1

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS

ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA

COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA NAVAL

PROJETO DO NAVIO I

PETROLEIRO – SUEZMAX BENAYON

MANAUS - AM

2016

1

JOSÉ ADALBERTO DE SOUZA JÚNIOR

1315200286

PROJETO DO NAVIO I

PETROLEIRO – SUEZMAX BENAYON

MANAUS - AM

2016

Projeto preliminar de um Navio

Petroleiro apresentado aos

professores Flávio Silveira e Paulo

Azevedo para obtenção de nota

parcial referente à disciplina

Projeto do Navio I.

2

SUMÁRIO

1. APRESENTAÇÃO ............................................................................................................. 5

2. REQUISITOS DO ARMADOR ......................................................................................... 5

3. CARGA ............................................................................................................................... 5

4. EMBARCAÇÃO ................................................................................................................. 6

5. ECONOMIA ....................................................................................................................... 7

6. PORTOS.............................................................................................................................. 8

7. ESPIRAL DE PROJETO .................................................................................................... 8

8. DIMENSÕES PRINCIPAIS ............................................................................................... 9

9. CASCO.............................................................................................................................. 13

10. RESISTÊNCIA AO AVANÇO ..................................................................................... 17

11. PROPULSÃO ................................................................................................................ 18

12. COMPARTIMENTAÇÃO ............................................................................................ 19

12.1. Duplo Fundo ........................................................................................................... 19

12.2. Duplo Costado ........................................................................................................ 19

12.3. Cavernamento......................................................................................................... 19

12.4. Pique Tanque de Vante e de Ré ............................................................................. 19

12.5. Tanques de Resíduos .............................................................................................. 20

12.6. Cofferdams ............................................................................................................. 20

12.7. Tanques de Lastro .................................................................................................. 20

12.8. Tanque de Água Doce ............................................................................................ 21

12.9. Tanque de Carga..................................................................................................... 21

12.10. Tanques de Combustível ........................................................................................ 21

12.11. Praça de Máquinas ................................................................................................. 21

12.12. Praça de Bombas .................................................................................................... 22

13. ESTRUTURA ................................................................................................................ 22

14. PLANO DE CAPACIDADES E PESOS E CENTROS ............................................... 23

15. ESTABILIDADE .......................................................................................................... 24

16. DOCUMENTAÇÕES ................................................................................................... 25

17. CONCLUSÃO ............................................................................................................... 26

18. REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 26

19. ANEXOS ....................................................................................................................... 28

3

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Produção dos Países da OPEP de Óleo Cru ................................................................ 6

Figura 2: Tamanhos de navios petroleiros .................................................................................. 6

Figura 3: Suezmax Cap Victor ................................................................................................... 7

Figura 4: Espiral do Projeto do Suezmax ................................................................................... 9

Figura 5: Regressão Linear Deadweight vs. Comprimento ...................................................... 11

Figura 6: Regressão Linear Deadweight vs. Boca .................................................................... 11

Figura 7: Regressão Linear Deadweight vs. Calado................................................................. 12

Figura 8: Estimativa de Localização do LCB ........................................................................... 13

Figura 9: Casco de Referência do Suezmax. ............................................................................ 14

Figura 10: Popa Referência de um Suezmax ............................................................................ 15

Figura 11: Detalhe do Bulbo do Suezmax Cap. Sara ............................................................... 15

Figura 12: Suezmax Inicial Projetado. ..................................................................................... 16

Figura 13: Vista do Casco em 3D. ............................................................................................ 16

Figura 14: Potência em Função da Velocidade ........................................................................ 17

Figura 15: Motor Escolhido ...................................................................................................... 22

Figura 16: Arranjo dos Tanques no DelftShip. ........................................................................ 24

4

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Valores das Transações Mundiais de Óleo Cru ......................................................... 8

Tabela 2: Portos Selecionados para Operação do Suezmax ...................................................... 8

Tabela 3: Série de Navios Suezmax .......................................................................................... 9

Tabela 4: Características do Casco de Referência. .................................................................. 14

Tabela 5: Características Reais do Suezmax Benayon ............................................................ 16

Tabela 6: Tensões Totais no Suexmax Benayon. .................................................................... 23

5

PROJETO PRELIMINAR DE UM PETROLEIRO

1. APRESENTAÇÃO

O projeto preliminar do petroleiro foi desenvolvido de modo a cumprir com os requisitos

do armador e com as normas de órgãos reguladores internacionais, nacionais e sociedades

classificadoras. A carga a ser transportada torna o projeto desafiador do ponto de vista estrutural

e da estabilidade, pois os riscos ambientais inerentes ao derramamento de petróleo nos oceanos,

o problema da água de lastro e acidentes provocados por colapsos estruturais convergiram para

normas mais rígidas. O navio projetado possui um casco com duplo fundo e tanques para lastro

segregados dos tanques de carga. O projeto tem em seus valores a salvaguarda da vida humana

no mar e a prevenção da poluição no ambiente marinho.

2. REQUISITOS DO ARMADOR

O armador solicitou ao projetista que fizesse um navio petroleiro do tipo “tramp”, ou

seja, não há um porto, rota ou periodicidade bem definida de transporte. O navio deve

transportar óleo cru, ter capacidade de 160000 DWT, velocidade de cruzeiro de 15,2 nós e

cumprir com as principais normas reguladoras internacionais. O armador escolheu esses

requisitos pois seus concorrentes possuem na média esse desempenho, conforme os navios

semelhantes apresentados no Anexo 1.

3. CARGA

O petróleo é a principal fonte de energia utilizada no mundo especialmente nos setores

de transportes e indústria. Segundo OPEC (2016), cerca de 80% do petróleo mundial é

encontrado nos países membros da Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP).

A missão dessa organização é coordenar e unificar as políticas de petróleo de seus países

membros e assegurar a estabilização dos mercados do petróleo, a fim de garantir uma oferta

eficiente, econômica e regular para os consumidores, uma renda estável para os produtores e

um retorno justo sobre o capital para os investimentos na indústria do petróleo. A figura 1

representa as parcelas dos países membros da OPEP na produção de óleo cru:

6

Figura 1: Produção dos Países da OPEP de Óleo Cru. Fonte: OPEC Annual Statistical Bulletin (2016)

4. EMBARCAÇÃO

Os navios de carga podem ser classificados de acordo com suas dimensões e

capacidades. Essa é uma forma de estabelecer taxas de frete compatíveis no mercado mundial

e controlar a passagem de navios por canais e portos que possuam alguma restrição. A figura a

seguir compara o tamanho de navios petroleiros de acordo com seu tipo:

Figura 2: Tamanhos de navios petroleiros. Fonte: adaptado de Maritime Connector (2016)

De acordo com Maritime Connector (2016), Suezmax é um termo da arquitetura naval

para as maiores medidas capazes de transitar pelo Canal de Suez (localizado no Egito) em

condição carregada com um porte bruto que varia de 120.000 a 200.000 toneladas. O canal, que

24,80%

22%

13,10%11,70%

8,40% 8,10%

4%3,10%

2,10%1,00% 0,80% 0,70% 0,30% 0,20%

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

30,00%P

ERC

ENTU

AL

DE

RES

ERV

AS

DE

ÓEL

O C

RU

7

liga o Mar Mediterrâneo e Vermelho, reduz o tempo de viagem entre Europa e a Ásia

Meridional. Uma vez que o canal não tem eclusas, seus únicos fatores limitantes são o calado,

boca e altura devido a presença da Ponte do Canal de Suez.

Figura 3: Suezmax Cap Victor. Fonte: Euronav (2016)

As características atuais do canal permitem navios com boca de 50 m para calados de

até 20,1m. A limitação de altura no canal é 68 m, uma vez que a ponte do Canal de Suez está

suspensa a 70 m. As dimensões de um típico Suezmax são 275 m de comprimento, 48 m de

boca e 16,2 m de calado correspondente a um porte bruto de 150.000 toneladas (Maritime

Connector, 2016).

A embarcação escolhida para ser projetada é do tipo Suezmax que cumpre os requisitos

exigidos pelo armador e favorece a economia de tempo e combustível em rotas que podem ser

facilitadas com a passagem pelo canal de Suez. O mercado do petróleo anda um pouco instável

devido a OPEP resistir em congelar a produção para aumentar o preço do barril e a produção

de xisto americano mudar um pouco a dinâmica do mercado de petróleo, o que contribuiu para

o armador escolher ter um navio muito flexível em suas operações.

5. ECONOMIA

A partir de pesquisas feitas por Observatory of Economic Complexity (2016) e

informações de OPEC (2016), foi possível avaliar o comportamento econômico de alguns

países no ano de 2014 e saber algumas das possibilidades de rota do navio Tramp. O petróleo

bruto é o produto mais comercializado do mundo, sendo alguns dos principais exportadores e

importadores demonstrados na seguinte tabela:

8

Tabela 1: Valores das Transações Mundiais de Óleo Cru. Fonte: The Observatory of Economic Complexity

(2016)

EXPORTADORES DE

ÓLEO CRU

VALOR

COMERCIALIZADO

IMPORTADORES DE

ÓLEO CRU

VALOR

COMERCIALIZADO

Arábia Saudita $ 232B Estados Unidos $ 230B

Rússia $ 155B China $ 205B

Canadá $ 87B Índia $ 122B

Emirados Árabes Unidos $ 85,9B Japão $ 116B

Nigéria $ 74B Coreia do Sul $ 88,1B

O petróleo bruto é o principal produto de exportação da Rússia, Canadá, México, Arábia

Saudita, Emirados Árabes Unidos, Noruega, Nigéria, Kuwait, Iraque e Cazaquistão. É também

o principal produto de importação dos Estados Unidos, China, Alemanha, Japão, França,

Holanda, Coreia do Sul, Itália, Índia e Espanha.

6. PORTOS

Após a escolha dos países por onde o navio Suezmax possivelmente pode navegar,

foram selecionados portos capazes de atender as suas limitações. A tabela 2 é um resumo com

as limitações de calado, pois não foram encontradas outros tipos de restrição para esses portos:

Tabela 2: Portos Selecionados para Operação do Suezmax. Fonte: Ports.com.

PORTO CIDADE/ PAÍS CALADO

MÁXIMO (M)

Al Rayyan Terminal Al Rayyan/ Qatar 21,6

Forcados Oil Terminal Forcados / Nigéria 24,4

Hulaylah Terminal Ras al-Khaimah/ Emirados Árabes Unidos 21,6

Kharg Island Oil Terminal Kharg / Irã 24,4

Melilli Oil Terminal Melilli / Itália 23,2

Pengerang Independent Terminals Pengerang/ Malásia 24,0

Port of Salem Nova Jersey / Estados Unidos 18,6

Vadinar Oil Terminal Vadinar/ Índia 32,0

Vopak Terminal Europoort Roterdã / Holanda 21,0

Yanbu' Terminal Yanbu / Arábia Saudita 32,0

7. ESPIRAL DE PROJETO

O projeto de um navio, devido a sua complexidade, é feito em ciclos até que se chegue

em um modelo mais coerente de acordo com os requisitos de projeto. A espiral que representa

o projeto do Suezmax está de acordo com a Figura 4:

9

Figura 4: Espiral do Projeto do Suezmax. Fonte: o Autor.

8. DIMENSÕES PRINCIPAIS

Foram selecionados 23 navios de 4 empresas de navegação distintas para a elaboração

de uma série de navios Suezmax a fim de estimar as dimensões principais do navio a ser

projetado, conforme a Tabela 3:

Tabela 3: Série de Navios Suezmax. Fonte: o Autor.

EMPRESA EMBARCAÇÃO COMPRIMENTO (m) BOCA (m) DEADWEIGHT (t)

SOVCOMFLOT SCF ALTAI 274,48 48,00 159,17

SOVCOMFLOT SCF CAUCASUS 274,48 48,00 159,17

SOVCOMFLOT SCF KHIBINY 274,48 48,00 159,20

SOVCOMFLOT SCF SAYAN 274,48 48,00 159,18

SOVCOMFLOT SCF URAL 274,48 48,00 159,31

SOVCOMFLOT LEONID LOZA 274,00 48,00 156,63

SOVCOMFLOT NS BRAVO 274,00 48,00 156,69

SOVCOMFLOT SCF SAMOTLOR 274,00 48,00 158,07

TSAKOS GROUP EUROVISION 274,20 48,00 158,00

TSAKOS GROUP DECATHLON 274,20 48,00 158,48

TSAKOS GROUP DIMITRIS P 274,20 48,00 158,00

10

TSAKOS GROUP ANTARTIC 274,00 50,00 163,22

TSAKOS GROUP ARCHANGEL 274,00 50,00 163,22

TSAKOS GROUP EURONIKE 274,00 50,00 164,57

TSAKOS GROUP SILIA T 274,00 50,00 164,29

EURONAV CAP CHARLES 274,00 48,03 158,88

EURONAV FINESSE 274,20 48,04 149,99

EURONAV FELICITY 274,00 48,01 157,67

EURONAV CAP VICTOR 274,00 48,03 158,85

EURONAV CAP LARA 274,00 48,04 158,83

BLUE FIN HS ALCINA 274,00 48,04 160,18

BLUE FIN MAX JACOB 274,00 48,00 157,45

BLUE FIN RIDGEBURY

ASTARI 274,20 48,04 149,99

De posse dos dados, foram feitas regressões lineares do Deadweight, que é o principal

requisito do armador, em função do comprimento, boca e calado conforme as figuras 5, 6 e 7.

Dessa forma, foram encontradas as equações que fornecem as principais dimensões do casco

que melhor se relacionam ao deadweight substituindo o valor de “x” por 160000 DWT. Vale

ressaltar que os seguintes dados da tabela inicial catalogada foram excluídos a fim de melhorar

os resultados de R2 da regressão linear que indica a correlação entre os dados, sendo que valores

acima de 0,9 correspondem a bons resultados.

Tabela 3: Dados Excluídos da Série de Navios Suezmax. Fonte: o Autor.

EMPRESA EMBARCAÇÃO COMPRIMENTO (m) BOCA (m) DEADWEIGHT (t)

SOVCOMFLOT VLADIMIR TIKHONOV 280,50 50,00 162,36

SOVCOMFLOT ALEKSEY KOSYGIN 280,50 50,00 163,55

TSAKOS GROUP EURO 274,20 48,00 157,54

EURONAV CAP PIERRE 274,30 48,04 159,08

EURONAV CAP LEON 274,30 48,04 159,05

EURONAV CAP GEORGES 274,10 47,85 146,65

BLUE FIN DA LI HU 274,70 48,03 159,55

BLUE FIN RIDGEBURY ALINA L 274,18 50,00 164,63

11

BLUE FIN RIDGEBURY JOHN ZIPSER 274,19 50,04 164,77

BLUE FIN RIDGEBURY LINDY B 274,20 48,07 146,36

Os valores de R2 e das equações encontram-se nos gráficos elaborados.

Figura 5: Regressão Linear Deadweight vs. Comprimento. Fonte: o Autor.

Figura 6: Regressão Linear Deadweight vs. Boca. Fonte: o Autor.

y = 0,0017x2 - 0,543x + 317,75R² = 0,993

273,95

274,00

274,05

274,10

274,15

274,20

274,25

148,00 150,00 152,00 154,00 156,00 158,00 160,00 162,00 164,00 166,00

CO

MP

RIM

EN

TO

(M

)

DEADWEIGHT (*1000 TON)

y = 0,0255x2 - 7,8607x + 653,9R² = 0,9405

47,00

47,50

48,00

48,50

49,00

49,50

50,00

50,50

148,00 150,00 152,00 154,00 156,00 158,00 160,00 162,00 164,00 166,00

BO

CA

(M

)

DEADWEIGHT (*1000 TON)

12

Figura 7: Regressão Linear Deadweight vs. Calado. Fonte: o Autor.

Para o Suezmax em questão, foram encontrados os valores de 274,4 m para o

comprimento total, 48,99 m para a boca e 16,39 m para o calado.

De acordo com o trabalho de Barrass (2004), o coeficiente de bloco pode ser estimado

de acordo com a fórmula:

𝐶𝐵 = 1 − 𝑚 ∗ (𝑉

𝐿0,5)

onde V é a velocidade de serviço, L o comprimento entre perpendiculares do navio e “m” é um

coeficiente definido de acordo com o tipo de navio. Para petroleiros com deadweight entre

50000 t e 200000 t, o valor de m é de 0,182. Substituindo os valores de 0,182 para m, 15,2 nós

para V e 263,4 para L, foi encontrado um coeficiente de bloco igual a 0,83.

O coeficiente de seção mestra é estimado a partir da equação definida por Parsons

(2003), que utiliza como valor de entrada o coeficiente de bloco:

𝐶𝑆𝑀 = 0,9 + 0,1 ∗ 𝐶𝑏

Substituindo na equação, foi encontrado um valor de 0,98.

O coeficiente de linha d’água também foi estimado de acordo com o trabalho de Parsons

(2003), de acordo com a formulação:

𝐶𝑊𝐿 = 𝐶𝑏

0,471 + 0,551 ∗ 𝐶𝑏

Assim, foi encontrado um valor de 0,894 para o coeficiente de linha d’água.

De acordo com Lewis (1988), o coeficiente prismático é dado pela fórmula:

y = -0,009x2 + 2,8903x - 215,66R² = 0,9666

15,80

16,00

16,20

16,40

16,60

16,80

17,00

17,20

148,00 150,00 152,00 154,00 156,00 158,00 160,00 162,00 164,00 166,00

CA

LAD

O (M

)

DEADWEIGHT (*1000 TON)

13

𝐶𝑝 = 𝐶𝐵

𝐶𝑆𝑀

Dessa forma, o coeficiente prismático estimado foi de 0,847.

O valor inicial da posição longitudinal do centro de flutuação foi estimado conforme

Barrass (2004). De acordo com a Figura 8, encontra-se a porcentagem média de acréscimo ou

decréscimo do comprimento a partir da meia nau:

Figura 8: Estimativa de Localização do LCB. Fonte: Barrass (2004)

O número de Froude (Fn)é definido de acordo com a seguinte fórmula:

𝐹𝑛 = 𝑉

√𝑔 ∗ 𝐿𝐵𝑃

onde, V é a velocidade de serviço em m/s, g é a gravidade e LBP é o comprimento entre

perpendiculares. Substituindo os valores da equação, foi encontrado um número de Froude igual

a 0,15. A porcentagem correspondente a este valor no gráfico é de 2,3% do LBP, ou seja, o

LCB está a 6,06 m após a meia nau, ou seja, a 143,26 m a partir da popa.

9. CASCO

Na elaboração do casco, buscou-se cascos na biblioteca do programa FreeShip com

dimensões e formas parecidos com o de um Suezmax a fim de fazer as modificações pertinentes

com as estimativas iniciais calculadas. O casco escolhido, Parent 49 Tanker feito por M. van

England, é representado na figura 9:

14

Figura 9: Casco de Referência do Suezmax. Fonte: M. van England (2016).

O casco em questão não possui bulbo e sua popa tem o formato em V. A Tabela 4

apresenta as características principais desse navio:

Tabela 4: Características do Casco de Referência. Fonte: o Autor.

ITEM VALOR

Comprimento Total 300,2 m

Boca Máxima 45,406 m

Pontal 30,0 m

Calado de Projeto 16,6 m

Coeficiente de Bloco 0,7982

Coeficiente Prismático 0,8086

Coeficiente de Linha d’água 0,8593

Coeficiente de Seção Mestra 0,9872

Posição Longitudinal do Centro de Flutuação 145,43 m

A partir desse casco de referência foram feitas modificações no programa DelftShip a

fim de aproximar as dimensões do casco com as estimadas inicialmente. Além disso foram

modificados o formato da popa e da proa, com o acréscimo de um bulbo.

Segundo Eyres (2012), existem basicamente dois tipos de popa: a cruiser e a transom.

A primeira possui uma alta eficiência hidrodinâmica, apresentando curvas mais suaves no seu

desenho. O segundo tipo pode estar acima da linha d'água ou imersa e apresenta formato em

“U” ou “V”. Apesar de ter menos eficiência hidrodinâmica, apresenta maior área no convés e

tem uma construção mais simples, sendo o tipo mais utilizado atualmente.

Por se tratar de uma embarcação cuja velocidade não é tão grande, optou-se por utilizar

a popa transom. O seu formato foi definido a partir da análise de cascos Suezmax reais e

15

chegou-se à conclusão que o formato em U com parte imersa na água seria a melhor opção,

pois o escoamento é melhor em relação ao formato em V.

Figura 10: Popa Referência de um Suezmax. Fonte: Euronav (2016)

De acordo com Barrass (2004), a principal vantagem na adição de um bulbo é o ganho

de velocidade. Isso porque esse apêndice auxilia na redução da resistência de onda. Em

condição carregada, pode haver um aumento de 0,25 até 0,5 nós na velocidade. Outra vantagem

é a adição de um reforço no pique-tanque. A desvantagem está na dificuldade em se construir

um bulbo que possui uma geometria complexa.

Da mesma forma que a popa, foram analisados cascos semelhantes para prever a forma

mais padronizada de bulbos em Suezmax. A Figura 11 demonstra um navio que pode ser

utilizado como referência:

Figura 11: Detalhe do Bulbo do Suezmax Cap. Sara. Fonte: Euronav (2016).

Dessa forma, o casco gerado no programa DelftShip após algumas iterações segue

conforme as figuras 12 e 13:

16

Figura 12: Vistas do Suezmax Inicial Projetado. Fonte: o Autor.

Figura 13: Vista do Casco em 3D. Fonte: o Autor.

Verifica-se que as linhas da popa e da proa foram modificadas. Foi acrescentado o bulbo,

o skeg do hélice foi curvado para melhorar o escoamento e a popa foi curvada para um formato

transitório entre “V” e “U”. As características encontradas para o casco seguem conforme a

tabela 5:

Tabela 5: Características Reais do Suezmax Benayon. Fonte: o Autor.

ITEM VALOR UNIDADE

Comprimento Total (LOA) 274,4 m

Boca Máxima (B) 48,99 m

Calado de Operação (T) 16,39 m

Pontal (D) 23,1 m

Volume (∇) 182559 m3

Deslocamento (Δ) 187123 t

Coeficiente de Bloco (Cb) 0,83 -

Coeficiente Prismático (Cp) 0,84 -

Área da Superfície Molhada (Aws) 19593 m2

17

Posição Longitudinal do Centro de Carena (LCB) 143,21 m

Comprimento de Linha d'água (Lwl) 271,01 m

Comprimento entre Perpendiculares (Lpp) 263,4 m

Coeficiente de Linha d'água (Cwl) 0,91 -

Ângulo de Entrada (Ae) 41,03 graus

Área na linha d'água (Awl) 12310 m2

Coeficiente de Seção Mestra (Csm) 0,98 -

L/B 5,601143 -

B/D 2,120779 -

T/D 0,709524 -

L/D 11,87879 -

Os resultados encontrados a partir das iterações no Delft Ship mostram que houve uma

expressiva aproximação dos resultados estimados com as regressões lineares e as fórmulas de

coeficientes encontradas na literatura. A tabela de cotas do Suezmax Benayon encontra-se em

Anexos 2.

10. RESISTÊNCIA AO AVANÇO

O cálculo de resistência ao avanço foi feito usando a série 60 e algumas formulações

hidrodinâmicas. Os cálculos realizados encontram-se mais detalhados no Memorial de Cálculo

ou Anexos 3. O gráfico de Potência em função da velocidade pode ser visto na Figura 14:

Figura 14: Potência em Função da Velocidade. Fonte: o Autor.

1000

6000

11000

16000

21000

26000

31000

36000

5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5

EHP

VELOCIDADE (M/S)

EHP vs. V

18

11. PROPULSÃO

Utiliza-se séries sistemáticas para o estudo e projeto de hélices de embarcações fluviais,

entre elas a série B-Troost. A série apresenta vantagens como:

Grande número de dados disponíveis, inclusive com previsões de cavitação;

Altas eficiências;

Geometrias relativamente simples, apresentando facilidades de construção;

Cobertura de toda a faixa de utilização das embarcações fluviais de cargas;

Para a previsão da cavitação, uma das formas mais práticas de se prever esses problemas

é a utilização do diagrama de Burril, baseado em dezenas de ensaios em túneis de cavitação de

hélices de geometrias variadas.

No caso de hélices de séries sistemáticas, onde vários parâmetros geométricos já estão

fixos, a definição do hélice é feita através da escolha do diâmetro, do número de pás, do passo

e da área das pás. Da interação com o conjunto motor-redutor-eixo deve resultar o número de

rotações de operação e a potência consumida.

Quando os dados iniciais são baseados nas características do casco, ou seja, está

disponível o valor do empuxo requerido do hélice para uma velocidade escolhida como de

projeto, utiliza-se o coeficiente de empuxo Kt.

No caso de ser conhecido o diâmetro, utiliza-se uma combinação de equações que

permite buscar a máxima eficiência do hélice, sem necessidade da definição a priori do número

de rotações.

Escolhido a série sistemática do hélice, o número de pás e a razão de área expandida,

são utilizadas as curvas de água aberta correspondentes. Para cada razão P/D (passo/diâmetro)

deverá haver uma solução, onde o Kt do navio será igualado ao Kt das curvas da série.

Determina-se o KT solução para cada P/D, e, consequentemente, os coeficientes de avanço J e

a eficiência em água aberta. Comparando-se todos os casos calculados, escolhe-se o P/D que

corresponde à maior eficiência. Calcula-se ainda a cavitação e através do diagrama de Burril,

escolhe-se um hélice que possua uma cavitação máxima de até 7,5% e que tenha uma alta

eficiência. Calcula-se a potência exigida por cada motor e seleciona-se um motor disponível

comercialmente e com o valor de J, obtém-se o número de rotações ótimo do hélice e assim,

19

define-se a relação de redução de rotações motor/hélice a ser adotada. Os resultados

encontrados para a propulsão encontram-se no Memorial de Cálculo na aba “Propulsão”.

12. COMPARTIMENTAÇÃO

12.1. Duplo Fundo

Um duplo fundo serve para aumentar a segurança do navio em caso de algum acidente

que promova danos ao casco, como estabelecido pela SOLAS II-1, Reg 9. Segundo a regra 2.3.

da ABS parte 5 (Steel Vessels - Specific Vessel Types), um duplo fundo para petroleiros deve

ter altura de B/15 ou 2 m, não podendo ser inferior a 1 m. Assim, Hdp calculada foi de 3,266,

no entanto preferiu-se utilizar o valor de 2 m, assim se tem mais espaço para carga e ainda

assim, o navio fica dentro das normas.

12.2. Duplo Costado

A mínima largura para o duplo costado segundo a ABS é:

𝑊𝑑𝑠 = 0,5 + 𝐷𝑊𝑇

20000 porém não inferior a 1 m ou

𝑊𝑑𝑠 = 2 𝑚

O valor calculado foi de 8,5, então optou-se utilizar o mínimo recomendado de 2 m para

haver mais espaço para carga e pois fazia mais sentido.

12.3. Cavernamento

Para a ABS, Parte 3, Capítulo 2, Seção 5, Subseção 1.7, o espaçamento longitudinal

entre cavernas não pode exceder:

S = 2,08Lpp + 438 mm

Dessa forma, temos que o cavernamento não poderá exceder 985,87 mm. O espaçamento

entre cavernas simples escolhido foi de 750 mm.

12.4. Pique Tanque de Vante e de Ré

Segundo a Regra 16 da MARPOL 73/78, não deverá ser transportado óleo num tanque de

colisão de vante, nem em um tanque localizado por ante-a-vante da antepara de colisão.

20

A NORMAN 01 diz que a antepara de colisão de vante deverá estar localizada a uma

distância não inferior a 5% do Comprimento de Regra (L) da embarcação ou 10 metros,

tomando-se o menor desses valores, a partir do ponto de interseção da roda de proa da

embarcação com a linha de flutuação onde foi determinado o Comprimento de Regra (L). O

pique tanque de ré deve ser posicionado de forma que limite o tubo telescópico em um espaço

(ou espaços) estanques à água, de volume (s) moderado (s).

Dessa forma, temos que para o Suezmax em questão cujo comprimento de regra é

aproximadamente 270 m, o pique tanque de vante calculado está localizado a 13,75 m a ré da

perpendicular de vante. Para o pique tanque de ré obedecer à regra estimou-se o seu

comprimento e observou-se que a localização à 16,83 m a partir do espelho de popa é possível

agregar o tubo telescópico e a máquina do leme.

12.5. Tanques de Resíduos

A regra 29 da MARPOL 73/78 diz que o arranjo do tanque de resíduos, ou do conjunto

de tanques de resíduos, deverá ter uma capacidade necessária para reter resíduos gerados pelas

lavagens de tanques, os resíduos de óleo e os resíduos de lastro sujo. A capacidade total do

tanque, ou tanques, de resíduos não deverá ser inferior a 3% da capacidade de carga do navio.

Os petroleiros de 70000 DWT deverão ser dotados de pelo menos dois tanques de resíduos.

12.6. Cofferdams

De acordo com a seção 1.2.2. da parte 5 das regras da ABS, o cofferdam deve ser

utilizado para separação dos tanques de água doce de tanques com substâncias perigosas para

o consumo humano.

12.7. Tanques de Lastro

Todos os navios devem ter tanques de lastros suficientes para garantir uma viagem

segura em condição de lastro, além de serem segregados dos tanques de carga. A seção 7.1.1

da parte 5 da ABS relata que o tanque de lastro deve ser capaz de fazer com que o petroleiro

tenha um calado a meia nau de no mínimo:

Tmid = 2,0 + 0,02 LOA

ou seja, o calado para o Suezmax Benayon deve ter na condição de lastro no mínimo 7,488 m.

É importante salientar que em qualquer situação, o calado na perpendicular à ré não

deverá ser inferior ao que for necessário para obter a imersão total do hélice.

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Os calados nas perpendiculares a vante e a ré deverão corresponder ao calado a meia

nau, com um trim de popa não maior que:

Trim = 0,015 * LOA = 4,116 m

12.8. Tanque de Água Doce

Esse tanque está localizado acima do pique tanque de ré, pois as normas pedem que ele

esteja em um compartimento estanque, separado de tanques com produtos perigosos.

12.9. Tanque de Carga

Os tanques de carga foram dimensionados através da semelhança com outros navios já

existentes. A partir da análise desses navios, verificou-se que esses tanques estão localizado a

vante do tanque de resíduos e a ré do pique tanque de vante. Os tanques geralmente vão de

costado a costado, do teto do duplo fundo ao convés superior e em um Suezmax de 166000

DWT há geralmente 12 porões, ficando com uma configuração 6x2. Assim o espaço dos

tanques foi definido dividindo-se o espaço disponíveis para tanques de carga por 6, que é o

número de tanques ao longo do comprimento.

12.10. Tanques de Combustível

Segundo a MARPOL 73/78, cada tanque de óleo combustível não deverá ter uma

capacidade superior a 2500 m3. Devem localizar-se a uma altura superior a 2 m do fundo do

navio ou B/20, o que for menor. Ou seja, os tanques de combustível não podem ser alocados no

espaço do duplo fundo para este navio.

12.11. Praça de Máquinas

Para o dimensionamento preliminar da praça de máquinas, utilizou-se a expressão

proposta por Castro et al. (2007):

LPM = (0,28*Lpp0,67) + (0,531*Pot0,35)

A partir do cálculo de resistência ao avanço, chegou-se a uma potência requerida do

motor de 21273,5 kW. Comercialmente, o motor encontrado que atende a esses requisitos é um

MAN 18V48/ 60R:

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Figura 15: Motor Escolhido. Fonte: Catálogo de Produtos MAN 48/60 R

Como o Lpp é de 263,4 m, o valor encontrado para o comprimento da praça de máquinas

foi de 29 m, no entanto, foi utilizado o valor de 28,05 m para convergência da antepara com o

espaçamento de caverna.

12.12. Praça de Bombas

Segundo a regra 22 da MARPOL 73/78, o compartimento de bombas deverá ser dotado

de um duplo fundo de tal modo que a distância entre o fundo desse compartimento e a linha de

base do navio não seja inferior a B/15 ou 2 m, o que for menor, não podendo ser inferior a 1 m.

13. ESTRUTURA

O projeto estrutural de uma embarcação é de grande importância, visto que custos enormes

estão associados à sua construção, além do fato mais importante: vidas humanas são colocadas

em risco caso a estrutura não seja adequada. Por outro lado, o peso leve da embarcação deve

ser o menor possível para que tenha um bom desempenho nas suas funções: transportar

determinada carga ou passageiros em uma velocidade estabelecida (Guedes, 2001).

Cardoso (1994), cita em seu trabalho que o projeto estrutural do navio, na evolução da

construção naval, vem sendo realizado conforme as regras de sociedades classificadoras,

normalmente aplicadas a navios mercantes. Porém revela, uma análise estrutural baseada num

receituário de fórmulas proposto pelas sociedades classificadoras limita o projetista a ter uma

noção física do que está acontecendo. Portanto, o dimensionamento e análise estrutural

preliminar do navio foram baseados nas regras da Classificadora ABS e nas notas de aula.

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Primeiramente foram definidas as espessuras de chapeamento recomendadas pela ABS

através de fórmulas contidas na Parte 3 (Hull Construction and Equipment). Depois, foram

verificados se os módulos de seções dos elementos atendiam aos requisitos mínimos solicitados

pela ABS. As dimensões da alma e da aba foram definidas inicialmente através de semelhança

com outros projetos, mas o processo de cálculo foi iterativo, ou seja, os valores foram sendo

modificados até chegar em resultados que obedecessem a todos os critérios para se ter uma

estrutura segura. O módulo de seção do navio foi calculado conforme a formulação da ABS e,

por fim, as tensões nos elementos foram calculadas conforme explicado em sala de aula, com a

separação e interação dos elementos para compor as tensões primárias, secundárias e terciárias.

O resultado da tensão total pode ser vista na tabela abaixo, todas comparadas com o limite de

escoamento do aço naval (ASTM 131):

Tabela 6: Tensões Totais no Suexmax Benayon. Fonte: o Autor.

TENSÕES TOTAIS VALOR UN CRITÉRIO

σ total Chapa Convés 135,99 MPa Aprovado

σ total Chapa Fundo 117,09 MPa Aprovado

σ total chapa Duplo Fundo 189,97 MPa Aprovado

σ total Chapa Costado 82,895 MPa Aprovado

σ total Chapa Duplo Costado 104,92 MPa Aprovado

σ total Aba Long. Fundo 89,911 MPa Aprovado

σ total Aba Long. Duplo Fundo 70,57 MPa Aprovado

14. PLANO DE CAPACIDADES E PESOS E CENTROS

Os cálculos de peso leve foram estimados de acordo com algumas fórmulas presentes na

literatura e serão de grande utilidade nessa primeira fase de projeto. O peso estrutural em aço

de 21458,52 t foi encontrado a partir da fórmula sugerida por J. M. Murray (Barrass, 2004):

Wst = 26,6 X 10-3

X L1,65 X (B + D +

H2

) *(0,5Cb + 0,4)

0,8

O peso dos equipamentos e outfitting foi estimado a partir da fórmula sugerida por

Bertram e Schneekluth (1998), em que:

24

Wo = K * LOA * B

Onde K possui o valor de aproximadamente 0,2 t/m2 para um tanker com 274,4 m de

comprimento. O valor encontrado foi de 2688,571 t.

O peso do motor principal foi dado pelo fabricante, o que equivale a 265 t.

O peso dos outros maquinários pode ser estimado pela fórmula sugerida no estudo de

Watson e Gilfillan (1977), onde temos:

Wm = 0,56 X (Pot)0,7

Onde a potência é dada em kW. O valor encontrado foi de aproximadamente 600 t.

Todos os tanques foram modelados no Delftship, obtendo assim o plano de capacidades

e os valores para centro de gravidade. O anexo 4 (Pesos e Centros) apresenta os valores

encontrados, todos obedecendo às normas de compartimentação.

Figura 16: Arranjo dos Tanques no DelftShip. Fonte: o Autor.

15. ESTABILIDADE

A segurança de uma embarcação está associada a diversos fatores, entre eles a

estabilidade, que a torna capaz de flutuar nas mais diversas condições. Define-se estabilidade

como a propriedade que a embarcação tem de retornar a sua posição inicial de equilíbrio após

uma perturbação qualquer. Sendo assim, um navio flutuando se encontra em estado de

equilíbrio enquanto as condições internas e externas a ele não se alterarem. Pode-se considerar

a distribuição e operação da carga como condições internas, e como externas a ação de ventos

e ondas (Pereira, 2011).

Para o IS CODE 2008, há 4 condições de carregamento a serem feitas na análise de

estabilidade:

Navio na condição de totalmente carregado na partida, com a carga homogeneamente

distribuída ao longo de todos os compartimentos de carga e com toda a quantidade de

suprimentos e de combustível;

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Navio na condição de totalmente carregado na chegada, com a carga homogeneamente

distribuída ao longo de todos os compartimentos de carga e com 10% de suprimentos e

de combustível remanescentes;

Navio em lastro na condição de partida, sem carga mas com toda a quantidade de

suprimentos e de combustível; e

Navio em lastro na condição de chegada, sem carga e com 10% de suprimentos e de

combustível remanescentes.

De acordo com a Regra 27 da MARPOL 73/78, as seguintes regras devem ser

obedecidas no mar:

A área abaixo da curva do braço de endireitamento (curva GZ) não deverá ser inferior

a 0,055 m.rad até um ângulo de banda igual a 30 graus;

O braço de endireitamento GZ deverá ser de pelo menos 0,2 m com um ângulo de banda

igual ou superior a 30 graus;

O braço de endireitamento máximo deverá ocorrer com um ângulo de banda de

preferência maior do que 30 graus, mas não inferior a 25°; e

A altura metacêntrica inicial GM0 corrigida para a superfície livre medida com uma

banda de 0 grau, não deverá ser inferior a 0,15 m.

Dadas essas condições, foram feitos os cálculos de estabilidade inicial e superfície livre

conforme os Anexos 5.

16. DOCUMENTAÇÕES

Todo projeto naval exige uma série de documentações, entre os quais pode-se citar o

Memorial Descritivo, Notas de Arqueação, Borda Livre, Arranjo Geral e Plano de Linhas.

A NORMAN pede as notas de Arqueação (Anexo 6), que se referem às medidas dos

volumes internos da embarcação, sendo dividida em bruta e líquida. A Bruta corresponde a

todos os volumes dos espaços interiores de um navio. A líquida equivale ao volume destinado

ao transporte de carga e passageiros. A Borda Livre (Anexo 7) equivale à distância entre o

calado de operação e o convés principal, sendo calculada para várias condições como de verão

e tropical, por exemplo. O plano de linhas (Anexo 8) é um desenho técnico com representações

em 2D da forma do casco. O Arranjo Geral (Anexo 9) é um layout onde estão representados os

principais componentes físicos do navio, arranjo dos tanques e espaço de acomodações. O

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memorial descritivo (Anexo 10) é um documento que apresenta detalhes técnicos gerais e

componentes da embarcação.

17. CONCLUSÃO

O projeto do navio Suezmax Benayon passou pela primeira metade da espiral de projeto

de forma satisfatória. Foi possível alcançar os mínimos requisitos de estabilidade e estrutura

que garantem um navio seguro. Muitos cálculos foram feitos a partir de estimativas, porém,

com mais voltas na espiral de projeto será possível ter um navio mais otimizado. O projeto é

uma parte importante para se ter um navio bem construído, ou seja, um projeto com qualidade

é essencial, porém, as técnicas de projeto serão aperfeiçoadas com o tempo e espera-se ter um

projeto mais detalhado nas próximas etapas.

18. REFERÊNCIAS

Anexo 2 - Adoção do Código Internacional sobre Estabilidade Intacta, 2008. Disponível

em:https://www.ccaimo.mar.mil.br/sites/default/files/codigois_consolidado_com_emd_dez20

08.pdf. Acesso em 28 de novembro de 2016.

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2004.

BERTRAM, V.; SCHNEEKLUTH, H. Ship Design for Efficiency and Economy. 2.ed.

Oxford: Elsevier, 1998.

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2016.

CARDOSO, A.A. Síntese Racional Automatizada de Cavernas de Embarcações. USP: São

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CASTRO, R.A.; AZPÍROZ, J.J.; MEIZOSO, M. “El proyecto básico del buque mercante”,

Ed. Fondo Editorial de Ingenieria Naval; Pub. 2007.

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2016.

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https://www.ccaimo.mar.mil.br/sites/default/files/loadlines12014.pdf. Acesso em 29 de

novembro de 2016.

27

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GUEDES, P.L. Resistência Estrutural de Embarcações Fluviais. FATEC: Jaú, 2001.

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connector.com/wiki/ship-sizes/. Acesso em 07 de setembro de 2016.

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https://www.ccaimo.mar.mil.br/sites/default/files/marpol_anexo1-11ago.pdf. Acesso em 29 de

novembro de 2016.

NORMAN 01 – Normas da Autoridade Marítima empregadas na Navegação em Mar

Aberto.

OEC. The Observatory of Economic Complexity. Crude Petroleum. Disponível em:

http://atlas.media.mit.edu/en/profile/hs92/2709/. Acesso em: 10 de setembro de 2016.

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PEREIRA, S.E. Estabilidade para Embarcações Mercantes. 2. Ed. Rio de Janeiro, 2011.

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SOLAS 1974/1988. Convenção Internacional para Salvaguarda da Vida Humana no Mar.

Disponível em: https://www.ccaimo.mar.mil.br/solas. Acesso em 29 de novembro de 2016.

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19. ANEXOS