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8° Seminário de Transporte e Desenvolvimento Hidroviário Interior

SOBENA HIDROVIÁRIO 2013 FATEC - Jahu, Jahu - SP - 27 a 29 de agosto de 2013

SOFTWARE PARA DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS NAVAIS DE ACORDO

COM A NORMAM 02

Leandro Meili – Gelehrter Consultoria

Resumo: As Normas da Autoridade Marítima para Embarcações empregadas na Navegação Interior (NORMAM 02/DPC) exigem, nos processos de obtenção da licença de construção a apresentação, sob a responsabilidade de um engenheiro naval, de planos e documentos técnicos. Este trabalho apresenta de maneira didática um guia, voltado para estudantes, engenheiros navais recém-formados e entusiastas sobre o assunto, de como proceder em cada etapa de elaboração dos documentos, como os dados de entrada e saída em cada processo (Memorial Descritivo, Curvas Hidrostáticas, Curvas Cruzadas de Estabilidade, Estimativa de Peso Leve, Prova de Inclinação, Relatório de Medição de Porte Bruto e o Folheto de Trim e Estabilidade). A motivação para o desenvolvimento de um software específico para esta atividade surgiu da oportunidade de melhorar a eficiência no uso de planilhas eletrônicas, que apresentam baixa produtividade e constantes retrabalhos. Um processo que poderia ser simplificado, identificando os dados de entrada necessários, e os dados de saída exigidos pela NORMAM 02, de uma maneira prática e visual. A linguagem de programação Visual Basic foi utilizada na elaboração do protótipo, mas em versões futuras, recomenda-se o uso de linguagens mais populares como Java, Python ou C++, possibilitando a colaboração de um maior número de pessoas.

1. Introdução

A grade curricular de todos os cursos de engenharia apresenta uma matéria de Introdução à Computação, cujo objetivo é apresentar aos estudantes as ferramentas básicas e a lógica para desenvolvimentos de programas computacionais. A partir deste conhecimento adquirido é possível desenvolver softwares capazes de auxiliar nos cálculos diários da rotina de trabalho de um engenheiro e até mesmo na geração de relatórios, de maneira rápida e padronizada. Este paper apresenta um método desenvolvido para aplicações navais, no transporte de cargas e passageiros em vias fluviais. As Normas da Autoridade Marítima para Embarcações empregadas na Navegação Interior (NORMAM 02/DPC) exigem, de acordo com o Anexo 3-F a apresentação de diversos planos e documentos para certificação e emissão de licenças de navegação de embarcações. A principal função do software é auxiliar o engenheiro/projetista na elaboração destes documentos, de forma rápida, padronizada e com um design elegante.

2. Motivação

Os engenheiros e tecnólogos que trabalham com a elaboração de projetos navais para certificação na bacia Amazônica, normalmente faz uso de planilhas de Excel compostas por diversas fórmulas e links entre células. Muitos dos cálculos são feitos de maneira pouco prática, como a interpolação de dados da tabela hidrostática e cálculo de área sob as curvas dos braços de endireitamento. Todo desenvolvedor de uma da planilha de cálculo sabe, num primeiro momento, como ela deve funcionar e os resultados esperados. Porém, esse tipo de planilha é pessoal e de difícil compartilhamento com outras pessoas. A curva de aprendizado para novos usuários é extremamente lenta, e sem ter o conhecimento completo de todas as fórmulas da planilha, sem a sensibilidade no tratamento dos dados de entrada e como eles interferem nos dados de saída, muitas vezes os resultados podem ser catastróficos. A oportunidade de criar algo melhor, mais inteligente e que desse maior confiabilidade nos resultados motivou a criação de um

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software, que resultou num aumento de produtividade significativo.

3. Linguagem de Programação

A escolha da linguagem de programação é indiferente, tanto Java quanto o Visual Basic apresentam pacotes para desenvolvimento de interfaces gráficas, ficando a critério do programador a escolha da linguagem que ele esteja mais familiarizado. Durante as décadas de 80 e 90, Pascal era a linguagem mais popular nos cursos de engenharia, a linguagem C veio em seguida, e atualmente Python se consolida como a linguagem popular nos cursos de Introdução a Computação, contribuindo para a corrente dos desenvolvedores de Software Livre. A primeira versão do programa naval para atender a NORMAM 02 foi desenvolvido em VBA (Visual Basic for Applications), como protótipo, obtendo bons resultados na curva de aprendizado de novos usuários. No desenvolvimento da segunda versão, foi utilizado Visual Basic, e com o estudo mais profundo de Programação Orientada a Objetos, Java é a linguagem utilizada na versão 3.0 (em desenvolvimento atualmente). Deve-se dar a devida atenção à interface gráfica do programa (GUI), uma boa referencia no assunto é Johnson(2010), que traz conceitos da psicologia cognitiva, tornando intuitiva a navegação entre as diversas janelas do programa.

4. Fluxo de Informação

Para entender todo o fluxo de informação, foi feito o mapeamento de dos processos exigidos no Anexo 3-F da NORMAM 02, os dados de entrada para elaboração de cada documento e os templates de saída e apresentação de cada processo. A apresentação de desenhos, como o Arranjo Geral, Plano de Linhas e etc. são feitos paralelamente ao desenvolvimento dos documentos. Excluindo-se os desenhos, temos os seguintes documentos para elaboração:

a) Memorial Descritivo b) Curvas Hidrostáticas c) Curvas Cruzadas de Estabilidade d) Estimativa de Peso Leve e) Prova de Inclinação f) Relatório de Medição de Porte Bruto g) Folheto de Trim e Estabilidade h) Anotação de Responsabilidade

Técnica (ART) Apesar de não serem obrigatórias, são incluídos também as Notas de Borda-Livre a Notas de Arqueação.

4.1 Importações de Dados

O primeiro passo é a geração do casco da embarcação. No mercado existem diversos programas comerciais como AutoShip, MaxSurf e Delftship. Este último foi escolhido pela rápida curva de aprendizado, em que o novo usuário aprende as funções básicas em menos de uma semana, e o baixo custo de aquisição (A versão livre possibilita a geração de casco e exportação de tabelas hidrostáticas e tabela de cotas). Independente do software de modelagem de casco escolhido é importante que ele seja capaz de gerar no mínimo as seguintes tabelas: Tabela de Cotas Tabela Hidrostática Tabela Hidrostática com trim Tabela de Curvas Cruzadas Tabela de Área Vélica Na geração das tabelas hidrostáticas deve se ter o cuidado de apresentar pelo menos as seguintes informações: volume, deslocamento, posições longitudinal e vertical do centro de carena, raio metacêntrico transversal, momento para trimar um centímetro, posição longitudinal do centro de flutuação, além de um espaçamento de calados igual<= 5 cm. Na geração da Tabela de Curvas Cruzadas de Estabilidade devem ser apresentados pelo menos os ângulos de inclinação de 5°, 10°, 15°, 20°, 25° 30, 35°, 40°, 50° e 60°, para pelo menos 15 deslocamentos.

Figura 1 - Menu de Opções

4.1 Memorial Descritivo

O preenchimento do memorial descritivo foi dividido em sete seções, baseados nas informações mínimas exigidas de acordo com o Anexo 3-G da NORMAM 02:

• Identificação • Casco e Estrutura • Compartimentagem e Cubagem • Lotação • Máquinas e Materiais • Equipamentos Náuticos


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Figura 2 - Dados do Armador

Figura 3 - Material de Salvatagem

4.2 Provas de Cais

A Medição de Porte Bruto e Prova de Inclinação são inseridos dentro do Módulo de Provas de Cais, os campos de preenchimento seguem o padrão do Anexo 6-E da NORMAM 02, já adaptadas para o uso tanto de Tubo-U ou Pêndulo. Neste módulo do programa são obtidos os dados da embarcação na condição leve a partir das informações obtidas durante a medição de porte bruto e prova de inclinação. Os cálculos são realizados tendo como base as informações das tabelas hidrostáticas com trim.

Figura 4 - Prova de Inclinação

4.3 Folheto de Trim e Estabilidade

O principal módulo do programa e o que exige maior esforço computacional é o estudo de

Estabilidade. Com a importação das tabelas hidrostáticas e cruzadas, a distribuição de pesos e centros das cargas e os resultados obtidos da prova de inclinação têm-se os dados necessários para verificar se a embarcação atende as normas e critérios vigentes de estabilidade da NORMAM 02. Computacionalmente o programa interpola as diversas colunas de cada tabela para cada condição de estabilidade, gerando gráficos e integrando as áreas dos braços de endireitamento. Os critérios de estabilidade utilizados são os apresentados nos itens 0636 e 0637 da NORMAM 02.

Figura 5 - Tabela de Pesos e Centros

Figura 6 - Gráfico de Estabilidade

5. Geração do Relatório

Com todos os cálculos realizados, é gerado um relatório em PDF no padrão dos anexos da NORMAM 02, pronto para impressão, rubrica/assinatura para envio ao cliente final. Tão trabalhoso quanto programar as fórmulas de cálculo, a criação do código para geração do relatório demanda a maior parte do tempo durante a criação do programa. Quando foi criado o protótipo, esta programação foi feita

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em VBA, num conceito similar aExcel. Facilitando um pouco a vida do programador temos hoje em dia disponível diversos editores de relatório como o Crystal Reports (VB) e o iReport Designer (Java). O mais gratificante após este trabalhoso desenvolvimento é a facilidade emimprimir toda a documentação do projeto com um simples apertar de botão.

6. Exemplo

A seguir é apresentado um exemplo real da utilização do software numa embarcação para operação na bacia amazônicaetapa do projeto As-Built: - Tipo de Embarcação Empurrador- Comprimento Total 13,65 m- Boca 6,000m- Pontal 1,680m - Material do Casco Aço- Material da Casaria Alumínio- Potência 2 x 147 HP- Velocidade 10 nós A partir do modelo gerado no Delftship, são obtidos a Tabela de Cotas, Curva Hidrostática, e Curva Cruzada.

Figura 7 - Casco gerado no Delftship

O desenho de Arranjo Geral auxilia na obtenção das dimensões de casaria, posicionamento dos tanques e definição dos centros de gravidade de tanques equipamentos. Além disso, ele repassa as informações para o Delftship, para criação da tabela de área vélica.

Figura 8 - Arranjo Geral


as Macros do Facilitando um pouco a vida do

programador temos hoje em dia disponível diversos editores de relatório como o Crystal Reports (VB) e o iReport Designer (Java). O mais gratificante após este trabalhoso

é a facilidade em gerar e imprimir toda a documentação do projeto com

exemplo real da numa embarcação para

operação na bacia amazônica, durante a

Empurrador 13,65 m 6,000m Aço Alumínio 2 x 147 HP 10 nós

A partir do modelo gerado no Delftship, são Cotas, Curva

Casco gerado no Delftship

O desenho de Arranjo Geral auxilia na obtenção das dimensões de casaria, posicionamento dos tanques e definição dos centros de gravidade de tanques e

Além disso, ele repassa as informações para o Delftship, para criação da

Arranjo Geral

Figura 9 - Silhueta de Área Vélica (h = 1,0m)

Após estas etapas, é realizada uma prova de inclinação da embarcaçãoDeslocamento Leve e Centros de Gravidade Vertical e Longitudinal. durante a prova são inseridos no software, que automaticamente calcula os valores. Nesta prova de inclinação foram utilizados Tubos U transparentes. Aabaixo apresentam os resultados obtidos após os cálculos: Tabela 1 - Condição de Navio Leve

Figura 10 - Momento Inclinante

Nota-se que a posição do cento de gravidade vertical da embarcação é menor do que o pontal, devido a grande redução no peso da superestrutura ao substituir o aço pelo alumínio. Com a etapa de prova de cais concluída, é realizado o estudo de estabilidade final, e geração do relatório final.apresenta um dos casos de estabilidade estudados:

, 27 a 29 de Agosto de 2013.

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ueta de Área Vélica (h = 1,0m)

é realizada uma prova de inclinação da embarcação, para obtenção do Deslocamento Leve e Centros de Gravidade

Os dados obtidos durante a prova são inseridos no software, que automaticamente calcula os valores. Nesta

ação foram utilizados dois Tubos U transparentes. A tabela e figura abaixo apresentam os resultados obtidos após

Condição de Navio Leve

Momento Inclinante

que a posição do cento de gravidade vertical da embarcação é menor do que o pontal, devido a grande redução no peso da superestrutura ao substituir o aço pelo

a etapa de prova de cais concluída, é realizado o estudo de estabilidade final, e geração do relatório final. A figura abaixo apresenta um dos casos de estabilidade


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Tabela 2 - Condição de Estabilidade

Tabela 3 - Critério de Estabilidade

Figura 11 - Curva de Estabilidade

Ao final do processo o software gerou um relatório de 40 páginas, que incluem o Memorial Descritivo, Nota de Arqueação, Tabela de Cotas, Prova de Inclinação, Tabela Hidrostática, Tabela Hidrostática com trim, Tabela de Curva Cruzada, Tabela de Área Vélica e o Estudo de Estabilidade Definitivo.

7. Considerações Finais

Este trabalho apresenta as vantagens do uso de uma Interface Gráfica do Usuário (GUI)na elaboração de projetos navais, com ganhos de produtividade, redução na curva de aprendizagem e confiabilidade dos resultados obtidos. O foco está no usuário final do software, mas é importante que ele saiba como ocorre o fluxo de informação e os cálculos envolvidos em cada etapa, evitando assim o efeito de “caixa-preta”, onde o usuário aperta um botão, obtém um resultado, mas não tem a sensibilidade de saber se o dado de saída está correto. Após a implementação do programa, observou-se uma redução no tempo de elaboração do projeto em cerca de 50%, e

com as atuais melhorias na interface gráfica e novos módulos de cálculo isto possa ser reduzido ainda mais, incluindo-se também implementação de programação para os desenhos gerados em softwares de CAD. Esta ferramenta não tem o objetivo de interferir durante o projeto conceitual da embarcação, onde a criatividade e experiência do projetista são de extrema importância. O software é apenas um facilitador que agiliza trabalhos repetitivos, economizando tempo e recursos para que estes sejam mais bem aplicados nas etapas de concepção do projeto.

7. Referências Bibliográficas

DIRETORIA DE PORTOS E COSTAS DAMARINHA DO BRASIL. NORMAM 02: Embarcações Empregadas na Navegação Interior. (2005)

CAMPOS, FREDERICO FERREIRA. Algoritmos Numéricos. LTC 2ª Edição (2007)

JOHNSON, JEFF Designing with the Mind in Mind: Simple Guide to Understanding User Interface Design Rules. Morgan Kaufmann; 1 edition (2010).

PETROUTSOS, EVANGELOS. Mastering Microsoft Visual Basic 2010. 1 edition Wiley Publishing Inc. (2010)

WALKENBACH, JOHN. Excel 2003 Power Programming with VBA1 edition Wiley Publishing Inc. (2004)

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