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Universidade Federal do Rio de Janeiro

METODOLOGIA PARA REDUÇÃO DE CONSUMO DE COMBUSTÍVEL DE NAVIOS

MERCANTES

Thiago Tofani Mello Moraes

2017

ii


MERCANTES


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

Naval e Oceânico.

Orientador: Luiz Antônio Vaz Pinto

Rio de Janeiro

Setembro de 2017

iii


MERCANTES


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 E

OCEÂNICO.

Examinada por:

________________________________________________

Prof. Luiz Antônio Vaz Pinto, D. Sc.- Professor Orientador

________________________________________________

Prof. Luiz Felipe Assis, D. Sc.

________________________________________________

Prof. Jean-David Job Emmanuel Marie Caprace, Ph. D.

________________________________________________

Prof. Ulisses A. Monteiro, D. Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

Setembro de 2017

iv

Moraes, Thiago Tofani Mello

Metodologia para Redução de Consumo de Combustível

de Navios Mercantes / Thiago Tofani Mello Moraes - Rio de

Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2017.

XI, p. 88 :Il.; 29,7 cm

Orientador: Luiz Vaz Antônio Pinto

Projeto de Graduação - UFRJ / POLI / Engenharia Naval e

Oceânica, 2017.

Referências Bibliográficas: p. 86- 88.

1. Redução do Consumo de Combustível. 2.

Velocidade Constante. 3. Variação da Potência. 4. Slow

Steaming. 5. Algoritmo de Dijkstra. Pinto, Luiz. II Universidade

Federal do Rio de Janeiro, UFRJ, Escola Politécnica, Curso de

Engenharia Naval e Oceânica. III. Titulo.

v

AGRADECIMENTOS

Não poderia ter chegado ao final dessa jornada sem o apoio de pessoas importantes

presentes na minha vida. Agradeço à minha mãe Andrea que sempre esteve ao meu

lado me apoiando e incentivando. Ao meu avô Ezio que sempre foi meu companheiro

em todos os momentos. Às minhas avós Alice, Juracy, e minha tia avó Graça por

cuidarem de mim na minha infância ensinando os caminhos corretos da vida. Ao meu

pai Antônio que mesmo longe, eu sabia que podia contar. À minha namorada Fabiana

que esteve comigo na maior parte dos bons momentos e me aturou nos difíceis. E a

minha grande família. Não podia deixar de mencionar meus amigos de dentro e fora

da faculdade e aos meus orientadores deste projeto, Luiz Vaz e Luiz Felipe.

vi

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

parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval e

Oceânico.

Metodologia para Redução de Consumo de Combustível de Navios Mercantes


Setembro / 2017

Orientador: Luiz Antônio Vaz Pinto

Curso: Engenharia Naval e Oceânica

A redução do consumo de combustível é um desafio diário de engenheiros desde a

criação de máquinas a combustão. Na navegação, o combustível tem um potencial

muito grande para aumentar significantemente o custo de uma viagem. Por isso,

armadores em épocas de alta dos preços optam por reduzir a velocidade de serviço

abaixo da velocidade de projeto a fim de economizar combustível. Por outro lado, a

economia pode ser auxiliada pela escolha de uma rota que proporcione um menor

consumo ao levar em consideração o estado de mar de uma região. Com o intuito de

desvendar rotas que minimizem o consumo, neste projeto será considerado um

algoritmo de otimização de rota que retorne aquela de menor consumo para uma

embarcação navegando em velocidade constante segundo um cenário climático

favorável. A função de consumo será extraída ao se projetar o motor do sistema

propulsivo considerando a margem de mar variável em cada ponto da rota pela qual a

embarcação navegará, sendo essa a tradução da perda involuntária de velocidade em

resistência adicional que será somada a resistência em águas calmas para formar a

resistência total ao avanço. Ao final, reduções sucessivas de velocidade serão

simuladas, com o objetivo de verificar a melhor velocidade de operação segundo

cenários econômicos envolvendo indicadores de preço de combustível,

principalmente.

Palavras-Chave: Redução do Consumo de Combustível, Velocidade Constante,

Variação da Potência, Slow Steaming, Algoritmo de Dijkstra

vii

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

the requirements for the degree of Naval Architecture and Marine Engineering.

Methodology for Reducing Fuel Consumption of Merchant Ships


September / 2017

Advisor: Luiz Antônio Vaz Pinto

Course: Naval Architecture and Marine Engineering

Reducing fuel consumption is a daily challenge for engineers since the creation of

combustion engines. In navigation, fuel has a very large potential to significantly

increase the cost of a trip. Therefore, ship owners in times of high prices choose to

reduce the speed of service below the design speed in order to save fuel. On the other

hand, the economy can be aided by the choice of a route that provides a lower

consumption when taking into account the sea state of a region. In order to discover

routes that minimize consumption, in this project will be considered a route optimization

algorithm that returns the one of the lowest consumption for a vessel sailing at constant

speed according to a favorable climatic scenario. The consumption function will be

extracted when designing the engine of the propulsive system considering the variable

sea margin in each point of the route by which the boat will sail, being this the

translation of the involuntary loss of speed in added resistance that will be added to the

resistance in still water to form the total resistance. At the end, successive reductions

of speed will be simulated, in order to verify the best speed of operation according to

economic scenarios involving fuel price indicators, mainly.

Keywords: Reduction of Consumption, Constant Velocity, Power Variation, Slow

Steaming, Dijkstra Algorithm

viii

Índice Geral

1. Introdução .............................................................................................................. 1

2. Slow Steaming ....................................................................................................... 3

2.1. Histórico ......................................................................................................... 3

2.2. As Vantagens do Slow Steaming .................................................................... 4

2.2.1. Redução no Consumo de Combustível.................................................... 4

2.2.2. Redução de Emissões de Gases Poluentes ............................................ 4

2.2.3. Absorção do Excesso de Capacidade ..................................................... 5

2.3. Desvantagens do Slow Steaming ................................................................... 6

3. Metodologia ........................................................................................................... 7

3.1. Obtenção da Resistência Adicional ................................................................ 7

3.2. Projeto do Sistema Propulsivo ...................................................................... 11

3.3. Consumo de Combustível ............................................................................. 26

3.4. Algoritmo de Dijkstra e Aplicação na Navegação .......................................... 26

3.5. Avaliação Econômica ................................................................................... 33

4. Estudo de Caso ................................................................................................... 37

4.1. Rota e Consumo para Quinze Milhas Náuticas por Hora .............................. 46

4.2. Rota e Consumo para Quatorze Milhas Náuticas por Hora ........................... 49

4.3. Rota e Consumo para Treze Milhas Náuticas por Hora ................................ 52

4.4. Rota e Consumo para Doze Milhas Náuticas por Hora ................................. 55

4.5. Rota e Consumo para Onze Milhas Náuticas por Hora ................................. 58

4.6. Rota e Consumo para Dez Milhas Náuticas por Hora ................................... 61

4.7. Rota e Consumo para Nove Milhas Náuticas por Hora ................................. 64

4.8. Rota e Consumo para Oito Milhas Náuticas por Hora ................................... 67

4.10. Resumo após encontrar as rotas .............................................................. 70

4.11. Cenários Econômicos ............................................................................... 71

4.11.1. Cenário Econômico 1 ......................................................................... 74


ix



5. Análise de Resultados ......................................................................................... 82

6. Conclusão ............................................................................................................ 85

7. Referências Bibliográficas ................................................................................... 86

x

Índice de Figuras

Figura 1 - Motor MAN Two Strokes ME-C Application ................................................ 11

Figura 2- Exemplo de como obter os coeficientes ....................................................... 14

Figura 3 - Catálogo de motores MAN .......................................................................... 18

Figura 4- Exemplo de rota A para B ............................................................................ 19

Figura 5- Exemplo de grade da rota A-B ..................................................................... 20

Figura 6 - Exemplificação de resistência adicional (W, E, N e S) ................................ 21

Figura 7-Exemplificação de resistência adicional (NW, NE, SW e SE) ....................... 21

Figura 8-Exemplificação de resistência adicional (W, E, N e S) .................................. 22

Figura 9-Exemplificação de resistência adicional (NW, NE, SW e SE) ....................... 22

Figura 10-Coeficientes Interpoladores Série B ............................................................ 24

Figura 11- Exemplificação para a primeira etapa da rotina do algoritmo ..................... 28

Figura 12- Exemplificação para a segunda etapa da rotina do algoritmo .................... 29

Figura 13- Exemplificação para a terceira etapa da rotina do algoritmo ...................... 30

Figura 14- Exemplificação para a quarta etapa da rotina do algoritmo ........................ 30

Figura 15- Exemplificação para a quinta etapa da rotina do algoritmo ........................ 31

Figura 16- Custos e contratos do transporte marítimo ................................................ 34

Figura 17- Oceano Atlântico ....................................................................................... 37

Figura 18-Oceano Índico ............................................................................................ 38

Figura 19- Vista da região de ré da forma do capesize objeto de projeto .................... 39

Figura 20- Interseções no Mapa ................................................................................. 41

Figura 21-Grade representando as Interseções .......................................................... 42

Figura 22- Rota otimizada para 15 nós ....................................................................... 46

Figura 23- Rota otimizada traduzida no mapa ............................................................ 47

Figura 24-Rota otimizada para 14 nós ........................................................................ 49

Figura 25- Rota otimizada para 13 Nós ...................................................................... 52

Figura 26-Rota otimizada para 12 nós ........................................................................ 55



Figura 29- Rota otimizada para 9 nós ......................................................................... 64

Figura 30- Rota otimizada para 8 nós ......................................................................... 67

xi

Índice de Tabelas

Tabela 1 - Escala Beaufort............................................................................................ 9

Tabela 2- Tabela para a primeira etapa do exemplo ................................................... 28

Tabela 3- Tabela para a segunda etapa do exemplo .................................................. 29

Tabela 4- Tabela para a terceira etapa do exemplo .................................................... 30

Tabela 5- Tabela para a quarta etapa do exemplo ...................................................... 31

Tabela 6- Tabela para a quinta etapa do exemplo ...................................................... 31

Tabela 7-Tabela IMO [24] ........................................................................................... 35

Tabela 8 - Características principais da embarcação de projeto ................................. 38

Tabela 9- Resistência ao avanço X velocidade ........................................................... 40

Tabela 10- Dados de entrada da varredura ................................................................ 40

Tabela 11- Propulsores classificados .......................................................................... 40

Tabela 12 - Empuxos por nós existentes nas 8 direções ............................................ 42

Tabela 13-Pontos operacionais de projeto para os 3 propulsores classificados .......... 43

Tabela 14-Pontos de operação para os 3 propulsores ................................................ 44

Tabela 15- Hélice e motor MAN selecionado .............................................................. 45

Tabela 16- Consumo horário de combustível nos possíveis pontos operacionais para

15 nós ......................................................................................................................... 46

Tabela 17- Resultados da rota a 15 nós ..................................................................... 48

Tabela 18 - Consumo horário de combustível nos possíveis pontos operacionais para

14 nós ......................................................................................................................... 49

Tabela 19-Resultados da rota para 14 nós ................................................................. 51


13 nós ......................................................................................................................... 52

Tabela 21- Resultados da rota para 13 nós ................................................................ 54


12 nós ......................................................................................................................... 55

Tabela 23- Resultados da rota para 12 nós ................................................................ 56


11 nós ......................................................................................................................... 58

Tabela 25- Resultados para 11 nós ............................................................................ 59


10 nós ......................................................................................................................... 61

Tabela 27- Resultados para 10 Nós ............................................................................ 62

xii

Tabela 28- Consumo horário de combustível nos possíveis pontos operacionais para 9

nós .............................................................................................................................. 64

Tabela 29-Resultados para 9 nós ............................................................................... 65

Tabela 30- Consumo horário de combustível nos possíveis pontos operacionais para 8

nós .............................................................................................................................. 67

Tabela 31- Resultados da rota para 8 nós .................................................................. 68

Tabela 32- Tempo e consumo nas oito velocidades ................................................... 70

Tabela 33- Valores de Combustível e Crédito de Carbono ......................................... 72

Tabela 34-Descrição dos cenários .............................................................................. 73

Tabela 35-Cenário 1/Análise 1: Máximo valor de combustível; máximo crédito de

carbono; máximo valor da carga $76,00 por tonelada. ................................................ 74

Tabela 36-Cenário 1/Análise 2: Máximo valor de combustível; médio crédito de


Tabela 37-Cenário 1/Análise 3: Máximo valor de combustível; mínimo crédito de


Tabela 38-Cenário 2/Análise 1: Médio valor de combustível; máximo crédito de


Tabela 39-Cenário 2/Análise 2: Médio valor de combustível; médio crédito de carbono;

máximo valor da carga $76,00 por tonelada. .............................................................. 76

Tabela 40-Cenário 2/Análise 3: Médio valor de combustível; mínimo crédito de


Tabela 41-Cenário 3/Análise 1: Mínimo valor de combustível; máximo crédito de


Tabela 42-Cenário 3/Análise 2: Mínimo valor de combustível; médio crédito de


Tabela 43-Cenário 3/Análise 3: Mínimo valor de combustível; mínimo crédito de


Tabela 44-Cenário 4/Análise 1: Máximo valor de combustível; máximo crédito de

carbono; e mínimo valor da carga $45,00 por tonelada. ............................................. 80

Tabela 45-Cenário 4/Análise 2: Médio valor de combustível; máximo crédito de


Tabela 46-Cenário 4/Análise 3: Mínimo valor de combustível; máximo crédito de


xiii

Índice de Gráficos

Gráfico 1- Emissões globais de CO2 ............................................................................ 5

Gráfico 2- Exemplo de diagrama Série B com 5 pás e razão de área 0,50 ................. 12

Gráfico 3- Diagrama de Burril ..................................................................................... 16

Gráfico 4-Interseção da Curva de Operação com a Curva kt do Propulsor ................. 25

Gráfico 5- Resistência ao avanço X velocidade .......................................................... 39

Gráfico 6- Burril com pontos dos hélices ..................................................................... 41

Gráfico 7- Pontos de operação de projeto dos 3 propulsores ...................................... 43

Gráfico 8- Motores e pontos operacionais para cada hélice ........................................ 44

Gráfico 9- Incidências ................................................................................................. 45

Gráfico 10-Pontos operacionais da rota para 15 nós .................................................. 47




Gráfico 14- Pontos de operação da rota para 11 nós .................................................. 60

Gráfico 15-Pontos de operação da rota para 10 nós ................................................... 63

Gráfico 16 -Pontos de operação da rota para 9 nós .................................................... 66

Gráfico 17-Pontos de operação da rota para 8 nós ..................................................... 69

Gráfico 18- Pontos operacionais das rotas nas oito velocidades ................................ 70

Gráfico 19 - Preço do combustível marítimo ............................................................... 72

Gráfico 20 - Velocidade X Custo Total - Combustível: $700,00/ton; Carga: $76,00/ton

................................................................................................................................... 75


................................................................................................................................... 77


................................................................................................................................... 79

Gráfico 23- Velocidade X Custo Total – Cred. carbono:$18,6 /ton; Carga: $45,0/ton .. 81

Gráfico 24- Comparação entre cenários segundo variações do preço da carga ......... 83

1

1. Introdução

O transporte aquaviário em especial de cargas a granel é um dos mais competitivos ao

redor do mundo. Isso se deve ao fato de existir muitos operadores e donos de carga. A

necessidade de ganhar a concorrência estimula o estudo de minimização de custos do

transporte na tentativa de diminuir as taxas de frete no intuído de mostra-se mais

atrativo. Essa busca por redução de custos nem sempre é bem sucedida, uma vez que

por trás das parcelas de custo estão variáveis de comportamento complexo.

Entretanto, é sabido que o custo de combustível é uma parcela significativa associada

ao custo total que está suscetível a oscilações de preço devido a políticas econômicas

e a demanda por este produto.

A minimização do custo total através da redução do consumo de combustível iniciou-

se durante a primeira crise do petróleo na década de 70/80, no qual muitos armadores

na tentativa de diminuir o consumo reduziam a velocidade de serviço da embarcação.

Essa prática ficou conhecida mais tarde como slow steaming por ter sido adotado

novamente no início do século XXI durante o período de recessão e a crise mundial

financeira pela qual o mundo passou culminando no aumento generalizado dos preços

do combustível.

No entanto, outros meios podem ser adotados com o propósito de redução do

consumo através da diminuição do tempo de navegação ao otimizar uma rota por

onde a embarcação navega para chegar ao seu destino. Para tal, alguns algoritmos

como o de DIJKSTRA [1] foram criados com essa finalidade. À primeira vista, o tempo

de navegação soa como algo que possa abreviar o consumo ao associar este apenas

à quantidade de horas no mar levando em consideração uma menor distância,

contudo, a navegação envolve fatores de clima que são inerentes ao comportamento

da embarcação no mar. O que significa que o mau tempo pode colaborar para o

aumento da resistência ao avanço do navio contribuindo para a elevação da potência

requerida na manutenção da velocidade e, por conseguinte, o crescimento do

consumo de combustível. Nessa linha descobrir uma rota ótima de maneira a

minimizar o consumo seria o melhor dos mundos para o armador.

As condições climáticas são tão determinantes na navegação que alguns autores

classificam a influência dos efeitos do mau tempo em perdas de velocidade

involuntária e voluntária. A primeira origina-se na ocorrência de pequenos efeitos de

mau tempo em regiões com influência de correntes, ventos e ondas, os quais

2

proporcionam uma redução da velocidade da embarcação quando navegando a

potência constante devido a uma resistência adicional atribuída a esses efeitos. Essa

redução involuntária pode ser relacionada à margem de mar associada à seleção do

motor para uma embarcação. A outra se designa a uma atitude tomada por

comandantes em meio a tempestades a fim de resguardar a embarcação evitando o

naufrágio.

Pretende-se com este projeto, obter uma rota marítima para um graneleiro navegando

a velocidade constante minimizando o consumo de combustível segundo um cenário

climático favorável, sem muitas regiões de tempestades. Para isso, será usado o

programa na linguagem VBA desenvolvido por RODRIGUES [2] em que está

implementado o algoritmo de Dijkstra com a finalidade de encontrar rotas otimizadas

tomando um ponto de origem e outro de destino em função do menor tempo de

percurso para vários cenários climatológicos. O programa reconhece uma malha que

representa uma região no oceano englobando uma rota marítima composta por linhas

de latitude e longitude as quais a interseção delas são os nós ou vértices onde se

atribui os pesos, que possuem um valor de tempo.

No presente trabalho, os nós terão valores de consumo de combustível em toneladas

que serão possíveis de ser encontrados ao se projetar um sistema propulsivo ótimo

para um cenário climático. O motor do sistema será selecionado considerando uma

margem de mar variável em cada nó da rota pela qual a embarcação navegará, sendo

essa a tradução da perda involuntária de velocidade em resistência adicional que será

somada a resistência em águas calmas para formar a resistência total ao avanço.

Assim, após a escolha do sistema propulsivo e da descoberta de uma rota otimizada

em função do consumo na velocidade de serviço de projeto, será simulada a prática

de slow steaming, ao realizar reduções sucessivas de velocidade, com a finalidade de

descobrir rotas otimizadas para essas outras velocidades e verificar a melhor

velocidade de operação segundo cenários econômicos envolvendo variações de preço

de combustível, crédito de carbono e preço de comercialização da carga, além de

descobrir a real influência desses indicadores.

3

2. Slow Steaming

O Slow steaming é uma prática utilizada pela indústria marítima de embarcações

mercantes que consiste na redução da velocidade de navegação da embarcação, a

fim de diminuir o consumo de combustível pelo navio e com isso reduzir os custos com

combustível.

2.1. Histórico

O slow steaming não é um conceito inovador para a navegação. Surgiu pela primeira

vez nos anos 1970,durante a crise mundial do petróleo, ZANNE et al. [3]. Nesta época,

o óleo combustível sofreu com uma escassez de oferta e um aumento exorbitante para

os moldes da época que impactou diretamente na indústria marítima de navegação

obrigando os armadores a navegar a velocidades mais baixas a fim de economizar

combustível.

No período pós-crise do petróleo até o início do século XXI, os preços do óleo

combustível se mantiveram baixos com poucas oscilações, porém, a partir desta data

houve um novo crescimento que foi acentuado com o período de recessão econômica

e crise financeira que afetou o mundo em 2008, motivando novamente a redução na

velocidade de navegação das embarcações mercantes existentes a fim de reduzir o

consumo. Nesta nova fase do slow steaming quem liderou o movimento foi a empresa

de navegação Maersk com sua frota de embarcações do tipo porta container e assim o

faz até os dias de hoje nos períodos de alta nos preços de combustível.

4

2.2. As Vantagens do Slow Steaming

2.2.1. Redução no Consumo de Combustível

A redução do consumo de combustível está diretamente ligada à diminuição dos

custos atribuídos ao combustível, e é o principal objetivo que os armadores desejam

alcançar com o slow steaming para a redução dos custos.

Quando se reduz a velocidade, automaticamente se reduz a injeção de combustível

nos cilindros de combustão dos motores diesel a cada milha náutica. Sendo isso

explicado pelo fato da velocidade não possuir uma relação linear com a potência, mas

sim, uma relação cúbica. Ou seja, se a velocidade for reduzida em 20%, a potência

nominal de saída do motor seria reduzida em aproximadamente 45%, o que significa

uma redução de 60% de combustível queimado por hora de operação [4].

2.2.2. Redução de Emissões de Gases Poluentes

O consumo de combustível está intimamente relacionado com as emissões nocivas,

embora o transporte marítimo seja um meio de transporte limpo e econômico, as

emissões do crescente setor de transporte marítimo representam uma fonte

significativa e crescente de poluição atmosférica [3]. Isso se deve ao fato de que as

embarcações utilizam combustíveis provenientes do petróleo, como o óleo residual,

que ao serem queimados produzem grandes quantidades de poluente ambientais [3].

Os produtos de combustão dos navios são muitos e podem ser classificados em

diversas categorias, dentre elas: os gases que contribuem para o aquecimento global

que são conhecidos em inglês, como, Green house gases (GHGs); e os que não

contribuem para o aquecimento global, Non-Green House Gases; e outros como

compostos orgânicos voláteis (VOC). Os GHGs incluem o dióxido de carbono ( ),

metano ( ), óxido nitroso ( ). Já os Non-Green House Gases incluem

principalmente o óxido sulfúrico ( ) e o óxido nitroso ( ), segundo PSARATIS et.

al.[5].

A emissão desses gases e principalmente de gás carbônico, que tanto contribui para o

efeito estufa e é responsável por 2,7% das emissões no transporte marítimo de acordo

com estudo de emissões da IMO (Gráfico 1), é proporcional à quantidade de

combustível queimado. Portanto, tendo em vista que para uma tonelada de

combustível usado no processo de combustão, três toneladas de gás carbônico são

5

formadas conforme relatou SILVA [6], pode-se dizer que o meio mais rápido e

instantâneo de diminuir as emissões é sim diminuir a combustão através do slow

steaming, já que quanto menor for a velocidade, menor será o consumo de

combustível e assim menos gases são emitidos na atmosfera terrestre.

2.2.3. Absorção do Excesso de Capacidade

Os períodos de alta demanda por capacidade devem ser investigados quanto à

viabilidade do slow steaming, pois a tendência é de aumentar a velocidade da

embarcação para ganhar capacidade mais rapidamente, tal como menciona ZANNE et

al. [3]. Entretanto, em épocas de baixa demanda, o uso do slow steaming age como

um ótimo benefício para o armador, de modo a absorver o excesso de capacidade da

frota disponível ao navegar por mais tempo, sendo mais vantajoso que deixar a

embarcação em lay up, possibilitando o ajuste do tempo de chegada num porto de

modo a evitar o congestionamento ou a espera em regiões abrigadas [7].

Gráfico 1- Emissões globais de CO2

Fonte: PSARATIS et. al. [4]

6

2.3. Desvantagens do Slow Steaming

Não somente vantagens o slow steaming proporciona, como também pode ocasionar

alguns problemas no motor e máquinas adjacentes; hélice; e casco.

Uma embarcação mercante ao ser projetada deve-se levar em consideração o seu

perfil operacional. O que significa que é de fundamental importância saber a rota que

se deseja operar, os portos que se deseja atracar e a velocidade imaginada que se

deseja alcançar para a execução da operação. Pois, os motores que as equipam são

dispositivos que trabalham em regime de carga contínua, sendo assim, todas as

máquinas e dispositivos auxiliares são projetados considerando os requisitos de

projeto (ex: velocidade de serviço) de maneira a otimizar o motor e os sistemas

auxiliares respeitando esta faixa de carga máxima.

Conforme o navio é projetado, o seu motor e sistemas auxiliares são ótimos para a

finalidade da embarcação, e qualquer alteração no regime de operação como a

redução da velocidade de serviço, pode causar alterações no desempenho dos

sistemas (motor e sistemas auxiliares), de forma que já não podem ser considerados

ótimos para o novo regime de operação. Sendo assim, se a carga cair abaixo de 60%

do MCR alguns problemas pode surgir comprometendo o desempenho e a vida útil

das máquinas [8].

Dessa maneira, BRANDÃO [9] citou problemas que podem ocorrer ao se adotar a

prática do slow steaming, dentre eles:

Redução do fluxo de ar nos cilindros de combustão;

Incrustações nos sistemas de exaustão e nos turbo carregadores

(turbochargers);

Excesso de óleo lubrificante nos cilindros de combustão dos motores;

Desgaste das camisas dos cilindros;de combustão dos motores

Falhas nos sopradores auxiliares;

Corrosão fria;

Redução da vida útil e problemas com as caldeiras de recuperação;

Trinca nos Flaps.

Além dos problemas com o motor e os sistemas auxiliares, se podem notar algumas

implicações no casco e no hélice devido a operação em slow steaming, como:

incrustações que podem comprometer o desempenho do casco ao aumentar a

resistência ao avanço; e a operação fora do ponto de operação do hélice projetado na

velocidade de serviço do projeto, o que pode acarretar em perdas de eficiência ou até

mesmo problemas de cavitação.

7

3. Metodologia

3.1. Obtenção da Resistência Adicional

A resistência ao avanço de uma embarcação é a força necessária para rebocá-la em

águas calmas sem considerar a interferência causada pelo reboque, HARVALD [10].

Segundo RAWSON et al.[11] essa resistência é a soma de outras parcelas, como:

resistência friccional; de pressão viscosa; de onda (wave making); do ar e de

apêndices, e pode ser obtida por diferentes meios, os quais baseiam-se em

experimentos, simulação numérica, e métodos estatísticos ou sistemáticos,

RODRIGUES [2].

Dessa forma, um dos métodos para estimar a resistência ao avanço em águas calmas

que foi criado e possui resultados de alta confiabilidade para a aplicação em navios de

deslocamento e utilizado no projeto em questão (eq. 3.1) é o método estatístico criado

por HOLTROP et al.[12]. Este e outros métodos estatísticos são fundamentados num

banco de dados de embarcações com características semelhantes.

(3.1)

Onde, a estimativa da resistência total em águas calmas é dividida em resistência dos

apêndices ( ), resistência de geração de onda (Rw), de pressão gerada pelo bulbo

( ), devido à imersão do espelho de popa ( ), de correlação do modelo com a

embarcação ( ), e a resistência friccional ajustada pelo fator de forma (1+k1).

Contudo, não existe somente a resistência em águas calmas. A embarcação quando

navegando em regiões desabrigadas está suscetível a efeitos causados por ondas,

correntes e ventos que contribuem para o aumento da resistência. À consequência

desses efeitos de mau tempo no casco se dá o nome de resistência adicional.

Portanto, a resistência total da embarcação é a soma das resistências em águas

calmas ( com a resistência adicional devido a onda ( , corrente ( e vento

( , conforme as equações abaixo:

(3.2)

(3.3)

8

O referido mau tempo proporcionado por eventos de ondas, correntes e ventos pode

provocar alterações no plano de navegação de uma embarcação, à medida que uma

resistência extra, demanda uma força maior do sistema propulsor para vencer esta

resistência adicional. Isso pode ser notado quando uma embarcação navegando a

uma potência constante reduz involuntariamente a velocidade ao passar por regiões

de incidência desses eventos, ou até mesmo quando as tempestades são tão severas

ao ponto do comandante ter que tomar a atitude de diminuir o avanço para garantir a

integridade da tripulação, carga e embarcação. Essas reduções de velocidade de

forma involuntária e voluntária devido ao mau tempo foram assim classificadas por

LEWIS ([13], apud KWON [14]).

Em situações em que os eventos de mau tempo são mais brandos, a redução

involuntária da velocidade pode ser contornada aumentando a potência da

embarcação à proporção que a velocidade tender a ser reduzida devido a uma

resistência adicional, possibilitando, com isso, a manutenção da velocidade de serviço.

Contudo, isso nem sempre está fadado a acontecer, já que a resistência

proporcionada pelo mau tempo pode requerer uma potência muito maior que o motor

pode fornecer, obrigando o comandante a reduzir de qualquer forma.

Estudos direcionados a encontrar métodos de previsão de redução de velocidade

involuntária são classificados segundo KWON [14] em: método de análise de dados

em escala total de embarcação; método de análise de dados baseados em testes de

modelos; e aproximações teóricas baseadas parcialmente análises de dados obtidas

por advento de testes de modelos. Todavia, nenhum deles é totalmente acurado

devido à associação de problemas sujeitos a acontecer como: falha em instrumentos

de medição, erros de procedimento, dificuldade de cobrir todas as condições de

tempo, etc [14].

TOWSIN et. al. [15] e VAN BERLEKOM ([16], apud KWON [14]) propuseram dois

métodos simples de se prever a redução involuntária de velocidade. O primeiro deles,

TOWSIN et. al. [15], traduziu a resistência adicional devido ao tempo em perda de

velocidade involuntária criando um procedimento para um percentual de perda de

velocidade baseado em dados estatísticos de viagens para embarcações graneleiros e

petroleiros conforme a equação 3.4 [2]. Esta formulação é baseada num coeficiente

direcional de onda ( ), em três coeficientes de Towsin ( , , ), no volume deslocado

9

( da embarcação em análise, e no número de Beaufort ( ) retirado da escala do

almirante Francis BEAUFORT [17], tal como indicado na Tabela 1.

(3.4)

Tabela 1 - Escala Beaufort

Assim como TOWSIN et. al. [15], VAN BERLEKOM ([16], apud KWON [14]) também

desenvolveu uma formulação para a redução da velocidade involuntária devido aos

efeitos causados pelo mau tempo, em forma de variação de velocidade. Nela a

variação de velocidade ( ) é dada a partir da resistência adicional ( ), da

resistência em águas calmas ( ) e da velocidade de serviço da embarcação ( ). A

expressão pode ser vista a seguir:

(3.5)

Haja vista que os eventos de redução involuntária de velocidade em condições de mar

grosso são insignificantes perto da redução voluntária, a formulação em especial de

VAN BERLEKOM ([16], apud KWON [14]) não deve ser usada em mares com muitas

tempestades. Ao ponto que nas experiências de KWON [14] para números de Beaufort

maiores que seis, a redução involuntária de velocidade pela formulação de VAN

10

BERLEKOM ([16], apud KWON [14]) devido à resistência adicional tomou resultados

abaixo da formulação usada para comparação.

Tendo em vista as duas formulações para a redução da velocidade involuntária devido

ao estado de mar, neste trabalho usou-se a formulação de TOWSIN et. al. [15] para

descobrir o percentual de perda de velocidade e a subsequente perda em forma de

variação de velocidade segundo um cenário climatológico sem grandes tempestades,

e a partir dessa variação a resistência adicional pôde ser encontrada ao usar a

formulação de VAN BERLEKOM ([16], apud KWON [14]).

11

3.2. Projeto do Sistema Propulsivo

As embarcações mercantes, objeto deste projeto, em geral, possuem um sistema

propulsivo com um hélice de passo fixo e um motor diesel dois tempos de baixa

rotação. Estes motores são projetados para operar em carga continua com ponto

ótimo de operação aproximadamente em 80% do seu MCR (Maximum Continous

Rating) [4].

Figura 1 - Motor MAN Two Strokes ME-C Application

Fonte: MAN [18]

A seleção do sistema propulsivo é iniciada após a estimativa da resistência ao avanço

da embarcação na velocidade de projeto pelo método HOLTROP et al.[12]. Nela os

propulsores são os primeiros a serem selecionados e os da Série sistemática B são os

mais indicados para navios mercantes. Nesta série estão contidos propulsores de

características diferentes presentes num intervalo de razão de área ( ), razão

passo-diâmetro ( ), diâmetro ( ) e número de pás ( ). E cada um dos propulsores

têm suas características representadas à partir de curvas do coeficiente de empuxo

( ), de torque ( ) e da eficiência ( ), todos eles em função do adimensional de

coeficiente de avanço ( ), reunidas no diagrama de águas abertas da Gráfico 2. As

equações estão expressas abaixo:

12

Gráfico 2- Exemplo de diagrama Série B com 5 pás e razão de área 0,50

Fonte: BERNITSAS et al. [19]

(3.6)

(3.7)

(3.8)

(3.9)

Nelas, é o empuxo gerado (em KN), o peso específico da água do mar (em

ton/m³), é a rotação do propulsor (em hertz); é o diâmetro do propulsor (em m);

é o torque (em KN.m); é a velocidade de serviço (em m/s); e é a velocidade de

avanço (em m/s); e é o coeficiente de avanço.

13

O coeficiente de esteira ( ), o qual HOLTROP et al.[12], quantifica a perda de

velocidade do escoamento quando este chega ao propulsor, devido à interação do

fluido com o casco no momento em que este se desloca no meio fluido, e a velocidade

com a qual o escoamento encontra-se no fluido é chamada de velocidade ao avanço

( ). A representação numérica deste fenômeno é mostrada à seguir:

(3.10)

Entretanto, além desses parâmetros existe outro que não consta nas formulações

adimensionais, mas é de extrema importância para a seleção da propulsão, que é

designado por coeficiente de redução da força propulsiva ( ), também estimado por

HOLTROP et al.[12]. Este quantifica as alterações de pressões na região em que se

localiza o propulsor, produzindo como consequência a necessidade de gerar um

empuxo ( ) que é maior que a resistência ao avanço estimada para satisfazer a

demanda de velocidade.

(3.11)

Onde, relaciona-se que é a resistência ao avanço em águas calmas (em KN).

Embarcações mercantes com somente um hélice devem ter a forma do casco

projetada para que o coeficiente de avanço ( ) esteja dentro do intervalo [0.20, 0.45],

e coeficiente de redução da força propulsiva dentro de [0.12, 0.30], [20].

Dessa maneira tendo esses parâmetros conhecidos, o primeiro passo na obtenção do

hélice é calcular o valor do adimensional de velocidades (J), arbitrando valores de

rotações (em rotações por segundo) ou diâmetro ( ). E para todo caso quando um dos

coeficientes de avanço ( ) é conhecido, o processo se desenrola de maneira que é

possível traçar uma reta perpendicular ao eixo dos “J” no diagrama e assim obter os

adimensionais de empuxo (Kt), de torque (Kq) e eficiência ( ) à medida que esta reta

cruza cada curva de razão passo/diâmetro, conforme (Figura 2). Assim, obtido o e o

consegue-se encontrar o empuxo (eq. 3.13) e o torque (eq. 3.12) gerado pelo

propulsor naquela rotação.

14

Figura 2- Exemplo de como obter os coeficientes

(3.12)

(3.13)

Portanto, à medida que o procedimento é executado, as características de cada

propulsor são armazenadas num banco de dados, onde o primeiro critério de seleção

pauta-se na verificação do empuxo. Pois caso o empuxo (em KN) gerado pelo

propulsor não seja igual ou pouco maior que o requerido (em KN), este propulsor

será imediatamente descartado, restando apenas aqueles com empuxos próximos ao

requerido. Este método é conhecido como da varredura e foi utilizado neste projeto

para obtenção dos propulsores.

Já o segundo critério de seleção é designado pela eficiência propulsiva, a qual

representa a porcentagem de energia que o propulsor transforma em trabalho para

que a embarcação navegue.

Assim sendo, para que o propulsor a ser selecionado seja ótimo, ele deve atender ao

empuxo requerido e também necessitar de menos potência na operação, ou seja,

aquele que possua maior eficiência possível. Mas, além disso, o propulsor deve

atender ao critério de cavitação, de cujo fenômeno pauta-se no colapso de bolhas que

são formadas no momento em que a pressão do escoamento na superfície do mar fica

menor que a pressão de vaporização da água do mar. E o colapso fica iminente

quando a pressão do escoamento volta a subir, devido à diminuição da velocidade do

escoamento na região de popa.

15

Portanto o critério para analisar a cavitação que deve ser seguido é o de Burril, o qual

sugere a avaliação de dois parâmetros adimensionais calculados em um ponto

distando 70% do raio em relação ao Bosso do hélice por ser a região mais suscetível á

cavitação.

O primeiro adimensional avaliado é o (eq. 3.14) que relaciona a área projetada do

hélice , massa específica e .

(3.14)

Sendo que, pode ser aproximada pela equação 3.15; e é obtido através da

equação 3.16.

(3.15)

(3.16)

Já o segundo adimensional da análise da cavitação por Burril é o :

(3.17)

Em que, é a pressão atmosférica na superfície do mar (em Pa); é a massa

específica da água (em , é a aceleração da gravidade (em e h é a

profundidade do centro do hélice (em m); e é a pressão de vaporização da água do

mar (em Pa).

Após o cálculo dos dois adimensionais, deve-se plotá-los como par ordenado ( , )

no diagrama de Burril do Gráfico 3, se o par para o propulsor ficar abaixo da curva

correspondente ao tipo de embarcação do projeto, o propulsor passa do critério de

cavitação, do contrário, não, sendo descartado do banco de dados. No caso de navios

mercantes, a curva é da 5%.

16

Gráfico 3- Diagrama de Burril

Assim, os melhores propulsores quanto a eficiência e que passam no critério de

cavitação de Burril acumulam-se no banco de dados. O nome dado ao ponto para o

qual o propulsor gera o empuxo requerido ( é o ponto de operação de projeto do

propulsor, que se divergem para cada propulsor, apesar o empuxo requerido ser o

mesmo.

Assim, à partir dos pontos de operação de projeto do propulsor deve-se encontrar o

ponto operacional do motor. Desse modo, segundo HARVALD [10], encontra-se

que é a potência efetiva (em Kw), potência entregue pelo propulsor (em Kw) ,

correspondente a potência entregue ao propulsor (em Kw), e finalmente, que é a

potência requerida pelo motor (em Kw), de cujas equações seguem abaixo:

(3.18)

(3.19)

(3.20)

(3.21)

17

Em que, é a eficiência rotativa relativa e é a eficiência mecânica, a qual é

recomenda ser 0.99 [20].

Muito embora, tenha-se chegado à potência requerida pelo motor , que também é

conhecida por BHP, existe a necessidade de se aplicar margens de rotação e margem

de operação, que são margens de segurança que levam em consideração o desgaste

dos elementos do sistema propulsivo pelo tempo de uso.

De maneira que o ponto de operação do motor antes da margem é o par ordenado da

potência em quilowatts chamada por BHP e a rotação referida ao hélice em rotação

por minuto designada por RPM, as margens são aplicadas. A margem de rotação

recebe o valor de 5% e é aplicada na própria rotação transformando a rotação anterior

RPM em RPM1 e pela relação cúbica da potência com a rotação, a potência anterior

BHP é traduzida em BHP1, como mostrado pelas equações 3.24 e 3.25.

(3.22)

(3.23)

(3.24)

(3.25)

Já a margem de operação recebe o valor de 15%, e diferentemente do que acontece

com a margem de rotação, essa se aplica na potência transformando a potência com o

atributo da margem de rotação BHP1 em BHP2, e pela relação cúbica descrita o

RPM1 é transcrito em RPM2, equações 3.28 e 3.29.

(3.26)

(3.27)

(3.28)

18

(3.29)

Portanto, o ponto de operação do motor é conhecido pelo par ordenado da rotação

com a potência (RPM2, BHP2). Sendo que este par e calculado e, obviamente, possui

valores distintos para cada hélice do banco de dados. E como consequência, busca-se

em catálogos de fabricantes de motores, como o da MAN [21](Figura 3), aqueles

motores que englobam o ponto de operação entre 70% e 85% da carga e escolhe-se

aquele conjunto hélice e motor mais eficiente.

Figura 3 - Catálogo de motores MAN

Fonte: MAN [21]

Entretanto, neste projeto os pontos operacionais (RPM2, BHP2) provenientes dos

pontos operacionais de projeto do hélice para cada hélice do banco de dados não são

determinantes para definir a escolha do conjunto. Nota-se que além da margem de

rotação e operação existe uma margem de mar que deveria ser incluída na obtenção

do próprio ponto operacional de projeto do motor, mas neste caso não foi, porque ela é

simulada através da resistência adicional para cada ponto do mar em uma rota pré-

estabelecida. Pois bem, foi escolhido um ponto de origem e destino para a navegação

de uma embarcação mercante e a região oceânica pela qual a embarcação pode

passar foi dividida por linhas de latitude e longitude em que os pontos de interseção

delas representam nós de uma grade que simula este espaço oceânico. Para cada nó

existente, um atributo de resistência adicional devido ao estado de mar, obtido pela

equação 3.5, é somado a resistência ao avanço em águas calmas formando

19

resultando uma resistência total naquele nó, através dessa resistência total, encontra-

se o empuxo, em seguida o ponto operacional dos hélices do banco de dados e os

pontos operacionais do motor. Tendo em vista que a embarcação pode navegar em

oito direções, sendo elas definidas neste projeto por nomes de coordenadas

geográficas: oeste ( ); leste ( ); norte ( ); sul ( ); sudeste ( ); sudoeste ( );

nordeste ( ); e noroeste ( ), cada nó pode possuir até oito pontos operacionais do

motor para cada hélice analisado.

Com isso, considerando todos os nós pelos quais a embarcação pode navegar e todas

as direções, tem-se uma quantidade de pontos de operação do motor para cada

hélice, os quais devem estar dentro da margem de operação do motor. Assim, aquele

motor que englobar o ponto operacional de projeto do hélice e a maior quantidade de

pontos operacionais devido a resistência adicional, é escolhido e por consequência o

hélice também.

Para melhor entender o raciocínio descrito nestes parágrafos, assim como o

procedimento de cálculo de todas as etapas, um exemplo considerando uma

embarcação que deseja navegar de um ponto A para um ponto B (Figura 4) foi feito.

Figura 4- Exemplo de rota A para B

Tendo em vista que cada interseção da linha de latitude com longitude pode ser um

ponto de operação, foi considerado cada uma delas como um nó da grade (Figura 5).

20

Figura 5- Exemplo de grade da rota A-B

Considerando a altura de onda e a direção de onda em relação ao navio para cada nó,

além do volume deslocado da embarcação, foi possível aplicar a formulação de

TOWSIN et. al. [15] (eq. 3.4) para descobrir a redução de velocidade em cada nó. Em

posse das velocidades reduzidas, a formulação de VAN BERLEKOM ([16], apud

KWON [14]) (eq. 3.5) foi usada para encontrar as resistências adicionais em cada nó

devido à redução.

Contudo, é sabido que a embarcação não só navega em uma direção, como pode

navegar por inúmeras, sendo assim, neste trabalho foi adotado oito direções através

das quais a embarcação pode se locomover, como já descrito. Com isso em cada nó

da grade pode existir até oito resistências adicionais diferentes (número de direções

multiplicado pelo nó), e como no exemplo são dezesseis nós por direção, totalizam-se

cento e vinte oito resistências adicionais, tal como pode ser visto nas Figura 6 e Figura

7.

21

Figura 6 - Exemplificação de resistência adicional (W, E, N e S)

Figura 7-Exemplificação de resistência adicional (NW, NE, SW e SE)

Em posse das resistências adicionais é possível obter a resistência total somando-as

com a resistência ao avanço para a velocidade de projeto

(3.30)

22

Onde, representa a identificação do nó; simula as oito direções que a embarcação

pode navegar; é a resistência ao avanço em águas calmas (em KN); é a

resistência adicional em cada nó considerando as oito direções (em KN); e é a

resistência total em cada nó considerando as direções (em KN).

Em seguida, é possível encontrar o empuxo (Figura 8 e Figura 9) de cada nó através

da equação 3.11, que é adaptada para os nós e direções (eq. 3.31).

(3.31)

Onde, é o coeficiente de redução da força propulsiva na velocidade de projeto.

Figura 8-Exemplificação de resistência adicional (W, E, N e S)

Figura 9-Exemplificação de resistência adicional (NW, NE, SW e SE)

23

Embora a embarcação não navegue em todas as direções na rota A-B ou mesmo não

necessite passar por todos os pontos de interseção, no procedimento de seleção do

motor foram considerados todos os empuxos referentes a todas as interseções da

grade. Com os melhores propulsores do banco de dados, tomam-se todos os empuxos

e com eles deve-se encontrar o ponto de operação dos propulsores. Para esta análise

é necessário conhecer a curva dos propulsores e também uma curva K de

operação designada por cada um dos empuxos. Assim com as duas curvas, o ponto

em que a curva de operação do empuxo analisado interceptar a curva do propulsor

é o ponto de operação do propulsor para o empuxo analisado.

A curva de operação é construída com base na equação 3.6 para o coeficiente de

avanço ( ) e na equação 3.7 para o coeficiente de empuxo ( ), onde reformulando e

substituindo a equação 3.6 na 3.7, tem-se:

(3.32)

(3.33)

Tendo em vista a equação acima, basta substituir os valores do peso específico da

água salgada (em ton/m³), velocidade de avanço (em m/s), diâmetro do propulsor (em

m)e o valor do empuxo que se quer ser analisado que uma equação de segundo grau

em função do coeficiente de avanço é formada.

(3.34)

Portando, para encontrar a curva de operação é necessário atribuir valores ao

coeficiente de avanço. Já, a curva dos propulsores pode ser obtida a partir dos

diagramas de águas abertas do propulsor manualmente ou pode ser construída

através dos polinômios interpoladores de (eq. 3.35) e (eq. 3.36) dos propulsores

série B e seus respectivos coeficientes (que formam o diagrama de águas abertas)

contidos na produção de BERNITSAS et al. [19], tal como ilustrado na Figura 10.

24

Figura 10-Coeficientes Interpoladores Série B

Fonte: BERNITSAS et al. [20]

(3.35)

(3.36)

Desse modo, substituindo os coeficientes, e os parâmetros dos propulsores como

razão passo diâmetro ( ), razão de áreas ( ) e número de pás ( ), no

polinômio interpolador de (eq. 3.35) e variando o coeficiente de avanço ( ), pode-se

construir a curva do propulsor. O Gráfico 3 mostra um exemplo da curva de

operação em azul para um dos empuxos e a curva do propulsor em vermelho, e o

momento em que elas se cruzam. O ponto de interseção das mesmas é o ponto de

operação do hélice no empuxo analisado.

(3.37)

25

Onde, é a identificação dos melhores propulsores segundo a eficiência do banco de

dados.

Gráfico 4-Interseção da Curva de Operação com a Curva kt do Propulsor

Após a intercepção, o ponto de operação de par ordenado (

pode ser

encontrado, então o valor de é substituído na equação 3.5 e é possível achar a

rotação ( ) do propulsor no ponto de operação analisado.

Posteriormente, o valor de pode ser substituído no polinômio interpolador de

para que seja possível encontrar o , de operação referente ao empuxo

analisado, e finalmente substitui-se os valores encontrados na equação 3.8 e a

eficiência do propulsor ( ) naquele empuxo pode ser encontrado.

O procedimento é repetido para todos os empuxos nas oito direções em cada nó, e

então aplicando as equações 3.19 até 3.29 chega-se ao ponto de operação do motor

(eq. 3.38) nas mesmas oito direções e nos mesmos nós para cada um dos

propulsores. Assim, com os motores pré-selecionados pelos pontos de operação de

projeto para cada hélice, se verifica qual deles abrange a maior quantidade de pontos

operacionais para cada um dos hélices. Portanto, aquele que englobar a maior

quantidade de pontos operacionais de um hélice do banco de dados é aquele

selecionado, assim como o hélice.

(3.38)

26

Na realidade, o ideal é que todos os pontos operacionais possíveis do cenário

analisado estejam dentro da margem de operação do motor, porém caso algum

ultrapasse a margem superior, a embarcação é obrigada a reduzir a velocidade, pois o

motor não é capaz de fornecer a potência necessária para ela se manter na mesma

velocidade naquele nó.

3.3. Consumo de Combustível

Uma vez escolhido o sistema propulsivo, deve-se analisar o consumo de combustível.

Este pode ser tanto deduzido por dados do fabricante do motor como através de

formulações. NUNES [22] em seu projeto aplicou um polinômio desenvolvido com o

intuito de se descobrir a eficiência global para qualquer ponto operacional do motor

através de variáveis de torque e rotação. Os Coeficientes do polinômio são obtidos por

regressões múltiplas, que nada mais são que regressões com pelo menos duas

variáveis, os quais são ajustados para o modelo do motor que se deseja analisar

através dos dados do fabricante.

(3.39)

Em que, b1, b2,b3, b4, b5, b6 são os coeficientes; w é a rotação em radiano; e é o

torque.

E pela eficiência é possível encontrar o fluxo de massa de combustível (

consumida (em kg/s).

(3.40)

Onde, é a potência que o motor deve fornecer BHP2 (em Kw); e LHV é o lower

heating value (em KJ/Kg). Portanto, neste projeto o consumo de combustível para

cada ponto operacional (nós) foi calculado usando esta formulação.

3.4. Algoritmo de Dijkstra e Aplicação na

Navegação

O algoritmo do holandês Edsger DIJKSTRA [1] criado nos anos 50 e tem por finalidade

solucionar o problema do caminho mais curto entre dois vértices num grafo X(V,A)

27

com uma certa quantidade de vértices (V) e arestas (A) de cujos pesos não devem ser

negativos.

A versão original do algoritmo envolve a determinação do caminho mais curto entre

dois nós (vértices), conforme já mencionado, contudo com o passar dos anos algumas

variações foram criadas, surgindo assim a versão a qual fixa um nó escolhido como nó

de origem e a partir dele obtêm-se caminhos mais curtos para os outros vértices do

grafo, RODRIGUES [2].

Assim sendo, considerando um grafo X(V, A), as arestas podem ser representadas por

pares ordenados de vértices ou nós (i,j), por exemplo, aos quais associam-se pesos

responsáveis pela tomada de decisão do caminho a se seguir. Sendo que, esses

pesos podem possuir valores de: tempo, distância, consumo, custo, etc, ou seja,

qualquer valor que se deseja minimizar.

Em cada um dos vértices da malha atribuem-se três informações: a primeira delas diz

se o vértice em questão já foi visitado; a segunda computa a menor soma de peso da

origem até o vértice atual; e a última o vértice anterior ao vértice atual.

Dito isso, assumindo o vértice de origem como t e o peso para chegar ao vértice i ser

, ao dar início ao algoritmo, é importante saber que é atribuído peso zero ( )

para o vértice de origem e infinito ( para os demais, além de assumir valor

indefinido para todos os vértices anteriores. Então, o procedimento a seguir é

realizado:

1. O nó t recebe peso de zero:

2. O mesmo nó t recebe o valor visitado

3. Todos os nós i recebem peso infinito:

4. Para cada nó/vértice i adjacente a t, faz-se:

4.1. O valor de é calculado

4.2. Caso seja maior que alt, o valor de será substituído pelo valor de

alt, o que significa dizer que um caminho com peso menor até i será

encontrado.

4.3. Mas se o receber valor distinto, o nó anterior de i passa a ser t e o nó

i será analisado.

5. Para cada nó u adjacente a i, faz-se:

5.1. O valor de alt= é calculado.

28

5.2. Da mesma maneira, caso seja maior que alt, o valor de será

substituído pelo valor de alt, e assim o caminho com o menor peso até

u será encontrado.

5.3. Mas se receber valor distinto, o nó anterior a u passa a ser i e o nó u

será analisado.

6. Este procedimento faz parte de um loop em que só terá uma parada no

momento em que todos os vértices ou nós forem visitados.

7. Assim, o caminho de menor peso até o vértice de destino é encontrado

perseguindo os seus anteriores até o vértice de origem.

Com a finalidade de deixar mais claro o entendimento da rotina do algoritmo toma-se o

exemplo da Figura 11 e da Tabela 2 que demonstra a primeiro etapa da rotina do

programa. Nele é dado um grafo com os vértices A, B, C e D e a intenção é encontrar

um caminho otimizado pelo menor peso das arestas tendo início no nó A e fim no D.

dessa maneira, o primeiro etapa na otimização da rota segundo o algoritmo de Dijkstra

envolve a atribuição do valor zero para o nó de origem e infinito para os restantes.

Figura 11- Exemplificação para a primeira etapa da rotina do algoritmo

Tabela 2- Tabela para a primeira etapa do exemplo

29

A etapa seguinte (Tabela 3 e Figura 12) é estabelecer o nó atual A como o nó de

origem e definir como não visitados os outros três nós. Então, os nós adjacentes B e C

ao nó de origem recebem os pesos em relação ao próprio, de maneira que B recebe o

valor de 7 e C o valor de 10.

Figura 12- Exemplificação para a segunda etapa da rotina do algoritmo

Tabela 3- Tabela para a segunda etapa do exemplo

A próxima etapa (Figura 13 e Tabela 4) é visitar o nó que possui o menor peso em

relação ao nó de origem, assim sendo, o segundo nó a ser visitado é o nó B. A partir

dele um novo peso temporário é atribuído ao nó C por ele em relação ao nó atual B

ser menor que o peso anterior que era em relação ao nó A, e também, um peso é

atribuído ao outro nó adjacente D, com valores de 9 e 14, respectivamente.

30

Figura 13- Exemplificação para a terceira etapa da rotina do algoritmo

Tabela 4- Tabela para a terceira etapa do exemplo

Dando continuidade ao procedimento, a etapa seguinte (Figura 14 e Tabela 5) é visitar

o nó C e se os nós adjacentes apresentarem pesos atuais menores que os anteriores,

eles devem ser atualizados. Como pode ser visto na Figura 14, isso acontece para o

vértice D que possuía peso 14 em relação a B, e agora foi atualizado para 13.

Figura 14- Exemplificação para a quarta etapa da rotina do algoritmo

31

Tabela 5- Tabela para a quarta etapa do exemplo

Assim, a última etapa (Figura 15 e Tabela 6) é visitar o próximo e último nó e então o

algoritmo encontra o caminho otimizado pelo menor peso.

Figura 15- Exemplificação para a quinta etapa da rotina do algoritmo

Tabela 6- Tabela para a quinta etapa do exemplo

Logo, para o exemplo o caminho ótimo é: A-B-C-D.

A aplicação do algoritmo de Dijkstra neste projeto consiste na associação do mesmo a

navegação com o intuito de otimizar uma rota comercial para um menor consumo de

combustível. Para isso, utilizou-se o programa na linguagem de programação VBA

desenvolvido por RODRIGUES [2] onde o algoritmo está implementado, conforme já

mencionado.

32

O programa consiste na divisão de uma rota marítima em linhas de latitude e

longitude, e a interseção delas são os nós ou vértices simulando os grafos do

algoritmo. RODRIGUES [2] considerou os pesos dos nós como função de tempo, mas

neste projeto o peso considerado é o combustível consumido em toneladas para que a

partir de um ponto de origem e outro de destino o algoritmo trace um trajeto que

retorne o menor consumo de combustível pela embarcação.

Como explicado anteriormente, cada vértice da grade que foi criada possui oito pontos

operacionais associados a ele, consequentemente para cada ponto operacional é

possível calcular a eficiência global do motor e o fluxo de massa de combustível. De

maneira que, para cada aresta ligando dois vértices (i,j), ou interseções de latitude e

longitude como no caso real, é atribuído como constante o ponto operacional do

vértice j pela aresta e, por conseguinte, o fluxo de massa de combustível também

será, portanto o consumo de combustível pode ser encontrado através da

multiplicação do fluxo de massa pelo tempo do percurso.

O tempo é calculado dividindo-se a distância entre os vértices pela velocidade da

embarcação, já o peso que é o atributo do consumo é obtido multiplicando o fluxo de

massa de combustível consumida pelo tempo.

(3.41)

(3.42)

Em que, é o tempo (em horas); é a distância do vértice i ao j (em milha

náutica); V é a velocidade da embarcação (em milhas náuticas por hora); é o fluxo

de massa de combustível consumida (em Kg/s); é o peso que é a tomada de

decisão do algoritmo, este, como explicado, recebe o valor do consumo de

combustível (em toneladas).

Neste projeto, uma rota é otimizada para a velocidade de projeto e outras tantas

quantos forem as velocidades de slow steaming analisadas.

33

3.5. Avaliação Econômica

O transporte marítimo de cargas a granel é composto por linhas não regulares,

predominando operações no mercado de afretamento.

O afretamento de navios por viagem é considerada especulativa do ponto de vista

econômico devido ao fato das taxas de frete possuir um comportamento volátil e

cíclico justificado pela oferta e demanda que a todo o momento sofrem alterações

motivadas pelo crescimento do comercio, surgimento de novas encomendas, além de

fatores aleatórios como modificações nas políticas econômicas, fechamento de canais,

entre outros STOPFORD [23].

O mercado de afretamento tem suas particularidades e existem outros modelos de

afretamento, além do afretamento por viagem (Voyage charter): frete a casco nú

(Bareboat); por período (Time Charter). As diferenças dizem respeito, basicamente, a

responsabilidade dos custos.

Nos fretes a casco nú (Bareboat), o armador é responsável pelo custo de capital

enquanto que ao afretador cabe a incumbência de arcar com os custos operacionais e

de viagem, além de pagar por uma taxa de frete estabelecida pelo proprietário da

embarcação; naqueles por período de tempo (Time Charter) o armador fornece a

embarcação para o afretador por um período em troca de uma taxa de frete e se

responsabiliza pelos custos de capital e operacional, enquanto que o afretador arca

com os custos de viagem; e nos fretes por viagem (Voyage Charter) o armador

fornece a embarcação em troca de uma taxa de frete estipulada e fica encarregado

por arcar com os custos de capital, operacional e de viagem.

Haja vista que os contratos de frete são inerentes aos custos associados à

embarcação, faz-se necessário entendê-los. Por consequência, no transporte de carga

a granel os custos mais importantes restringem-se aos custos de capital, operacional e

de viagem, como é mostrado na Figura 16 da empresa de consultoria marítima inglesa

Drewry, a qual correlaciona os custos aos contratos.

34

Figura 16- Custos e contratos do transporte marítimo

Fonte: Drewry

Os custos de capital são aqueles relacionados à compra do navio, o que significa que

são diretamente ligados aos custos que envolvem o projeto, construção e aquisição de

equipamentos. Esse custo acompanha a vida útil da embarcação, sendo assim em sua

composição são adicionadas as amortizações e juros anuais.

Já os custos operacionais são correlacionados às despesas da embarcação para

torná-la em condições de operar e durante a operação. Esses custos podem ser

divididos nas categorias de custos com a tripulação; seguro; administração; materiais

e lubrificantes; e manutenção e reparos.

E Finalmente, os custos de viagem, como o nome já indica, são constituídos na

realização de uma viagem e diferentemente dos outros custos (capital e operacional)

este, pode variar. Esses custos são compostos principalmente pelos custos com

combustível no porto e no mar; despesas portuárias com rebocadores, práticos,

movimentação da carga; e despesas, eventuais, de travessia de canais, etc.

Além desses, há custos ligados ao tempo que a carga fica embarcada sem

comercialização, conhecidos como custos de imobilização da carga. Esses começam

a ser contabilizados a partir do momento em que a embarcação fica mais tempo no

mar do que era esperado para a velocidade de projeto, resultando num possível

aumento no custo final.

Entretanto, valores monetários relacionados ao crédito de carbono podem reduzir o

custo total e por consequência a taxa de frete. Segundo SILVA [6], o crédito de

carbono que também é conhecido como redução certificada de emissões (RCE) nada

mais é do que um certificado emitido por proprietários de máquinas à combustão com

a intenção de comprovar a redução de emissões de gases poluentes que colaboram

35

com o efeito estufa. Portanto, a quantificação para o crédito de carbono é realizada

assumindo como um crédito o correspondente a uma tonelada de dióxido de carbono

( ) que se deixa de emitir, e este crédito pode ser negociado.

Neste trabalho o procedimento de avaliação dos custos pautou-se em relacionar os

custos fixos (capital e operacional), variáveis (viagem), custo com a imobilização da

carga e os ganhos com crédito de carbono em análises de viagem em uma pernada

apenas. Tendo em vista as velocidades de slow steaming em conjunto com os

respectivos consumos de combustível e tempo de viagem, a análise foi feita no sentido

de verificar diante de cenários econômicos em que se simula um preço máximo, médio

e mínimo de combustível em um período, qual seria a melhor velocidade para se

navegar do ponto de vista financeiro. Como a análise envolve apenas uma pernada da

viagem, os custos extras relacionados à manutenção e reparos do motor ou máquinas

adjacentes devido à operação em slow steaming não foram considerados.

Para isso é necessário calcular os custos fixos ( , os custos variáveis ( ,

que se resumirá ao custo com o combustível, e um custo de imobilização

( da carga no porto, além de fazer uma dedução por créditos de carbono

( , a fim de reduzir o custo total.

O custo de imobilização da carga é estimado através de uma taxa diária; pelo preço de

comercialização da carga, que geralmente é dado por unidade de peso devendo-se

multiplicar pela capacidade de carga da embarcação; e pelo tempo de viagem. Já o

crédito de carbono seria uma dedução dos custos, seu cálculo é realizado a partir de

um valor estabelecido para a não emissão de uma tonelada de . A quantidade de

emissões de dióxido de carbono pode ser estimada por um coeficiente [24],Tabela

7.

Tabela 7-Tabela IMO [24]

36

(3.43)

(3.44)

(3.45)

(3.46)

Em que, o custo operacional e custo de capital são dados em dólar por dia ($/dia); o

tempo de viagem é dado em dias; é o preço da comercialização da carga

(em $/tonelada de carga); é a quantidade de carga transportada;

é o valor de uma tonelada de que se deixa de emitir (em $/tonelada de ); Q é

a quantidade de que não se emite (em tonelada); é o tempo de uma viagem

mais longa (dias); e é o tempo de uma viagem mais curta (dias).

Assim, nos cenários de estudo, aquela velocidade que representar o menor custo total

foi a escolhida.

(3.47)

37

4. Estudo de Caso

O carvão mineral foi uma das primeiras fontes de energia utilizadas em grande

quantidade pelo ser humano e no presente momento é o combustível fóssil com maior

disponibilidade do mundo [25]. Diferentemente do que acontece com o petróleo, de

cujas jazidas são privilégios de poucos países, o carvão está distribuído em grandes

quantidades a nível mundial, e no Brasil isso não é diferente. O Brasil detém reservas

de carvão em sua maioria na região sul do território, porém o minério presente é de

baixa qualidade do ponto de vista energético, o que significa que o poder calorífico

dele é baixo e com elevado teor de impurezas, portanto, a função de produção de

energia que é a principal para o qual é designado fica comprometida. Diante disso, o

Brasil importa cerca de 50% deste minério que é consumido em território nacional de

países como Estados unidos, Austrália, Canadá e África do Sul [26], os quais são

grandes produtores e exportadores, para suprir a demanda nacional de carvão

mineral.

Assim, com base nos principais países que exportam carvão para o Brasil, tomou-se

como objeto de estudo uma rota comercial de importação pelo Brasil de carvão

mineral da África do Sul, um dos maiores produtores desse mineral no mundo, no

presente trabalho. Com isso, o principal terminal da África do Sul de escoamento de

carvão para o exterior, terminal de Richard Bay, foi adotado como terminal de origem

da análise; enquanto o porto de Itaguaí na Cidade do Rio de Janeiro no Brasil foi tido

como terminal de destino da carga.

O cenário climatológico indicado baseado no dia 15 de julho de 2017 às 00h de cujas

alturas significativas de onda e direções foram retiras de CPTEC [27] ilustradas pelas

Figura 17 e Figura 18.

Figura 17- Oceano Atlântico

38

Figura 18-Oceano Índico

A embarcação usada foi um graneleiro capesize com porte bruto aproximado em cento

e setenta mil toneladas com velocidade de projeto de quinze nós e de características

principais contidas na Tabela 8. A forma foi gerada partir do software de modelação

computacional de forma do casco Freeship (Figura 19).

Tabela 8 - Características principais da embarcação de projeto

Tipo do Navio Graneleiro: Capesize

Comprimento Total: (m) 289,00

Comp. perpendiculares: (m) 278,00

Comp. Linha D'água: (m) 284,77

Boca Moldada: (m) 45,00

Calado Moldado : (m) 17,80

Vol. Desloc. Moldado: (m3) 194615

LCB rel. à PR: (m) 145,625

Coef. Seção Mestra: 0,9952

Coef. Linha D'água: 0,9148

Coef. Bloco: 0,841

Área Transom: (m2) 0,996

Área Transv. do Bulbo (m2): 80,966

Altura Centro Área Bulbo: (m) 6,65

Velocidade de serviço: (nós) 15,00

39

Figura 19- Vista da região de ré da forma do capesize objeto de projeto

Possuindo a forma e por consequência as características e dimensões principais, o

método estatístico de HOLTROP et al.[12] foi utilizado para estimar a resistência ao

avanço. Dessa forma, para ilustrar, uma curva presente no Gráfico 5 e uma tabela

(Tabela 9) com as resistências proporcionadas por todas as velocidades que a

embarcação pode navegar foram criadas.

Gráfico 5- Resistência ao avanço X velocidade

40

Tabela 9- Resistência ao avanço X velocidade

Velocidade (nós) Resistência (Kn) t w nrr

1,0 7,6 0,185 0,391 1,020

2,0 28,1 0,185 0,388 1,020

3,0 60,2 0,185 0,386 1,020

4,0 103,5 0,185 0,385 1,020

5,0 157,6 0,185 0,385 1,020

6,0 222,5 0,185 0,384 1,020

7,0 297,8 0,185 0,384 1,020

8,0 383,5 0,185 0,383 1,020

9,0 479,3 0,185 0,383 1,020

10,0 585,4 0,185 0,382 1,020

11,0 701,9 0,185 0,382 1,020

12,0 829,6 0,185 0,382 1,020

13,0 969,7 0,185 0,382 1,020

14,0 1124,6 0,185 0,382 1,020

15,0 1297,8 0,185 0,381 1,020

Com a resistência ao avanço e o coeficiente de redução da força propulsiva na

velocidade de projeto foi possível aplicar a equação 3.11 para encontrar o empuxo

requerido ( ) para se navegar na referida velocidade, e então se pôde iniciar a

seleção do hélice ótimo da série B para a embarcação.

(4.1)

O método da varredura foi escolhido para a análise e como pré-requisito, o propulsor

deveria possuir um diâmetro de 9,5 metros, já que os fabricantes ainda não produzem

hélices com diâmetros superiores a 10 metros. Portanto a busca foi iniciada varrendo 3

números de pás (z) possíveis, 3 razões de área e 5 números de rotação em rpm,

Tabela 10.

Tabela 10- Dados de entrada da varredura

Z: 4 5 6

Ae/A0: 0,5 0,55 0,6

N (RPM): 59 60 61 62 63

Após a aplicação do método da varredura, classificaram-se 3 propulsores com

melhores eficiências, com pequenas porcentagens de erro (quanto menor a

porcentagem de erro, mais próximo o empuxo de operação do hélice é do empuxo

requerido) e que passaram nos critérios de cavitação de Burril (Gráfico 6) para a etapa

de seleção do motor.

Tabela 11- Propulsores classificados

Identificação z Ae/A0 n

(Hz) J Treq T KTreq Ktdiagrama P/D Kq N0 Erro

1 5 0,5 61 0,494 1593,3407 1593,90 0,185 0,185 0,8 0,0260 0,55855 0,04%

2 4 0,5 63 0,478 1593,3407 1661,99 0,173 0,181 0,8 0,0246 0,53502 4,31%

3 4 0,55 63 0,478 1593,3407 1659,09 0,173 0,180 0,8 0,0247 0,53425 4,13%

41

Gráfico 6- Burril com pontos dos hélices

Desse modo os próximos passos dados na escolha do motor tiveram início na criação

da grade com os possíveis pontos da rota que a embarcação poderia navegar. Ela foi

concebida através dos cruzamentos das linhas espaçadas em 2° de longitude com as

linhas de 1° de latitude, resultando em 585 interseções, tendo como origem da rota a

interseção da latitude 29° Sul com a longitude 32° leste e como destino o ponto

refrente à latitude 23° Sul com a longitude 44° oeste, Figura 20. Em seguida, nos 585

nós, Figura 21, formados à partir das interseções foram considerados as alturas

significativas e direções de onda para a aplicação da formulação de TOWNSIN [15]

nas 8 direções possíveis e posteriormente a de VAN BERLEKOM ([16], apud KWON

[14]) no sentido de se obter a resistência adicional.

Figura 20- Interseções no Mapa

42

Figura 21-Grade representando as Interseções

Somando-se as oito direções, 3952 nós de resistência adicional foram encontrados, já

excluindo aqueles pontos referentes às interseções no domínio do território africano, e

então a mesma quantidade de empuxo é encontrada.

Como a margem de operação do motor a ser escolhido deve abranger boa parte

desses pontos realizou-se uma busca por todos os empuxos em cada um desses nós

e verificou-se que eles representam um total de dezessete que se repetem por

diversas vezes (Tabela 12), pelo fato do estado de mar ser considerado o mesmo do

dia 15 de julho de 2017 por toda viagem, embora a cada minuto ele se altere.

Tabela 12 - Empuxos por nós existentes nas 8 direções

Id. Empuxo T (KN) Incidência

1 1585,947 249 2 1593,341 273 3 1619,769 348 4 1654,992 728 5 1687,208 134 6 1735,61 99

7 1754,513 230 8 1767,942 908 9 1802,229 242

10 1949,38 212 11 2070,581 19 12 2072,284 300 13 2129,379 48 14 2475,832 102 15 2766,823 40 16 3026,825 18 17 3783,425 2

43

Com o empuxo requerido que neste trabalho foi chamado de empuxo de projeto, um

ponto de operação do motor (RPM2, BHP2) referente a cada um dos três propulsores

classificados foi calculado.

Tabela 13-Pontos operacionais de projeto para os 3 propulsores classificados

E com eles iniciou-se a busca pelo motor. No catálogo da MAN, apenas os motores

7G70ME-C9.5 e 8G70ME-C9.5 seriam passives de serem selecionados, com a

ressalva de que somente o de sete cilindros englobou os pontos de projeto dos três

propulsores enquanto que o de oito cilindros apenas um, como mostra o Gráfico 7.

Gráfico 7- Pontos de operação de projeto dos 3 propulsores

Então, a escolha do conjunto hélice e motor foi definida pelo maior número de pontos

de operação que o motor englobaria em sua margem de operação, considerando a

incidência de cada um desses pontos.

44

Tabela 14-Pontos de operação para os 3 propulsores

Como pode ser visto no Gráfico 8, o motor de oito cilindros comporta o maior número

de pontos operacionais, de cujos empuxos tem as maiores incidências para todos os

três hélices, vide Gráfico 9. Entretanto, dentro da margem de operação deste motor,

somente o ponto de projeto do hélice 1 fora envolvido, o que significa que os hélices 2

e 3 foram descartados, enquanto que o hélice 1 e o motor de oito cilindros 8G70ME-

C9.5 foram escolhidos para a continuidade do projeto. As características pertinentes

ao hélice e ao motor selecionados constam na Tabela 15.

Gráfico 8- Motores e pontos operacionais para cada hélice

45

Gráfico 9- Incidências

Tabela 15- Hélice e motor MAN selecionado

Finalmente, após a seleção do motor e do hélice, as análises de consumo horário de

combustível puderam se iniciar. Elas foram realizadas para a velocidade de projeto de

quinze milhas náuticas por hora (nós) e para velocidades de slow steaming de

quatorze, treze, doze, onze, dez, nove e oito milhas náuticas por hora. Para cada uma

das velocidades, um trajeto otimizado em função do consumo em cada nó da grade foi

gerado e a partir dele puderam ser extraídas informações de tempo de viagem e

consumo de combustível total.

46

4.1. Rota e Consumo para Quinze Milhas

Náuticas por Hora

O motor tendo sido selecionado, foi calculado o consumo horário de combustível em

cada ponto de operação para que fosse possível calcular os pesos que serviram de

entrada no programa de otimização da rota.

Tabela 16- Consumo horário de combustível nos possíveis pontos operacionais para 15 nós

Pontos de Operação

Identificação RPM 2 BHP2 (kw) Consumo Horário (ton/h)

1 67,0 17825,87 2,946482 2 67,1 17926,19 2,959646 3 67,5 18285,74 3,007312 4 67,9 18767,27 3,072444 5 68,4 19209,97 3,133792 6 69,0 19879,12 3,229558 7 69,2 20143,83 3,268665 8 69,4 20332,85 3,296997 9 69,9 20817,17 3,371125

10 71,7 22922,85 3,724459 11 73,2 24704,34 4,072075 12 73,2 24729,64 4,077398 13 73,9 25581,13 4,264151 14 77,9 30918,38 5,903044 15 81,1 35624,91 8,745251 16 83,9 39988,32 15,50443 17 91,3 51602,72 -

Em seguida, o programa de otimização baseado no algoritmo de Dijkstra é executado

e uma rota otimizada em função do consumo de combustível para o estado de mar de

quinze de julho de dois mil e dezessete é criada, conforme a Figura 22 ilustra e

traduzida na Figura 23, possuindo como origem o nó 273 e destino o nó 1 em amarelo.

Figura 22- Rota otimizada para 15 nós

47

Figura 23- Rota otimizada traduzida no mapa

Assim, através da Tabela 17 é possível verificar os pontos operacionais do motor

referente aos nós pelos quais a embarcação passa, e também, o consumo

proporcionado por eles. Além do consumo total e o tempo de viagem. Já no Gráfico

10, é possível ver a localização dos pontos perante a margem de operação do motor.

Gráfico 10-Pontos operacionais da rota para 15 nós

48

Tabela 17- Resultados da rota a 15 nós

Rota Toneladas de Combustível

RPM2 BHP2

273 - - - 312 17,1 69,0 19879,12 351 17,1 69,0 19879,12 389 38,1 69,0 19879,12 427 38,1 69,0 19879,12 465 38,1 69,0 19879,12 503 38,1 69,0 19879,12 502 26,4 73,2 24729,64 540 26,4 67,5 18285,74 500 29,5 69,4 20332,85 460 29,5 69,4 20332,85 459 26,4 69,4 20332,85 419 29,5 69,4 20332,85 379 29,5 69,4 20332,85 378 26,4 69,4 20332,85 338 27,4 69,4 20332,85 298 27,4 67,9 18767,27 258 27,4 67,9 18767,27 257 24,6 67,9 18767,27 256 24,6 67,9 18767,27 255 24,6 67,9 18767,27 254 26,4 67,9 18767,27 253 24,6 69,4 20332,85 213 27,4 67,9 18767,27 173 26,3 69,2 20143,83 133 26,3 68,4 19209,97 93 26,9 68,4 19209,97 53 26,9 69,9 20817,17 13 26,9 67,1 17926,19 12 24,1 71,7 22922,85 11 24,1 69,9 20817,17 10 24,1 69,9 20817,17 9 23,6 69,9 20817,17 8 23,6 68,4 19209,97 7 23,6 68,4 19209,97 6 23,6 68,4 19209,97 5 23,6 68,4 19209,97 4 23,6 68,4 19209,97 3 23,6 67,1 17926,19 2 23,6 67,1 17926,19 1 23,6 67,1 17926,19

consumo total: (ton) 1061,9 tempo: (dias) 13,7

Nota-se que os pontos operacionais da embarcação na rota estão dentro da margem de operação do motor.

49

4.2. Rota e Consumo para Quatorze Milhas

Náuticas por Hora

Conforme realizado no tópico anterior, o mesmo foi feito para as velocidades de slow

steaming. Dessa maneira, os possíveis pontos operacionais para quatorze nós e seus

respectivos consumos horários podem ser visto na Tabela 18.

Tabela 18 - Consumo horário de combustível nos possíveis pontos operacionais para 14 nós



1 62,4 14399,21 2,42702 2 62,5 14480,22 2,437706 3 62,9 14770,59 2,47612 4 63,3 15159,47 2,527911 5 63,7 15517,00 2,575962 6 64,3 16057,40 2,649582 7 64,5 16270,21 2,679043 8 64,7 16422,85 2,700439 9 65,1 16813,96 2,755796

10 66,8 18514,44 3,00804 11 68,2 19951,85 3,240814 12 68,2 19972,28 3,244273 13 68,9 20659,89 3,363641 14 72,6 24968,30 4,280294 15 75,6 28766,87 5,487837 16 78,1 32287,79 7,305418 17 85,0 41657,99 19,71822

A rota otimizada para a velocidade de quatorze nós, pode ser vista na Figura 24, além

dos nós pelos quais a embarcação passa, e por consequência os pontos operacionais

do motor para que seja possível navegar pelo trajeto.

Figura 24-Rota otimizada para 14 nós

50

Na Tabela 19, encontram-se os pontos operacionais do motor referente a cada nó

pelos quais a embarcação navega e o respectivo consumo. Já no Gráfico 11 é

possível ver a localização desses pontos na margem de operação do motor.


51

Tabela 19-Resultados da rota para 14 nós


RPM2 BHP2 (Kw)

273 - - - 312 14,4 64,3 16057,4 351 14,4 64,3 16057,4 389 32,2 64,3 16057,4 427 32,2 64,3 16057,4 465 32,2 64,3 16057,4 503 32,2 64,3 16057,4 502 23,1 68,2 19972,3 540 23,3 62,9 14770,6 500 25,8 64,7 16422,8 460 25,8 64,7 16422,8 459 23,1 64,7 16422,8 419 25,8 64,7 16422,8 379 25,8 64,7 16422,8 378 23,1 64,7 16422,8 338 24,2 64,7 16422,8 298 24,2 63,3 15159,5 258 24,2 63,3 15159,5 257 21,7 63,3 15159,5 256 21,7 63,3 15159,5 255 21,7 63,3 15159,5 254 23,1 63,3 15159,5 253 21,7 64,7 16422,8 213 24,2 63,3 15159,5 173 23,2 64,5 16270,2 133 23,2 63,7 15517,0 93 23,7 63,7 15517,0 53 23,7 65,1 16814,0 13 23,7 62,5 14480,2 12 21,2 66,8 18514,4 11 21,2 65,1 16814,0 10 21,2 65,1 16814,0 9 20,8 65,1 16814,0 8 20,8 63,7 15517,0 7 20,8 63,7 15517,0 6 20,8 63,7 15517,0 5 20,8 63,7 15517,0 4 20,8 63,7 15517,0 3 20,8 62,5 14480,2 2 20,8 62,5 14480,2 1 20,8 62,5 14480,2

Consumo Total: (ton) 928,8 Tempo (dias): 14,68 Percebe-se que a embarcação navegando nesta velocidade já apresenta pontos

operacionais fora da margem de operação do motor, em compensação o consumo

apresenta sinais de redução.

52

4.3. Rota e Consumo para Treze Milhas

Náuticas por Hora

Analogamente ao que foi feito para as outras velocidades, tem-se os pontos

operacionais e o consumo horário proporcionado por eles para a velocidade de treze

milhas náuticas por hora na Tabela 20.




1 58,0 11526,77 1,971763

2 58,0 11591,62 1,980777

3 58,4 11824,07 2,013052

4 58,8 12135,38 2,056233

5 59,1 12421,6 2,095936

6 59,7 12854,21 2,15606

7 59,9 13024,69 2,17992

8 60,0 13146,89 2,197161

9 60,4 13459,99 2,241448

10 62,0 14821,29 2,437185

11 63,3 15972,16 2,609727

12 63,3 15988,51 2,612236

13 63,9 16538,97 2,69775

14 67,4 19988,25 3,297746

15 70,2 23029,43 3,968455

16 72,5 25848,42 4,794731

17 79,0 33350,75 7,922364

A rota e os nós pelos quais a embarcação navega pode ser identificado pelo caminho

verde na Figura 25. A partida é representada pelo nó 273 e a chegada pelo nó 1 em

amarelo.

Figura 25- Rota otimizada para 13 Nós

53

Na Tabela 21 se pode observar os pontos operacionais da rota e os respectivos

consumos para cada nó. Além disso, pode-se notar o tempo total em dias e o

consumo total. Já no Gráfico 3, pode-se identificar a localização dos pontos

operacionais diante do motor.


54

Tabela 21- Resultados da rota para 13 nós

Rota Toneladas de Combustível RPM2 BHP2 (KW)

273 - - - 312 12,5 59,7 12854,2

351 12,5 59,7 12854,2

389 27,8 59,7 12854,2 427 27,8 59,7 12854,2

465 27,8 59,7 12854,2 503 27,8 59,7 12854,2

502 20,3 63,3 15988,5

540 20,4 58,4 11824,1

500 22,6 60,0 13146,9 460 22,6 60,0 13146,9 459 20,3 60,0 13146,9

419 22,6 60,0 13146,9 379 22,6 60,0 13146,9

378 20,3 60,0 13146,9 338 21,2 60,0 13146,9 298 21,2 58,8 12135,4

258 21,2 58,8 12135,4 257 19,0 58,8 12135,4

256 19,0 58,8 12135,4

255 19,0 58,8 12135,4

254 20,3 58,8 12135,4

253 19,0 60,0 13146,9 213 21,2 58,8 12135,4

173 20,3 59,9 13024,7 133 20,3 59,1 12421,6

93 20,7 59,1 12421,6

53 20,7 60,4 13460,0

13 20,7 58,0 11591,6

12 18,6 62,0 14821,3 11 18,6 60,4 13460,0

10 18,6 60,4 13460,0

9 18,2 60,4 13460,0

8 18,2 59,1 12421,6 7 18,2 59,1 12421,6

6 18,2 59,1 12421,6

5 18,2 59,1 12421,6 4 18,2 59,1 12421,6

3 18,2 58,0 11591,6 2 18,2 58,0 11591,6

1 18,2 58,0 11591,6

Consumo Total: (ton) 811,4 Tempo: (dias) 15,8 À treze nós todos os pontos operacionais estão em sua maioria fora da margem de

operação do motor.

55

4.4. Rota e Consumo para Doze Milhas Náuticas

por Hora

Da mesma maneira, os pontos operacionais possíveis e os respectivos consumos

horários para doze nós apresentam-se na Tabela 22.




1 53,6 9108,178 1,5716 2 53,6 9159,436 1,579196 3 53,9 9343,157 1,606355 4 54,3 9589,204 1,64258 5 54,6 9815,414 1,675758 6 55,1 10157,33 1,725733 7 55,3 10292,69 1,745633 8 55,5 10389,28 1,759841 9 55,8 10636,75 1,796205

10 57,3 11712,7 1,954255 11 58,5 12623,14 2,089819 12 58,5 12636,06 2,091759 13 59,1 13071,16 2,157384 14 62,3 15798,54 2,590884 15 64,9 18203,7 3,024459 16 67,1 20433,6 3,496993 17 73,0 26369,25 4,957514

A rota e os nós pelos quais a embarcação navega à doze nós pode ser identificado

pelo caminho verde na Figura 26.

Figura 26-Rota otimizada para 12 nós

Os pontos operacionais e consumo em cada nó por onde navega a embarcação,

tempo total e consumo total podem ser vistos na Tabela 23.

56



RPM2 BHP2 (Kw)

273 - - - 312 10,8 55,1 10157,3

351 10,8 55,1 10157,3

389 24,1 55,1 10157,3 427 24,1 55,1 10157,3

465 24,1 55,1 10157,3 503 24,1 55,1 10157,3

502 17,6 58,5 12636,1

540 17,6 53,9 9343,2

500 19,7 55,5 10389,3 460 19,7 55,5 10389,3 459 17,6 55,5 10389,3

419 19,7 55,5 10389,3 379 19,7 55,5 10389,3

378 17,6 55,5 10389,3 338 18,3 55,5 10389,3 298 18,3 54,3 9589,2

258 18,3 54,3 9589,2 257 16,4 54,3 9589,2

256 16,4 54,3 9589,2

255 16,4 54,3 9589,2

254 17,6 54,3 9589,2

253 16,4 55,5 10389,3 213 18,3 54,3 9589,2

173 17,5 55,3 10292,7 133 17,5 54,6 9815,4

93 17,9 54,6 9815,4

53 17,9 55,8 10636,8

13 17,9 53,6 9159,4

12 16,1 57,3 11712,7 11 16,1 55,8 10636,8

10 16,1 55,8 10636,8

9 15,7 55,8 10636,8

8 15,7 54,6 9815,4 7 15,7 54,6 9815,4

6 15,7 54,6 9815,4

5 15,7 54,6 9815,4 4 15,7 54,6 9815,4

3 15,7 53,6 9159,4 2 15,7 53,6 9159,4

1 15,7 53,6 9159,4

Consumo Total: (ton) 702,2 Tempo: (dias) 17,1

57


Navegando a doze nós, os pontos operacionais da embarcação se distanciam mais da

margem de operação do motor, de modo a não haver mais nenhum ponto dentro da

margem.

58

4.5. Rota e Consumo para Onze Milhas

Náuticas por Hora

Os pontos operacionais possíveis e os respectivos consumos horários para onze nós

apresentam-se na Tabela 24.




1 49,2 7072,906 1,225865 2 49,3 7112,725 1,232102 3 49,5 7255,446 1,254404 4 49,9 7446,581 1,284147 5 50,2 7622,307 1,311375 6 50,7 7888,498 1,35249 7 50,8 7993,862 1,368796 8 51,0 8068,898 1,38039 9 51,3 8261,157 1,410027

10 52,7 9097,03 1,538036 11 53,8 9805,351 1,646514 12 53,8 9815,391 1,648052 13 54,3 10153,43 1,699846 14 57,2 12273,69 2,030256 15 59,6 14144,05 2,337947 16 61,6 15878,71 2,647319 17 67,1 20497,44 3,516674

A rota parra a navegação a onze milhas náuticas por hora é dada pela Figura 27.


Os pontos operacionais e consumo em cada nó, tempo total e consumo total podem

ser vistos na Tabela 25.

59

Tabela 25- Resultados para 11 nós


RPM2 BHP2 (Kw)

273 - - - 312 9,3 50,7 7888,5 351 9,3 50,7 7888,5 389 20,7 50,7 7888,5 427 20,7 50,7 7888,5 465 20,7 50,7 7888,5 503 20,7 50,7 7888,5 502 15,1 53,8 9815,4 540 15,0 49,5 7255,4 500 16,8 51,0 8068,9 460 16,8 51,0 8068,9 459 15,1 51,0 8068,9 419 16,8 51,0 8068,9 379 16,8 51,0 8068,9 378 15,1 51,0 8068,9 338 15,6 51,0 8068,9 298 15,6 49,9 7446,6 258 15,6 49,9 7446,6 257 14,0 49,9 7446,6 256 14,0 49,9 7446,6 255 14,0 49,9 7446,6 254 15,1 49,9 7446,6 253 14,0 51,0 8068,9 213 15,6 49,9 7446,6 173 14,9 50,8 7993,9 133 14,9 50,2 7622,3 93 15,3 50,2 7622,3 53 15,3 51,3 8261,2 13 15,3 49,3 7112,7 12 13,7 52,7 9097,0 11 13,7 51,3 8261,2 10 13,7 51,3 8261,2 9 13,4 51,3 8261,2 8 13,4 50,2 7622,3 7 13,4 50,2 7622,3 6 13,4 50,2 7622,3 5 13,4 50,2 7622,3 4 13,4 50,2 7622,3 3 13,4 49,3 7112,7 2 13,4 49,3 7112,7 1 13,4 49,3 7112,7


60

Gráfico 14- Pontos de operação da rota para 11 nós

Analogamente à navegação a doze nós, não existe mais nenhum ponto operacional da

rota que esteja dentro da margem de operação do motor. Todos estão abaixo e se

distanciam cada vez mais.

61

4.6. Rota e Consumo para Dez Milhas Náuticas

por Hora

Os pontos operacionais possíveis e os respectivos consumos horários para dez nós

apresentam-se na Tabela 26.




1 44,9 5371,108 0,935336 2 44,9 5401,36 0,940263 3 45,2 5509,792 0,957892 4 45,5 5655,006 0,981433 5 45,8 5788,51 1,003007 6 46,2 5991,515 1,03576 7 46,4 6071,573 1,048659 8 46,5 6128,587 1,057832 9 46,8 6274,668 1,081292

10 48,0 6910,167 1,182706 11 49,0 7448,947 1,268273 12 49,0 7456,576 1,269481 13 49,5 7713,433 1,310129 14 52,2 9325,811 1,565435 15 54,4 10748,71 1,794202 16 56,2 12068,96 2,01338 17 61,2 15585,56 2,600097

A rota para a navegação a dez milhas náuticas por hora é dada pela Figura 28.


Os pontos operacionais e consumo em cada nó por onde a embarcação navega,


62

Tabela 27- Resultados para 10 Nós


RPM BHP

273 - - - 312 7,9 46,2 5991,5 351 7,9 46,2 5991,5 389 17,6 46,2 5991,5 427 17,6 46,2 5991,5 465 17,6 46,2 5991,5 503 17,6 46,2 5991,5 502 12,7 49,0 7456,6 540 12,6 45,2 5509,8 500 14,2 46,5 6128,6 460 14,2 46,5 6128,6 459 12,7 46,5 6128,6 419 14,2 46,5 6128,6 379 14,2 46,5 6128,6 378 12,7 46,5 6128,6 338 13,2 46,5 6128,6 298 13,2 45,5 5655,0 258 13,2 45,5 5655,0 257 11,8 45,5 5655,0 256 11,8 45,5 5655,0 255 11,8 45,5 5655,0 254 12,7 45,5 5655,0 253 11,8 46,5 6128,6 213 13,2 45,5 5655,0 173 12,5 46,4 6071,6 133 12,5 45,8 5788,5 93 12,8 45,8 5788,5 53 12,8 46,8 6274,7 13 12,8 44,9 5401,4 12 11,5 48,0 6910,2 11 11,5 46,8 6274,7 10 11,5 46,8 6274,7 9 11,2 46,8 6274,7 8 11,2 45,8 5788,5 7 11,2 45,8 5788,5 6 11,2 45,8 5788,5 5 11,2 45,8 5788,5 4 11,2 45,8 5788,5 3 11,2 44,9 5401,4 2 11,2 44,9 5401,4 1 11,2 44,9 5401,4


63

Gráfico 15-Pontos de operação da rota para 10 nós

Como pode ser visto, os pontos operacionais se distanciam mais da margem de

operação do motor e a rota otimizada apresenta o mesmo caminho que as anteriores.

64

4.7. Rota e Consumo para Nove Milhas

Náuticas por Hora

Assim como feito para as outras velocidades, os pontos operacionais possíveis e os

respectivos consumos horários podem ser vistos na Tabela 28.




1 40,5 3965,726 0,6990125 2 40,6 3988,075 0,7027376 3 40,8 4068,179 0,7160783 4 41,1 4175,453 0,7339188 5 41,3 4274,077 0,7502954 6 41,7 4424,715 0,7752543 7 41,9 4483,865 0,7850399 8 42,0 4525,988 0,7920038 9 42,2 4633,916 0,8098283

10 43,4 5104,252 0,8872129 11 44,3 5502,352 0,9523692 12 44,3 5507,989 0,95329 13 44,7 5697,771 0,9842669 14 47,2 6890,221 1,1780765 15 49,1 7943,044 1,3490923 16 50,8 8920,418 1,5091611 17 55,3 11526,14 1,9271164

A rota para a navegação a dez milhas náuticas por hora é dada pela Figura 29.


Os pontos operacionais e consumo em cada nó pelos quais a embarcação navega,


65

Tabela 29-Resultados para 9 nós


RPM2 BHP2 (Kw)

273 - - - 312 6,6 41,7 4424,7 351 6,6 41,7 4424,7 389 14,7 41,7 4424,7 427 14,7 41,7 4424,7 465 14,7 41,7 4424,7 503 14,7 41,7 4424,7 502 10,6 44,3 5508,0 540 10,5 40,8 4068,2 500 11,8 42,0 4526,0 460 11,8 42,0 4526,0 459 10,6 42,0 4526,0 419 11,8 42,0 4526,0 379 11,8 42,0 4526,0 378 10,6 42,0 4526,0 338 10,9 42,0 4526,0 298 10,9 41,1 4175,5 258 10,9 41,1 4175,5 257 9,8 41,1 4175,5 256 9,8 41,1 4175,5 255 9,8 41,1 4175,5 254 10,6 41,1 4175,5 253 9,8 42,0 4526,0 213 10,9 41,1 4175,5 173 10,4 41,9 4483,9 133 10,4 41,3 4274,1 93 10,7 41,3 4274,1 53 10,7 42,2 4633,9 13 10,7 40,6 3988,1 12 9,5 43,4 5104,3 11 9,5 42,2 4633,9 10 9,5 42,2 4633,9 9 9,3 42,2 4633,9 8 9,3 41,3 4274,1 7 9,3 41,3 4274,1 6 9,3 41,3 4274,1 5 9,3 41,3 4274,1 4 9,3 41,3 4274,1 3 9,3 40,6 3988,1 2 9,3 40,6 3988,1 1 9,3 40,6 3988,1


66

Gráfico 16 -Pontos de operação da rota para 9 nós

Seguindo a tendência presente os resultados anteriores, os pontos operacionais se

distanciam mais da margem de operação do motor e a rota otimizada apresenta o

mesmo caminho.

67

4.8. Rota e Consumo para Oito Milhas Náuticas

por Hora

Por fim, os pontos operacionais possíveis e os respectivos consumos horários para a

navegação á oito nós podem ser vistos na Tabela 30.




1 36,1 2826,451 0,51325 2 36,2 2842,389 0,515943 3 36,4 2899,515 0,525595 4 36,6 2976,017 0,53852 5 36,9 3046,853 0,550448 6 37,2 3154,327 0,568514 7 37,4 3196,515 0,575604 8 37,5 3226,559 0,580653 9 37,7 3303,537 0,593587

10 38,7 3639,669 0,649936 11 39,5 3923,638 0,697374 12 39,5 3927,658 0,698045 13 39,9 4063,026 0,720651 14 42,1 4915,189 0,862254 15 43,8 5666,682 0,986687 16 45,3 6365,377 1,10231 17 49,4 8230,408 1,399978

A rota para a navegação a dez milhas náuticas por hora é dada pela Figura 30- Rota

otimizada para 8 nós.


Os pontos operacionais e consumo em cada nó, tempo total e consumo total podem

ser vistos na Tabela 31.

68



RPM2 BHP2 (Kw)

273 - - - 312 5,4 37,2 3154,3 351 5,4 37,2 3154,3 389 12,1 37,2 3154,3 427 12,1 37,2 3154,3 465 12,1 37,2 3154,3 503 12,1 37,2 3154,3 502 8,7 39,5 3927,7 540 8,6 36,4 2899,5 500 9,7 37,5 3226,6 460 9,7 37,5 3226,6 459 8,7 37,5 3226,6 419 9,7 37,5 3226,6 379 9,7 37,5 3226,6 378 8,7 37,5 3226,6 338 9,0 37,5 3226,6 298 9,0 36,6 2976,0 258 9,0 36,6 2976,0 257 8,1 36,6 2976,0 256 8,1 36,6 2976,0 255 8,1 36,6 2976,0 254 8,7 36,6 2976,0 253 8,1 37,5 3226,6 213 9,0 36,6 2976,0 173 8,6 37,4 3196,5 133 8,6 36,9 3046,9 93 8,8 36,9 3046,9 53 8,8 37,7 3303,5 13 8,8 36,2 2842,4 12 7,9 38,7 3639,7 11 7,9 37,7 3303,5 10 7,9 37,7 3303,5 9 7,7 37,7 3303,5 8 7,7 36,9 3046,9 7 7,7 36,9 3046,9 6 7,7 36,9 3046,9 5 7,7 36,9 3046,9 4 7,7 36,9 3046,9 3 7,7 36,2 2842,4 2 7,7 36,2 2842,4 1 7,7 36,2 2842,4


69

Gráfico 17-Pontos de operação da rota para 8 nós

Comprova-se uma tendência nessas análises: à medida que a velocidade da

embarcação diminui, os pontos de operação se distanciam cada vez mais da margem

de operação do motor. E obviamente, o consumo de combustível cai enquanto que o

tempo do percurso aumenta.

70

4.10. Resumo após encontrar as rotas

Após encontrar as rotas para todas as velocidades, os pontos operacionais da rota de

navegação para cada nó encontram-se resumido no Gráfico 18. Já o consumo e o

tempo para todas as velocidades estão na Tabela 32.

Gráfico 18- Pontos operacionais das rotas nas oito velocidades

Tabela 32- Tempo e consumo nas oito velocidades

71

4.11. Cenários Econômicos

Com os resultados das rotas marítimas otimizadas para a velocidade de projeto e

velocidade de slow steaming que abrangem não só o trajeto propriamente dito, mas

também, o consumo total e o tempo gasto nos trajetos, foi possível dar início a análise

econômica.

Mas para que pudesse ser realizada é importante ressaltar que as análises em

questão foram consideradas para o caso de um armador dono da própria carga num

contrato do tipo Voyage charter, e assim, para que o cálculo pudesse ser efetuado,

algumas informações de custo para um navio graneleiro capesize foram necessárias

para a análise, tais como: custo de capital diário, operacional, preço do combustível

por tonelada, preço da comercialização do carvão transportado e valor do crédito de

carbono por tonelada, além da estimativa da capacidade de carga.

Dessa maneira para o custo de capital adotou-se uma média dada pela empresa de

consultoria Clarkson para o período compreendido entre 2006 e 2016, de $17.339,26

por dia. O custo operacional diário foi assumido como $7.650,00, por uma estimativa

realizada pela empresa de contabilidade e consultoria britânica conhecida por Moore

Stephens.

Já o preço do combustível foi deduzido do Gráfico 19 dado por Bunker World, onde foi

considerado os preços compreendidos entre os anos de 2011 e 2015, encontrou-se os

máximos e mínimos e fez-se uma média, sendo que o mesmo foi feito para o crédito

de carbono [28]. Os valores foram reunidos na Tabela 33.

Para o preço de comercialização do carvão adotou-se $76,00/ton para um valor

máximo e $45,00/ton para um valor mínimo dentro do mesmo período [29]. E a taxa

relacionada a esse é a taxa anual da Libor (5,24% a.a.) que é largamente utilizada em

operações de comércio externo. Por fim, a capacidade de carga da embarcação foi

estimada por LAMB [30] resultando em um valor de 150.819,5 toneladas.

72

Gráfico 19 - Preço do combustível marítimo

Fonte: Bunker World

Tabela 33- Valores de Combustível e Crédito de Carbono

O estudo pautou-se em quatro cenários econômicos (Tabela 34), os quais se

diferenciaram pelos custos de combustível em situações de oscilações no crédito de

carbono e variações no preço de comercialização do carvão.

73

Tabela 34-Descrição dos cenários

74

4.11.1. Cenário Econômico 1

O cenário em questão representou os custos correspondentes a cada velocidade

mantendo-se constante e máximo o valor do combustível e o preço de comercialização

da carga, enquanto se varia o crédito de carbono por valores máximo (Tabela 35),

médio (Tabela 36) e mínimo (Tabela 37). As velocidades correspondentes ao menor

custo total em cada uma das três análises estão assinaladas em vermelho.

Tabela 35-Cenário 1/Análise 1: Máximo valor de combustível; máximo crédito de carbono; máximo

valor da carga $76,00 por tonelada.

Tabela 36-Cenário 1/Análise 2: Máximo valor de combustível; médio crédito de carbono; máximo


Tabela 37-Cenário 1/Análise 3: Máximo valor de combustível; mínimo crédito de carbono; máximo


Neste cenário a velocidade que proporcionou um menor custo total nas três diferentes

análises foi a velocidade de nove milhas náuticas por hora. Essa constatação pode ser

observada mais claramente no Gráfico 20.

75


76


Este cenário representou os custos correspondentes a cada velocidade mantendo-se

constante o valor médio do combustível e o preço máximo de comercialização da

carga, enquanto se varia o crédito de carbono por valores máximo (Tabela 38), médio

(Tabela 39) e mínimo (Tabela 40). Analogamente ao cenário 1, as velocidades

correspondentes ao menor custo total em cada uma das três análises estão

assinaladas em vermelho.

Tabela 38-Cenário 2/Análise 1: Médio valor de combustível; máximo crédito de carbono; máximo


Tabela 39-Cenário 2/Análise 2: Médio valor de combustível; médio crédito de carbono; máximo


Tabela 40-Cenário 2/Análise 3: Médio valor de combustível; mínimo crédito de carbono; máximo


Como pode ser observado tanto nas tabelas quanto no Gráfico 21, a velocidade de

dez milhas náuticas por hora foi a que gerou um menor custo total nas três análises

deste cenário.

77


78


O cenário 3 representou os custos correspondentes a cada velocidade mantendo-se

constante e o valor mínimo do combustível e o preço máximo de comercialização da

carga, enquanto se varia o crédito de carbono por valores máximo (Tabela 41), médio

(Tabela 42) e mínimo (Tabela 43). Da mesma maneira que foi feito no cenário 1 e 2,

as velocidades correspondentes ao menor custo total em cada uma das três análises

estão assinaladas em vermelho.

Tabela 41-Cenário 3/Análise 1: Mínimo valor de combustível; máximo crédito de carbono; máximo


Tabela 42-Cenário 3/Análise 2: Mínimo valor de combustível; médio crédito de carbono; máximo


Tabela 43-Cenário 3/Análise 3: Mínimo valor de combustível; mínimo crédito de carbono; máximo


Todas as três análises deste cenário indicaram um menor custo total quando a

embarcação navega à treze milhas náuticas por hora.

79


80


Diferentemente dos outros cenários, neste visou-se verificar a real influência do preço

da comercialização da carga ao adotar um preço mínimo nas três análises. Assim,

manteve-se constante o valor máximo do crédito de carbono, enquanto que o preço do

combustível variou entre máximo (Tabela 44), médio (Tabela 45) e mínimo (Tabela

46).

Tabela 44-Cenário 4/Análise 1: Máximo valor de combustível; máximo crédito de carbono; e

mínimo valor da carga $45,00 por tonelada.

Tabela 45-Cenário 4/Análise 2: Médio valor de combustível; máximo crédito de carbono; e mínimo


Tabela 46-Cenário 4/Análise 3: Mínimo valor de combustível; máximo crédito de carbono; e mínimo


A análise de preço máximo de combustível indicou uma velocidade de nove milhas

náuticas por hora; a de médio preço de combustível, uma velocidade de dez nós; e a

de mínimo preço, de treze nós, como pode ser comprovado nas tabelas e no Gráfico

23.

81

Gráfico 23- Velocidade X Custo Total – Cred. carbono:$18,6 /ton; Carga: $45,0/ton

82

5. Análise de Resultados

Após a obtenção dos resultados, algumas avaliações podem ser feitas e conclusões

podem ser tiradas. A primeira delas, diz respeito à escolha do hélice propulsor. Como

pode ser visto, a sua escolha acabou se direcionando para aquele de maior eficiência

(Hélice 1), mas não por esse simples fato, e sim pelo fato do propulsor de maior

eficiência em análise conjunta com a escolha do motor abranger o ponto de operação

de projeto e o maior número de pontos operacionais dentro da margem de operação

do motor disponível.

Ao rodar o programa para a velocidade de projeto e as velocidades de slow steaming,

foi possível notar que todas as oito rotas otimizadas geradas seguiram por caminhos

semelhantes buscando os nós correspondentes aos menores consumos de

combustível, os quais foram àqueles representados pelos pontos operacionais mais

baixos do motor nas respectivas velocidades. Á medida que a velocidade é reduzida

constata-se que o consumo em cada nó e o consumo global são reduzidos, enquanto

que o tempo de percurso é ligeiramente estendido.

Ao passo que o programa procurou uma rota de cujos pontos representam menores

consumos de combustível, é essencial ressaltar que, ele indiretamente esta buscando

uma rota que faça com que a embarcação desvie das condições de mar menos

favoráveis, pois quanto mais desfavorável for o mar, maior será a potência que o

motor deve fornecer e, por consequência, o consumo.

Os nós visitados pelo programa na otimização do trajeto para a velocidade de 15 nós

foram aqueles de cujos pontos operacionais correspondentes estavam dentro da

margem de operação do motor e por isso não houve a necessidade de se reduzir a

velocidade em nenhum deles, mantendo-se assim a velocidade constante. O mesmo

acontecendo para as outras velocidades, com a ressalva de que os respectivos nós do

trajeto otimizado pelos quais a embarcação navega nas demais velocidades que não

sejam a de projeto (14, 13, 12, 11, 10, 9 e 8 milhas náuticas por hora) representam

alguns pontos operacionais que estão abaixo da margem inferior de operação do

motor, entretanto isso não significa que o motor não opere, mas sim, opera em baixa

carga podendo comprometer seu bom funcionamento e sua vida útil.

Do ponto de vista econômico, o objetivo primário de realizar as análises pautou-se em

descobrir a melhor velocidade de navegação minimizando o custo total segundo

alguns cenários econômicos; já o secundário, foi verificar a real influência dos custos

83

de combustível, de imobilização da carga e o desconto por crédito de carbono no

custo final.

Verificando-se os resultados das três análises dos três primeiros cenários (cenário 1, 2

e 3) identificou-se que a velocidade ótima não se modificou em nenhuma das análises

dentro dos cenários, ou seja, as três análises do cenário 1 convergiram para uma

velocidade de 13 nós; as três do cenário 2 confluíram para 10 nós; e as três do cenário

3, para 9 nós. Investigando globalmente os três cenários conclui-se que à medida que

o preço de combustível marítimo diminui, a tendência é de aumentar a velocidade de

navegação. Já averiguando as três análises de cada um dos três cenários percebe-se

que o preço o desconto no custo total proporcionado pelos créditos de carbono não

são determinantes para a tomada de decisão de modificar a velocidade, pois à medida

que o preço tabelado do crédito diminui (da primeira análise para a terceira dentro de

cada cenário), a velocidade ótima não se altera.

Gráfico 24- Comparação entre cenários segundo variações do preço da carga

Agora, examinado os três análises do cenário 4 comparando a primeira análise com a

primeira análise do cenário 1, a segunda análise com a primeira do cenário 2, e a

terceira análise com a primeira do cenário 3, pode-se concluir que o preço de

comercialização da carga relacionada ao custo de imobilização não é determinante na

tomada de decisão da velocidade ótima, tampouco influencia no custo final total. Como

pode ser visto no Gráfico 24, as velocidades se mantêm constante quando feitas as

comparações mencionadas, além disso, a diferença monetária do custo final é

irrelevante quando se diminui o preço da carga. A razão para que o valor da carga não

84

tenha tal interferência consiste no fato dela apresentar um baixo valor agregado, ao

ponto que se ela possuísse um valor um pouco mais alto, a história poderia ser outra.

Portanto, após as análises, a conclusão que se tira é que à medida que o custo de

combustível aumenta, deve-se diminuir a velocidade da embarcação com o propósito

de economizar combustível para reduzir os custos, enquanto que se o preço do

combustível diminuir pode-se aumentar a velocidade.

Entretanto, existem outros motivos sem ligação com esses custos que a embarcação

pode aumentar ou diminuir a velocidade. Um deles acontece quando a embarcação se

aproxima de uma região onde se limita as emissões de CO2, logo ela deve reduzir a

velocidade sobre imposição, do contrário será multada. Outra situação acontece

quando o cenário econômico é de alta demanda. Nesse caso, a tendência é de

aumentar a velocidade para que se possam fazer mais viagens. Embora possa existir

o caso do preço de combustível estar em alta no mesmo período, na maioria das

vezes é melhor aumentar a velocidade, pois os ganhos com o aumento do número de

viagens pode compensar a perda proporcionada pelo custo de combustível.

85

6. Conclusão

Ao final do projeto, pode-se dizer que os resultados encontrados não fugiram do que

se esperava ao seu início. Entretanto, como boa parte dos estudos ao redor do

mundo, este há de ser aprimorado.

Embora o cenário climático em questão apresente regiões onde o mar possua altura

significativa de onda elevada e direções desfavoráveis à navegação, ele não é dos

mais grossos existentes, tampouco apresenta inúmeras áreas de temporais, o que

tornou possível a utilização das formulações para a obtenção da resistência adicional,

e contribuiu significativamente para a otimização da rota no sentido de evitar que a

velocidade da embarcação fosse reduzida voluntariamente ao passar por esses nós,

de cujos pontos operacionais passam do limite superior da margem de operação do

motor.

Com isso, uma proposta de aprimoramento seria implementar no programa uma

redução voluntária da velocidade para um limite nos casos em que a embarcação

fosse obrigada a passar por regiões muito desfavoráveis a navegação e com isso não

conseguisse manter a velocidade original por questões de ter que aumentar a potência

para além do que o motor pode proporcionar ou até mesmo por questões de

segurança.

Além disso, foi notório que em nenhum dos cenários econômicos houve uma análise

que o resultado remetesse a velocidade de projeto de 15 nós. Dessa maneira, se a

tomada de decisão for baseada somente nos custos das análises para uma pernada

de uma viagem, a escolha por uma velocidade de projeto mais baixa e, por

conseguinte, uma nova seleção do sistema propulsivo seria algo que poderia ser feito.

86

7. Referências Bibliográficas

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metodologia para reduÇÃo de consumo de … · iii metodologia para reduÇÃo de consumo de...

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