CEZAR AUGUSTO BELLEZI nUSP: 5948796

IGOR RODRIGUES DE ASSIS n USP: 5483332

SERGIO HASSUI n USP:4942137

RELATRIO FINAL SOBRE o estudo de

NAVIOS BULK CARRIERS(GRANELEIROS)

Grupo 13

NAVIO 9

PROF. DR. CLUDIO MUELLER SAMPAIO PRADO

PROF. DR. BERNARDO LUIS RODRIGUES DE ANDRADE

TUTOR: GUILHERME FEITOSA ROSETTI

SO PAULO

2010

I

Sumrio executivo

O projeto abordado neste trabalho o de um graneleiro Capesize, com 105000

toneladas de deadweight de carga e que far a rota frica do Sul-Itlia

transportando minrio de ferro. No relatrio final so apresentadas as principais

etapas do projeto de uma embarcao. Estas etapas so constitudas pela

definio preliminar das dimenses principais da embarcao, estimativa de

potncia, avaliao de pesos e centros, elaborao do arranjo geral do navio,

modelagem do casco por software, estimativa de resistncia ao avano,

integrao casco-hlice-motor, avaliao de estabilidade esttica,

compartimentagem e anlise estrutural da seo mestra. Aps a concluso de

todas estas etapas espera-se obter um projeto que atenda adequadamente a

todas as especificaes do armador de uma maneira economicamente vivel.

II

Sumary - Design of a 105000 dwt ore bulk carrier This report presents the main components of the project of a vessel, where a

bulk carrier, and includes the three reports submitted to the discipline Projetos

1. These steps will cover an analysis of different subsystems of the boat, trying

to reconcile a series of conflicting demands - for a bulk carrier especially with

regard to space allocation.

Topics from the first report are developed, highlighted the analysis of the route

and the requirements of the shipowner, a preliminary definition of the main

dimensions of the vessel, the power calculations, evaluation of intact transverse

stability and estimation of weights and centers.

First, defined the requirements of the shipowner, which will constitute the basic

objectives to be achieved in the design of the ship. Specifying these

requirements, the vessel will be designed to be a bulk (bulk carrier, carrying

solid bulk) Capesize cargo with a deadweight of 105 thousand tons. The load

carried by the vessel will be specifically iron ore, which will feature the design of

a vessel weight (due to the specific gravity of the cargo - cargo vessels of lower

specific gravity and port container vessels are characterized by volume) and the

route South Africa (exporter of iron ore) Italy (importer of the commodity). The

requirements of the owner are also found autonomy specifications, propulsion,

service speed, service life, among others.

The first step involves the study of the type of the vessel, the survey of

characteristics and typical parameters in literature and similar vessels (obtained

from records of vessels such as the Significant Ships and Lloyd's Register) to

guide the future estimates of vessel design. The next step is lift restrictions that

will involve the main dimensions of the vessel, among them we have the

constraints of the route - mainly characterized by the maximum draft supported

by the ports and channels and mouth maximum supported in the channels - the

corporate regulatory restrictions - such as restrictions on the free edge - and the

restrictions of the series used in drawing the lines of the hull - in our case the

Italian series.

III

After the list of restrictions and design requirements will be prepared the script

for the iterative process define the main dimensions (spiral design) and its

implementation, followed by defining the main dimensions of the vessel - based

on these regressions in the literature, the analysis similar vessels previously

raised and in comparison with typical values of bulk carriers - that will be

corrected in the other iterations of the process, including the definition of

parameters that satisfy the restrictions, requirements and rules.

The topics covered in the second report are the next steps of designing a craft

with the elaboration of the general layout of the ship, a reassessment of weights

and center, the modeling of the hull with Rhino, the analysis of resistance and

integration hull-propeller-engine.

The preparation of general arrangement of the vessel will be used for the

analysis of similar vessels and should follow the guidelines of the main rules

governing the activity of navigation, such as SOLAS, MARPOL and LL66. The

general arrangement of the vessel will assist in the estimation of the centers of

the main components of the vessel, which will assist in a reevaluation of

weights and centers, comparing the results obtained previously (through

regressions and literature) with those obtained by the general arrangement of

the vessel.

The model of the hull of the vessel using the Rhino, based on the principal

dimensions previously estimated on the Italian series. Curvature are analyzed

to verify the quality of the generated model and plansof lines are made (buoys,

the water line and high plans). The resistance is calculated directly from the

model with the aid of software RhinoMarine and compared with the value

obtained by systematic series (Italian series in this case). The next step is the

integration hull-propeller-engine, which uses the sotfware NavCad and assist in

the choice of propeller and engine suitable for the operation of the vessel.

Lastly are the themes addressed in the third report, involving the analysis of

static stability (stability damaged) and compartimentagem and structural

analysis of the midsection of the vessel. The analysis of static stability is

accomplished with the aid of software MaxSurf at Curves of long flooded, and

curves of static stability (righting moments and overturned), which must obey

the main rules previously cited.

IV

Finally, we performed structural analysis of the midsection of the vessel, based

on 1979 ABS standard for steel ships. Initially is raised the norm and defined

the minimum requirements of structural components of the structural

midsection, these parameters consist on the first iteration of a process to

change the size until it reached the value of modulus of rigidity of the section

close to that required by the norm, seeking to avoid an overestimation.

This series of topics covers the preliminary design of a vessel.

V

Lista de Figuras

Figura 1 Alocao de espaos em um graneleiro tpico

Figura 2 Arranjo do Eridge (1993) Significant Ships of 1993

Figura 3 Arranjo do Sage Sagittarius (2001) Signifcant Ships of 2001

Figura 4 - Espiral de projeto da fase de definio das dimenses principais

Figura 5 Arranjo de graneleiros tpicos (a)44000 toneladas de deadweight de

carga (Handymax) (b)75000 toneladas de deadweight de carga (Panamax) (c)

170000 toneladas de deadweight de carga (Capesize) Watson, Pratical Ship

Design

Figura 6 motor MAN B&W 6S50ME-B9 MAN Diesel & Turbo Group

Figura 7 Acomodaes da tripulao tpicas de um avio de carga

Figura 8 Corte transversal do graneleiro diviso de compartimentos

Figura 9 Corte transversal do graneleiro dimenses (metros)

Figura 10 Vista longitudinal do graneleiro diviso de compartimentos

Figura 11 Vista longitudinal do graneleiro dimenses (metros)

Figura 12 Diviso do navio

Figura 13 Plano de balizas srie italiana

Figura 14 Casco modelado

Figura 15 Anlise em zebra do casco modelado

Figura 16 Anlise de curvatura do casco modelado

Figura 17 Plano de balizas do casco modelado

VI

Figura 18 Cortes longitudinais do casco modelado

Figura 19 Planos de linha dgua do casco modelado

Figura 20 Coeficiente de reduo da fora propulsora do modelo

Figura 21 - Resultados para testes em guas abertas para hlice de 4 ps do

modelo Wageningen do tipo B 4-55

Figura 22 Motores utilizados em relao a SMCR e deadweight do navio

Figura 13 Motor 6S60ME-C8

Figura 24 Potncia do motor 6S60ME-C8

Figura 25 Motor 7S50ME-B9

Figura 26 Potncia do motor 7S50ME-B9

Figura 27 Ponto de operao do motor 6S60ME-C8

Figura 28 - Variao dos braos de endireitamento com a borda livre medida a

meio navio.

Figura 29 Curvas de permeabilidade de 60% e 95%

Figura 30 Curva de comprimento alagvel para compartimentagens 1 e 2

Figura 31 Medidas da seo mestra

Figura 32 Arranjo estrutural da seo mestra

Figura 33 arranjo geral do graneleiro

VII

Lista de Grficos

Grfico 1 Comprimento total em funo do deadweight ( navios semelhantes)

Grfico 2 Comprimento entre perpendiculares de vante e de r em relao ao

deadweight (navios semelhantes)

Grfico 3 Boca em funo do deadweight (navios semelhantes)

Grfico 4 Boca em relao ao deadweight (navios semelhantes) analisada

Grfico 5 L/B em funo do deadweight Watson, Pratical Ship Design

Grfico 6 L/B em funo do deadweight (navios semelhantes)

Grfico 7 L/D em funo do deadweight Watson, Pratical Ship Design

Grfico 8 L/D em funo do deadweight (navios semelhantes)

Grfico 9 B/D em funo do deadweight Watson, Pratical Ship Design

Grfico 10 B/D em funo do deadweight (navios semelhantes)

Grfico 11 Pontal em funo do deadweight (navios semelhantes)

Grfico 12 H/D em funo do deadweight (navios semelhantes)

Grfico 13 Calado de projeto em funo do deadweight (navios semelhantes)

Grfico 14 Coeficiente de almirantado em funo do deadweight

Grfico 15 Potncia em relao ao nmero de Froude

Grfico 16 Relao entre peso e potncia do motor

Grfico 17 - Resistncia ao Avano pela srie italiana

Grfico 18 - Potncia Efetiva

VIII

Grfico 19 Grfico do Froude pelo coeficiente de resistncia total do navio

Grfico 20 Grfico da velocidade pela resistncia total do navio

Grfico 21 Grfico da velocidade pela potncia efetiva do navio

Grfico 22 - Correo de t do modelo

Grfico 23 Coeficiente de esteira do modelo

Grfico 24 Correo de w do modelo

Grfico 25 - Correo de escala para o coeficiente de esteira

Grfico 26 Grfico x J

Grfico 27 coeficiente de esteira (w = w1 + w2 + w3) e coeficiente de reduo

da fora propulsora (t = t1 + t2 + t3)

Grfico 28 - Grfico x J

Grfico 29 Diagrama de Burril

Grfico 30 Potncia x Velocidade (NavCad)

Grfico 31 Coeficiente de avano x eficincia propulsor (NavCad)

IX

Lista de Tabelas

Tabela 1 Parmetros tpicos de um navio graneleiro

Tabela 2 Portos na rota frica do Sul-Itlia de minrio de ferro

Tabela 3 Restries principais do projeto pela rota

Tabela 4 Distncia e tempo de viagem nos trechos da rota velocidade de

trabalho de 14,6 ns

Tabela 5 Distncia e tempo de viagem entre o porto de origem e o porto final

velocidade de trabalho de 14,6 ns

Tabela 6 Requisitos do armador

Tabela 7 Restries da rota

Tabela 8 Restries da srie italiana

Tabela 9 Valores de K

Tabela 10 Valores de C

Tabela 11 Valores tpicos de L/B Watson&Gilfillan(1977)

Tabela 12 Valores tpicos de L/D

Tabela 13 Valores tpicos de B/D

Tabela 14 Restries de H/D regas de borda livre

Tabela 15 Valores do coeficiente de bloco

Tabela 16 Resultados da definio inicial das dimenses principais

Tabela 17 Dimenses principais do navio

X

Tabela 18 Dimenses principais, adimensionais, coeficientes de forma e

estabilidade inicial

Tabela 19 Navios semelhantes com nmero de Froude prximos

Tabela 20 Valores do coeficiente de almirantado e potncia

Tabela 21 Dimenses e caractersticas do motor

Tabela 22 Nmero mnimo de anteparas transversais ABS (American

Bureau of Shipping)

Tabela 23 Pesos e centros

Tabela 24 Comparao de centros

Tabela 25 Margens da marinha norte-americana

Tabela 26 Valores para o clculo de resistncia ao avano

Tabela 27 Dados de entrada Navcad

Tabela 28 Parmetros para integrao

Tabela 29 Coeficiente de reduo da fora propulsora e coeficiente de esteira

mdios

Tabela 30 Processo iterativo de definio do dimetro do hlice

Tabela 31 Valores dos coeficientes de esteira e de reduo da fora

propulsora (Alternativa)

Tabela 32 - Coeficiente de esteira e reduo da fora propulsora por Harvald e

pela Srie Italiana

Tabela 33 Comparao dos parmetos requeridos do motor

Tabela 34 Comparao entre motores MAN B&W

Tabela 35 Consumo especfico dos motores

Tabela 36 Dimenses do motor 6S60ME-C8

Tabela 37 Dimenses do motor 7S50ME-B9

XI

Tabela 38 Parmetros do hlice pelo NavCad

Tabela 39 Valores obtidos manualmente

Tabela 40 Clculo da linha neutra e do mdulo de rigidez da seo mestra

primeira estimativa

Tabela 41 Clculo da linha neutra e do mdulo de rigidez da seo mestra

ltima iterao

Tabela 42 Dados do graneleiro projetado

XII

Lista de Equaes

Equao 1 Regresso clssica de Posdunine

Equao 2 Deslocamento preliminar

Equao 3 Regresso para o LOA em funo do deadweight (navios

semelhantes)

Equao 4 - Regresso para o LPP em funo do deadweight (navios

semelhantes)

Equao 5 Regresso da linha de tendncia do Grfico 3

Equao 6 Regresso da boca em funo do deadweight (navios

semelhantes)

Equao 7 Regresso do pontal em funo do deadweight (navios

semelhantes)

Equao 8 Regresso do calado de projeto em funo do deadweight (navios

semelhantes)

Equao 9 Coeficiente de bloco

Equao 10 Coeficiente de bloco Watson&Gilfillan

Equao 11 Coeficiente de bloco Alexander

Equao 12 - Nmero de Taylor

Equao 13 Coeficiente de bloco regresso japonesa

Equao 14 Deslocamento para navios de peso

Equao 15 Deadweight

Equao 16 Peso leve do navio

XIII

Equao 17 Coeficiente de seo mestra

Equao 18 Coeficiente de seo mestra (HSVA)

Equao 19 Coeficiente de seo mestra (Kerlen)

Equao 20 Coeficiente prismtico longitudinal

Equao 21 Coeficiente de linha dgua

Equao 22 Coeficiente de linha dgua (regresso)

Equao 23 coeficiente de inrcia transversal (SDC)

Equao 24 coeficiente de inrcia transversal (Eames)

Equao 25 BM transversal

Equao 26 Posio vertical do centro de gravidade (regresso rudimentar)

Equao 27 KB (Frmula de Morrish)

Equao 28 Estabilidade inicial transversal

Equao 29 - Coeficiente de Almirantado

Equao 30 Coeficiente de Almirantado(Harvald)

Equao 31 Peso total do Projeto

Equao 32 Peso estrutural de ao

Equao 33 Peso de outfitting

Equao 34 Peso estrutural total

Equao 35 regresso para peso do motor

Equao 36 Peso de outras mquinas

XIV

Equao 37 Peso total de maquinas

Equao 38 Peso de combustvel e leos

Equao 39 Deadweight de carga

Equao 40 Peso total do navio

Equao 41 Clculo do LCB por Froude

Equao 42 Clculo do LCB pelo Cp

Equao 43 Clculo do VCG casco

Equao 44 Clculo do LCG

Equao 45 Clculo do VCG maquinrio

Equao 46 Clculo do duplo fundo

Equao 47 Clculo do VCG outfit

Equao 48 ndice de subdiviso R

Equao 49 ndice de subdiviso A

Equao 50 Calculo do Cw

Equao 51 Clculo do nmero de Froude

Equao 52 Clculo da rea S0

Equao 53 Clculo de resistncia friccional Hughes

Equao 54 Nmero de Reynolds do modelo

Equao 55 Clculo do coeficiente de resistncia total do modelo

Equao 56 Clculo do coeficiente de resistncia residual

XV

Equao 56 Clculo do coeficiente de resistncia residual

Equao 58 Clculo do coeficiente de resistncia total do navio

Equao 59 Clculo do nmero de Reynolds do navio

Equao 60 Clculo do coeficiente CA

Equao 61 Clculo da Resistncia total do navio

Equao 62 Clculo da potncia efetiva do navio

Equao 63 Esteira total

Equao 64 Relao coeficiente de reduo do propulsor com esteira

potencial

Equao 65 Coeficiente

(Burril)

Equao 66 Nmero de cavitao local a 0,7 do raio do hlice

Equao 67 Momento fletor total na seo mestra

Equao 68 Parcela do momento fletor de guas tranqilas

Equao 69 Coeficiente para momento fletor em guas tranqilas

Equao 70 Parcela do momento fletor de ondas

Equao 71 Coeficiente da parcela de onda do momento fletor

Equao 72 Altura efetiva da onda padro

Equao 73 Mdulo de rigidez requerido

Equao 74 Tenso de flexo longitudinal nominal permissvel

XVI

Equao 75 Mdulo de rigidez requerido

Equao 76 Coeficiente do mdulo de rigidez

Equao 77 Espessura mnima do chapeamento do costado

Equao 78 Espessura mnima do chapeamento do costado

Equao 79 Espessura mnima da chapa trincaniz a meio navio

Equao 80 Espessura mnima do chapeamento do fundo

Equao 81 Espessura mnima do chapeamento do teto do duplo fundo na

casa de mquinas

Equao 82 Espaamento entre as cavernas a meio navio

Equao 83 Espessura mnima do chapeamento dos conveses resistentes

Equao 84 - Espessura mnima do chapeamento dos conveses resistentes

Equao 85 Espessura mnima para convs acima de tanques

Equao 86 Altura mnima do duplo fundo

Equao 87 Espessura mnima das quilhas verticais

Equao 88 Mdulo de rigidez mnimo das sicordas

Equao 89 Mdulo de rigidez do perfil em formato de T

Equao 90 Mdulo de rigidez mnimo das sicordas limites das escotilhas

Equao 91 Constante K

Equao 92 Mdulo de rigidez mnimo dos perfis longitudinais leves do fundo

XVII

Lista de Smbolos

LOA comprimento total do navio (m)

LPP comprimento entre as perpendiculares de vante e de r (m)

LWL comprimento de linha dgua (m)

B boca (m)

H calado (m)

D pontal (m)

g acelerao da gravidade (m/s2)

VS - velocidade de servio do navio (ns)

Fn nmero de Froude

CB coeficiente de bloco

CM coeficiente de seo mestra

CWL coeficiente de linha dgua

Cx coeficiente de seo mxima

CP coeficiente longitudinal prismtico

CVP coeficiente vertical prismtico

- deslocamento volumtrico (m)

- deslocamento em massa (ton)

- densidade da gua (kg/m)

CV - coeficiente volumtrico

GML - alturas metacntricas longitudinal (m)

GMT - alturas metacntricas transversal (m)

LCB - centro longitudinal de carena (m)

KB - centro transversal de carena (m)

XVIII

BMT - raio metacntrico transversal (m)

BML - raio metacntrico longitudinal (m)

KG - distncia entre a quilha e o centro de gravidade (m)

Ci - coeficiente de inrcia transversal na linha dgua

IT momento de inrcia transversal (m4)

Cii - coeficiente de inrcia longitudinal na linha dgua

IL momento de inrcia longitudinal (m4)

XIX

Sumrio 1. Introduo ................................................................................................... 1 2. Objetivo ....................................................................................................... 4 3. Detalhamento dos requisitos do armador.................................................... 5 4. Navios Graneleiros - Descrio ................................................................... 6

Descrio detalhada ....................................................................................... 9 Eridge (1993) .............................................................................................. 9 Sage Sagittarius (2001) ............................................................................. 12

5. Definio da Rota ...................................................................................... 15 Requisitos do armador (rota) ........................................................................ 15 Produo de minrio de ferro ....................................................................... 15

Portos da frica do Sul.............................................................................. 16 Porto da Cidade do Cabo (Cape Town) .................................................... 16 Porto de Durban ........................................................................................ 16 Porto de Porto Elizabeth (Port Elizabeth) .................................................. 17 Porto de Richards Bay.............................................................................. 18

O canal de Suez ........................................................................................... 19 Portos na Grcia ........................................................................................... 20

Porto de Salonica (Thessaloniki) ............................................................... 20 Porto do Pireu (Piraeus) ............................................................................ 21

Portos na Itlia .............................................................................................. 21 Porto de Gnova (Genoa) ......................................................................... 22 Porto de Veneza (Venezia) ....................................................................... 22 Porto de Napoli (Naples) ........................................................................... 23 Porto de Livorno ........................................................................................ 23

Definio da rota, restries, distncias e tempo de viagem ........................ 25 6. Definio das dimenses principais, coeficientes de forma, estabilidade inicial ................................................................................................................ 27

Espiral de projeto .......................................................................................... 27 Restries ..................................................................................................... 30 Definio das dimenses principais .............................................................. 32

Anlise de navios semelhantes ................................................................. 32 Comprimento ............................................................................................. 33 Boca .......................................................................................................... 37 Adimensional L/B ...................................................................................... 40 Adimensional L/D ...................................................................................... 42 Adimensional B/D ...................................................................................... 44 Pontal ........................................................................................................ 46 Adimensional H/D ..................................................................................... 48 Calado de projeto ...................................................................................... 49 Coeficiente de bloco .................................................................................. 50 Deslocamento ........................................................................................... 53

Estimativa inicial ........................................................................................... 55 Prximas iteraes ....................................................................................... 56 Coeficientes de forma e estabilidade inicial .................................................. 57

Coeficiente de seo mestra ..................................................................... 57 Coeficiente prismtico (longitudinal) ......................................................... 58

XX

Coeficiente de linha dgua ....................................................................... 58 Coeficiente de inrcia transversal ............................................................. 60 Posio vertical do centro de gravidade.................................................... 61

Estabilidade inicial transversal intacta .......................................................... 62 7. Potncia .................................................................................................... 64 8. Estimativa de pesos e centros .................................................................. 68

Pesos ............................................................................................................ 68 Estimativa do Peso Total do Projeto ......................................................... 69 Peso da estrutura do navio ....................................................................... 69 Peso das mquinas ................................................................................... 71 Peso do combustvel ................................................................................. 72 Peso da carga ........................................................................................... 73 Peso do lastro ........................................................................................... 74 Peso Total ................................................................................................. 74

Centros ......................................................................................................... 76 Centros de Gravidade ............................................................................... 76 Centros de gravidade do casco ................................................................. 77 Centro de gravidade do maquinrio .......................................................... 77 Centro de gravidade de Outfit ................................................................... 78

Arranjo do navio ............................................................................................ 80 Arranjo de um navio graneleiro ................................................................. 80 Casa de mquinas .................................................................................... 81 Compartimentos de carga ......................................................................... 83 Escotilhas .................................................................................................. 85 Tanques de combustvel ........................................................................... 85 Tanques de gua potvel .......................................................................... 86 Tanques de lastro ..................................................................................... 87 Superestrutura .......................................................................................... 88 Anteparas transversais e compartimentos estanques ............................... 89

Regulamentaes ......................................................................................... 89 SOLAS Safe of Life at Sea [13] .............................................................. 89 Convention of Load Lines of 1966 [32] ...................................................... 92 MARPOL - International Convention for the Prevention of Pollution From Ships, 1973/1978 [33] ............................................................................... 92

Definio do arranjo geral ............................................................................. 93 Pesos e centros ............................................................................................ 98

Deslocamento e centro de gravidade vertical ........................................... 99 Estabilidade inicial intacta ....................................................................... 101

9. Modelagem do casco .............................................................................. 102 Anlise do Casco ........................................................................................ 104

Zebra ....................................................................................................... 105 Curvatura ................................................................................................ 105

Plano de linhas ........................................................................................... 106 Stations ................................................................................................... 106 Buttocks .................................................................................................. 106 Waterlines ............................................................................................... 106

10. Srie Italiana......................................................................................... 107 Mtodo de correspondncia ....................................................................... 107 Seleo das formas de proa e de popa ...................................................... 108 Design de um casco da Srie ..................................................................... 109

XXI

11. Resistncia ao avano ......................................................................... 109 12. Anlise de Resistncia ao Avano pelo software NAVCAD ................. 116

Resistncia ao Avano ............................................................................... 116 Metodologia usada pelo software ............................................................... 117

A previso da resistncia a casco nu ...................................................... 117 Correlao modelo-navio ........................................................................ 117 A rugosidade da superfcie do casco ...................................................... 117 Fator de forma ......................................................................................... 118 Parmetros de Entrada ........................................................................... 118

13. Anlise Grfica do NAVCAD ................................................................ 120 Comparao entre os Resultados .............................................................. 122 Concluso ................................................................................................... 123

14. Integrao casco-hlice-motor ............................................................. 124 Coeficientes de esteira e reduo da fora propulsora ............................... 124 Testes de propulso ................................................................................... 126 Escolha do hlice ........................................................................................ 130 Clculo dos parmetros do hlice ............................................................... 132 Coeficiente de esteira e de reduo da fora propulsora ........................... 135

15. Integrao Casco-Hlice ...................................................................... 137 Cavitao .................................................................................................... 139 Escolha do Motor ........................................................................................ 142

6S60ME-C8 ............................................................................................. 145 7S50ME-B9 ............................................................................................. 147

Clculo da rotao para Potncia Normal .................................................. 149 Anlise Integrao Casco-Hlice-Motor pelo Navcad ................................. 150

Resultados e Grficos ............................................................................. 151 Concluses ................................................................................................. 151

16. Estabilidade avariada ........................................................................... 153 Introduo ................................................................................................... 153 Descrio .................................................................................................... 153 Estudo no padro da avaria ........................................................................ 154 Efeitos da Avaria ......................................................................................... 155 Perda do Navio ........................................................................................... 156 Conceitos Importantes ................................................................................ 157 Regulamentao ......................................................................................... 158 Carregamentos do Navio ............................................................................ 160

17. Projeto estrutural da seo mestra ....................................................... 162 Momento fletor ............................................................................................ 162 Mdulo de resistncia requerido ................................................................. 164 Restries dos componentes estruturais .................................................... 165 Espessuras do chapeamento ..................................................................... 165

Costado ................................................................................................... 165 Trincaniz .................................................................................................. 166 Fiada do cintado ...................................................................................... 167 Fundo do duplo fundo ............................................................................. 167 Teto do duplo fundo ................................................................................ 167 Conveses ................................................................................................ 168

Perfis longitudinais pesados ....................................................................... 169 Quilhas verticais ...................................................................................... 169

Perfis longitudinais leves ............................................................................ 172

XXII

Perfis do fundo ........................................................................................ 172 Perfis do teto do duplo fundo e dos conveses resistentes ...................... 173

Arranjo estrutural preliminar da embarcao .............................................. 173 18. Concluso ............................................................................................ 178 19. Bibliografia ............................................................................................ 181 20. Anexo 1 Tabela de Navios Semelhantes ........................................... 183 21. Anexo 2 Eridge(1993) ampliado ..................................................... 187 22. Anexo 3 Sage Saggitarius (2001) ampliado ................................... 188 23. Anexo 4 Modelagem Caractersticas do casco ............................... 189 24. Anexo 6 - Descrio detalhada da sria Italiana .................................. 195 25. .................................................................................................................. 195

Introduo ................................................................................................... 195 Investigao Preliminar............................................................................... 196 Fator de forma ............................................................................................ 196 Separabilidade dos efeitos.......................................................................... 197 Definies dos parmetros significativos .................................................... 199

Parmetros significativos da regio da popa ........................................... 199 Parmetros significativos da regio de proa ........................................... 200

Seleo das formas de proa e de popa ...................................................... 201 Derivados do casco me ......................................................................... 201 Dimenses e caractersticas dos modelos .............................................. 202 Design de um casco da Srie ................................................................. 204

Ensaios experimentais e anlise de resultados .......................................... 205 Descrio dos testes ............................................................................... 205 Anlise dos resultados experimentais ..................................................... 205 Testes de Resistncia ............................................................................. 205 Fator de Forma ....................................................................................... 205 Coeficiente de Resistncia de Onda ....................................................... 207

Representao Grfica dos Resultados ..................................................... 209 Definio dos parmetros bsicos da forma do casco ............................ 209 Avaliao de desempenho casco pelo mtodo do fator de forma ........... 215 Avaliao da resistncia.......................................................................... 215 Avaliao do desempenho do casco pelo mtodo ITTC ......................... 219 Avaliao da resistncia.......................................................................... 219

Referncias Srie italiana ........................................................................ 220

1

1. Introduo

Neste relatrio so apresentados os principais componentes do projeto de uma

embarcao, no caso um graneleiro, e contempla os trs relatrios

apresentado disciplina Projeto 1. . Estas etapas contemplaro uma anlise de

diferentes subsistemas da embarcao, tentando conciliar uma srie de

exigncias conflitantes - no caso de um graneleiro principalmente no referente

alocao de espao.

So desenvolvidos os tpicos relativos ao primeiro relatrio, destacado a

anlise da rota e dos requisitos do armador, a definio preliminar das

dimenses principais da embarcao, os clculos de potncia, avaliao da

estabilidade transversal intacta e estimativa de pesos e centros.

Primeiramente so definidos os requisitos do armador, que constituiro os

objetivos bsicos a serem alcanados no projeto do navio. Especificando estes

requisitos, a embarcao a ser projetada ser um graneleiro (bulk carrier-

carrega granis slidos) Capesize com um deadweight de carga de 105 mil

toneladas. A carga especificamente transportada pela embarcao ser

minrio de ferro, o que caracterizar o projeto de uma embarcao de peso

(devido gravidade especfica da carga - navios com cargas de menor

gravidade especfica e porta-contineres so caracterizados como

embarcaes de volume) e a rota ser da frica do Sul (exportador de minrio

de ferro) a Itlia (importador da commodity). Nos requisitos do armador tambm

so encontradas especificaes de autonomia, propulso, velocidade de

servio, vida til, entre outras.

A primeira etapa envolve o estudo do tipo de embarcao, o levantamento de

caractersticas e parmetros tpicos na literatura e em navios semelhantes

(obtidos em registros de embarcaes tais como o Significant Ships ou o

Lloyd's Register) para nortearem as futuras estimativas da embarcao em

projeto. O prximo passo est no levantamento das restries que envolvero

as dimenses principais da embarcao, entre elas temos a restries da rota,

- caracterizada principalmente pelo calado mximo suportado pelos portos e

canais e pela boca mxima suportada nos canais - as restries das

2

sociedades regulamentadoras - como as restries de borda livre - e as

restries da srie utilizada no desenho das linhas do casco - no nosso caso a

srie italiana.

Em seguida a enumerao das restries e requisitos de projeto ser

elaborado o roteiro do processo iterativo de definio das dimenses principais

(espiral de projeto) e sua execuo, seguida pela definio das dimenses

principais da embarcao - estas baseadas em regresses encontradas na

literatura, na anlise dos navios semelhantes anteriormente levantados e na

comparao com valores tpicos de graneleiros - que sero corrigidas nas

demais iteraes do processo, at a definio de parmetros que obedeam as

restries, requisitos e regras.

Nos temas abordados no segundo relatrio esto os passos subseqentes do

projeto de uma embarcao, com a elaborao do arranjo geral do navio, uma

reavaliao de pesos e centro, a modelagem do casco com software Rhino, a

anlise de resistncia ao avano e a integrao casco-hlice-motor.

A elaborao do arranjo geral da embarcao se utilizar da anlise de navios

semelhantes e dever seguir as diretrizes das principais normas que regulam a

atividade de navegao, como a SOLAS, a MARPOL e a LL66. O arranjo geral

da embarcao auxiliar na estimativa dos centros dos principais componentes

da embarcao, que auxiliar em uma reavaliao de pesos e centros,

comparando os resultados anteriormente obtidos (atravs de regresses e da

literatura) com aqueles obtidos pelo arranjo geral da embarcao.

Segue a modelagem do casco da embarcao utilizando o software Rhino,

baseada nas dimenses principais estimadas anteriormente e na srie italiana.

So feitas anlises de curvatura para verificar a qualidade do modelo gerado e

deste so feitos os planos de linhas (plano de balizas, de linha dgua e de

alto). A resistncia ao avano calculada diretamente do modelo com auxlio

do software RhinoMarine e comparada com o valor obtido pela srie

sistemtica (srie italiana neste caso). O prximo passo consiste na integrao

casco-hlice-motor, que utilizar a sotfware NavCad e auxiliar na escolha do

propulsor e do motor adequados para a operao da embarcao.

3

Por ltimo esto os temas abordados no terceiro relatrio, que envolvem a

anlise de estabilidade esttica (estabilidade avariada) e compartimentagem e

a anlise estrutural da seo mestra da embarcao. A anlise de estabilidade

esttica feita com o auxlio do software MaxSurf, na elaborao das curvas

de comprimento alagvel, e curvas de estabilidade esttica (momentos de

endireitamento e emborcamento), que devem obedecer as principais normas

anteriormente citadas.

Por fim realizada a anlise estrutural da seo mestra da embarcao,

baseada na norma ABS 1979 para navios de ao. Inicialmente levantada a

norma e definidos os requisitos mnimos estruturais do componentes

estruturais da seo mestra, estes parmetros consistem na primeira iterao

de um processo de mudana das dimenses at que seja atingido um valor do

mdulo de rigidez da seo prximo a aquele requerido pela norma,se

buscando tambpem evitar um superdimensionamento.

Esta srie de tpicos abragem o projeto preliminar de uma embarcao.

4

2. Objetivo

O objetivo deste relatrio desenvolver as o projeto de um navio graneleiro,

com deadweight de carga de 105 mil toneladas, que carregue minrio de ferro

da frica do Sul a Itlia. O trabalho tem motivao de fixar os conceitos

apresentados em sala de aula inerentes ao processo de projeto de

embarcaes, levar o aluno a executar na prtica o projeto de um navio o

estabelecimento de um arranjo otimizado de uma srie de subsistemas

conflitantes - aquisio de viso sistmica. O estudante tambm se itera do

processo de confeco de um relatrio tcnico, se familiarizando com suas

regras.

O trabalho engloba a utilizao de uma srie de diferentes ferramentas de

consulta e anlise e auxilia o estudante na autonomia e procura de fontes.

Podem ser citadas a consulta a navios semelhantes, familiarizao com as

principais normas que regem a navegao, utilizao de diferentes literaturas

na elaborao do projeto e auxlio de softwares comuns na indstria naval,

como o Rhinoceros, RhinoMarine, MaxSurf e NavCad.

Os diferentes conceitos a serem abordados e fixados no relatrio, como um

todo, so: a definio da rota, definio preliminar das dimenses principais da

embarcao, avaliao de pesos e centros, elaborao do arranjo geral da

embarcao, modelagem do casco, anlise de resistncia ao avano,

integrao casco-hlice-motor, anlise de estabilidade esttica,

compartimentagem e anlise estrutural da seo mestra. So basicamente

abordados os principais conceitos presentes no projeto de uma embarcao.

5

3. Detalhamento dos requisitos do armador

O armador estabeleceu alguns requisitos/restries importantes para o projeto

do navio graneleiro. Tais requisitos so:

Produto: Bulker (Minrio de ferro)

Velocidade de Servio: 14,6 ns (84% MCR)

Deadweight de carga (projeto): 105.500 tons

Rota: frica do Sul Itlia

Autonomia: 21.500 milhas nuticas

Passagem canal de Suez;

Motor Man B&W;

Casco duplo, duto equalizador de esteira e Bow Thruster;

Vida til: 25 anos;

A partir de todas as informaes, devemos escolher quais parmetros so

importantes para a definio do primeiro projeto cujo objetivo inicial ser

determinar as dimenses principais do casco, coeficientes de forma,

estabilidade inicial, anlise de regresses (baseado no conjunto de navios

semelhantes) e uma estimativa de pesos e centros.

6

4. Navios Graneleiros - Descrio

Um navio graneleiro, bulker ou bulk carrier definido com uma embarcao

com um nico convs, equipada com tanques tanto na parte superior como na

parte interior do casco (pores ou compartimentos de carga), separados por

uma srie de anteparas transversais que tambm possuem funo estrutural.

So conhecidos primariamente por serem projetados para o transporte de

cargas de granis slidos.

Os navios graneleiros podem ser classificados em funo do deadweight,

sendo divido em quatro tipos: os navios Capesize, com deadweight maior que

80.000 toneladas; os Panamax, com deadweight entre 50.000 e 80.000 tons;

os Handymax, entre 35.000 e 50.000 tons; e os Handysize entre 10.000 e

35.000 tons. Os navios Handymax e Handysize geralmente so denominados

apenas de Handysize.

Eles so tambm classificados pelo tipo de carga transportada, sendo divido

entre os setores de consumo que esto relacionados:

Minrio de ferro, carvo para a metalurgia, ao, sucata, ferro gusa se incluem

no setor relacionado ao ao. Trigo, gros, soja e fertilizantes pertencem ao

setor relacionado agricultura. Carvo para vapor utilizado no setor

energtico.

Com relao aos equipamentos de carga/descarga, existem algumas

variaes: os gearless bulkers, que so navios sem guindaste e dependem dos

equipamentos dos portos para carregar e descarregar a carga; os geared

bulkers possuem guindaste, dando maior flexibilidade com relao rota, j

que no necessrio que o porto tenha este equipamento e, em geral, so

navios Handysize ou Handymax; os selfdischargers que possui uma

escavadeira capaz de se mover lateralmente; os navios combinados, que

transportam granis lquidos e secos; os Lakers, graneleiros da regio dos

grandes lagos.

7

O projetista deve levar em conta uma srie de requisitos conflitantes ao definir

o arranjo geral de um graneleiro, equilibrando as diversas funes do mesmo

em um espao limitado. Os espaos para alocao dos pores de carga e da

casa de mquinas so os requisitos bsicos a serem dimensionados. Os

pores de carga so compartimentos de comprimento regular dispostos ao

longo do navio com escotilhas para carga/descarga. O espao para tripulao

semelhante aos demais tipos de embarcaes e o volume dos tanques de

combustvel, dos tanques de lastro e dos tanques de gua potvel devem

tambm ser dimensionados e so considerados para satisfazer alguns

parmetros de projeto como o calado mnimo.

A diviso dos compartimentos estanques e estabilidade so outros parmetros

fundamentais. O nmero mnimo de anteparas regulamentado. O acesso a

diferentes partes do navio por parte da tripulao tambm deve ser levado em

conta. A Figura 1 apresenta o arranjo tpico dos espaos em um graneleiro,

com os compartimentos de carga, sala de mquina, superestrutura e tanques

de lastro.

Figura 1 Alocao de espaos em um graneleiro tpico

Como os demais tipos de embarcaes, os graneleiros tambm devem ser

registrados por alguma sociedade classificadora e possuir uma bandeira. Os

graneleiros so obrigados a se adequarem as resolues do IMO (International

Maritime Organization), do International Convention on Load Lines, 1966,

8

SOLAS, MARPOL 73/78 entre outras. Em particular, para os graneleiros, temos

tambm a resoluo MSC 23(59) do IMO, International Code of Safe Practice

for Ship's Carrying Timber Deck Cargoes 1991, International Code for the Safe

Carriage of Grain in Bulk e a resoluo A715 do IMO. O navio tambm deve

participar de um programa estendido de inspees (ESP - Enhanced Survey

Program) prprio para graneleiros, devido dificuldade em inspecionar as

medidas obrigatrias dos mesmos.

Os navios graneleiros, como dito anteriormente, variam significativamente no

tamanho, com os mais variados valores de deadweight, deslocamento,

comprimento, boca, calado de projeto, pontal entre outra dimenses; mas

possuem uma srie de caracterstica similares, notadamente ligadas aos

adimensionais e aos coeficientes de forma. Graneleiros operam em

velocidades reduzidas, visando a economia de combustvel, que os leva a

possuir um baixo Nmero de Froude. Diretamente ligado ao baixo nmero de

Froude e aumentar a capacidade de carga, os coeficientes de forma tambm

so altos, prximos ao valor unitrio, com formas pouco esbeltas. Abaixo est a

Tabela 1, com os valores tpicos de um graneleiro para os parmetros

adimensionais e coeficientes de forma.

Tabela 1 Parmetros tpicos de um navio graneleiro

Economicamente, os graneleiros so utilizados no segmento de tramp ou no

segmento industrial de transporte. O segmento industrial constitui as

embarcaes controladas por empresas e que navegam para os fins de seus

donos; enquanto as embarcaes do segmento tramp se baseiam na busca por

Parmetro Valor tpico FN 0,15 CB 0,81 0,87 L/B 5,5 6,5 L/D 11,5 B/D 1,9 H/D 0,7 CSM 0,99 CP 0,85 CPV 0,95 CWL 0,87

9

cargas, sem linha pr-programadas ou definidas. Este ltimo segmento tem por

objetivo reduzir custos, por estar geralmente ligado a produtos de baixo valor

agregado (commodities) e acrescentar o mnimo de valor ao produto em

comparao com os modais concorrentes.

No segmento tramp, os contratos so firmados entre armadores e afretadores,

atravs de atravessadores (ou intermedirios) onde aquele ligado ao

afretador demonstra no mercado a demanda de seu cliente e sai a busca de

embarcaes, estas so oferecidas pelos intermedirios do armadores. Pela

prpria natureza do segmento, este possui menor planejamento estratgico, o

que acarreta maiores riscos e menor confiabilidade nos prazos oferecidos

compensador por um menor frete e maiores variaes de frete, que variam

de acordo com um mercado competitivo (diferentemente do segmento liner, de

carga geral contineres com menor variao de frete).

Descrio detalhada

Para apresentar com maior detalhamento, foram escolhidos os seguintes

semelhantes: Eridge (1993) e Sage Sagittarius (2001). Ambos so navios

graneleiros, do tipo Capesize, com valores de deadweight de carga prximos

do deadweight de projeto do navio.

Eridge (1993)

O navio Eridge possui o casco de ao, utilizando aproximadamente 66% de ao

de alta resistncia. Possui casco simples, com um arranjo de 9 pores,

interligados por tanques laterais e pelo duplo fundo, utilizados para gua de

lastro. O arranjo do navio apresentado na Figura 2. Os pores 1, 3, 5, 7 e 9

so reforados para o carregamento de minrio. J os 2, 4 e 8 podem ser 50%

carregados e o 6 pode ser carregado com gua de lastro no porto.Possui um

sistema de controle de esforos no casco, com sensores nos pores 1 e 9, e a

meia nau, permitindo controle 24 horas.

10

Figura 2 Arranjo do Eridge (1993) Significant Ships of 1993

O motor principal um KHIC-MAN B&W 5S70MC, de baixa rotao, com

potencia de 16.200 bhp a 82 rpm, fornecendo a velocidade de servio de 14

ns.

Ficha Tcnica:

Construtor

Daewoo Shipbuilding & Heavy Machinery Ltd, Korea

Nome da Embarcao

Eridge

Armador

P&O Bulk Shipping Ltd, Hong Kong

Projetista

Shipbuilder

Bandeira

Hong Kong

Comprimento Total (LOA)

266 m

Comprimento entre Perpendiculares (LBP)

256 m

Boca (B)

40,50 m

Pontal (D)

21,20 m

Deadweight (DWT) design

114.012 ton

scantling

122.773 ton

Calado (H)

14,52 m

15,42 m

Velocidade de Servio

14,11 ns (85% MCR, calado de projeto)

11

Capacidade de Carga Gros

136.042 m

Combustvel

leo Pesado

3360 m

leo Diesel

205 m

gua de Lastro

55.141 m

Motor Principal

Quantidade

1

Modelo

MAN B&W

Fabricante

Korea Heavy Industries & Construction

Potncia

16200 bhp a 82 rpm

Propulsor

Quantidade

1

Material

nickel-aluminium-bronze

Fabricante

Nakashima

Passo

Fixo

Dimetro

8160 mm

Velocidade de Servio

82 rpm

Alternadores a diesel

Fabricante Motor - Modelo

Hyundai Electrical Engineering Co

Quantidade

3

Fabricante Alternador - Modelo

Yanmar

Potncia

3x 640 kW

Caldeiras

Quantidade

2

Tipo

Tubo de gua vertical

Fabricante

Osaka

Potncia

2x 1,5 t/h

Equipamentos de ancoragem

Quantidade

8

Fabricante

Norwinch

Tipo

Eltrico-hidrulico

Tampas de escotilha

Fabricante

Kayaba

Tipo

rolamento lateral / guincho hidrulico

Complemento

Oficiais

18

Tripulao

10

Equipe de reparos

4

Cadetes

4

Quartos individuais

sim

Sistema de deteco de fogo

Fabricante

Namyang

Tipo

Namyang-Thorn T-880

Sistema de extino de fogo

Fabricante

Unitor

12

Sala de mquinas

CO2

Cabines

Extintores portteis

Sistema de eliminao de resduos

Resduos manipulados

leo usado

Incinerador - Fabricante / Modelo

Hyundai Industrial Machinery Co Ltd / OSV-50 SPA

Sage Sagittarius (2001)

O navio Sage Sagittarius possui sistema de auto-descarga, desenhado

para o transporte de carvo, capaz de manipular 200 t/hora. Possui casco

duplo, com tanques laterais para gua de lastro, sendo dividido em seis pores

em formato de caixa por anteparas transversais duplas. O poro 3 pode ser

utilizado como tanque de lastro. As laterais dos pores so verticais com um

pequeno declive no fundo, o que permite que aproximadamente 98% da carga

pode ser retirada mecanicamente. O arrranjo do navio est apresentado na

Figura 3.

Figura 3 Arranjo do Sage Sagittarius (2001) Significant ships of 2001

13

O motor principal um Mitsubishi 8UEC60LS II, que desenvolve 15.300

kW a 104 rpm, conduzindo o propulsor de passo fixo a uma velocidade de

servio de 15 ns.

Ficha Tcnica:

Construtor

Imabari Shipbuilding Co Ltd, Marugame Shipyard, Japan

Nome da Embarcao

Sage Sagittarius

Armador

Hesperus Maritima AS, Panama/NYK, Japan

Projetista

Imabari Shipbuilding Co Ltd, Japan

Bandeira

Panama

Comprimento Total (LOA)

234,93 m

Comprimento entre Perpendiculares (LBP)

226 m

Boca (B)

43 m

Pontal (D)

25,4 m

Deadweight (DWT)

105.708 ton

Calado (T)

15,27 m

Largura duplo casco lado

5 m

fundo

2,3 m

Velocidade de Servio

15 ns

Consumo combustivel

56,3 t/dia

Capacidade de Carga Gros

126.188 m

Combustvel

leo Pesado

4364 m

leo Diesel

342 m

Lastro de gua

67.004 m

Motor Principal

Quantidade

1

Modelo

Mitsubishi - 8UEC60LS II

Fabricante

Mitsubishi Heavy Industries

Potncia

15300 kW a 104 rpm

Propulsor

Quantidade

1

Material

nickel-aluminium-bronze

Fabricante

Nakashima

Passo

Fixo

Dimetro

7350 mm

Velocidade de Servio

104 rpm

Alternadores a diesel

Fabricante Motor - Modelo

Daihatsu - 5DK-26

Quantidade

4

Fabricante Alternador - Modelo

Nishishiba - NTAKL-VCP

Potncia

4x 1700 kVA a 720 rpm

14

Caldeiras

Quantidade

1

Tipo

leo composto / exaustor de gs

Fabricante

Osaka

Potncia

1800 kg/h (oil), 1600 kg/h (gas)

Equipamentos de ancoragem

Quantidade

8

Fabricante

Fukushima

Tipo

eltrico-hidrulico

Tampas de escotilha

Fabricante

Tsuji

Tipo

Piggy-back' pontoons

Complemento

Oficiais

9

Tripulao

14

Cabines

individuais

Sistema de deteco de fogo

Fabricante

Autronica

Tipo

BS-100/4

Sistema de extino de fogo

Fabricante

Nippon Dry Chemical

Pores/acomodaes

bomba de incndio

Sala de mquinas

CO2

Sistema de eliminao de resduos

Incinerador - Fabricante / Modelo

Sunflame / OSG-600SDA

Estao de tratamento esgoto - Fabricante / Modelo

Taiko Kikai / SBT-40

15

5. Definio da Rota

Requisitos do armador (rota)

Rota: frica do Sul Itlia

Autonomia: 21500 milhas nuticas

Velocidade de servio: 14,6 ns (84%MCR)

Produto: Minrio de ferro

Produo de minrio de ferro

frica do Sul, oitavo maior produtor de minrio de ferro do planeta, com uma

produo anual de cerca de 31 milhes de toneladas anuais China e Brasil

so os maiores exportadores mundiais. A frica do Sul tambm possui a oitava

maior empresa exportadora do minrio, a ISCOR. Com exportaes de 16

milhes de toneladas anuais a maior exportadora mundial a Companhia

Vale do Rio Doce (Brasil).

Itlia o stimo maior importador de minrio de ferro do planeta, importando

anualmente cerca de 16 milhes de toneladas do material. Os dados so da

segunda metade da dcada de 90 retirados do site do BNDES.

A rota basicamente consiste no transporte de minrio de ferro da frica do Sul

para a Itlia. O navio graneleiro em projeto ser carregado com minrio de ferro

na frica do Sul, no porto com maior facilidades de escoamento da regio de

extrao e com equipamentos mais adequados para o carregamento da

embarcao. O navio contornar o leste da frica e passar pelo canal de

Suez. A carga de minrio de ferro ser descarregada em portos do sul europeu

(entre eles portos gregos) para por fim a embarcao chegar Itlia para

descarregar a maior parte da carga em diferentes portos.

16

Portos da frica do Sul

So apresentados abaixo os principais portos da frica do Sul, com a finalidade

de definir aquele que melhor atende s expectativas dom relao facilidade

no carregamento de minrio de ferro retirado da frica do Sul (inclui as

instalaes para carregamento de carga a granel e ligao com malha

ferroviria e rodoviria) e maior flexibilidade quanto s restries de dimenses

do navio (com a finalidade de facilitar o projeto e ampliar a variedade de

combinaes de dimenses possveis). Os portos na frica do Sul so

controlados pela NPA (National Ports Authority) e os dados abaixo

apresentados foram obtidos do site da autoridade [22] e de [21].

Porto da Cidade do Cabo (Cape Town)

Porto de mdio porte. Consegue atender embarcaes de at 369,6 metros de

comprimento de 45,1 metros de boca, com um calado mximo de 14 metros.

predominantemente um porto para carregamento de contineres, grandes

embarcaes pesqueiras, embarcaes de cruzeiro e importante porto para

reparo de embarcaes das mais diversas atividades (com crescimento dos

reparos em embarcaes ligadas explorao petroleira). Apesar de sua

especializao, possui alguns cais para carga e descarga de navios

graneleiros.

No ano fiscal de 2008-2009 o porto recebeu 3163 embarcaes. Com cerca de

3 milhes de toneladas em granel (2 milhes de toneladas em importaes e 1

milho de toneladas em exportaes) e 10,5 milhes de toneladas em 774,2

mil contineres (385,5 mil em importaes e 338,7 mil em exportaes).

Porto de Durban

Porto de grande porte, o maior porto da frica do Sul. Suporta embarcaes

com comprimentos de at 300 metros e boca de 37 metros, com um calado

mximo de 12,8 metros (limite do canal de entrada, com 12,8 metros de

profundidade e 122 metros de largura). Possui o maior terminal de

carregamento de contineres do hemisfrio sul e atende cerca de 67% do

transporte em contineres da frica do Sul; tambm responsvel pela maior

17

parte do transporte de cargas a granel do pas. Atende tambm a embarcaes

de cruzeiro e efetua reparos.

No ano fiscal de 2008-2009 o porto recebeu mais de 4 mil embarcaes, com

um fluxo de 41,4 milhes de toneladas de carga; das quais 7,3 milhes de

toneladas em cargas a granel (das quais 5,5 milhes de toneladas em

exportaes), destas 2 milhes em cargas fracionadas (breakbulk cargoes

cargas a granel embaladas, como em tonis, barris, sacas e etc). No terminal e

contineres foram carregados ou descarregados 2,56 milhes de TEUs em

contineres com 34,6 milhes de toneladas em cargas (com 948,2 mil TEUs

em importaes, 994,6 TEUs em exportaes e 617,5 TEUs em cabotagem).

Porto de Porto Elizabeth (Port Elizabeth)

Porto de mdio porte. Fica prximo ao centro industrial automobilstico da

frica do Sul e possui o terminal de carregamento de minrios com o maior

fluxo do hemisfrio sul (com previso de ampliao e modernizao), tem

grande capacidade para atender a indstria pesqueira e uma alternativa para

o carregamento de contineres diante de uma lotao nos portos da Cidade do

Cabo e de Durban o carregamento de contineres em Porto Elisabeth

constitudo majoritariamente pelo transporte de veculos. O fluxo de minrios

liderado pela exportao de mangans, com fluxos menores de outros

minrios, como o minrio de ferro. Possui boa conexo com a malha ferroviria

e rodoviria.

O canal de entrada do porto tem 14,5 metros de profundidade e 310 de largura.

O calado mximo de 11 metros para navios de passageiro e de cargas a

granel secas, 12,1 metros para navios carregando minrios, 11,2 metros para

porta-contineres e 9,6 metros para navios-tanque. O cais para carregamento

de cargas a granel possui comprimento de 360 metros.

No ano fiscal de 2008-2009 passaram pelo porto 1258 embarcaes, com um

fluxo de aproximadamente 10 milhes de toneladas de carga. Destas foram 5,4

milhes de toneladas em contineres, 3,8 milhes de toneladas em cargas a

granel e 864,8 mil toneladas de carga fracionada. A carga a granel que passa

18

pelo porto predominantemente de exportao (cerca 3,2 milhes de

toneladas de um fluxo de 3,8 milhes de toneladas).

Est em processo de construo um novo porto na frica do Sul, vizinho

Porto Elizabeth, o porto de Ngqura. Com o incio das atividades do novo porto,

o porto de Porto Elizabeth tende a perder boa parte de seu fluxo de contineres

e quase todo seu fluxo de carga a granel.

Porto de Richards Bay

Porto de mdio porte. o porto mais a noroeste da frica do Sul, possui o

maior terminal de carregamento de carvo do mundo, o principal e mais

moderno porto para o carregamento de cargas a granel do pas. No entorno do

porto existem fundies de alumnio e fbricas de fertilizante, alm de minas de

ferro, zircnio e xido de titnio. O terminal carrega predominantemente cargas

a granel, com uma grande variedade de produtos de exportao, tais como:

carvo, titnio, minerais pesados, ferro-cromo, granito, alumnio, madeira, etc.

A maior embarcao que foi carregada no porto de Richards Bay foi o Brazilian

Pride, um graneleiro com deadweight de 372,2 mil toneladas, 353,7 metros de

comprimento, 63,4 metros de largura e calado de 21,8 metros na ocasio. O

canal de entrada do porto possui uma profundidade (atual e com a necessidade

de dragagem constante) de 17,5 metros, com profundidade de 19 metros nos

cais de carregamento de graneleiros. O calado mximo permitido de 17

metros.

Em 2008-2009 o porto recebeu 1750 embarcaes com um fluxo de carga de

82,7 milhes de toneladas, das quais 78,7 milhes em granel e 3,9 milhes em

carga fracionada. Foram exportadas por esse porto 76,4 milhes de toneladas

em mercadorias, ou seja, 92% do fluxo de carga no porto, um terminal

absolutamente voltado para a exportao. O porto possui interligao com a

rede ferroviria e rodoviria do pas.

A frica do Sul possui uma srie de outros portos menores tais como os portos

de Mossel Bay, Port Nolloth, East London, Saldanha e a base naval de Simons

Town. Alm disso, est em construo o porto de Ngqura, um porto de mdio

19

porte que atender graneleiros de at cerca de 300 metros de comprimento,

36,5 metros de boca, 14 metros de calado para um deadweight de cerca de 80

mil toneladas e porta-contineres de 300 metros de comprimento, 40 metros de

boca, 14 metros de calado com capacidade de 4500 TEUs (deadweight de

cerca de 70 mil toneladas). Este porto possuir dois cais para porta-continers,

dois para graneleiros (com cargas fracionadas e granis slidos) e um para

cargas lquidas.

De acordo com as especificaes dos portos da frica do Sul, aquele que

apresenta as melhores caractersticas para atender a exportao de minrio de

ferro para a Itlia o porto de Richards Bay, por apresentar o principal terminal

de carregamento de cargas a granel da frica do Sul, alm de vrias

facilidades como restries de dimenses mais flexveis (o porto atende a

navios de grande porte, at aqueles maiores em relao aos requisitos de

projeto) e a menor distncia em relao a Itlia.

A rota traada pelo graneleiro tomar rumo ao norte, passando pelo Oceano

ndico, Mar Vermelho, passando pelo Canal de Suez e Mar Mediterrneo. A

embarcao alcanar a Itlia pouco mais de duas semanas aps a partida,

aps cerca de 6 mil milhas nuticas a uma velocidade 14,6 ns.

O canal de Suez

O canal de Suez um canal construdo para interligar o Mar Vermelho ao Mar

Mediterrneo, com a finalidade de permitir o transporte entre a Europa e sia

ou Leste da frica sem a necessidade de contornar o continente africano. O

canal possui uma extenso de 163 quilmetros ligando o Porto de Said no

Mediterrneo ao porto de Suez no Mar Vermelho.

O canal permite a passagem de embarcaes com calado de at 19 metros

com um deadweight de 210 mil toneladas. A altura mxima da estrutura acima

da linha dgua permitida de 68 metros e uma boca mxima de 77 metros. A

partir do final de 2010, o calado mximo permitido passar a ser 22 metros,

devido a mudanas no leito do canal. No ano de 2009 passaram cerca de

20

17200 embarcaes pelo canal de Suez, transportando mais de 700 milhes de

toneladas em carga.

O canal de Suez e os portos de Said e Suez so ambos controlados pela

autoridade martima da Repblica do Egito, a MTS (Maritime Transport Sector)

que fornece os dados apresentados [23].

Aps a passagem pelo Canal de Suez, o graneleiro passar pela regio sul da

Europa, para descarregar o minrio de ferro nos mercados consumidores. Os

pases de destino sero Grcia e Itlia.

Portos na Grcia

A Grcia possui um nmero considervel de portos, mas so poucos aqueles

de grande e mdio porte - valendo destacar apenas dois. A principal atividade

dos portos gregos costuma ser o transporte de passageiros, ligado ao

importante setor turstico da regio. O transporte de cargas, especialmente de

commodities (tais como o minrio de ferro) para os portos gregos atende a toda

regio balcnica, incluindo naes como Srvia, Bsnia-Herzegovina e

Macednia. Na Grcia, os portos so geridos por autoridades individuais, de

origem privada.

Porto de Salonica (Thessaloniki)

Porto de mdio porte, controlado pela TPA (Thessaloniki Port Authority).

Localiza-se na regio nordeste da pennsula balcnica, prxima a Macednia e

pertence terceira regio mais populosa da Grcia e ao segundo centro

industrial do pas (apenas menos que a regio de Atenas), com indstrias de

base.

No porto passam cerca de 16 milhes de toneladas de carga por ano (sendo 7

milhes de toneladas de granis slidos, 9 milhes de toneladas em

combustveis lquidos) e 370 mil TEUs de carga em contineres carregadas

por cerca de 3000 embarcaes. Os cais possuem uma profundidade que varia

de 8 a 12,5 metros de profundidade, para um calado mximo permitido de 12,5

metros.

21

A Zona Livre do porto de Salonica composta por 9 cais para carga geral. As

cargas mais descarregadas so minerais (ferro e carvo), folhas de metal,

produtos em ao, tabaco, frutas e cargas em pallets. O terminal de cargas do

porto de Salonica est passando por uma profunda modernizao, incluindo

melhores servios de carga e descarga, de estocagem e menores taxas

porturias. Os dados apresentados so encontrados em [24] e [21].

Porto do Pireu (Piraeus)

nico porto de grande porte da Grcia, controlado pela PPA (Port of Pireus

Authority). Fica prximo a principal regio industrial do pas, a apenas 8

quilmetros do centro da cidade de Atenas; por ser o maior porto do pas tem

papel de grande importncia no escoamento de cargas (recebe o maior volume

de importaes e de exportaes) do pas e no transporte de passageiros

(possui o terceiro movimento de passageiros mais intenso do mundo e o

primeiro da Europa).

No porto do Pireu anualmente so transportadas cerca de 6 milhes de

toneladas em carga geral e 1,3 milhes de TEUs de carga em contineres (o

porto possui um dos terminais mais bem equipados para carga e descarga de

contineres). Tambm merece destaque o transporte carros, com mais de

619,4 mil veculos transportados. O calado mximo permitido no porto de 14

metros. Os dados foram obtidos em [21] e [25].

O graneleiro projetado ir passar pelos dois principais portos da Grcia para

descarregar o minrio de ferro. Os portos atendem a diferentes mercados

consumidores gregos e da regio balcnica, em ambos existe a demanda pelo

minrio. Na rota projetada a embarcao passar inicialmente pelo porto de

Salonica e depois pelo porto do Pireu, de onde partir para a Itlia.

Portos na Itlia

Diferentemente da frica do Sul, que possui apenas poucos portos de mdio e

grande porte (4 atualmente e futuramente 5) a Itlia possui uma quantidade

considervel de portos. Sero analisados apenas alguns portos com

caractersticas mais interessantes para a rota em questo, levando em conta

22

apenas portos de grande e mdio porte, com instalaes adequadas para a

descarga de minrio de ferro, restries de dimenses flexveis e se possvel

prximo a costa sul da pennsula. Os portos italianos, diferentemente do sul-

africanos e dos egpcios, so controlados pela iniciativa privada, com

autoridades individuais para cada porto.

Porto de Gnova (Genoa)

Porto de grande porte, controlado pela iniciativa privada, atravs da Autoridade

Porturia de Gnova. Fica no noroeste da Itlia e abastece o norte

industrializado do pas e parte da regio central europia. Tambm se destaca

pela atividade turstica, com cais tanto para navios de cruzeiro quanto para

ferries, com um volume de 3,2 milhes de passageiros (2,7 milhes em ferries

e 520 mil em cruzeiros).

O canal do porto de Gnova possui uma profundidade de 18,2 metros e uma

srie de diferentes cais, para as mais variadas atividades. Dos cais para

descarga e carga de navios graneleiros com cargas slidas a profundidade

mxima de 12,5 metros.

O porto recebeu mais de 7800 embarcaes com um fluxo de 58,6 milhes de

toneladas em cargas (das quais 40 milhes em importaes e 18,6 em

exportaes). Destaca-se o volume de carga geral (27,5 milhes de toneladas),

de leo cru (15 milhes de toneladas) e de granis slidos (6 milhes de

toneladas). Dados encontrados em [26].

Porto de Veneza (Venezia)

Porto de grande porte localizado no nordeste italiano, tambm controlado pela

iniciativa privada, atravs da Autoridade Porturia de Veneza. caracterizado

pelo descarregamento de cargas de granel que so utilizadas na indstria

italiana e pelo turismo, com um volume de 1,7 milho de passageiros. Tambm

um porto de destaque no carregamento de contineres no Mar Adritico, que

banha a costa leste italiana.

23

O calado mximo para o porto de Veneza de 14,5 metros. Em 2008, cerca de

30,8 milhes de toneladas em carga em 3641 embarcaes passaram pelo

porto de Veneza, com destaque para 8,6 milhes de toneladas em cargas

convencionais, 3,7 milhes de toneladas em cargas em contineres, 10,9

milhes de toneladas de petrleo, 2,7 milhes de toneladas em ferro e 1,7

milhes de toneladas em sucatas de ferro-gusa (ferro-gusa o produto da

reduo de minrio de ferro e carvo em forno, constituindo um liga de ferro e

carbono, utilizado na obteno de ferro fundido e ao).

O porto de Veneza conta com a atuao da empresa SpA, que cuida da

logstica do porto, com modernos equipamentos para carregamento e

descarregamento de cargas, cuidando tambm de estoques, embalagem,

colocao das cargas nas embarcaes e etc; por dados de [27].

Porto de Napoli (Naples)

Porto de grande porte localizado no centro-sul da Itlia, controlado pela

Autoridade Porturia de Npoles. Constitui um dos mais importantes portos do

mediterrneo, tendo papel importante na cabotagem e no turismo, com grande

volume de passageiros, na ordem de 9 milhes. As instalaes so eficientes e

modernas, com vrios cais especializados e armazns de carga.

Em 2008 o porto teve um fluxo de 19,4 milhes de toneladas de carga, das

quais 16,1 milhes de toneladas so de cabotagem. Do volume de cargas,

temos 4,1 milhes de toneladas em granis slidos passando pelo porto de

Npoles, dos quais so importados minerais em geral e exportados gneros

agrcolas. O porto possui canais largos e temos restries apenas quanto ao

calado mximo, que deve ser de 13,3 metros, de acordo com [21].

Porto de Livorno

Porto de mdio porte, situado a noroeste no litoral italiano, fica no Mar da

Ligria entre os portos de Gnova e de Npoles e coordenado pela

Autoridade Porturia de Livorno. um dos maiores portos do Mar Tirreno, com

capacidade para atender 7500 embarcaes, 50 milhes de toneladas de carga

e 2 milhes de TEUs. um porto modernos e com uma srie de cais e

24

equipamentos especializados, tais como para alimentos congelados, gs

natural liquefeito e materiais no ferrosos. Tem tambm um trfego intenso de

ferries e navios de cruzeiro por este porto.

Em 2007 passaram pelo porto 33 milhes de toneladas de carga, das quais 20,

3 milhes so em importaes e 12,6 milhes de toneladas em exportaes.

Destas foram 3,1 milhes de toneladas em cargas fracionadas e 1,2 milhes de

toneladas em granis slidos. O calado mximo permitido de 11,4 metros.Os

dados foram retirados de [28].

Estes so os principais portos da costa italiana, juntamente com mais alguns

portos de mdio porte, tais como o de Trieste e o de Cagliari e alguns portos de

pequeno porte com localizao estratgica, como o porto de Ancona. Alm

disso a costa italiana possui um nmero enorme de pequenos portos, que

possuem o turismo e a atividade pesqueira com principais atividades.

Dos quatro principais portos italianos listados acima, aquele que melhor se

adqua para receber um graneleiro carregando minrio de ferro da frica do

Sul o porto de Veneza. Ele possui a localizao como um dos pontos fortes

em relao aos demais, por ser o nico na costa leste italiana. Tambm se

destacam instalaes adequadas para o descarregamento da carga, devido

aos cais e equipamentos especializados e ao grande fluxo de minrio de ferro e

produtos semelhantes que passam pelo porto.

A rota do navio graneleiro passar por trs portos italianos, que atendero a

demanda por minrio de ferro de trs regies italianas distintas e tambm do

sul da Europa. A embarcao, vindo do sul da Grcia (do porto do Pireu)

chegar ao porto de Veneza, depois contornar a Itlia e descarregar a carga

de minrio no porto de Npoles (na regio centro-sul italiana) para finalmente

terminar a sua rota no porto de Gnova (no noroeste italiano). O porto de

Livorno foi deixado parte da rota planejada devido ao seu menor calado

mximo permitido, o que tornaria mais severas as restries ao projeto

proposto de graneleiro e tambm por ser o porto de menor porte entre os

supracitados.

25

Definio da rota, restries, distncias e tempo de viagem

A tabela abaixo mostra a definio final da rota, com os portos (e o Canal de

Suez), os pases, a atividade desenvolvida na rota e a restrio de calado de

cada. No so colocadas as restries de comprimento e de boca por faltarem

estes em algumas das fontes consultadas e os valores encontrados (apenas

para alguns portos) so maiores do que aqueles admitidos por navios

semelhantes ao graneleiro em projeto (com deadweight de 105000 toneladas).

Tabela 2 Portos na rota frica do Sul-Itlia de minrio de ferro

Nome do Porto Pas Atividade Restrio de calado (metros)

Richards Bay frica do Sul exportao 17,0

Canal de Suez Egito 19,0*

Tessaloniki (Salonica) Grcia importao 12,5

Piraeus (Pireu) Grcia importao 14,0

Venezia (Veneza) Itlia importao 14,5

Naples (Npoles) Itlia importao 13,3

Genoa (Gnova) Itlia importao 12,5

*o calado mximo no Canal de Suez aumentar para 22 metros ainda no ano

de 2010

Para as restries que iro nortear a etapa preliminar do projeto, de estimativa

das dimenses principais sero levadas em conta as limitaes de boca do

Canal de Suez, de comprimento do porto de Richards Bay e a restrio de

calado dos portos com menor profundidade no cais para descarregamento de

cargas gerais ou de granis slidos, os portos de Tessaloniki (Salonica) e de

Genoa (Gnova).

26

Tabela 3 Restries principais do projeto pela rota

Parmetro Restrio (metros)

Comprimento 300

Boca 70

Calado 12

Para concluir o estudo preliminar da rota do navio graneleiro, na Tabela 4 so

apresentadas as distncias e tempos de viagem envolvidas em cada trecho da

rota e a Tabela 5, com os caminhos diretos da origem (Richards Bay) ao

destino final (Porto de Gnova). Ambos os grficos levam em conta a

velocidade de trabalho definida nos requisitos do projeto, de 14,6 ns.

Tabela 4 Distncia e tempo de viagem nos trechos da rota velocidade de trabalho de 14,6 ns

Porto de origem Porto de destino

Distncia (milhas nuticas)

Tempo de viagem

Richards Bay Salonica 5221 14 dias e 22 horas

Salonica Pireu 251 17 horas

Pireu - Veneza 882 2 dias e 12 horas

Veneza Npoles 812 2 dias e 8 horas

Npoles Gnova 333 23 horas

Total 7499 21 dias e 11 horas

Tabela 5 Distncia e tempo de viagem entre o porto de origem e o porto final velocidade de trabalho de 14,6 ns

Porto de origem Porto de destino

Distncia (milhas nuticas)

Tempo de viagem

Richards Bay Gnova 5898 16 dias e 19 horas

Gnova Richards Bay 5898 16 dias e 19 horas

27

O tempo final da viagem ser efetivamente maior, pois no foram avaliados o

tempo mdio de carga e descarga em cada porto e uma eventual reduo na

velocidade da embarcao durante a passagem pelo Canal de Suez, o que

aumentaria em alguns dias o tempo demandado para concluir a rota proposta.

6. Definio das dimenses principais, coeficientes de forma, estabilidade inicial

Espiral de projeto

A espiral de projeto consiste em uma representao das diferentes etapas de

um projeto, representando um processo iterativo baseado na correo das

caractersticas preliminarmente determinadas em lugar da gerao de novas

alternativas. Para esta etapa inicial, que consiste na determinao inicial das

dimenses principais da embarcao e dos coeficientes de forma, o incio do

processo consiste nas restries do projeto (baseadas nas restries fsicas da

rota escolhida) e dos desejos do armador (j definidos como parmetros de

projeto).

Aps isso sero sequencialmente determinadas as dimenses principais, de

modo que a definio de uma propriedade leve a definio da subseqente. A

estratgia inicial na determinao das dimenses consiste na obteno do

comprimento a partir de regresses que dependem do deadweight e da

velocidade de servio e dos valores para navio semelhantes. A boca ser

obtida a partir do comprimento e da relao adimensional L/B. O calado de

projeto ser definido aps a anlise de semelhantes e uma adequao as

restries de rota (que so mais severas relacionadas a esta dimenso no

atual projeto).

O pontal do navio ser definido a partir do adimensional L/D e do valor do

comprimento essa escolha se deve ao fato de o graneleiro em projeto ser um

navio de peso e apresentar como principal restrio a definio da dimenso

da boca sua relao com o comprimento e os esforos estruturais. Outra forma

28

de determinao da boca est ligada ao adimensional B/D, utilizado geralmente

na determinao do pontal em navios de volume e que apresenta relao com

a estabilidade transversal da embarcao. O coeficiente de bloco ser

determinado por regresses dependentes do nmero de Froude (ou da relao

entre comprimento e velocidade de servio). Com os valores preliminares de

comprimento, boca, calado de projeto e coeficiente de bloco, determinaremos o

deslocamento da embarcao.

Com estes valores determinaremos os demais coeficientes de forma e de

desempenho, tais como os coeficientes prismtico longitudinal, prismtico

vertical, de seo mestra, de linha dgua, alm de definir a posio vertical do

centro de massa da embarcao todos estes valores estimados. Estes

ltimos parmetros auxiliaro nos clculos de estabilidade inicial.

Requisitos do armador

o Tipo de embarcao

o Tipo de carga

o Velocidade

o Capacidade de carga

o Restries da srie italiana

Restries da rota

o Restries de calado dos portos

o Restries de boca dos portos e canais

o Restries de comprimento dos cais dos portos

o Demais restries

Dimensionamento preliminar e coeficientes de forma

o Deadweight de carga

29

o Velocidade de servio

o Comprimento

o Boca moldada

o Calado de projeto

o Pontal

o Coeficiente de Bloco

o Deslocamento

o Demais coeficientes de forma

o Coeficiente de inrcia

o Posio vertical do centro de gravidade

Figura 4 - Espiral de projeto da fase de definio das dimenses principais

30

Restries

Esta seo apresenta os valores das restries e requisitos que nortearam o

projeto do graneleiro. Se destacam os requisitos do armador, as restries de

rota e as restries da srie italiana (na qual as linhas do casco sero

baseadas).

Tabela 6 Requisitos do armador

Parmetro Requisito do

armador

tipo de embarcao graneleiro (bulk

carrier)

tipo de carga minrio de ferro

velocidade de servio

14,6 ns (84% MCR)

deadweight de carga (projeto)

105000 toneladas

autonomia 21000 milhas nuticas

vida til 25 anos

A rota tambm constitui um dos requisitos do armador, esta que frica do Sul

Itlia, passagem pelo Canal de Suez, Motor Man B&W, casco duplo, duto

equalizador de esteira e bow thruster.

Relacionado com o desejo do armador, a rota definida para a embarcao

adiciona uma srie de restries ao projeto relacionadas as dimenses da

embarcao.

31

Tabela 7 Restries da rota

Parmetro Restrio (metros)

Local

comprimento 300 portos em geral

boca 77 Canal de Suez

calado 12 Porto de Salonica

(Thessaloniki)

altura acima da linha dgua

68 Canal de Suez

Depois de apresentadas as restries da rota, faltam apenas aquelas

associadas aplicao da srie italiana como modelo para o formato do casco.

Ta