causa dos equipamentos

de perfuração instalados no seu casco. Os maiores navios têm por volta de 50000 t de

peso leve, logo o dique deve ter uma capacidade de elevação mínima de 56000 t por

segurança.

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎çã𝑜 = 56000𝑡

4.4.4. Peso leve

É o peso de aço estimado usado na fabricação do pontão. Utilizando o artigo

sobre cálculo de peso leve de navios (15), foi calculado preliminarmente o peso leve

do pontão.

𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 10000 𝑡

4.4.5. Calado leve

É o calado do pontão em seu peso leve, calculado como:

𝑇𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 =𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜

𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝜌= 0,65 𝑚

4.4.6. Calado do pontão com o navio a bordo

É o calado necessário do pontão quando estiver sustentando o peso do navio

em seus picadeiros, para estar em equilíbrio. Para o cálculo do calado do pontão com

o navio a bordo, usamos o princípio de Arquimedes.

∑𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠 = 𝐸𝑚𝑝𝑢𝑥𝑜 𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑡ã𝑜

𝑃𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 = 𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝑇𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝜌

43

𝑇𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 =𝑃𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠

𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝜌= 3,99 𝑚

4.4.7. Pontal

Para o cálculo inicial do pontal do pontão, será escolhido o maior dos seguintes

valores:

O dique carregando o navio, deve poder se alinhar com o cais, o que

implica que o pontal deve ser suficiente alto para se alinhar para qualquer

condição de maré. Se consideramos que a distância máxima (que seria o

caso da maré baixa) do espelho d’água até o cais vem a ser de 4 m, o

pontal mínimo do pontão deve ser:

𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 𝑇𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝐻𝑐𝑎𝑖𝑠 = 7,99 𝑚

Segundo a regra da DNV com respeito à borda livre (Capítulo 2, Seção 2,

A200), a borda livre do pontão do dique com o navio a bordo não deve

ser inferior a 0,30m. Portanto, de acordo com a norma, o pontal mínimo

do pontão deve ser:

𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜𝑠𝑒𝑚𝑐𝑎𝑖 𝑠 = 𝑇𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝐵𝑜𝑟𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑣𝑟𝑒 𝑑𝑎 𝐷𝑁𝑉 = 4,29 𝑚

Como pode ser verificada, a primeira opção tem um pontal maior que a segunda.

Logo a segunda também é satisfeita.

𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 8,00 𝑚

LCG

É a posição longitudinal do centro de gravidade. Como é simétrica, a posição

longitudinal do seu centro de gravidade em relação à sua popa, se encontra na

metade do seu comprimento.

𝐿𝐶𝐺𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 =𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜

2= 150,00 𝑚

TCG

É a posição transversal do centro de gravidade do pontão. Por se tratar de uma

caixa simétrica, o centro de gravidade transversal se localiza na metade de sua boca,

posição 0m para o sistema de referência.

44

𝑇𝐶𝐺𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 = 0 𝑚

KG

Centro vertical de gravidade do pontão. Novamente por se tratar de uma caixa

retangular e simétrica, com seus pesos uniformemente distribuídos, seu KG se

encontra na metade do pontal.

𝐾𝐺𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 =𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜

2= 4,00 𝑚

Em resumo, temos um pontão de:

Tabela 7 - Dimensões do pontão


Comprimento 300 m

Boca 50 m

Capacidade de elevação 56000 t

Pontal alinhado com o cais 8 m

Pontal sem o cais 4,29 m

LCG 150 m

TCG 0 m

KG 4 m

Com os valores principais do pontão, podemos calcular os flutuadores laterais

que permitem garantir a estabilidade do dique durante toda a operação.

4.5. Análise dos resultados do pontão

Como mostra a Figura 24 - considerando os limites físicos para a manobra de

load in, temos os limites para a operação do dique:

Tabela 8 - Limites físicos para a operação do dique

Margem de segurança de fundo 1 m

Altura dos picadeiros 1,8 m

Margem de manobra 0,3 m

Altura do cais 4 m

45

Figura 24 - Limites físicos para operação do dique

Confrontando os limites físicos e o resultado mostrado na Tabela 8, vemos que o

projeto mais barato que seria um híbrido de dique flutuante / hydrolift com guias fixas

no cais do estaleiro não é possível de viabilizar.

Já que como mostra a Figura 25, se considerarmos que precisamos de 8 metros

de pontal no dique para poder alinhar com o cais e temos de calado no píer de 11

metros não podemos realizar a manobra de entrada do navio.

Figura 25 - Perfil do pontão com o cais

46

A solução é rebocar o dique para o maior calado disponível para se tornarem

possíveis as manobras de float on e float off. Para tanto, o dique deve ser um dique

flutuante comum, que deve ter flutuadores adicionados ao pontão.

4.6. Cálculo dos flutuadores do dique

Para o cálculo das dimensões definitivas do dique, uma vez dimensionado o

pontão, é necessário dimensionar os flutuadores que permitem realizar as operações

de float on e float off. Para tanto, devemos usar as condições de estabilidade do

conjunto dique + navio.

4.6.1. Estabilidade transversal

Estabilidade é a propriedade que tem o navio de retornar à sua posição inicial de

equilíbrio, depois de cessada a força perturbadora que dela o afastou. Estas forças

perturbadoras podem ser devido a movimentação de cargas, ondas e etc.

No caso do dique flutuante, o cálculo da estabilidade é mais complicado que o

cálculo da estabilidade de um navio, pois além de calcular a estabilidade do dique e do

navio separados, deve-se calcular a estabilidade do conjunto dique + navio.

Para o estudo da estabilidade transversal para pequenos ângulos, será

analisado o GM ou altura metacêntrica do conjunto.

KB: Posição vertical do centro de carena;

BM: Raio metacêntrico;

KG: Posição vertical do centro de gravidade;

FS: Correção da superfície livre.

𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 −𝐾𝐺 − 𝐹𝑆

Figura 26 - Estabilidade do navio

47

Devemos estudar cada parâmetro que a equação acima depende para

determinar como varia a estabilidade ao modificar cada um.

BM

Centro de carena. É a distância em metros entre o metacentro M e o centro de

gravidade G.

o M: metacentro;

o B: Centro de carena;

o I: Inércia do conjunto em relação à linha de centro (𝑚4);

o 𝛻: Volume suberso (m³).

𝐵𝑀 =𝐼

𝛻

KB

Posição vertical do centro de carena em metros. Obtida pelas curvas

hidrostáticas para o calado em estudo, em caso da falta das hidrostáticas, pode ser

obtido mediante a fórmula:

𝐾𝐵 =∑𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜 𝑖

∗ 𝐾𝐵𝑖

∑𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜 𝑖

o 𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜 𝑖: Volume de cada uma das partes submersas do

conjunto (m³);

o 𝐾𝐵𝑖 : Posição vertical do centro de carena de cada uma dessas

partes em relação a uma referência (m).

KG

Posição vertical do centro de gravidade. Depende da distribuição do peso do

objeto flutuante estudado.

𝐾𝐺 =∑𝑃𝑖 ∗ 𝐾𝐺𝑖

∑𝑃𝑖

o 𝑃𝑖 : Pesos dos diferentes elementos do conjunto (t);

o 𝐾𝐺: Posição vertical do centro de gravidade dos diferentes

elementos do conjunto em relação a uma referência (m).

48

FS

Correção devido ao efeito de superfície livre. Se os tanques de lastros tem um

volume menor que 98%, deverá ser levada em conta a correção devido o efeito de

superfícies livres. Se existem superfícies livres nos tanques de lastro, deve ser feita a

correção da posição do centro de gravidade calculada para o conjunto sem superfícies

livres e, portanto a altura metacêntrica do conjunto deve ser alterada.

𝐹𝑆 = 𝐼𝜌𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒𝛻𝜌𝑚𝑎𝑟

o 𝐼 =𝐿𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ∗𝐵𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ³

12 (𝑚4);

o 𝐿𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 𝑚 ;

o 𝐵𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = Boca do tanque (m);

o 𝛻 = Volume total deslocado pelo conjunto (m³).

Análise da altura metacêntrica.

o Se GM=0 a estabilidade é neutra.

o Se GM<0 a estabilidade é negativa.

Figura 27 - Estabilidade negativa

49

Se GM>0 a estabilidade é positiva.

Figura 28 - Estabilidade positiva

4.6.2. Estabilidade do navio

No momento da entrada do navio no dique é imprescindível que a sua

estabilidade seja positiva (GM>0), caso contrário, não é possível fazer a transferência

do navio.

A estabilidade do navio irá mudar durante a operação de docagem, já que o

calado do navio será variado dependendo da fase de operação. Por esse motivo é de

extrema importância conhecer com exatidão os dados de estabilidade do navio na sua

entrada no dique, já que todos os cálculos posteriores vão depender dos mesmos.

É necessário que o navio esteja bem apoiado e fixo nos picadeiros antes que ele

perca sua estabilidade para que o mesmo não vire.

É indispensável realizar um bom estudo de estabilidade do navio nas seguintes

condições:

Manobra de entrada

o Navio flutuando;

o Navio tocando os picadeiros;

o Navio apoiando nos picadeiros laterais ou nas escoras;

o Calado do navio com o GM=0 (ponto de instabilidade).

Manobra de saída

o Calado do navio com o GM=0 (ponto de instabilidade

o Navio apoiado nos picadeiros;

o Navio antes de ser levantar dos picadeiros;

50

o Navio flutuando.

O estudo de estabilidade do navio não precisa ser feito para o propósito do

trabalho, que é dimensionar o dique, já que apenas é necessário conhecer o valor do

GM para o dique sozinho e para o conjunto dique + navio.

4.6.3. Estabilidade do dique

Devem ser aplicados os conceitos de estabilidades explicados anteriormente nas

cinco fases seguintes:

1) O dique totalmente submerso em sua máxima profundidade sem o navio;

2) Elevação parcial do navio: navio elevado a aproximadamente metade de seu

calado de docagem;

3) Linha d’água na parte superior dos picadeiros;

4) Linha d’água no teto do pontão;

5) O dique com o navio fixo nos picadeiros, em seu calado de operação.

Figura 29 - Fases de estabilidade

51

Para cada uma das fases, deverá ser estudado o valor do GM, considerando a

regra da DNV A300 que obriga que a altura metacêntrica do conjunto (GM) seja maior

que 1 m.


𝐺𝑀 > 1

Figura 30 - Estabilidade do conjunto navio + dique

Os flutuadores devem ser projetados visando cumprir a norma.

Se o dique é composto apenas do pontão, quando se encontra com o calado na

parte inferior da base, a área do plano de flutuação será a dos picadeiros. Dada a sua

área reduzida e sua proximidade com a linha central do dique, teria uma inércia

transversal muito pequena, o que implica um BM muito pequeno e, por conseqüência,

uma altura metacêntrica muito reduzida ou negativa. Supondo o pontão sem o navio,

submerso logo acima do teto do pontão, no início dos picadeiros:

𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 − 𝐾𝐺

𝐵𝑀 =𝑖𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠𝛻𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜

Supondo uma linha de picadeiros que ocupa todo o comprimento do pontão,

temos o cálculo preliminar para uma área retangular:

𝐵𝑀 =𝑖𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠

𝛻𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜=

𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐵𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 ³

12 ∗ 𝐿𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐶𝑎𝑙𝑎𝑑𝑜~𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚𝑢𝑖𝑡𝑜 𝑝𝑒𝑞𝑢𝑒𝑛𝑜

Como o peso dos picadeiros é desprezível em relação ao peso do pontão e

tendo em conta que o mesmo está totalmente submerso, pode-se dizer que:

52

𝐾𝐵 ≈ 𝐾𝐺 ≈𝐶𝑎𝑙𝑎𝑑𝑜

2

Então:

𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 − 𝐾𝐺 ≈ 0

Ao se colocar o navio em cima dos picadeiros o KG aumenta e o KB e o BM se

mantêm o mesmo para o mesmo calado, portanto:

𝐺𝑀 = 𝐾𝐵 + 𝐵𝑀 − 𝐾𝐺 < 0

É possível concluir que é necessário colocar os flutuadores para garantir a

estabilidade do dique na fase mais crítica, aonde a água se encontra na linha dos

picadeiros e, portanto, garantindo a estabilidade nas outras fases.

4.6.4. Cálculo dos flutuadores usando os critérios de estabilidade

Em primeiro lugar é preciso tomar a decisão se os flutuadores serão colocados

em cima ou nas laterais do pontão.

Figura 31 - Localização dos flutuadores

Para manter o valor da boca do pontão já calculada anteriormente e para realizar

as manobras de entrada e saída do navio no dique com maior segurança, além de

aproveitar o maior espaço de flutuabilidade extra, foi decidido pela segunda opção, de

colocar os flutuadores na lateral do pontão.

Para o dimensionamento dos flutuadores, não é necessário estudar todas as

cinco fases mostradas na Figura 29 já que estudando a condição crítica, o valor

atende as demais condições. A escolha vai ser pelo flutuador que atende o critério de

GM>1, como determinado na regra.

Como explicado anteriormente, a condição aonde a estabilidade é mais crítica é

entre as fases 3 e 4, quando a água se encontra em algum ponto dos picadeiros

aonde a área de flutuação tem o seu menor valor.

53

O cálculo dos flutuadores foi abordado de duas maneiras diferentes:

Otimização dos flutuadores: Primeiro foi abordado o problema como uma

otimização dos flutuadores. Foi feito o dimensionamento dos flutuadores

que cumprem as condições de estabilidade e consomem a menor

quantidade de aço em sua construção.

Flutuadores definitivos: A segunda abordagem consiste na eleição de

flutuadores definitivos que atendam às necessidades dependendo do tipo

de reparo. Essas expectativas/necessidades serão explicadas

posteriormente no presente trabalho e o cálculo de sua estabilidade nas

fases críticas de operação será feito também.

1) Otimização dos flutuadores

Na otimização, se procura minimizar a área dos flutuadores que cumpram os

requisitos de estabilidade:


𝐺𝑀 > 1

O primeiro parâmetro a se dimensionar dos flutuadores é o seu pontal. Para o

dimensionamento do pontal dos flutuadores, não é necessário empregar critérios

hidrostáticos, já que o pontal depende apenas da profundidade necessária para

submergir o dique para a operação de entrada e saída do navio, levando em conta a

regra da classificadora, as margens de manobra e de fundo e do tamanho dos

picadeiros.

54

Figura 32 - Dique completamente submerso

Além dos valores já apresentados anteriormente e que comporão o calado do

pontão, a regra da DNV, Capítulo 3, Seção 2 A101 determina que o dique deva ter

sempre a borda livre mínima de 1m.

A análise a seguir é dita preliminar, pois depois que os flutuadores forem

escolhidos, será possível diminuir o pontal do pontão, pois os flutuadores darão mais

flutuabilidade ao conjunto pontão + flutuadores. Portanto os valores mudarão

dependendo das dimensões dos flutuadores.

O pontal preliminar dos flutuadores deve ser no mínimo:

𝐷𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 𝐷𝐵𝑜𝑟𝑑𝑎𝐿𝑖𝑣𝑟𝑒 + 𝑇𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 𝑀𝑚𝑎𝑛𝑜𝑏𝑟𝑎 + 𝐻𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 + 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑀𝑓𝑢𝑛𝑑𝑜 = 20,30 𝑚

Uma vez definido o pontal mínimo dos flutuadores, é necessário fazer a cálculo

de seu comprimento, boca e o número de flutuadores necessário, de acordo com a

regra.

Foram adotados flutuadores retangulares, unidos ao pontão em sua fase crítica,

em função de:

𝑙𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 : Comprimento do flutuador [m];

𝑏𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 : Boca do flutuador [m];

𝑁𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 : Número de flutuadores.

55

Figura 33 - Dique completo

Para um calado chamado de 𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜 ,quando a água se encontra em algum

ponto dos picadeiros, deve-se analisar o GM para uma gama de calados que

compreendem desde a água acima do teto do pontão até a parte superior dos

picadeiros.

Se os picadeiros tem uma altura de 1,8 metros e o pontal do pontão tem 8,00

metros, temos que o calado crítico preliminar se encontra compreendido entre os

seguintes valores de calado;

𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜 𝜖 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ,𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝐻𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 = [8.00,9.80] (m)

Figura 34 - Dimensões dos flutuadores

56

Quando o dique está flutuando com a área na altura dos picadeiros, a área de

flutuação depende apenas dos picadeiros e dos flutuadores. Se for considerado que

tanto os picadeiros como os flutuadores tem áreas retangulares de flutuação, o

momento de inércia a partir da linha de centro é:

𝐼 = 𝐼𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑠 + 𝐼𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠

𝐼𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 : Inércia dos flutuadores;

𝐼𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 : Inércia dos picadeiros.

Como os picadeiros são diferentes para cada navio a ser docado e costumam ter

uma área muito pequena, sua área não foi considerada no momento para o cálculo.

Se em um cálculo posterior a área for considerada, a condição de estabilidade será

melhorada.

𝐼𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 𝑁𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗𝑙𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗ 𝑏𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ³

12+ 𝑙𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗ 𝑏𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠

∗ 𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑏𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠

2

2

(𝑚)

Tendo em conta que para esse calado, a água chega até os picadeiros, e o

pontão está completamente submerso, logo o volume submerso para essa condição

de 𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜 será:

𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒 𝑟𝑠𝑜 = 𝑉𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝐴𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 ∗ 𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜 − 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑁𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗ 𝑙𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠

∗ 𝑏𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗ 𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜 (𝑚3)

Como temos que o BM é dado por:

𝐵𝑀 =𝐼

𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜

𝐵𝑀 =𝐼

𝑉𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜𝑜𝑛 + 𝐴𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 ∗ 𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜 −𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜𝑜𝑛 + 𝑁𝑓 ∗ 𝑙𝑓 ∗ 𝑏𝑓 ∗ 𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜

Então temos que o KB será igual a:

𝐾𝐵 =𝑉𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐾𝐵𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝐴𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 ∗ 𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜 − 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗

𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜 + 𝐷𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 2

+ 𝑁𝑓 ∗ 𝑙𝑓 ∗ 𝑏𝑓 ∗ 𝑇𝑐𝑟 í𝑡𝑖𝑐𝑜


E então a posição vertical do centro de gravidade do conjunto:

57

𝐾𝐺 =𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 ∗ 𝐾𝐺𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑃𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 ∗ 𝐾𝐺𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 𝑃𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑜 ∗ 𝐾𝐺𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑜 + 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 ∗ 𝐾𝐺𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 + 𝑃𝑓 ∗ 𝐾𝐺𝑓

𝑃𝑙𝑒𝑣𝑒𝑝𝑜𝑛𝑡 ã𝑜 + 𝑃𝑛𝑎𝑣𝑖𝑜 + 𝑃𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑜 + 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜𝑠 + 𝑃𝑓

Aonde:

𝑃𝑓 : Peso dos flutuadores

𝑃𝑓 = 2 ∗ 𝑁𝑓 ∗ 𝜌𝑎ç𝑜 ∗ 𝑡𝑓 ∗ 𝑏𝑓 ∗ 𝑙𝑓+𝑏𝑓 ∗ 𝑑𝑓+𝑑𝑓 ∗ 𝑙𝑓 (𝑚)

𝑡𝑓 : Espessura de chapa dos flutuadores

𝐾𝐺𝑓 = 𝑑𝑓𝑙𝑢𝑡𝑢𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠

2

Para o cálculo do FS, é analisado o pior caso, quando todos os tanques estão

parcialmente cheios, cuja altura de lastro no tanque é 𝐻𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑜 .

𝐹𝑆 =𝑁𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒𝑠 ∗ 𝐼𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒


𝑁𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒𝑠 : Número de tanques parcialmente cheios;

𝐼𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 : Inércia do tanque parcialmente cheio.

𝐼𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 =𝑙𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒𝑠 ∗𝑏𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ³

12 (𝑚4)

E finalmente é possível calcular a altura metacêntrica usando a fórmula:


Para conseguir os flutuadores otimizados é preciso interpolar para várias

dimensões. A iteração seguirá o seguinte diagrama até obter a opção com a menor

área de flutuadores que retorne um GM>1.

58

Se é obtido um resultado de GM>1, as dimensões cumprem os critérios de

estabilidade. Se o critério não é cumprido, é necessário modificar os valores iniciais do

flutuador.

4.7. Dimensionamento dos flutuadores do dique

Primeiramente serão dimensionados os flutuadores para o pontão definido no

item 4.4, sem considerar a altura do cais de 4 metros.

Os valores dos parâmetros do navio empregados na otimização dos flutuadores serão os do navio

serão os do navio disponível com mais informações, que está indicado na

Tabela 9:

59

Tabela 9 - Dados do navio utilizado

Para o cálculo do dimensionamento dos flutuadores, será levado em conta o

valor da altura dos mesmos.

A altura dos picadeiros é de 1,8 m. O número de tanques escolhido foi 30

tanques.

Para um mesmo pontão, existem diferentes possibilidades de flutuadores

otimizados e a dimensão dos flutuadores depende de seu número e relação

comprimento/boca.

O dique a ser projetado vai ser o mais básico, com dois flutuadores de

comprimento igual ao do dique, 300 m, como mostra a Figura 30.


Comprimento do navio 210,00 m

Boca do navio 42,00 m

Pontal do navio 16,20 m

Peso de docagem pesada do navio 51400,00 ton

Calado de docagem pesada do navio 8,20 m

Peso de docagem leve do navio 37800,00 ton

Calado de docagem leve do navio 6,11 m

LCG do navio (estimado) 100,00 m

TCG do navio (estimado) 0 m

KG do navio (estimado) 15,00 m

60

Figura 35 – Pontão com flutuadores

O resultado do dimensionamento dos flutuadores é apresentado na Tabela 10.

Tabela 10 – Valores do dique com flutuadores contínuos


Número de flutuadores 2 -

Comprimento dos flutuadores 300,00 m

Boca dos flutuadores 3,39 m

Altura dos flutuadores 16,66 m

Área de cada flutuador 1017,73 m²

Área total dos flutuadores 2035,46 m²

Comprimento do dique 300,00 m

Boca do dique 56,78 m

Pontal do pontão 3,66 m

Calado leve do dique 0,82 m

Calado de dique+navio 3,36 m

Profundidade necessária 14,66 m

Como é possível verificar na Tabela 10, a profundidade mínima necessária é de

14,66 metros e, analisando a Figura 21, podemos ver que a manobra de float on/off

não é possível ser realizada frente ao cais do local escolhido para o estaleiro porque

tem apenas 11 metros de calado previsto. Entretanto, existe uma área de manobra

indicada com 16 metros de profundidade. No item seguir será realizada a análise de

viabilidade da manobra no local.

4.7.1. Manobras do dique flutuante

Antes de iniciar a manobra de float on, o dique deve ser rebocado para a

posição onde será feita a manobra de entrada do navio. A posição de maior calado

está indicada pontilhada na Figura 36. Logo essa é a posição mais indicada para que

o navio possa adentrar o dique.

61

Figura 36 - Posição inicial antes de o navio entrar no dique

Uma vez colocado no melhor ponto, o dique inicia a imersão controlada de seus

tanques que termina quando o mesmo alcança a profundidade suficiente para que o

navio possa entrar no mesmo livremente, respeitando as margens de manobra e de

fundo a fim de evitar acidentes. A seqüência de carga de lastro deve ser de tal forma

que o dique não tenha banda nem trim.

O navio se posiciona alinhado com o dique com a ajuda de rebocadores. Ainda

com o auxílio de rebocadores, a proa do navio é situada entre os flutuadores do dique.

A proa fica segura mediante cabos atados aos flutuadores, o que permite manter o

navio orientado, se posicionando entre ambos os flutuadores e previne colisões entre

o navio e os flutuadores.

62

Figura 37 - O navio inicia a entrada no dique

Pouco a pouco o navio se move para dentro no dique e à medida que avança, os

cabos são mudados de lugar, atando o navio aos flutuadores mais à frente. Essa

manobra pode também ser realizada de maneira mais automática se o dique flutuante

dispor de carros ou guias laterais que vão tracionando o navio e guiando o navio entre

os flutuadores.

Uma vez que o navio se encontra situado quase completamente entre os

flutuadores, os cabos também atam a popa do navio, seguindo o mesmo esquema

anterior a fim de evitar que a mesma venha a colidir com os flutuadores.

Para saber se o navio se encontra situado na posição exata para ser elevado

pelo dique, podem ser usados mergulhadores ou uma bóia amarrada no último

picadeiro, que deve ser alinhada com a popa do navio.

63

Figura 38 - Navio completamente posicionado no dique

As manobras de float on e float consistem na elevação ou no afundamento do

dique na água por meio de alagamento de seus tanques. O dique flutuante tem um

sistema de válvulas que permitem a entrada de água por gravidade nos tanques para

submergir o dique.

Uma vez o que o navio está amarrado aos costados do dique, os tanques são

deslastrados e, até que o navio se apóie nos picadeiros, é imprescindível haver

controle para que o apoio de realize de maneira correta. Uma vez apoiado

corretamente, o dique é elevado até que o teto do pontão esteja acima da água.

O dique é então rebocado para o local final paralelo ao cais, aonde são feitos os

trabalhos de reparo.

Figura 39 - Dique paralelo ao cais

64

4.7.2. Reparo no cais

No tópico anterior foi viabilizada a manobra de load in e load out pelo dique

projetado no estaleiro em questão. O passo seguinte é analisar a possibilidade de

fazer o reparo no cais. Para tanto, é necessário analisar o calado da embarcação, a

altura do cais e a mobilização de cargas e pessoas.

Figura 40 - Navio docado

Altura do cais

Como foi indicado em 3.5, os trabalhos de reparo em seco são realizados

no dique e o restante com a embarcação atracada no cais, ou seja, não

estamos considerando a possibilidade de transferência da embarcação

para terra, isto significa que não precisamos de um alinhamento rigoroso

com o cais. Apenas é necessário um alinhamento parcial para permitir a

entrada de trabalhadores e equipamentos. Ou seja, podemos considerar

uma margem de um metro no alinhamento, mesmo assim vemos que a

altura do cais indicada é de 4m o que significaria subir o convés do dique

em no mínimo 3 metros.

Na operação de float in/off a profundidade necessária seria de 14,7 mais

3 metros mais um de margem:

𝑇𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠 á𝑟𝑖𝑜 = 𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 + 𝐴𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠 á𝑟𝑖𝑜 + 𝑚𝑎𝑟𝑔𝑒𝑚 = 14,7 + 3 + 1 = 18,7𝑚

65

Mobilidade de cargas:

Nas Figura 43 e na Figura 41 abaixo podemos ver a localização do dique

no cais de reparo, como ele fica paralelo com o cais. O flutuador contínuo

é uma barreira que impede o movimento das cargas.

Figura 41 - Localização do dique

4.7.3. Dimensionamento dos flutuadores para permitir reparo

É possível dimensionar os flutuadores com um espaço entre eles para

possibilitar a passagem do maquinário e pessoas a fim de fazer o reparo.

Foi escolhido um dique com 2 flutuadores de 130 metros cada em cada bordo, o

que deixa um espaço de 40 metros no centro. Os resultados do projeto estão

apresentados na Tabela 11.

Figura 42 - Dique com flutuadores descontínuos

66

Tabela 11 - Dados do dique com flutuadores descontínuos



Comprimento dos flutuadores 130 m

Espaço para passagem 40 m



Área de cada flutuador 476,33 m²

Área total dos flutuadores 1905,32 m²




Calado leve do dique 0,76 m

Calado de dique+navio 3,30 m


O dique calculado também pode fazer as manobras de docagem no estaleiro em

questão.

Como discutido anteriormente, é possível aumentar o pontal do pontão a fim de

deixar o navio a ser reparado em um nível mais próximo do cais.

67

5. CONCLUSAO E TRABALHOS FUTUROS

Temos apresentado abaixo, na Tabela 12, o resumo do dique projetado para o

estaleiro em questão:

Tabela 12 - Dique final



Comprimento dos flutuadores 130 m

Espaço para passagem 40 m







Podemos ver na figura abaixo que ainda existe uma diferença até o nível do

cais. A figura é um corte na meia nau do dique.

Figura 43 - Distância do dique ao cais

68

Foi realizada a analise de operação do estaleiro em questão e projetado um

dique flutuante para reparos, comprovando-se que a opção de utilização do syncrolift,

que era o objetivo inicial, não é possível, mas foi projetado um dique flutuante para

realizar os reparos.

Com a presente profundidade do canal do estaleiro e a altura de cais atual,

vemos que é preciso adicionar altura no convés do dique para fazer o alinhamento da

embarcação no cais e poder permitir a entrada de material e trabalhadores no dique.

Mesmo considerando a utilização de uma rampa como solução, apenas tem o

ganho de 1 metro.

Caso a altura do cais não seja modificada, é necessário aumentar a

profundidade do canal para possibilitar o aumento do pontal do pontão, viabilizando

até mesmo a transferência. Um canal de 19 metros na zona de transferência é ideal

para o porte dos navios estudados.

Outra solução é diminuir a altura do cais. Para o ultimo caso apresentado, uma

diminuição de 2 metros possibilitaria o reparo do navio no interior do dique.

É necessário também incluir um estudo detalhado sobre o sistema de

posicionamento dinâmico, de como os thrusters serão retirados no momento da

docagem.

As soluções e estudos adicionais serão analisados em futuros trabalhos na

região.

69

BIBLIOGRAFIA

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hydrolift para estaleiro de reparos de navios marina

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