universidade federal do rio de janeiro escola...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

ESCOLA POLITÉCNICA

ÍNDICE DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM PROJETOS

DE EMBARCAÇÕES (EEDI)

Felipe Gomes Dias

Rio de Janeiro

Fevereiro de 2017

ii

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

ESCOLA POLITÉCNICA



Felipe Gomes Dias

Projeto de Graduação apresentado ao Corpo

Docente do Departamento de Engenharia

Naval e Oceânica da Universidade Federal do

Rio de Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de

Engenheiro Naval e Oceânico.

Orientador: Luiz Antônio Vaz Pinto

Rio de Janeiro

Fevereiro de 2017

iii



Felipe Gomes Dias

PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE

ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS

PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO NAVAL E OCEÂNICO.

Examinada por:

_______________________________________________

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

_______________________________________________

Ulisses A. Monteiro Barbosa, D.Sc., COPPE/UFRJ

_______________________________________________

Dr. Ricardo Homero Ramirez Gutiérrez, D.Sc., COPPE/UFRJ

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

FEVEREIRO de 2017

iv

Gomes Dias, Felipe


DE EMBARCAÇÕES (EEDI)/Felipe Gomes Dias – Rio de

Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2017.


XIII, 43 p.: il.; 29,7 cm

Projeto de Graduação - UFRJ / POLI / Engenharia Naval

e Oceânica, 2017.

Referências Bibliográficas: p. 43 - 45

1. Emissões 2. EEDI. 3. Influência dos parâmetros.I.

Vaz Antônio Pinto, Luiz. II. Universidade Federal do Rio de

Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Naval e

Oceânica. III. Eficiência energética de projetos de

embarcações (EEDI).

v

Aos meus pais Paulo e Rose

vi

Agradecimentos

A Deus e à minha família por me darem forças para chegar até aqui.

A todas as conversas com meus pais, com meus irmãos Allan e Paula, com meu

cunhado Cláudio, com minha tia Valéria e minha prima Ingrid na porta de casa, com

minha avó Anália que tanto amo, com minha tia Rosângela e com uma infinidade de

ótimos amigos que sempre me ouviram, confortaram e me apoiaram durante todo esse

tempo.

Aos meus amados pais e avós Armando e Anália e minha tia Rosângela, muito

obrigado pela certeza de um amparo e por todo suporte que sempre me deram. Desde

muito carinho e compreensão ao conforto de ter comida, cama e roupa limpa sempre à

minha disposição sem exigir nada em troca. Graças a vocês sempre pude me dedicar

exclusivamente aos estudos e hoje poder me formar engenheiro naval.

Aos meus irmãos e meu cunhado que são meus melhores amigos e sempre pude

contar com absolutamente tudo. Sempre me orgulhei e sempre me orgulharei de todos.

À vida que sempre me mostrou o quão importante é estudar e buscar por um país

e mundo melhores de se viver.

À minha amiga Débora que ganhei através da faculdade. Um grande presente que

recebi por seu enorme coração, companheirismo e solidariedade incansáveis. Obrigado

por cada carinho e ajuda que sempre me deu.

Ao meu amigo Rafael Fonseca que foi mais um grande presente dado pela

faculdade. Uma pessoa também de enorme coração que tive o prazer de trabalhar junto

nas matérias mais difíceis que o curso oferece. Se não fosse por seu enorme coração,

bom humor e gigantesco caráter e competência, o difícil poderia ter se tornado algo que

beirasse o impossível.

Ao meu amigo Rafael, que foi meu amigo e irmão que ganhei em um intercâmbio

através da UFRJ. Sem dúvidas sua companhia e enorme amizade tornaram um ano já

maravilhoso em algo mais incrível ainda. Mais um presente que ganhei da UFRJ.

À minha amiga Danielle, que se fosse citar cada favor que me prestou, não

caberiam em um livro. Um grande presente dado pela UFRJ por sua amizade,

vii

companheirismo, garra contagiante e por ser uma das pessoas mais prestativas que já

conheci. Seu enorme coração, bondade, prazer em ajudar a todos e gigantesca

competência são, no mínimo, admiráveis. Uma pessoa para se espelhar.

Ao meu orientador Luiz Vaz, que desde nosso primeiro contato se mostrou sempre

muito interessado, respeitoso e acolhedor. Um exemplo de professor e de pessoa

agradável de lidar. Sempre se mostrou muito solícito e eficiente para me ajudar. Sem

dúvidas, facilitou em muito a confecção de todo esse trabalho. Também agradeço pela

confiança depositada e oportunidade.

À Petrobras através do PRH-03 e à ANP que foram os grandes financiadores desse

projeto. Como sempre, a empresa investindo nos estudantes brasileiros e no avanço da

tecnologia em benefício de todo o país. Obrigado pela oportunidade.

A todos os amigos proporcionados pela faculdade que, sem dúvidas, me davam

força e ânimo para enfrentar cada dia de faculdade. Neles estava depositado o maior

estímulo que tive para dar continuidade e finalizar o curso.

À receptividade e à união dos alunos de engenharia naval. As atitudes do conjunto

tornavam nosso ambiente de convivência, respeito e ajuda mútua, únicos.

A todos que de alguma forma contribuíram com a minha formação como pessoa e

como profissional. Sem dúvidas, graças a essas pessoas em muito pude amadurecer e

crescer enquanto homem e profissional.

viii

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

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



Felipe Gomes Dias

Fevereiro/2017


Curso: Engenharia Naval e Oceânica

Devido à intensificação do aquecimento global e o consequente aumento das

preocupações em torno desse fenômeno, a indústria naval se mostrou interessada em

diminuir a quantidade de emissões de gases poluentes na atmosfera. Sendo o principal

deles, o gás carbônico.

Assim surgiu a regra do EEDI. Dada sua importância, todo trabalho preocupou-se

em tornar possível o entendimento desse índice através da explicação minuciosa dos

termos que compõem sua fórmula e como seu valor é avaliado. Tudo, no intuito de tornar

essa regra cada vez mais difundida e eficiente em sua causa.

Fora isso, ensaios com três embarcações reais de diferentes categorias foram feitos

no intuito de calcular seus EEDI, avaliar seu atendimento à norma e, em seguida,

analisar a influência dos parâmetros que compõem a fórmula que calcula esse índice

nos resultados finais.

Palavras-Chave: Emissões, EEDI, Influência dos parâmetros

ix

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

of the requirements for the degree of Naval Engineer.

Energy Efficiency Design Index (EEDI)

Felipe Gomes Dias

February /2017

Advisor: Luiz Antônio Vaz Pinto

Department: Naval Engineering

Due to the intensification of global warming and the consequent increase in worries

about this phenomenon, the naval industry was interested in reducing the amount of

emissions of polluting gases in the atmosphere. Being the main on, the carbon dioxide.

This is how the EEDI rule came about. Given its importance, all work was concerned

with making possible the understanding of this index through a detailed explanation of

the terms that make up its formula and how its value is evaluated. Everything in order to

make this rule more and more widespread and efficient in its cause.

Besides this, tests with three real vessels of different categories were done in order

to calculate their EEDI, evaluate their compliance with the rule and then analyse the

influence in the final results of the parameters that compose the formula which calculates

this index.

Keywords: Emissions, EEDI, influence of the results

x

Sumário

Lista de Figuras ......................................................................................................xii

Lista de Tabelas .....................................................................................................xiii

1. Apresentação ................................................................................................. 1

1.1. Introdução ............................................................................................... 1

1.2. Objetivo ................................................................................................... 1

1.3. Motivação ................................................................................................ 1

1.4. Metodologia ............................................................................................. 2

2. O índice de eficiência energética em projetos de embarcações ...................... 2

2.1. Surgimento do EEDI ................................................................................ 3

2.2. O que é EEDI? ........................................................................................ 4

2.3. Benefícios do EEDI.................................................................................. 5

2.4. Cálculo do EEDI ...................................................................................... 5

2.4.1. Equação do EEDI atingido ................................................................ 6

2.5. Como se encaixar ao EEDI? .................................................................. 16

2.5.1. EEDI requerido ............................................................................... 16

2.5.2. Linha de referência ou linha base ................................................... 18

3. Aspectos técnicos do projeto ........................................................................ 18

3.1. Navios analisados ................................................................................. 19

3.2. Cálculo do consumo específico de combustível pelo motor principal de

cada embarcação .................................................................................................... 20

xi

3.3. Cálculo do consumo específico de combustível pelo motor auxiliar de cada

embarcação ............................................................................................................ 30

4. Cálculo e avaliação do EEDI ........................................................................ 31

4.1. Cálculo do EEDI atingido ....................................................................... 31

4.2. Linha de referência e curva do EEDI requerido ..................................... 32

4.3. Avaliação do atendimento ao EEDI requerido........................................ 35

4.4. Análise de sensibilidade do EEDI .......................................................... 37

4.5. Críticas .................................................................................................. 38

5. Conclusão .................................................................................................... 41

6. Referências Bibliográficas ............................................................................ 43

Anexo I ................................................................................................................ 46

Anexo II................................................................................................................ 48

Anexo III............................................................................................................... 52

Anexo IV .............................................................................................................. 53

Anexo V ............................................................................................................... 55

Anexo VI .............................................................................................................. 57

Anexo VII ............................................................................................................. 59

Anexo VIII ............................................................................................................ 60

xii

Figuras

Figura 3.1 - Casco Petroleiro modelado em Free!Ship ......................................... 21

Figura 3.2 - Casco Graneleiro modelado em Free!Ship ....................................... 21

Figura 3.3 -Casco Porta-contentor modelado em Free!Ship................................. 21

Figura 3.4 - Resistênciaao avanço - Petroleiro ..................................................... 22

Figura 3.5 - Resistência ao avanço - Graneleiro .................................................. 23

Figura 3.6 - Resistência ao avanço - Porta-contentor........................................... 23

Figura 3.7 - Faixa de operação de motores - Interface Hélice B ........................... 27

Figura 4.1 - EEDI requerido e L de referência – Petroleiro.....................................33

Figura 4.2 - EEDI requerido e L de referência – Graneleiro.....................................34

Figura 4.3 - EEDI requerido e L de referência – Porta-contentor.............................34

Figura 4.4 - Avaliação EDI – Petroleiro....................................................................35

Figura 4.5 - Avaliação EDI – Graneleiro..................................................................36

Figura 4.6 - Avaliação EDI – Porta-contentor..........................................................36

xiii

Tabelas

Tabela 2.1 - Capacidade emissiva de CO2 de diferentes combustíveis ................... 9

Tabela 2.2 - Parâmetros para resolução da equação 2.11 ........................................ 14

Tabela 2.3 - Fatores de correção de linha de referência [13] .................................... 17

Tabela 2.4 - Parâmetros a, b e c para cálculo da linha de referência ...................... 18

Tabela 3.1 - Dados das três embarcações ................................................................... 19

Tabela 3.2- propulsores mais eficientes de cada embarcação ................................. 26

Tabela 3.3 - Dados propulsores selecionados para cada embarcação ................... 29

Tabela 3.4 - Consumo motores principais .................................................................... 29

Tabela 3.5 - Consumo motores auxiliares .................................................................... 31

Tabela 4.1 - Parâmetros da fórmula e cálculo do EEDI ............................................. 32

Tabela 4.2 - Análise de sensibilidade ........................................................................ 3838

1

1. Apresentação

1.1. Introdução

De acordo com o crescente aumento de preocupações da engenharia e da

sociedade quanto às mudanças climáticas que o mundo vem sofrendo, a MARPOL criou

um índice de controle de emissões de gases poluentes por embarcações de grande

porte que, em inglês, chama-se EEDI ou Energy Efficiency Design Index. Deforma

resumida, o EEDI é um número que representa a relação entre a emissão de CO2 do

motor do navio e quantidade de carga transportada e a velocidade desse transporte.

A ideia de criação dessa norma possui uma intenção clara quanto à diminuição das

emissões de gases estufa na atmosfera, mas para que essa medida seja de fato

eficiente muito estudo ainda deve ser colocado em prática. Sendo todo o trabalho uma

contribuição para isso.

1.2. Objetivo

O objetivo do trabalho é fazer um ensaio teórico referente a três embarcações de

diferentes categorias no intuito de avaliar e criticar o atendimento ou não dessas

embarcações ao índice imposto pela MARPOL.

Fora isso, outro objetivo foi ver o quanto uma variável da fórmula que calcula o EEDI

foi capaz de influenciar nos resultados para essas embarcações trabalhadas.

1.3. Motivação

A principal motivação para elaboração deste projeto encontra-se na necessidade de

serem realizados estudos que tratem da diminuição de impactos ambientais causados

pela engenharia naval. Com mais trabalho e mais investimento, o EEDI pode ser tornar

cada vez mais realista e eficiente.

2

1.4. Metodologia

Primeiramente, sua abordagem teórica sobre o EEDI foi feita, explicando: um pouco

sobre seu surgimento, a formulação que utiliza atualmente, como é calculado, como as

variáveis de sua fórmula são definidas e como é avaliado.

Após isso, três tipos diferentes de embarcações mercantes em operação foram

usados como casos de estudo no intuito de serem feitas análises de consumo,

quantidade de cargas transportadas etc. Feito isso, elas tiveram seus EEDI calculados

e devidamente avaliados

Por fim, visando a avaliação mais crítica quanto ao atendimento à regra da

MARPOL, uma análise de sensibilidade foi feita sobre as fórmulas em relação a cada

embarcação estudada no intuito de saber-se o quanto cada variável foi capaz de alterar

o resultado dos EEDI atingidos por cada navio.

2. O índice de eficiência energética em projetos de embarcações

Nos últimos séculos, devido ao aumento da população mundial e sua produção de

resíduos e poluentes, muitos gases que intensificam o aquecimento global vêm sendo

liberados em quantidades exacerbadas no ar que respiramos. Dentre esses gases, o

mais expressivo deles é o gás carbônico proveniente da queima de combustíveis

fósseis.

Atualmente, a combustão como forma de geração de energia é largamente utilizada

pelo homem no setor de transportes. Como reflexo disso, a escala de emissão de gases

poluentes por navios, por exemplo, apresentou dados no mínimo preocupantes – como

apontou em 2008 um artigo que se tornou público através do jornal The Guardian [1]. O

artigo expôs um estudo das Nações Unidas que sugeria que o valor das emissões

anuais da frota mercante mundial alcançara 1,12 bilhões de toneladas de CO2, ou

melhor, cerca de 4,5 % de toda a emissão global desse principal gás responsável pelo

efeito estufa. Nesse sentido, fez-se uma analogia dizendo que a quantidade de gás

estufa emitida foi semelhante à quantidade produzida por uma nação industrial do

tamanho da Alemanha.

3

Segundo o The Guardian, o comércio marítimo mundial vem crescendo desde 2009

para suprir a demanda mundial por transporte. Dessa maneira, gerando: aumento da

frota de navios em operação, utilização mais intensiva de frotas já existentes e aumento

da capacidade de carga e tamanho de navios novos. Isso significa cada vez mais

emissão de gases poluentes na atmosfera. Por isso, a IMO, abraçando a causa

ambiental e sua importância, começou a criar normas focadas na diminuição das

emissões de embarcações.

2.1. Surgimento do EEDI

Na década de 1920, o carvão e o petróleo começaram a ganhar uma enorme força

como matriz energética de atividades humanas, principalmente, nos países

industrializados. No final do século XX, aproximadamente 90 % do suprimento da

energia utilizada já provinha de combustíveis fósseis. [2]

Em função das preocupações que permeavam os problemas climáticos causados

pela emissão de carbono, os meios de transporte acabaram sendo colocados em pauta

de discussões. Contudo, a exemplo do transporte marítimo, havia um impasse

relacionado ao controle de geração de gases poluentes por essas máquinas por elas

não serem fixas em terra. Como navios têm diferentes fronteiras de operação em

diferentes nações, reconhece-se que o controle de emissões dessas embarcações deve

ser feito a nível internacional. O controlador, nesse caso, foi a IMO – uma agência das

nações unidas formalmente estabelecida em 1948.

Em 2011, após votação e aval da maior parte dos países envolvidos com o

transporte mercantil no planeta, essa agência adotou medidas obrigatórias técnicas e

operacionais de eficiência energética que reduziriam significativamente a quantidade de

gases do efeito estufa emitidos por navios. As medidas adicionaram o capítulo 4 do

anexo VI da MARPOL 73/78 [3] intitulado Energy Eficiency for Ships ou “Eficiência

Energética para Navios”. As cláusulas tornaram obrigatório: o Energy Efficiency

Design Index (EEDI) ou Índice de Eficiência Energética de Projeto para determinadas

embarcações.

Após cerca de dois anos, o Capítulo 4 passou a ser mandatório em 1 de janeiro de

2013 [4] juntamente ao índice EEDI. Felizmente, esse indicador surgiu em um período

4

em que muitos setores da economia estavam passando por considerável transformação

e, portanto, navios cada vez mais eficientes para suprir de maneira competitiva as

demandas do mercado já estavam sendo produzidos. Então, a possível crítica de alguns

países quanto ao atraso na produção de suas embarcações causado pelo surgimento

da nova regra da IMO foi atenuada. [3]

2.2. O que é EEDI?

O EEDI é uma regra que foi colocada em vigor em 1º de janeiro de 2013 que serve

como referência para o projeto de novos navios de segmentos específicos que

ultrapassem as 400 toneladas de deslocamento. Seu objetivo é promover o uso de

energia por equipamentos e motores de maneira mais eficiente, requerendo um nível

mínimo de eficiência energética por milha-capacidade do navio. Assim, diminui-se

emissão de poluentes e, oportunamente, despesas com combustível. [1]

Esse índice impõe limites que variam de acordo com o tipo do navio, seu tamanho

e sua função. Desde 2014, o índice abrange navios das seguintes categorias:

petroleiros, gaseiros, graneleiros, navios de carga geral, navios de carga refrigerada e

porta contentores, LNG, Ro-Ro’s e cruzeiros. Assim, aproximadamente 85% das

emissões de CO2 provindos do comércio mercante passaram a ficar em cheque com o

regime de regulamento internacional. [4]

Como a regra deve ser retificada e intensificada a cada 5 anos, inicialmente, a regra

requer que a maioria dos novos navios sejam 10% mais eficientes energeticamente a

partir do ano de 2015, 20% mais eficientes em 2020 e 30% mais eficientes em 2025.

Dessa maneira, considerando adequada implementação da norma, o ICCT prevê que a

emissão de cerca de 263 milhões de toneladas de CO2 será reduzida anualmente por

volta de 2030 – uma discrepância de 30% na redução das emissões caso o índice EEDI

não fosse colocado em prática. [4]

O índice de eficiência energética de projeto fornece uma figura específica para um

projeto individual de navio, expressa em gramas de dióxido de carbono (CO2) por

capacidade milha do navio – quanto menor o EEDI mais eficiente energeticamente o

projeto do navio. O cálculo desse índice inclui parâmetros que permitem prever o padrão

operacional do navio, como: capacidade de carga, velocidade e detalhes da motorização

5

principal e motorização auxiliar. Ademais, também existem fatores de correção para

condições de tempo e tipos de navios onde considerações específicas são necessárias.

[5]

2.3. Benefícios do EEDI

Os benefícios do EEDI vão se revelar gradualmente através do tempo assim que

novos navios substituam e aumentem a frota já existente. Entretanto, esse efeito será

evidente apenas a partir de 2040-2050. Essa demora se deve, pois, ao fato de a vida

útil dos navios no momento operantes ser de 25-35 anos ainda.

A adoção de medidas de redução mandatórias pela IMO para todos os navios a

partir de 2013 ocasionará uma redução significativa de emissões e, também, uma

considerável redução de custos para a indústria naval. Até 2020, estima-se uma redução

de emissão de mais de 200 milhões de toneladas de CO2 por ano através da introdução

do EEDI. Algo que, até 2030, irá aumentar para 420 milhões de toneladas de CO2 por

ano. Em outras palavras, as reduções estarão em 2020 entre 10 e 17 por cento e, até

2030, entre 19 e 26 por cento em comparação às emissões atualmente. [1]

A redução de emissões também será significativa em relação à economia com

combustível na indústria. Até 2020 essa economia é estimada em 20 a 80 bilhões de

dólares e, até 2030, de 90 a 310 bilhões de dólares, compensando os custos de

investimento em tecnologias para atender à norma. [1]

2.4. Cálculo do EEDI

Através do Comitê de proteção ambiental marítima ocorrido em assembleia da IMO,

em sua 59ª sessão [6], reconheceu-se a necessidade de desenvolver um Índice de

Eficiência Energética de Projeto (EEDI) para novos navios. Assim, pelo fato de o MEPC

de 2009 ter premissas ainda provisórias, em anos seguintes, houveram diversas

inclusões e revisões de regras debatidos e originados em diferentes Comitês.

Alguns adendos foram feitos, originando o capítulo 4 do anexo VI da MARPOL

73/78 [6], e dando forma às regras que permeavam o índice de eficiência energética de

6

projeto. Dessa maneira, alguns comitês foram convocados e ajudaram a criar e lapidar

as equações que levaram ao cálculo do EEDI de embarcações. Comitês responsáveis

por equacionar, aprimorar e atualizar o índice são: MEPC.203(62) adotada em 15 de

julho de 2011, MEPC.2012(63) adotada em 2 de março de 2012, MEPC.224(64)

adotada em 5 de outubro de 2012 e MEPC.245(66) adotada em 4 de abril de 2014. [4]

Como o MEPC.245(66) é o comitê responsável pelos adendos ao capítulo 4 da

MARPOL 73/78 Anexo VI mais moderno, as normas orientadas por ele são as que estão

em vigor no momento. Com isso, para fazer uma explicação detalhada de como o índice

EEDI deve ser calculado, apenas o documento da MEPC.245(66) será utilizado como

guia [7]. Isso se dará sem preocupação com as adesões de outros Comitês pelo fato de

as regras desenvolvidas no Comitê de 2014 terem, automaticamente, suplantado as

inclusões de Comitê mais antigo.

2.4.1. Equação do EEDI atingido

O EEDI atingido é o valor atribuído ao EEDI de uma embarcação específica em

gramas por tonelada.Milhanáutica dado, de acordo com a MEPC.245(66), pela equação

que segue:

(∏ ƒ𝑖)(∑ 𝑃𝑀𝐸(𝑖). 𝐶𝐹𝑀𝐸(𝑖). 𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸(𝑖)) + (𝑃𝐴𝐸 . 𝐶𝐹𝐴𝐸 . 𝑆𝐹𝐶𝐴𝐸 ∗)𝑛𝑀𝐸𝑖=1

𝑛𝑗

ƒ𝑖. ƒ𝑐 . ƒ𝑙 . 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒. ƒ𝑤. 𝑉𝑟𝑒𝑓

+

((∏ ƒ𝑖𝑛𝑗=1 . ∑ 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖) − ∑ ƒ𝑒𝑓𝑓(𝑖). 𝑃𝐴𝐸𝑒𝑓𝑓(𝑖)

𝑛𝑒𝑓𝑓𝑖=1

𝑛𝑃𝑇𝐼𝑖=1 )𝐶𝐹𝐴𝐸 . 𝑆𝐹𝐶𝐴𝐸)

ƒ𝑖. ƒ𝑐 . ƒ𝑙 . 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒. ƒ𝑤 . 𝑉𝑟𝑒𝑓

−

(∑ ƒ𝑒𝑓𝑓(𝑖). 𝑃𝑒𝑓𝑓(𝑖)𝑛𝑒𝑓𝑓𝑖=1 . 𝐶𝐹𝑀𝐸 . 𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸 ∗∗)


=

𝐸𝐸𝐷𝐼 𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔𝑖𝑑𝑜 (2.1)

7

Sendo cada incógnita:

𝑛 – Iterações;

𝑛𝑀𝐸 – Número de motores principais;

𝑃𝑀𝐸(𝑖) – Potência dos motores principais;

𝐶𝐹𝑀𝐸(𝑖) – Fator de conversão entre consumo de combustível e emissão de CO2 dos

motores principais;

𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸(𝑖)– Consumo específico de combustível dos motores principais;

𝑃𝐴𝐸 – Potência dos motores auxiliares;

𝐶𝐹𝐴𝐸 – Fator de conversão entre consumo de combustível e emissão de CO2 do

motor auxiliar;

𝑆𝐹𝐶𝐴𝐸 – Média ponderada do consumo específico dos motores auxiliares;

𝑛𝑃𝑇𝐼– Número de eixos dos motores;

𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖) – Potência gerada por grupos geradores acoplados ao eixo do motor;

𝑛𝑒𝑓𝑓 – Número de tecnologias inovadoras de eficiência energética;

𝑃𝑒𝑓𝑓(𝑖) – Potência de uma tecnologia mecânica inovadora de eficiência energética;

ƒ𝑒𝑓𝑓(𝑖) – Fator de disponibilidade de tecnologias inovadoras de eficiência energética;

𝑃𝐴𝐸𝑒𝑓𝑓(𝑖) – Redução de potência do motor auxiliar;

𝐶𝐹𝑀𝐸 – Fator de conversão entre consumo de combustível e emissão de CO2 do

motor principal;

𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸 – Média ponderada do consumo específico de combustível dos motores

principais;

ƒ𝑖 – Fator de capacidade;

8

ƒ𝑐 – Fator de correção de capacidade cúbica;

ƒ𝑙 – Fator para navios de cargas gerais equipados com guindastes e outras

máquinas relacionadas à carga;

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 – Capacidade de carga

ƒ𝑤 – Fator climático;

𝑉𝑟𝑒𝑓 – Velocidade do navio em Knots;

*Se acoplado ao eixo do propulsor existem shaft generators (espécie de

alternadores que aproveitam a inércia do giro do eixo para gerar energia), o 𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸 e o

𝐶𝐹𝑀𝐸, em relação à quantidade de energia produzida, devem ser usados em lugar do

𝑆𝐹𝐶𝐴𝐸 e o 𝐶𝐹𝐴𝐸

** Em caso de 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖) > 0, a média ponderada entre os valores (𝐶𝐹𝑀𝐸 . 𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸) e

(𝐶𝐹𝐴𝐸 . 𝑆𝐹𝐶𝐴𝐸) será usada para calcular o valor de 𝑃𝑒𝑓𝑓

É importante salientar que essa equação 2.1 não se aplica a navios com

propulsão: por motores diesel-elétricos, à turbina ou sistema híbrido (exceto navios

cruzeiros de passageiros e LNG’s).

𝑪𝑭

É um fator adimensional de conversão entre consumo de combustível (g) e emissão

de CO2 (g) baseado na quantidade de carbono que compõe cada tipo de combustível.

Dessa maneira, segue um catálogo com os diferentes valores de 𝐶𝐹 em função da

quantidade de carbono de diferentes combustíveis:

9

Tabela 2.1 - Capacidade emissiva de CO2 de diferentes combustíveis

De maneira bastante lógica, em caso de navios equipados com motores Dual-fuel,

o 𝐶𝐹 para o gás e o 𝐶𝐹 para o óleo deverão ser multiplicados pelo consumo,

respectivamente, de gás e óleo do motor para compor de maneira correta a fórmula 2.1

do EEDI corrigido. Isso pode ser ilustrado pela fórmula 2.2.

(∏ ƒ𝑖)(∑ 𝑃𝑀𝐸(𝑖). (𝐶𝐹𝑀𝐸(𝑖),𝐺𝑎𝑠. 𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸(𝑖),𝐺𝑎𝑠𝑛𝑀𝐸𝑖=1

𝑛𝑗

ƒ𝑖. ƒ𝑐 . ƒ𝑙 . 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒. ƒ𝑤. 𝑉𝑟𝑒𝑓

+

(𝐶𝐹𝑀𝐸(𝑖),Ó𝑙𝑒𝑜. 𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸(𝑖),Ó𝑙𝑒𝑜) + (𝑃𝐴𝐸 . 𝐶𝐹𝐴𝐸 . 𝑆𝐹𝐶𝐴𝐸 ∗)


(2.2)

𝑽𝒓𝒆𝒇

É a velocidade do navio medida em milhas náuticas por hora (Knot) em águas

profundas e em condição de carga definida nos parágrafos 2.3.1 e 2.3.3[7] em relação

à potência do eixo dos motores, definida no parágrafo 2.5 [7], e assumindo que o tempo

está calmo – sem ondas e sem vento.

10

Capacidade

Para: graneleiros, navios tanque, gaseiros, navios LNG, Ro-Ro de carga (que

carregam veículos), ro-ro de carga, ro-ro de passageiros, navios de carga refrigerada e

de carga combinada, o deadweight deve ser usado como Capacidade.

Para: navios de passageiros e cruzeiros de passageiros, a tonelagem bruta de

acordo com [8] deve ser usada como Capacidade.

Para: navios porta-contêiner, 70% do deadweight deve ser usado como

Capacidade.

- Deadweight

É a diferença em toneladas entre o deslocamento de um navio em água de

densidade relativa 1,025Kg/m³ em calado de verão e o peso leve do navio.

O calado de verão considerado deve ser o máximo calado de verão

notificado para a embarcação em questão.

P

P é a potência dos motores auxiliares (𝑃𝐴𝐸(𝑖)) e principais (𝑃𝑀𝐸(𝑖)) medida em KW.

- 𝑃𝑀𝐸(𝑖)

𝑃𝑀𝐸(𝑖) equivale a 75% da potência instalada dos motores principais

Em caso de navios LNG que possuem propulsor diesel-elétrico, o 𝑃𝑀𝐸(𝑖)

deverá ser calculado pela fórmula 2.3.

𝑃𝑀𝐸(𝑖) =

𝑀𝑃𝑃𝑀𝑜𝑡𝑜𝑟(𝑖)

𝜂(𝑖)

(2.3)

Onde:

𝑀𝑃𝑃𝑀𝑜𝑡𝑜𝑟(𝑖) é a potência específica do motor certificada em documento.

𝜂(𝑖) é a eficiência elétrica que deve ser considerada como 91,3% na intenção

de calcular o EEDI atingido.

11

- 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖)

Em casos onde há motores gerados instalados no eixo do propulsor, 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖)

será igual a 75% da taxa de consumo de energia de cada motor de eixo dividido

pela média ponderada da eficiência energética desses geradores, como segue:

∑ 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖) = ∑

(0,75. 𝑃𝑆𝑀,max(𝑖))

𝜂𝐺𝑒𝑛̅̅ ̅̅ ̅̅

(2.4)

Onde:

𝑃𝑆𝑀,max(𝑖)é a taxa de consumo de energia de cada motor de eixo.

Sendo assim a potência propulsiva medida em velocidade 𝑉𝑟𝑒𝑓 será 𝜂𝐺𝑒𝑛̅̅ ̅̅ ̅̅ ,

que é a média ponderada de eficiência energética de cada gerador.

∑ 𝑃𝑀𝐸(𝑖) + ∑ 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖),𝑆ℎ𝑎𝑓𝑡 (2.5)

Onde:

∑ 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖),𝑆ℎ𝑎𝑓𝑡 = ∑ 0,75. 𝑃𝑆𝑀,max(𝑖). 𝜂𝑃𝑇𝐼(𝑖)

(2.6)

𝜂𝑃𝑇𝐼(𝑖) é a eficiência de cada grupo gerador de eixo instalado.

Sabe-se que a potência total do sistema propulsivo é superior aos valores

de 75% utilizados acima, contudo, essa porcentagem é aplicada como referência

ao cálculo da velocidade 𝑉𝑟𝑒𝑓 e, assim, do EEDI.

𝑷𝒆𝒇𝒇(𝒊)

𝑃𝑒𝑓𝑓(𝑖) é a potência de uma tecnologia mecânica inovadora de eficiência energética

aplicada a 75% de potência do motor principal. Sendo assim, o efeito da tecnologia será

refletido diretamente na velocidade de referência 𝑉𝑟𝑒𝑓.

Em caso de navios equipados com mais de um motor principal, o 𝐶𝐹e CFC serão a

média ponderada da potência equivalente de todos os motores principais.

12

𝑷𝑨𝑬𝒆𝒇𝒇(𝒊)

𝑃𝐴𝐸𝑒𝑓𝑓(𝑖) é a redução de potência auxiliar em função da inovação em tecnologia

elétrica de eficiência energética medida em relação à 𝑃𝑀𝐸(𝑖).

𝑷𝑨𝑬

É a potência requerida de motores auxiliares para dar suporte energético a:

máquinas e tudo que envolva o sistema propulsivo e acomodações. Enfim, todo o

consumo de energia elétrica no navio deve ser levado em consideração, sendo que, à

velocidade 𝑉𝑟𝑒𝑓.

- Navios com potência propulsiva total maior ou igual a 10.000 KW

𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑢𝑙𝑠𝑖𝑣𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∑ 𝑀𝐶𝑅𝑀𝐸(𝑖) +

∑ 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖)

0,75

(2.7)

Dessa forma, 𝑃𝐴𝐸 é definida pela fórmula 2.8:

𝑃𝐴𝐸(∑ 𝑀𝐶𝑅𝑀𝐸(𝑖)≥10.000𝐾𝑊)= (0,025 ∗ ( ∑ 𝑀𝐶𝑅𝑀𝐸(𝑖)

𝑛𝑀𝐸

𝑖=1

+∑ 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖)

𝑛𝑃𝑇𝐼𝑖=1

0,75)) + 250

(2.8)

- Navios com potência propulsiva total menor ou igual a 10.000 KW

𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑢𝑙𝑠𝑖𝑣𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∑ 𝑀𝐶𝑅𝑀𝐸(𝑖) +

∑ 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖)

0,75

(2.9)

Dessa forma, 𝑃𝐴𝐸 é definida pela fórmula 2.9:

𝑃𝐴𝐸(∑ 𝑀𝐶𝑅𝑀𝐸(𝑖)≤10.000𝐾𝑊)= (0,05 ∗ ( ∑ 𝑀𝐶𝑅𝑀𝐸(𝑖)

𝑛𝑀𝐸

𝑖=1

+∑ 𝑃𝑃𝑇𝐼(𝑖)

𝑛𝑃𝑇𝐼𝑖=1

0,75))

(2.10)

13

𝑽𝒓𝒆𝒇. Capacidade e P

Essas variáveis devem ser consistentes uma em relação à outra. Para navios com

sistema de propulsão diesel-elétrico ou de turbina a vapor, 𝑉𝑟𝑒𝑓 é a velocidade relevante

a 83% de 𝑀𝑃𝑃𝑀𝑜𝑡𝑜𝑟 e 𝑀𝐶𝑅𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑎 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟, respectivamente.

SFC

SFC é o consumo específico de combustível medido em g/ KWh de motores ou

turbinas a vapor.

- 𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸(𝑖)

O consumo específico do motor principal (𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸(𝑖)) é aquele registrado no

teste de ensaio incluído na ficha técnica 𝑁𝑂𝑥 para o motor principal a 75% do

seu MCR (Máxima potência contínua).

- 𝑆𝐹𝐶𝐴𝐸(𝑖)

O consumo específico do motor auxiliar (𝑆𝐹𝐶𝐴𝐸(𝑖)) é aquele registrado no

teste de ensaio incluído na ficha técnica 𝑁𝑂𝑥 para o motor auxiliar a 50% do seu

MCR.

- Motores que tenham o gás como principal combustível

Para motores que tenham o gás como principal combustível, de acordo com o artigo

[9], o SFC correspondente utilizado será aquele que se refere somente ao gás. Caso o

motor não tenha uma ficha técnica 𝑁𝑂𝑥 aprovada em relação ao consumo do gás, o

SFC deverá ser submetido pelo fabricante e confirmado por um órgão verificador

competente.

Para motores que tenham como principal combustível o GNL, o SFC considerado

deverá ser corrigido para g/KWh utilizando o valor calorífico mais baixo do GNL (48.000

KJ/Kg) referente às orientações do IPCC de 2006, caso necessário.

14

ƒ𝒘

É um coeficiente adimensional que indica a diminuição de velocidade em

condições de mar representativas: altura de ondas, frequência de ondas e velocidade

do vento. O ƒ𝑤 é representado como segue:

- Para EEDI calculado segundo regulamentos 20 e 21 da MARPOL Anexo VI

Resumidamente, consideram-se navios novos e, com isso, ƒ𝑤 será igual a 1,00.

- Para EEDI calculado segundo os subparágrafos 2.9.2.1 e 2.9.2.2 da MARPOL

Anexo V

ƒ𝑤 pode ser determinado com simulação da performance do navio em condições de

mar representativas. A metodologia de simulação deve basear-se em manual

desenvolvido por uma organização. [10]

Em casos onde não é feita simulação, ƒ𝑤 pode ser pego da tabela de valores padrão

de ƒ𝑤 fornecida pelo manual [11] para cada tipo de navio definido pelo regulamento 2 da

MARPOL Anexo VI. O “Standard ƒ𝑤” é baseado na redução de velocidade corrente de

muitos navios existentes em condições representativas de mar. Para encontrar o valor

de ƒ𝑤, então, basta seguir a fórmula 2.11 e os dados da tabela 2.2:

ƒ𝑤 = a ∗ ln(capacidade) + b (2.11)

Tabela 2.2 - Parâmetros para resolução da equação 2.11

Categoria de navio a b

Graneleiro 0,0429 0,294

Tanque 0,0238 0,526

Porta-contentor 0,0208 0,633

ƒ𝒊

ƒ𝐢 é o fator de capacidade aplicado para qualquer caso técnico limitante de

capacidade. Em casos onde esse coeficiente não tem utilidade, basta substitui-lo por

1,0 na equação geral do EEDI atingido 2.1.

15

Em caso de petroleiros e granelerios, o cálculo de ƒ𝒊 será dado pela fórmula 2.12:

𝑓𝑖 = 1 + (0,08 ∗

𝐿𝑊𝑇

𝐷𝑊𝑇)

(2.12)

sendo:

𝐿𝑊𝑇 – Peso leve;

𝐷𝑊𝑇 – Deadweight;

Quando a embarcação não se enquadra nessas duas categorias supracitadas,

basta atribuir o valor de 1,0, novamente, ao valor do coeficiente de capacidade.

ƒ𝒄

É o fator de correção da capacidade cúbica e deve possuir o valor 1,0 em caso de

não necessidade de aplicação do fator.

O ƒ𝐜 somente terá valores encontrados através de fórmulas em caso de navios

químicos, Ro-ro’s e gaseiros particulares.

ƒ𝒍

É um fator para navios de carga geral equipados com guindastes e outras máquinas

relacionadas ao embarque e desembarque de carga para fazer uma compensação de

perda de deadweight da embarcação. Seu cálculo se dá da seguinte maneira:

𝑓𝑙 = 𝑓𝑐𝑟𝑎𝑛𝑒𝑠 ∗ 𝑓𝑠𝑖𝑑𝑒𝑙𝑜𝑎𝑑𝑒𝑟 ∗ 𝑓𝑟𝑜𝑟𝑜 (2.13)

𝑓𝑐𝑟𝑎𝑛𝑒𝑠 = 1, se não houver nenhum guindaste.

𝑓𝑠𝑖𝑑𝑒𝑙𝑜𝑎𝑑𝑒𝑟 = 1, se não houver nenhum equipamento lateral de carga.

𝑓𝑟𝑜𝑟𝑜 = 1, se não houver nenhuma rampa de embarque e desembarque.

- 𝑓𝑐𝑟𝑎𝑛𝑒𝑠

É definido como na fórmula 2.14.

16

𝑓𝑐𝑟𝑎𝑛𝑒𝑠 = 1 +

∑ (0,0519 ∗ 𝑆𝑊𝐿 ∗ 𝑅𝑒𝑎𝑐ℎ + 32,11)𝑛𝑛=1

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒

(2.14)

Onde:

𝑆𝑊𝐿 − Carga segura de trabalho em toneladas;

𝑅𝑒𝑎𝑐ℎ − Altura em que o SWL pode chegar em metros;

𝑛 −Número de guindastes;

Para os outros sistemas de carga, os fatores são calculados como segue:

𝑓𝑠𝑖𝑑𝑒𝑙𝑜𝑎𝑑𝑒𝑟 =

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠𝑒𝑚 𝑠𝑖𝑑𝑒𝑙𝑜𝑎𝑑𝑒𝑟

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠𝑖𝑑𝑒𝑙𝑜𝑎𝑑𝑒𝑟

(2.15)

𝑓𝑟𝑜𝑟𝑜 =

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠𝑒𝑚 𝑟𝑎𝑚𝑝𝑎

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑟𝑜𝑟𝑜

(2.16)

Sendo os valores aplicados nas fórmulas 2.15 e 2.16 autoexplicativos.

2.5. Como se encaixar ao EEDI?

Para que o EEDI de uma embarcação nova ou uma embarcação que tenha sofrido

uma alteração tão expressiva que a leve a ser considerada como nova[12] seja

aceitável, deve-se garantir que:

𝐸𝐸𝐷𝐼𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔𝑖𝑑𝑜 ≤ 𝐸𝐸𝐷𝐼𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 (2.17)

2.5.1. EEDI requerido

O EEDI requerido representa o valor máximo admissível para um EEDI atingido de

determinada embarcação. Para encontrar o valor daquele, considera-se: deadweight,

17

período de operação do navio e a linha de referência ou linha base de EEDI requerido

segundo a categoria da embarcação. A fórmula de seu cálculo fica:

𝐸𝐸𝐷𝐼𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 = (1 −

𝑋

100) ∗ 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑎 𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟ê𝑛𝑐𝑖𝑎

(2.18)

Onde X é o fator de correção especificado na tabela 2.3 aplicado à linha de

referência do EEDI:

Tabela 2.3 - Fatores de correção de linha de referência [13]

Entendendo a tabela 2.3:

18

∗ Fator de correção a ser interpolado linearmente entre os dois valores

dependendo do tamanho da embarcação. O fator de redução de menor valor deverá

ser aplicado ao navio de menor tamanho.

n/a significa que o EEDI Requerido não se aplica.

2.5.2. Linha de referência ou linha base

O valor da Linha de Referência deverá ser calculado como segue:

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑎 𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟ê𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝑎 ∗ 𝑏−𝑐 (2.19)

Onde a, b e c são definidos conforme mostra a tabela 2.4 a seguir:

Se o projeto de um navio permitir que ele se enquadre em mais de uma das

definições dos tipos de navio acima, o EEDI requerido para o navio deverá ser o mais

rigoroso (o menor).

3. Aspectos técnicos do projeto

Agora, uma análise prática de navios existentes e operantes no Brasil será feita

quanto ao atendimento ou não da norma vigente da MARPOL relacionada ao Índice de

Eficiência Energética de seus projetos.

Três navios de diferentes categorias foram escolhidos: um petroleiro, um graneleiro

e um porta-contentor. Além disso, são embarcações de tamanhos, capacidades de

Tabela 2.4 - Parâmetros a, b e c para cálculo da linha de referência

19

carga, velocidade, rotas e tempo de viagem consideravelmente discrepantes.

Entretanto, em comum, propositalmente, todos os três possuem bandeira brasileira.

Escolhidas as embarcações, seus propulsores e motores serão calculados para que

as informações necessárias para encontrar o EEDI atingido por cada navio sejam

conhecidas. Feito isso, para possibilitar uma avaliação crítica quanto ao atendimento ou

não desse índice imposto pela MARPOL, o EEDI requerido por cada categoria de

embarcação será calculado.

3.1. Navios analisados

Petroleiro André Rebouças

Rota: Rota- Porto de São Sebastião (Brasil) ao porto de Qingdao (China)

Graneleiro Pio Grande

Rota: Rota- Porto de Vitória (Brasil) ao Porto de Rio Grande (Brasil)

Porta-contentor Mercosul Suape

Rota: Porto de Manaus (Brasil) ao Porto de Suape (Brasil)

Dados das embarcações [14][15]:

Tabela 3.1 - Dados das três embarcações

Petroleiro Graneleiro Porta-contentor

Boca (m) 48 28 29,88

Comprimento total (m) 274,2 178,7 210

Caldo (m) 17 9,5 11,4

Velocidade de projeto (Knots) 14,8 14,5 22,5

Peso morto (t) 157700 30215 35221

Bandeira Brasil Brasil Brasil

Ano de construção 2015 2012 2008

Distância (Milhas náuticas) 11252 993 1991

Tempo de viagem 33 dias e 12h 2 dias e 23h 3 dias e 17h

20

3.2. Cálculo do consumo específico de combustível pelo

motor principal de cada embarcação

Para que o consumo específico de óleo combustível (Specific Oil Consumption-

SFOC) de embarcação seja calculado, primeiramente, deve-se modelar seus cascos e

depois passar seus dados gerados para a planilha Holtrop. Feito isso, informações como

resistência ao avanço, coeficiente de esteira, já poderão ser conhecidos e colocados na

planilha Série B para que possíveis propulsores de cada navio sejam gerados, com:

diâmetro, passo etc. Após isso, margens serão aplicadas a valores de rotação e

potência calculados para propelir cada embarcação a suas respectivas velocidades na

intenção de adequar a operação dos navios à realidade e, assim, permitir a escolha

adequada de seus motores.

A melhor combinação motor-hélice dever ser feita para que, por fim, o motor e sua

taxa de consumo de óleo sejam encontrados.

Forma

Formas referentes à categoria de cada tipo de embarcação são modeladas

iterativamente no programa Free!Ship para que dimensões de comprimento, de boca e

de calados reais de projeto sejam respeitadas. Feito isso, dados de output importantes

foram coletados, como: comprimento entre perpendiculares, comprimento de linha

d’água, volume deslocado, linha de centro de carena em relação à perpendicular de ré,

calado nas perpendiculares de ré e vante, coeficiente de seção mestra e coeficiente de

linha d’água.

Em seguida, o casco é exportado do Free!Ship no formato IGES e importado pelo

programa Rhinoceros. Neste programa, os últimos dados referentes à forma serão

coletados: área transom, área transversal do bulbo e centroide vertical do bulbo.

As imagens de cada casco modelado podem ser vistas nas figuras 3.1, 3.2 e 3.3.

21

Petroleiro

Figura 3.1 - Casco Petroleiro modelado em Free!Ship

Graneleiro

Figura 3.2 - Casco Graneleiro modelado em Free!Ship

Porta-contentor

Figura 3.3 -Casco Porta-contentor modelado em Free!Ship

Resistência ao avanço

A planilha Holtrop [16] é uma ferramenta baseada em dados estatísticos que será

utilizada para estimar a resistência ao avanço, o coeficiente de esteira e o coeficiente

de redução de empuxo das embarcações em estudo. Para que essa estimativa seja

oferecida, todos os dados coletados no tópico ‘Forma’ serão inseridos como dados de

22

entrada no programa, além da velocidade de serviço correspondente a cada

embarcação.

A interface da planilha com todos os dados de Free!Ship e Rhinoceros

mencionados, fora resistência ao avanço, coeficiente de esteira e coeficiente de redução

de empuxo podem ser vistos nas figuras 3.4, 3.5 e 3.6.

Figura 3.4 - Resistênciaao avanço - Petroleiro

23

Figura 3.5 - Resistência ao avanço - Graneleiro

Figura 3.6 - Resistência ao avanço - Porta-contentor

24

Dimensionamento dos propulsores

Uma vez tendo posse do valor da resistência ao avanço para o casco navegar na

velocidade pretendida, utilizou-se uma ferramenta computacional que fornece

propulsores do tipo Hélice B [17] que geram o empuxo necessário sem que cavitem

além da margem recomendada de 5%.

Essa planilha tem como dados de entrada: resistência total ao avanço, coeficiente

de esteira, coeficiente de redução da força propulsiva e eficiência no eixo – todos

retirados do Holtrop. Fora isso, coeficiente prismático e posição longitudinal do centro

de carena foram retirados do Software Free!Ship. Já a velocidade de serviço e calado

de projeto são dados previamente definidos das embarcações em estudo. Por fim, as

margens de serviço são valores sugeridos pelo próprio software.

Ademais, o coeficiente de redução de empuxo será utilizado para calcular o empuxo

requerido a partir do valor de resistência ao avanço colocado como dado de entrada e

o coeficiente de esteira será utilizado para calcular a velocidade do fluido no propulsor

a partir da velocidade de serviço também como dado fornecido à planilha.

Inseridos todos esses dados necessários para rodar o programa, este fará uma

relação iterativa de uma curva que considera: empuxo requerido, velocidade do fluido

no propulsor, número de rotações do propulsor, densidade do fluido e diâmetros de

possíveis hélices com as curvas Kt, Kq e J para encontrar os propulsores capazes de

impulsionar a embarcação à velocidade estipulada. As curvas Kt, Kq e J, por sua vez,

estarão em função do número de paz e razões de área do propulsor fixos e razão de

passo diâmetro e eficiências variáveis.

Dessa maneira, esses hélices encontrados foram definidos pelo programa segundo:

número de pás (Z), Diâmetro (D), coeficiente de avanço (J), Razão passo diâmetro

(P/D), eficiência em águas abertas (n0), eficiência do propulsor (nB), rotação (N),

potência indicada (PB), rotação contínua de serviço (N, CSR), potência contínua de

serviço, (PB, CSR), rotação contínua máxima (N, MCR) e potência contínua máxima

(PB, MCR). De todos os propulsores possíveis, o programa fornece todos em ordem

decrescente em relação à eficiência nB.

Esclarecendo:

25

A potência indicada provém do cálculo da potência efetiva (resistência ao avanço

vezes velocidade de serviço) correlacionada ao coeficiente de perda de empuxo,

eficiência em águas abertas e eficiência no eixo. Essa potência nada mais é do que a

fornecida pelo motor diretamente ao eixo.

A rotação e potência contínuas de serviço equivalem à rotação N e à potência PB

após aplicação da margem de mar e de rotação. Já a rotação e potência contínuas

máximas, equivalem à rotação contínua de serviço após aplicação da margem motor.

Essas margens são aplicadas por segurança para adequar os cálculos à situação real

de operação. Suas aplicações algébricas são definidas nas fórmulas 3.1, 3.2,3.3 e 3.4.

𝑃𝐵, 𝐶𝑆𝑅 = 𝑃𝐵 ∗ (1 + 𝑚𝑎𝑟𝑔𝑒𝑚 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑟) (3.1)

𝑁, 𝐶𝑆𝑅 = 𝑁 ∗ (1 + 𝑚𝑎𝑟𝑔𝑒𝑚 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑡𝑎çã𝑜) ∗ (√𝑃𝐵, 𝐶𝑆𝑅

𝑃𝐵

3

)

(3.2)

𝑃𝐵, 𝑀𝐶𝑅 = 𝑃𝐵, 𝐶𝑆𝑅 ∗ (1 + 𝑚𝑎𝑟𝑔𝑒𝑚 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟) (3.3)

𝑁, 𝑀𝐶𝑅 = 𝑁, 𝐶𝑆𝑅 ∗ (√𝑃𝐵, 𝑀𝐶𝑅

𝑃𝐵, 𝐶𝑆𝑅

3

)

(3.4)

A cavitação nos propulsores foi conferida segundo o método de Burril com margem

de tolerância de 5%. Propulsores que não respeitaram essa marca foram

automaticamente descartados durante as iterações do programa.

Os propulsores mais eficientes encontrados para cada embarcação são definidos

como mostra a tabela 3.2.

26

Tabela 3.2 – propulsores mais eficientes de cada embarcação

Petroleiro Granleiro Porta-contentor

D 11 8,3 7,6

Z 4 3 5

J 0,45 0,5 0,65

P/D 0,7 0,9 1

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

n0 0,559 0,545 0,617

nB 0,58 0,563 0,615

N 50 56 96

PB 11660 7064 28666

N, CSR 54 812361 106

PB, CSR 13409 638123 32966

N, MCR 56 63 110

PB, MCR 14749 8936 36262

Todos os propulsores encontrados pela planilha podem ser acessados nos anexos

I, II e III.

Escolha da combinação motor-propulsor

Agora será feita a escolha do motor que atenda à melhor combinação: eficiência

propulsiva x melhor aproveitamento possível da potência do motor. Ou seja, o hélice

mais eficiente possível deve trabalhar em uma faixa de potência em rotação que exija

cerca de 75% da capacidade do motor escolhido.

Isso será feito a partir de um auxílio da Planilha Hélice B após dados de motores

MAN B&W ME-C e Motores MAN B&W ME-B [18] serem inseridos na memória do

programa. Sendo assim, uma avaliação segura fica mais simples de ser feita devido à

ilustração gráfica clara do range de operação do motor e do range de operação do

propulsor na aba ‘motor’ do programa. Nessa aba encontram-se dados importantes de

Potência x Rotação que serviram como ferramenta de escolha da melhor combinação

de hélice com motor. A figura 3.7 ilustra pontos de operação de motores na interface da

parte gráfica da planilha Hélice B.

27

Figura 3.7 - Faixa de operação de motores - Interface Hélice B

Cada paralelogramo representa 4 pontos extremos de operação de um motor

específico. Se os pontos: N, CSR x PB, CSR e N, MCR x PB, MCR do propulsor

estiverem assinalados no interior de um desses paralelogramos significa que essa

combinação motor-hélice é possível, contudo, não necessariamente aplicável, para a

embarcação à velocidade de serviço proposta. Essa combinação só será aplicável caso

o propulsor opere na faixa recomendada de cerca de 75% da potência do motor em

análise.

Petroleiro

Considerando motores MAN B&W ME-C para a análise de combinação motor-

propulsor, observou-se que o perfil de operação do propulsor mais eficiente calculado

para essa embarcação não se adequaria a nenhum perfil de operação de motores dessa

classe devido à baixíssima rotação em serviço exigida pelo hélice. Sendo assim, um

outro propulsor, somente 3,7% menos eficiente que o melhor encontrado para o navio

petroleiro, foi escolhido para análise.

28

Dessa maneira, através do recurso gráfico do programa Hélice B, notou-se uma boa

combinação entre o propulsor em estudo e o motor MAN B&W G70ME-C9.5 de 5

cilindros.

Os dados do motor escolhido estão no relatório fornecido pelo site da MAN B&W

no anexo IV.

Graneleiro

Novamente, os motores MAN B&W ME foram considerados para a análise de

combinação propulsor-motor e, também, o propulsor mais eficiente calculado pelo

graneleiro terá que ser descartado devido à sua baixíssima rotação exigida para

operação. Ou seja, nenhum motor seria capaz de atender o range deste propulsor.

Sendo assim, um propulsor apenas 4% menos eeficiente que o melhor propulsor

calculado foi escolhido para análise. Através do recurso gráfico da planilha Hélice B

notou-se uma boa combinação entre esse propulsor e o motor MAN B&W S50ME-C9.5

de 6 cilindros.


no anexo V.

Porta-contentor

Para essa embarcação os motores MAN B&W ME também foram considerados

para a análise de combinação propulsor-motor e o propulsor mais eficiente calculado

para o porta-contentor, assim como para as outras embarcações, terá que ser

descartado. Contudo, dessa vez o descarte foi feito devido à alta rotação e potência

exigidas para sua operação. Ou seja, nenhum motor seria capaz de atender o range

deste propulsor.

Por esse motivo, um propulsor apenas 1,3% menos eficiente que o melhor

propulsor calculado foi escolhido para análise. Através do recurso gráfico da planilha

Hélice B notou-se uma boa combinação entre esse propulsor e o motor MAN B&W

S90ME-C10.5 de 7 cilindros.


no anexo VI. Os dados dos propulsores selecionados podem ser vistos na tabela 3.3.

29

Tabela 3.3 - Dados propulsores selecionados para cada embarcação

Petroleiro Granleiro Porta-

contentor

D 8,8 6,7 7,9

Z 2 2 6

J 0,4 0,35 0,85

P/D 0,8 0,7 1,4

Ae/A0 0,38 0,38 0,8

n0 0,518 0,503 0,611

nB 0,543 0,523 0,602

N 69 100 71

PB 12451 7604 29320

N, CSR 75 108 78

PB, CSR 14319 8745 33718

N, MCR 77 112 81

PB, MCR 15751 9619 37089

Consumo de combustível

O consumo específico de óleo combustível (SFOC) é um valor dado na unidade de

g/KWh e que foi retirado dos catálogos em anexo oferecidos por um aplicativo no site

da MAN B&W para cada motor selecionado.

É importante salientar que todas as embarcações em estudo trabalham

integralmente ou quase que integralmente em regiões tropicais. Sendo assim, o SFOC

considerado foi o tropical para cada navio e em condições máximas contínuas de

operação. A tabela 3.4 indica os valores de consumo oferecidos pelos relatórios:

Tabela 3.4 - Consumo motores principais

𝑺𝑭𝑶𝑪𝑴𝑷/𝑷𝒆𝒕𝒓𝒐𝒍𝒆𝒊𝒓𝒐 𝑺𝑭𝑶𝑪𝑴𝑷/𝑮𝒓𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒊𝒓𝒐 𝑺𝑭𝑶𝑪𝑴𝑷/𝑷𝒐𝒓𝒕𝒂−𝒄𝒐𝒏𝒕𝒆𝒏𝒕𝒐𝒓

166,7 𝑔/𝐾𝑊ℎ 169,0 𝑔/𝐾𝑊ℎ 164,7 𝑔/𝐾𝑊ℎ

“MP” lê-se como motor principal.

30

3.3. Cálculo do consumo específico de combustível pelo

motor auxiliar de cada embarcação

Potência requerida

Considerando a fórmula 2.24 para embarcações cujas potências instaladas sejam

de 10.000 KW ou mais sugerida pelo MEPC45, estima-se a potência requerida aos

motores auxiliares de cada embarcação.

𝑃𝐴𝐸(∑ 𝑀𝐶𝑅𝑀𝐸(𝑖)≥10.000𝐾𝑊)= (0,025 ∗ ( ∑ 𝑀𝐶𝑅𝑀𝐸(𝑖)

𝑛𝑀𝐸

𝑖=1

)) + 250

(3.5)

Petroleiro

𝑃𝐴𝐸 = (0,025 ∗ 18200) + 250 = 𝟕𝟎𝟓 𝑲𝑾

Graneleiro

𝑃𝐴𝐸 = (0,025 ∗ 10680) + 250 = 𝟓𝟏𝟕 𝑲𝑾

Porta-contentor

𝑃𝐴𝐸 = (0,025 ∗ 42700) + 250 = 𝟏𝟑𝟏𝟖 𝑲𝑾

Escolha do Motor

Sendo assim, através da margem de potência à qual os grupos geradores

trabalham, pode-se escolher o grupo gerador para cada embarcação a partir de dois

catálogos da MAN que se encontram nos anexos VII e VIII. Dessa maneira, os motores

escolhidos foram:

- Petroleiro ‘Andre Rebouças’:

‘GenSet MAN Four-Stroke 7L16/24 Speed 1200 rpm’

- Graneleiro ‘Pio Grande’:

31


- Porta-contentor ‘Mercosul Suape’:


Consumo específico de combustível por cada motor

Consultando os catálogos dos anexos VII e VIII, o consumo específico de cada

motor foi encontrado. A tabela 3.4 expressa esses valores.

Tabela 3.5 - Consumo motores auxiliares

𝑺𝑭𝑶𝑪𝑬𝑨/𝑷𝒆𝒕𝒓𝒐𝒍𝒆𝒊𝒓𝒐 𝑺𝑭𝑶𝑪𝑬𝑨/𝑮𝒓𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒊𝒓𝒐 𝑺𝑭𝑶𝑪𝑬𝑨/𝑷𝒐𝒓𝒕𝒂−𝒄𝒐𝒏𝒕𝒆𝒏𝒕𝒐𝒓

194,0 𝑔/𝐾𝑊ℎ 194,0 𝑔/𝐾𝑊ℎ 193,0 𝑔/𝐾𝑊ℎ

4. Cálculo e avaliação do EEDI

4.1. Cálculo do EEDI atingido

Para o cálculo do EEDI, todos os parâmetros possíveis foram determinados

segundo o capítulo 2 – seção 2.4.1 e estão expressos na tabela 4.1.

Além disso, deve-se salientar que as variáveis que não foram abordadas para o

cálculo do EEDI das embarcações referem-se a estudos muito específicos dos projetos

de cada navio, logo, para o cálculo do EEDI atingido, foram descartadas. Por esse

motivo e pelo fato de terem sido considerados apenas um motor principal e um motor

auxiliar para as três embarcações, a fórmula 2.1 se reduz à fórmula 4.1:

(𝑓𝑖)(𝑃𝑀𝐸 . 𝐶𝐹𝑀𝐸 . 𝑆𝐹𝐶𝑀𝐸) + (𝑃𝐴𝐸 . 𝐶𝐹𝐴𝐸 . 𝑆𝐹𝐶𝐴𝐸)

ƒ𝑖. ƒ𝑐 . ƒ𝑙 . 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒. ƒ𝑤. 𝑉𝑟𝑒𝑓= 𝐸𝐸𝐷𝐼 𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔𝑖𝑑𝑜

(4.1)

Os resultados para os valores de EEDI calculados para as três categorias de navio

também se encontram na tabela 2.13.

32

Tabela 4.1 -Parâmetros da fórmula e cálculo do EEDI

Petroleiro Graneleiro Porta-contentor

𝑪𝑭𝑴𝑬 𝒆 𝑪𝑭𝑨𝑬(𝒕𝑪𝑶𝟐 𝒕𝒄𝒐𝒎𝒃⁄ . ) 3,114 3,114 3,114

𝑽𝒓𝒆𝒇(𝑲𝒏𝒐𝒕) 14,8 14,5 22,5

𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆(𝒕) 157700 30215 24655

𝑷𝑴𝑬(𝑲𝑾) 13650 8010 32025

𝑷𝑨𝑬(𝑲𝑾) 705 517 1318

𝑺𝑭𝑪𝑴𝑬(𝒈 𝑲𝑾𝒉⁄ ) 166,7 169,0 164,7

𝑺𝑭𝑪𝑨𝑬(𝒈 𝑲𝑾𝒉⁄ ) 194,0 194,0 193,0

ƒ𝒘 0,81 0,74 0,84

ƒ𝒊/ƒ𝒄/ƒ𝒍 1,0 1,0 1,0

𝑬𝑬𝑫𝑰 𝒂𝒕𝒊𝒏𝒈𝒊𝒅𝒐(𝒈𝒄𝒐𝟐/𝒕𝒎𝒏) 3,9734 13,9655 36,9479

4.2. Linha de referência e curva do EEDI requerido

Primeiramente, a linha de referência foi traçada segundo a equação 2.19 e a tabela

2.4. Feito isso, o valor da linha de referência da categoria de cada embarcação forneceu

um valor conforme o deadweight do navio em estudo. Por fim, a esse valor será aplicado

um fator de correção segundo a tabela 2.3 e fórmula 2.18 e, com isso, o EEDI requerido

foi encontrado.

Para plotar a linha de referência, uma margem de deadweight foi aplicada com uma

variação de mil toneladas, gerando diversos pontos que, por sua vez, ajudaram a formar

as curvas desejadas.

Como segundo a tabela 2.3 o valor atribuído à variável “X” na equação 2.18 para

todas as embarcações é igual a 10 para embarcações que iniciaram sua construção até

dezembro de 2015. Considerou-se coerente considerar esse mesmo valor para todas

as embarcações. Sendo assim, a curva do EEDI requerido fica definida pela fórmula

4.2.

𝐸𝐸𝐷𝐼𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 = (1 −

10

100) ∗ 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑎 𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟ê𝑛𝑐𝑖𝑎

(4.2)

33

Seguem os cálculos feitos para as linhas de referência das três embarcações.

Petroleiro

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑎 𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟ê𝑛𝑐𝑖𝑎 = 1218,0 ∗ (𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑜)−0,488 (4.3)

Graneleiro

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑎 𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟ê𝑛𝑐𝑖𝑎 = 961,79 ∗ (𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑜)−0,477 (4.4)

Porta-contentor

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑎 𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟ê𝑛𝑐𝑖𝑎 = 174,22 ∗ 𝑏−0,201 (4.5)

Com isso, as figuras 4.1, 4.2 e 4.3 ilustram as linhas de referência e curvas do EEDI

requerido para o petroleiro, graneleiro e Porta-contentor, respectivamente.

Figura 4.1 - EEDI requerido e L. de referência - Petroleiro

34

Figura 4.2 - EEDI requerido e L. de referência -Graneleiro

Figura 4.3 - EEDI requerido e L. de referência - Porta-contentor

35

4.3. Avaliação do atendimento ao EEDI requerido

Será verificado graficamente se o EEDI atingido de cada embarcação atende seus

respectivos EEDI requeridos, ou seja, se:

𝐸𝐸𝐷𝐼𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔𝑖𝑑𝑜 ≤ 𝐸𝐸𝐷𝐼𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 (4.6)

Assim, seguem as linhas de EEDI requerido de cada categoria de navio com os

pontos referentes aos EEDI atingidos por cada uma das embarcações em estudo.

Figura 4.4 - Avaliação EEDI - Petroleiro

36

Figura 4.5 - Avaliação EEDI - Graneleiro

Figura 4.6 - Avaliação EEDI - Porta-contentor

37

Os EEDI’s atingidos das três embarcações ultrapassam o valor de seus EEDI’s

requeridos. Logo, nenhuma embarcação foi capaz de atender à norma da MARPOL.

Por esse motivo, uma análise de sensibilidade na fórmula 4.1 aplicada a cada uma

das três embarcações será feita no intuito de descobrir possíveis maneiras de atingir o

EEDI requerido pela norma.

4.4. Análise de sensibilidade do EEDI

A análise de sensibilidade do EEDI atingido foi feita variando-se potências,

capacidade e velocidade até que o EEDI requerido para cada embarcação fosse

respeitado. Essas variáveis pertencentes à fórmula 4.1 foram aumentadas ou

diminuídas independentemente e iterativamente, ou seja, um teste com alteração de

capacidade e velocidade e com todas as variáveis possíveis ao mesmo tempo também

foram feitos.

Essa alteração de todas as variáveis possíveis iterativamente tentou conciliar uma

alteração possível na embarcação na tentativa de encontrar um EEDI que fosse menor

que o EEDI requerido. De maneira comum aos três casos, diminui-se a velocidade e a

potência ao mesmo tempo que se aumentou a capacidade de cada embarcação.

O fator “fw” depende apenas da capacidade do navio, logo, por esse motivo não

teve o seu valor alterado durante o ensaio. Junto a isso, todos os outros fatores “f”

também não entraram na análise pois são todos relacionados à categoria da

embarcação e são valores pré-definidos – alterá-los seria incoerente. Junto a isso, outro

fator que n]ao na análise é o fator de conversão “Cf” relacionado ao combustível, já que

o HFO será o óleo considerado para todos os casos.

Em relação às potências do motor principal e do motor auxiliar, ambas tiveram

alterações diretamente proporcionais durante o ensaio, já que a potência do motor

auxiliar depende através da fórmula 3.5 da potência do motor principal. A mesma lógica

foi utilizada para os consumos desses motores: quanto maior a potência, maior o

consumo. Então, como um recurso facilitador, ao aumentar-se em 10% as potências

dos motores, por exemplo, também aumentou seu consumo em 10%. Na prática não é

exatamente assim que variam esses valores, mas para recurso de ensaio de

sensibilidade da fórmula 4.1, foi útil.

38

Por fim, a tabela 4.2 expressa os resultados encontrados nos ensaios de

sensibilidade feitos para as três embarcações. Os valores antecedidos de sinal negativo

expõem diminuição em relação ao valor da variável original assim como os valores

antecedidos de valor positivo determinam um aumento em relação ao valor original da

variável assinalada.

Tabela 5 - Análise de sensibilidade

𝑽𝒓𝒆𝒇 𝑪𝒂𝒑. 𝑷𝑴𝑬 𝑷𝑨𝑬 𝑺𝑭𝑪𝑴𝑬 𝑺𝑭𝑪𝑨𝑬 EEDI atingido

EEDI requerido

Petroleiro

- - -11% -11% -11% -11% 3,1440 3,1867

- +51% - - - - 2,5869 2,6062

+25% - - - - - 3,1628 3,1867

+13% +13% - - - - 2,9000 2,9155

-15% +16% -14% -14% -14% -14% 2,9536 2,9641

Graneleiro

- - -33% -33% -33% -33% 6,2984 6,3133

- +300% - - - - 3,2456 3,2589

+123% - - - - - 6,2918 6,3133

+68% +65% - - - - 4,9131 4,9293

-30% +58% -34% -34% -34% -34% 5,0613 5,0757

Porta-contentor

- - -26% -26% -26% -26% 20,3313 20,5384

- +106% - - - - 17,7049 17,7615

+81% - - - - - 20,5126 20,5384

+54% +27% - - - - 18,7817 18,8311

-21% +19% -29% -29% -29% -29% 19,8229 19,8327

4.5. Críticas

Como avaliado, nenhuma embarcação foi capaz de atender ao nível máximo do

EEDI requerido para suas categorias.

Tentando explicar isso, de acordo com todos os cálculos que foram feitos no

trabalho, algumas possibilidades que poderiam levar ao atendimento dessa norma da

MARPOL podem ser levantadas. Uma delas foi a não consideração de variáveis que

envolviam inovações energéticas na fórmula 2.1 devido ao conhecimento pouco

detalhado do projeto das embarcações que foram estudadas. Essas variáveis inseridas

nessa fórmula 2.1 apenas subtrairiam o resultado final do EEDI atingido.

39

Partindo para uma crítica mais pontual, pode-se observar que o EEDI do petroleiro

‘Andre Rebouças’ foi o que ficou mais próximo de atender a seu EEDI requerido.

Contudo, é importante salientar que petroleiros também possuem caldeiras com

consumos significativos de combustível e emissões de gases. Caldeiras essas que não

são levadas em conta nos cálculos da fórmula 2.1 e, possivelmente por isso, o EEDI

atingido não ficando tão distante das curvas de EEDI requerido para o petroleiro como

ocorreu com o graneleiro e com o porta-contentor.

Seguindo essa lógica, embora o porta-contentor e o graneleiro não possuam

caldeiras tão potentes como o petroleiro, caso essas máquinas fossem consideradas na

fórmula 2.1, seus EEDI atingidos ficariam ainda mais distantes da linha de EEDI

requerido.

Críticas referentes à análise de sensibilidade:

- Primeira análise

Considerando a primeira análise feita, notou-se que para o atendimento do

EEDI uma diminuição de potência dos motores principais e auxiliares e de suas

emissões, foi necessária. Mais precisamente, para o petroleiro, graneleiro e

porta-contentor a diminuição foi de 11%, 33% e 26%, respectivamente.

Promover essa modificação nas embarcações sem modificar capacidade e

tamanho total dos cascos e velocidade trazem desafios quanto à hidrodinâmica

do casco e eficiência dos motores ao se tratar de consumo. Tecnologias voltadas

às linhas dos cascos e à eficiência de motores precisariam ser muito bem

empregadas, principalmente, ao graneleiro - devido à sua maior necessidade em

diminuição de potência e consumo.

- Segunda análise

Na segunda análise apenas a capacidade de carga foi alterada. Para o

petroleiro, graneleiro e porta-contentor precisou-se de um aumento de 51%,

300% e 106% em suas capacidades.

Realizar essas mudanças sem fazer alterações severas no restante da

embarcação seria muito difícil, pois as embarcações teriam que ser muito

maiores. No caso do graneleiro, por exemplo, uma embarcação com u espaço

de carga quatro vezes maior seria necessário para que o EEDI requerido fosse

atendido. Ainda assim, a velocidade precisaria ser diminuída e a potência dos

40

motores aumentadas para que a embarcações fosse operante – algo que

acabaria colocando o EEDI novamente fora da norma.

-Terceira análise

Na terceira análise apenas a velocidade foi variada. Para o petroleiro,

graneleiro e porta-contentor foi necessário um aumento de 25%, 123% e 81%,

respectivamente, para que a norma fosse atendida.

Novamente, mesmo com tecnologias inovadoras em linhas de casco, seria

muito difícil fazer aumentos tão significativos em velocidades de embarcações

tão grandes. Embarcações tipicamente de deslocamento e com coeficientes de

bloco tão grandes, como o caso do petroleiro e graneleiro, jamais atingiriam as

velocidades necessárias sem ter que aumentar de forma não econômica suas

potências de motores – assim, tornando o EEDI atingido acima do EED

requerido.

- Quarta análise

Quando se fala em EEDI, os tópicos comuns acabam falando em

capacidade e velocidade. Por isso, uma análise interativa variando

simultaneamente velocidade e capacidade foi feita para as três embarcações

atenderem seus EEDI.

Para o petroleiro foi estabelecido um aumento de 13% em capacidade e

velocidade.

Para o graneleiro foi estabelecido um aumento de 68% em velocidade e 65%

em capacidade.

Para o porta-contentor foi estabelecido um aumento de 54% em velocidade

e 27% em capacidade.

Ou seja, cascos maiores e mais velozes seriam necessários para atender a

essa norma. Novamente, tecnologia avançada em linhas de casco e eficiência

de motores seria necessária para aumentar a possibilidade de talvez atender ao

EEDI através desses investimentos.

-Quinta análise

A última análise é uma tentativa de promover alterações plausíveis às

embarcações no intuito de atender à regra. Às três embarcações foram

atribuídas: diminuição de velocidade, aumento de capacidade e diminuição de

potência e de consumo dos motores.

41

A lógica dessas alterações baseia-se na diminuição de velocidade em

contraposição ao aumento de capacidade. Dessa forma, como a velocidade

possui uma influência direta e significativa sobre a resistência ao avanço, é

possível que mesmo com a redução de potência dos motores o empuxo

requerido consiga ser atendido.

Mesmo no caso do porta-contentor, onde a diminuição de potência foi mais

expressiva, como sua velocidade é a mais alta entre as embarcações e a esta

foi imposta uma redução de 21% (que em valor absoluto também será alto),

ainda pode ser possível o atendimento do motor ao novo empuxo requerido.

5. Conclusão

Devido aos efeitos do aquecimento global, ficou claro no trabalho o porquê do

surgimento do Índice de eficiência energética em projetos de embarcações, toda sua

função contingente de emissões de gás carbônico na atmosfera e de diminuidor de

impactos ambientais.

Nesse sentido, foram feitos ensaios com três embarcações de diferentes categorias

durante o trabalho no intuito de terem seus EEDI calculados e verificados em

conformidade à MARPOL.

Contudo, dificuldades provindas da falta de informações mais precisas dos projetos

pegos para estudo podem ter gerado alterações nos resultados encontrados. Fora isso,

a não consideração de caldeiras no cálculo do EEDI também pode ser considerada uma

falha da norma – algo que, se acrescentado à fórmula 2.1, a tornaria mais realista e

seus resultados mais coerentes.

Em outra perspectiva, análises de sensibilidade foram feitas para todas as

embarcações. A partir de seus resultados e críticas sobre eles feitas, notou-se o quanto

é necessário se entender mais sobre tecnologias de linhas de casco e eficiência de

motores e até que ponto suas aplicações são válidas economicamente. Também é

importante saber até que ponto é viável e factível o aumento de velocidade.

Para que essas análises fiquem melhores, ensaios iterativos alterando modelagem

de casco, sistema propulsivo, sistema auxiliar, velocidade e capacidade deveriam ser

feitos repetidamente até que uma solução mais realista fosse empregada a uma

42

embarcação cujo projeto vise atendimento ao EEDI. Feito isso, ensaios com modelo

tornariam resultados ainda mais precisos e satisfatórios.

Enfim, nota-se que o índice de eficiência energética criado pela MARPOL pode ter

um futuro promissor em vista à diminuição significativa de emissão de CO2 pela

indústria naval no meio ambiente. Contudo, para que isso seja realmente possível, muito

trabalho e estudo deve ser feito para que mudanças necessárias às embarcações que

visem atender a esse índice sejam possíveis.

43

6. Referências Bibliográficas

[1] THE GUARDIAN. True scale of CO2 emissions from shipping revealed. Disponível

em<

https://www.theguardian.com/environment/2008/feb/13/climatechange.pollutio

n>. Acesso em 13 de fevereiro de 2016.

[2] PEREIRA, F. Aquecimento Global: Fatos e Previsões. Artigo elaborado como

trabalho final da disciplina Ciência do Ambiente. Julho, 2007. Disponível em:

<http://br.monografias.com/trabalhos3/efeito-estufa/efeito-estufa2.shtml>

Acesso em: 12 Dez. 2016.

[3] HON, G.; WANG, H. The Energy Efficiency Design Index (EEDI) for New Ships. ICCT

Policy Update, p. 1-9, 2011.

[4] MINCHEV, A.; SCHMIDT, M.; SCHNACK, S. Contemporary bulk carrier design to

meet IMO EEDI Requirements. In: 3rd International Symposium on Marine

Propulsors, May. 2013. p. 5-8.

[5] INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION. Development of a Mandatory Code

for Ships Operating in Polar Waters: Report of the correspondence group,

International Maritime Organisation: Sub-Committee on Ship Design and

Equipment, 56th Session, London, UK, 2012a

[6] INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION. Interim guidelines on the method of

calculation of the energy efficiency design index for new ships. IMO MEPC 59,

2009.

[7] INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION. Resolução MEPC245(66):

Guidelines on the method of calculation of the attained energy efficiency design

index (EEDI) for new ships. Abril, 2014.

[8] BRASIL. Decreto nº 8.347, de 13 de novembro de 2014. Promulga a Convenção

Internacional sobre Medida de Tonelagem de Navios, de 23 de junho de 1969.

Disponível em:

<http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato20112014/2014/Decreto/D8347.htm

> Acesso em: 01 Jan. 2017.

http://legislacao.planalto.gov.br/legisla/legislacao.nsf/Viw_Identificacao/DEC%208.347-2014?OpenDocument

44

[9] INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION. Resolução MEPC.1/Circ.855/

Rev.1: 2014 Guidelines on survey and certification of the energy efficiency

design index (EEDI), as amended (resolution mepc.254(67), as amended by

resolution mepc.261(68)). Londres, 2015.

[10] INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION. Resolução MEPC.1/Circ.796:

Interim Guidelines for the calculation of the coefficient fw for decrease in ships peed in a

representative sea condition for trial use. Londres, 2012.

[11]WORLDMARITIMENEWS. UK: International Chamber of Shipping Supports

IMO Agreement. Disponível em: <http://worldmaritimenews.com/archives/52790/uk-

international-chamber-of-shipping-supports-imo-agreement/>. Acesso em: 21 Nov.

2016.

[12]NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION. GISS Surface

Temperatura Analysis. Disponível em:< https://data.giss.nasa.gov/gistemp/> Acesso

em: 12 Nov de 2016

[13]INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION. Resolução MEPC.203(62):

Amendments to the annex of the protocol of 1997 to amend the international convention

for the prevention of pollution from ships, 1973, as modified by the protocol of 1978

relating thereto. MEPC 62/24/Add.1 Annex 19, page 1. Londres, 2011.

[14] SEA DISTANCES. Portes Distances. Disponível em: <https://sea-

distances.org/>. Acesso em: 01 Fev. 2017.

[15] MARINE TRAFIC. Disponível em:

<http://www.marinetraffic.com/en/ais/details/ships/shipid:775178/imo:9647863/mmsi:71

0011840/vessel:PIO%20GRANDE> Acesso em: 01 Fev. 2017.

[16] HOLTROP, “J. A Statistical Re-Analysis of Resistance and Propulsion

Data”, International Shipbuilding Progress, vol. 31, pp 272-6, 1984.

[17] OOSTERVELD, M.W.C.; PVAN, O. “Further Computer-Analysed Data of

the Wageningen B-Screw Series", International Shipbuilding Progress, 1975. p. 251-

262.

https://www.nasa.gov/

45

[18] MAN DIESEL & TURBO. Basic principles of propulsion MAN B&W. Dieselfacts

1. Copenhagen, 2012.

46

Anexo I

48

Anexo II

52

Anexo III

��

�� ! ��" � ��

#�� $%! &�� ' ��'

�� ! � �� "� �� # #��$�� #�� % &� �� ' � �# �� (�� (�� #��"�� "�� #�� #��

�� )*

��+��

��,��

-�.�% -#�� /�� .�� 01�2� � 3�.�� 2'�2� �� 4�13.�% 3�� .�� 4�� -�.�� 2'5�� 1�5 �4�5��/�� -�.�� '561 ��/�� #�� 2� � -�.�� 0�4 ��' 3�.�% 3�� /�� .�� 0'6 05� 6��

7�� % ��#%++888��"��+��#��+,��9��#��9:9- �#9��#�� #�6 64

��#�� "; 7��#� <�� =��2<��> .4�2 8�� -�.�% �2'�2� )* �� +��' � / ��3 !.�� 6��

�� .�? �<�! @ �%�% 7�" 5�� 6�� 4%��%52 �� 5�1�� % ��A�5514�2 �501 ��51 "�" �1��04�! � �"�� ; �� ; "� �� #��$�� ! � �� 8�;� �� "� ��##�� "; � � �� "��' � � �� ##�� "; ��3 =�� B !��"� �� 6 � �

��(�� '��(�� '!;#� � #��#�� 7�/�� #�� #��#��.�� ;�� .�� 8�� ;��?;�� ;�� .�� ;�� .;�� "�� ;#� ��# � ��"��-��# �� !�� &&� 5�� # ��3:/ �� #�� !�� &&

)� $�� '��(��'!��"�� ;#� ?�� ; !+.!��"�� )�+�� 3 !.�� 6�3��"�� "�� !��"�� "�� .�� ;��

&�� '� �� ' (�� ')� ""

�&*��#�+)*

+�#�+)*

&-: �12� �1��5!��#�� 11�� 11��-#�� 15� �16��-7:.% -#�� 7�� :�� .��#�� .C% �6'� )D+)��

)� ""

�,��'� ��' � ��#

)�+�+�#)�+�

&-: 5�� 55��!��#�� 5��2 5��-#�� 52�� 5��0

)� ""�,��'� ��'� � ��

��#�.

+�#�.

&-: 65 661!��#�� 615 624-#�� 62 6�

)� "")� $�� '� ��

��#)�+�

+�#)�+�

&-: 55�5 56��!��#�� 5�0 5�5-#�� 5�� 5��&-:' ��#�� #��

CEAS Engine Data report

6S50ME-C9.5 with high load tuning

Project name: EEDI - Granaleiro

Report made by: Felipe Gomes Dias

Report created by Felipe Gomes Dias

6S50ME-C9.5 with high load tuning

SMCR: 9,619 kW at 112.0 r/min, 1 x MAN TCA55-26.

Local time CPH (GMT + 01:00): Feb 3rd 2017 20:03:42 v. 1.3.6.1 s: id=4c8ccbbc-75f7-4172-b763-fe8581d7b730The above information is for guidance only and can only be used in the initial stages of projects. The final design values arealways to be supplied by the licensed engine builder, the engine supplier or confirmed by MAN Diesel & Turbo Page 2 of 10

Specified main engine and other parameters

Specified parameters

Type of propeller Fixed pitch propeller

Cooling system Central water cooling system

Hydraulic control oil system Common (system oil)

Cylinder oil lubricator type Alpha lubricator

Sulphur in fuel (Tier II) 3.0% sulphur

NOx emission compliance Tier II

Turbocharger specifications

Turbocharger type High efficiency T/C

Turbocharger make/model MAN TCA55-26

Number of turbochargers 1

Turbocharger lubrication Common (system oil)

Fuel consumption and gas figures

Tier II

SFOCSMCRg/kWh

NCRg/kWh

ISO 167.3 166.4

Tropical 169.0 168.1

Specified 165.3 164.4

SFOC: Specific Fuel Oil Consumption (LCV: 42,700 kJ/kg)

Tier II

Exhaust gas amountSMCRkg/s

NCRkg/s

ISO 20.5 20.0

Tropical 19.0 18.5

Specified 21.3 20.8

Tier IIExhaust gastemperature

SMCRoC

NCRoC

ISO 232 226

Tropical 264 259

Specified 206 201

Tier IITurbocharger airconsumption

SMCRkg/s

NCRkg/s

ISO 20.0 19.5

Tropical 18.5 18.1

Specified 20.9 20.4

ISO, tropical and specified conditions are listed in the References and tolerances section.

��

�� ! ��" � �� #�� $%! &�� '� ( ��(

�� ! � �� "� �� # #��$�� #�� % &� �� ' � �# �� (�� (�� #��"�� "�� #�� #��

�� )*

��+��

��,��

-�.�% -#�� /�� .�� 01�2� � 3�.�� 4�'02 0�� 0�23.�% 3�� .�� 0�� -�.�� 45'65� ��6 ��4��/�� -�.�� '�20 ��/�� #�� 6� � -�.�� 06�� ' 3�.�% 3�� /�� .�� 5'� 0�� 5��

7�� % ��#%++888��"��+��#��+,��9��#��9:9- �#9��#�� #�5 52

��#�� "; 7��#� <�� =��-2�> .��6 8�� -�.�% 4�'02 )* �� 0�� +��' 5 / ��3 !.�� 5��

�� .�? �<�! @ �%�% 7�" 4�� 5�� 5%�%� �� 4�1�� % ��A2�0��4 1�4 �5�� "52 �6�4��"! � �"�� ; �� ; "� �� #��$�� ! � �� 8�;� �� "� ��##�� "; � � �� "��' � � �� ##�� "; ��3 =�� B !��"� �� 5 � �

��)�� (��)�� (!;#� � #��#�� 7�/�� #�� #��#��.�� ;�� .�� 8�� ;��?;�� ;�� .�� ;�� .;�� "�� ;#� ��# � ��"��-��# �� !�� &&� 4�� # ��3:/ �� #�� !�� &&

*� $�� (��)��(!��"�� ;#� ?�� ; !+.!��"�� )�+�� 3 !.�� 5�3��"�� "�� 5!��"�� "�� .�� ;��

&�� (� �� ( )�� (*� ""

�&+��#�+)*

,�#�+)*

&-: �14� �1�6!��#�� 1�� 15�5-#�� 1�� 60�6-7:.% -#�� 7�� :�� .��#�� .C% �5'� )D+)��

*� ""

�-��(� ��( � ��#

)�+�,�#)�+�

&-: 0��1 ��1!��#�� 6�1 12��-#�� 0��2 ��1

*� ""�-��(� ��(� � ��

��#�.

,�#�.

&-: 541 555!��#�� 512 56�-#�� 5� �2�

*� ""*� $�� (� ��

��#)�+�

,�#)�+�

&-: �2�2 �4�5!��#�� 4�2 1��-#�� 04�4 �1�5&-:' ��#�� #��

universidade federal do rio de janeiro escola...

Documents