Janeiro, como parte dos requisitos necessários...
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PROJETO PRELIMINAR DE SISTEMA DE CARREGAMENTO
PARA PSVS
Felipe Pires Benttenmüller Pereira
Rio de Janeiro
Agosto de 2014
Projeto de Graduação apresentado ao
Curso de Engenharia Naval e Oceânica da Escola
Politécnica, Universidade Federal do Rio de
Janeiro, como parte dos requisitos necessários à
obtenção do título de Engenheiro Naval e
Oceânico.
Orientadora: Marta Cecília Tapia Reyes,
Dsc.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Departamento de Engenharia Naval e Oceânica
DENO/POLI/UFRJ
PROJETO PRELIMINAR DE SISTEMA DE CARREGAMENTO PARA PSVS.
Felipe Pires Benttenmüller Pereira
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO 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.
Aprovado por:
_____________________________________________
Profª. Marta Cecília Tápia Reyes, Dsc.
________________________________________________
Prof. Peter Kaleff, Dr. Ing.
________________________________________________
Prof. Severino Fonseca da Silva Neto, Dsc.
________________________________________________
Prof. Julio Cesar Ramalho Cyrino, Dsc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
AGOSTO DE 2014
i
.
PEREIRA, Felipe Pires Benttenmüller
Projeto preliminar de sistema de carregamento para PSVs
/ Felipe Pires Benttenmüller Pereira. – Rio de Janeiro: UFRJ/
Escola Politécnica, 2014.
IX, 49 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadora: Marta Cecília Tapia Reyes
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/
Curso de Engenharia Naval e Oceânica, 2014.
Referências Bibliográficas: p. 48.
1. Introdução. 2.Platform Supply Vessel. 3. Proposta. 4. Métodos
de Transferência. 5. Projeto de Convés Móvel para um PSV 4500 6.
Conclusão e Trabalhos Futuros. 7. Referências Bibliográficas.
I. Reyes, Marta Cecília Tápia.II. Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Naval e Oceânica. III.
Projeto preliminar de sistema de carregamento para PSVs.
ii
Agradecimentos
Gostaria de agradecer à minha mãe Heloisa (in memorian) pelo amor incondicional e
eterno, que até hoje me ampara e conduz pelo melhor caminho. Obrigado por ser o
Norte em minha vida.
Ao meu pai Gustavo, por me ensinar a amar o mar, pelo braço forte que corrige e pela
mão amiga que consola. Obrigado por ser meu maior exemplo.
Aos amigos Jean e Ira Bernheim, pela primeira oportunidade de acesso à uma educação
de excelência, há 20 anos. Sem vocês esse sonho não seria possível. Muito Obrigado.
À toda a minha família, unida nos bons e maus momentos, pelo incentivo e apoio às
minhas escolhas profissionais.
Aos amigos da Escola Suíço-Brasileira, pelas risadas, pelas situações vividas e por
compartilharem dos meus sucessos e tristezas ao longo dos últimos vinte anos.
Obrigado por formarem a família que eu escolhi.
Aos amigos da Engenharia Naval, pela ajuda e companheirismo durante os últimos
cinco anos. Eles passaram mais depressa pela presença de vocês.
Aos amigos e colaboradores da Technip, pela ajuda e pelos ensinamentos dos últimos
18 meses.
Aos meus orientadores e professores da graduação, Marta Tapia e Peter Kaleff, pelo
conhecimento, amizade e paciência que tornaram esse trabalho realidade. Muito
obrigado!
À minha namorada Pamela, pelo amor, paciência e compreensão ao longo dos últimos
anos. Obrigado por ser meu porto seguro.
Por último, mas não menos importante, à Deus, que guiando meus passos, formou mais
um Engenheiro Naval.
iii
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como
parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval.
PROJETO PRELIMINAR DE SISTEMA DE CARREGAMENTO PARA PSVS
Felipe Pires Benttenmüller Pereira
Agosto/2014
Orientadora: Profª. Marta Cecília Tápia Reyes
Curso: Engenharia Naval e Oceânica
Este estudo apresenta uma solução alternativa para o problema de demora no
carregamento de navios do tipo PSV (Platform Supply Vessel), visando uma melhoria
nas operações de suprimento de plataformas. Foi realizado um projeto preliminar de um
convés móvel a ser carregado na embarcação. A viabilidade técnica do projeto foi
testada através da garantia de estabilidade da embarcação escolhida e de uma
abordagem analítica para o cálculo estrutural proposto. Por fim, uma análise de
movimentação e posicionamento foi realizada e estudos complementares a esse foram
sugeridos.
Palavras-chave: Platform Supply Vessel, Convés Móvel, Carregamento.
iv
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial
fulfillment of the requirements for the degree of Engineer.
PRELIMINARY PROJECT FOR PSVS LOADING SYSTEMS
Felipe Pires Benttenmüller Pereira
August/2014
Advisor: Marta Cecília Tápia Reyes
Course: Naval Architecture and Marine Engineering
This study presents an alternative solution for the loading delay issue of PSV
type of ships (Platform Supply Vessel), aiming at optimized platforms supplying
operations. A preliminary project of a mobile deck was made, which will be loaded onto
the ship. The technical feasibility was proved ensuring the chosen vessel’s stability and
by an analytical approach for the structural calculations proposed. Finally, a handling
and positioning analysis was made and complementary studies have been suggested.
Keywords: Platform Supply Vessel, Convés Móvel, Carregamento.
v
Sumário
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1
2. EMBARCAÇÕES DE APOIO À PLATAFORMAS (PLATFORM SUPPLY
VESSEL).... ................................................................................................................................... 2
2.1. O Mercado de Embarcações de Apoio Marítimo .............................................. 3
2.2. Cargas Transportadas ........................................................................................ 4
2.2.1. Cargas abaixo do convés ............................................................................. 4
2.2.2. Cargas acima do convés .............................................................................. 5
2.3. Função Secundária .......................................................................................... 11
3. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA E PREMISSAS .......................................... 13
3.1. Premissas do projeto ........................................................................................ 14
4. MÉTODOS DE TRANSFERÊNCIA ...................................................................... 16
4.1. Içamento .......................................................................................................... 16
4.2. Deslizamento (Skidding) ................................................................................. 17
4.3. Transporte sobre rodas .................................................................................... 19
4.4. Meio de transferência escolhido ...................................................................... 19
5. PROJETO DE CONVÉS MÓVEL PARA UM PSV 4500 ..................................... 24
5.1. O navio escolhido ............................................................................................ 24
5.2. Convés Móvel – Dimensões Principais ........................................................... 26
5.3. Carga Máxima ................................................................................................. 26
5.3.1. Cargas analisadas ...................................................................................... 26
5.3.2. Condições de Carregamento ..................................................................... 27
5.3.3. Carregamento Crítico ................................................................................ 31
5.4. Meio de Transferência ..................................................................................... 31
5.5. Equilíbrio e Estabilidade ................................................................................. 33
5.5.1. Análise de Equilíbrio ................................................................................. 34
5.5.2. Análise de Estabilidade ............................................................................. 37
5.6. Projeto Preliminar da Estrutura do Convés Móvel .......................................... 39
vi
5.6.1. Definição da Espessura do Chapeamento ................................................. 40
5.6.2. Dimensionamento dos Reforçadores Transversais ................................... 41
5.6.3. Análise de Flambagem do Reforçador Transversal .................................. 42
5.7. Posicionamento e Movimentação do Convés Móvel ...................................... 44
6. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS ....................................................... 47
6.1. Trabalhos Futuros ............................................................................................ 47
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 48
vii
Índice de Figuras
Figura 1 - PSV Far Starling .............................................................................................. 2
Figura 2 - Distribuição da frota de apoio marítimo operando no Brasil ........................... 3
Figura 3 - Evolução da frota de apoio marítimo ............................................................... 3
Figura 4 - Distribuição da Frota de PSVs por tipo ........................................................... 4
Figura 5 - Container Offshore Refrigerado de 20’ ........................................................... 6
Figura 6 - Vista interna de um container offshore de 10' com prateleiras ........................ 6
Figura 7 - Cesta de Resíduos ............................................................................................ 7
Figura 8 - Big Bag ............................................................................................................ 8
Figura 9 - Carretel com base e unidade de força .............................................................. 8
Figura 10 - Riser de perfuração com flutuadores ............................................................. 9
Figura 11 - Tubo de revestimento .................................................................................. 10
Figura 12 - Blowout Preventer ....................................................................................... 11
Figura 13 - Classificação dos sistemas de combate a incêndio ...................................... 12
Figura 14 - PSV utilizando o sistema de combate a incêndio ........................................ 12
Figura 15 - Terminal de Apoio Offshore do Rio de Janeiro ........................................... 13
Figura 16 - Vista da Ponte Rio Niterói mostrando as embarcações de apoio offshore
fundeadas..................................................................................................................................... 13
Figura 17 - Cábrea içando torre de perfuração no Estaleiro Hyundai ............................ 16
Figura 18 - Içamento de módulo da P-58 pelo Mammoet PTC 200 DS ........................ 17
Figura 19 - Deslizamento de um casco de plataforma do tipo SPAR em um navio
semissubmersível ........................................................................................................................ 18
Figura 20 - Sistema hidráulico tipo push-pull ................................................................ 18
Figura 21 - Transporte de módulo por SPMTs ............................................................... 19
Figura 22 - Características técnicas do Kamag 2400 ..................................................... 20
Figura 23 - Sistema de suspensão hidráulica adaptativa ................................................ 20
Figura 24 - Dimensões principais dos módulos de 4 e 6 eixos ....................................... 21
Figura 25 - Movimento de avanço do módulo em ambas as direções ............................ 21
Figura 26 - Movimento circular de raio externo............................................................. 22
viii
Figura 27 - Movimento circular de raio interno ............................................................. 22
Figura 28 - Giro no próprio eixo .................................................................................... 22
Figura 29 - Movimento lateral em ambas as direções .................................................... 23
Figura 30 - Movimento em diagonal .............................................................................. 23
Figura 31 - Convés móvel posicionado e folgas ............................................................ 26
Figura 32 - Condição de carregamento 1 ....................................................................... 27
Figura 33 - Condição de carregamento 2 ....................................................................... 28
Figura 34 - Condição de carregamento 3 ....................................................................... 29
Figura 35 - Condição de carregamento 4 ....................................................................... 30
Figura 36 - Condição de carregamento 5 ....................................................................... 30
Figura 37 - Condição de Carregamento 4 modelada no AutoCAD ................................ 31
Figura 38 - Posicionamento do meio de transferência - vista inferior ............................ 33
Figura 39 - Posicionamento do meio de transferência - vista frontal ............................. 33
Figura 40 - Catálogo de espessuras comerciais para chapas grossas ............................. 41
Figura 41 - Exemplo de viga com flambagem da alma .................................................. 43
Figura 42 - Vista frontal da estrutura do convés móvel ................................................. 44
Figura 43 - Vista isométrica da estrutura do convés móvel ........................................... 44
Figura 44 - Simulação de posicionamento do convés móvel no terminal do Rio de
Janeiro ......................................................................................................................................... 45
Figura 45 - Manobra de giro no eixo para o posicionamento do convés para o embarque
..................................................................................................................................................... 45
Figura 46 - Embarque do convés móvel no PSV ........................................................... 46
ix
Índice de Tabelas
Tabela 1 - Dimensões principais da embarcação............................................................ 25
Tabela 2 - Restrições dimensionais do navio para o projeto do convés ......................... 25
Tabela 3 - Dimensões principais do convés móvel ........................................................ 26
Tabela 4 - Descrição da condição de carregamento 1 .................................................... 28
Tabela 5 - Centro de gravidade total do carregamento 1 ................................................ 28
Tabela 6 - Descrição da condição de carregamento 2 .................................................... 28
Tabela 7 - Centro de gravidade total do carregamento 2 ................................................ 28
Tabela 8 – Descrição da condição de carregamento 3 .................................................... 29
Tabela 9 - Centro de gravidade total do carregamento 3 ................................................ 29
Tabela 10 - Descrição da condição de carregamento 4 .................................................. 30
Tabela 11 - Centro de gravidade total do carregamento 4 .............................................. 30
Tabela 12 - Descrição da condição de carregamento 5 .................................................. 31
Tabela 13 - Centro de gravidade total do carregamento 5 .............................................. 31
Tabela 14 - Dados de entrada da primeira análise de equilíbrio .................................... 35
Tabela 15 - Resultado da primeira análise de equilíbrio ................................................ 35
Tabela 16 - Dados de entrada da segunda análise de equilíbrio ..................................... 36
Tabela 17 - Resultado da segunda análise de equilíbrio ................................................. 36
Tabela 18 - Dados de entrada da análise de condição intermediária .............................. 37
Tabela 19 – Resultado da análise de condição intermediária ......................................... 37
Tabela 20 - Resultados da condição de estabilidade para a condição de partida ........... 38
Tabela 21 - Resultados da análise de estabilidade para a condição intermediária ......... 38
Tabela 22 - Condição de teste para verificar a altura máxima possível da estrutura ...... 39
Tabela 23 - Verificação da estabilidade para a condição de teste .................................. 39
Tabela 24 - Dimensões do reforçador transversal .......................................................... 42
1
1. INTRODUÇÃO
O contínuo aumento das atividades de exploração de petróleo no cenário brasileiro e os
massivos investimentos realizados no setor, principalmente pela Petrobras, são responsáveis
pelo constante avanço tecnológico da engenharia de águas profundas, da construção naval e da
logística dos terminais de apoio offshore.
O estudo a ser desenvolvido nesse trabalho, baseado na ineficiência de carregamento
dos navios supridores contratados pela Petrobras, visa propor uma solução simples e barata, que
evite as longas filas observadas da Ponte Rio Niterói da área de fundeio do porto do Rio de
Janeiro. Para isso, foi desenvolvido um método e um projeto preliminar, a ser detalhado no
decorrer deste relatório.
O estudo começa oferecendo um panorama geral das unidades envolvidas, expondo a
atual situação de mercado dos navios de apoio offshore ao passo que descreve as características
técnicas e operacionais da atividade de suprimento de plataformas.
O tipo de embarcação envolvida é descrita no capítulo 2, bem como as cargas
comumente transportadas e as limitações envolvidas nas atividades realizadas. Ao final do
capítulo é exposto o problema enfrentado na atualidade para que seja elaborada uma proposta de
solução adequada.
O capítulo 3 define as premissas do projeto, organizando a proposta e detalhando os
passos a seguir. Nele está explicita a metodologia do projeto e a sequência lógica a ser
desenvolvida para a obtenção da solução adequada e a demonstração dos resultados.
A partir do capítulo 4 o método começa a ser aplicado, explicando as principais formas
de transferência de carga utilizadas na indústria naval e offshore, mostrando suas diferenças e
particularidades e, por fim, definindo o meio a ser utilizado, que atenda às premissas destacadas
no capítulo anterior.
A próxima etapa será a execução do projeto para um caso particular. O capítulo 5
mostra a aplicação da proposta anteriormente descrita, seguindo a metodologia proposta, para
uma situação que se enquadre no contexto desenvolvido no capítulo 2.
Nesse capítulo será estudado um navio específico e a viabilidade do projeto aplicado a
ele. Diversas análises serão realizadas buscando, ao apresentar os resultados, provar que o
projeto pode se tornar uma boa alternativa aos métodos atualmente aplicados no carregamento
de embarcações supridoras.
O projeto será realizado desde a concepção de suas dimensões principais, a partir das
características da embarcação, até uma proposta preliminar de estrutura, passando pela análise
de equilíbrio e estabilidade da embarcação a partir de uma condição de carregamento crítica
estudada. Espera-se que, ao final do projeto, sejam definidos elementos estruturais adequados
para suportar todas as atividades exigidas.
Este será apenas o primeiro passo na consolidação desse método. Sugestões para seu
aprimoramento serão apresentadas na parte final, juntamente com as conclusões obtidas.
2
2. EMBARCAÇÕES DE APOIO À PLATAFORMAS
(PLATFORM SUPPLY VESSEL)
Com o aumento da exploração de petróleo no ambiente marinho e o distanciamento das
unidades de extração e produção da costa, a necessidade de se obter uma embarcação com boa
capacidade de variados tipos de carga tornou-se mais evidente. A partir desse momento, a
indústria de embarcações de apoio offshore se intensificou e várias soluções foram obtidas.
A necessidade básica de uma unidade flutuante de extração e produção de petróleo é o
fornecimento de suprimentos. As embarcações responsáveis por essa atividade são chamadas
Platform Supply Vessels, ou simplesmente, PSVs. Os PSVs são embarcações com grande
versatilidade de cargas, possuindo tanques para diferentes substâncias líquidas e uma grande
área de convés para transporte de equipamentos de diversos tipos. A Figura 1 mostra um
exemplo dessa embarcação.
Figura 1 - PSV Far Starling
Embarcações desse tipo podem ser consideradas de porte médio, pois possuem
comprimento entre 60 e 90 metros. A superestrutura localizada a vante também é uma
característica desses navios, pois privilegia o espaço de carga no convés. Além disso, é comum
possuírem guindastes para a movimentação dessas cargas e sistemas de combate a incêndio.
A rota típica realizada pelos supridores possui três alternativas:
Base – Plataforma
Plataforma 1 – Plataforma 2
Plataforma – Base
Para cada trecho variam, principalmente, os tipos de cargas transportadas, que serão
detalhadas ainda nesse capítulo.
3
2.1. O Mercado de Embarcações de Apoio Marítimo
De acordo com a Associação Brasileira das Empresas de Apoio Marítimo (ABEAM)
existem hoje, no Brasil, cerca de 50 empresas operando efetivamente em apoio marítimo, com
uma frota de 450 embarcações até 2012. Estima-se que os gastos em afretamento já ultrapassem
US$ 4,5 bilhões.
Esse número deve continuar aumentando com a implementação do Prorefam
(Programa de Renovação da Frota de Apoio Marítimo). Só até 2018 a Petrobras vai colocar em
operação mais 74 navios.
Como mostrado na Figura 2, a maior parte da frota é constituída de PSVs, que
corresponde a cerca de 40% da frota de apoio marítimo.
Figura 2 - Distribuição da frota de apoio marítimo operando no Brasil
A projeção até 2020, considerando o gigantesco investimento realizado pela Petrobras
de cerca de US$ 236,7 bilhões no período entre 2013 e 2020, mostra que a frota pode ter um
aumento de mais de 50% em relação aos números atuais, como mostrado no gráfico da Figura 3.
Figura 3 - Evolução da frota de apoio marítimo
4
2.2. Cargas Transportadas
É comum que navios de carga sejam classificados quanto à sua máxima capacidade de
carga instalada. Os PSVs normalmente carregam esse número em sua nomenclatura. Portanto,
uma embarcação desse tipo é, por exemplo, usualmente chamada de PSV 3000 ou PSV 4500,
significando esses valores, em toneladas, a sua máxima capacidade de carga.
As capacidades são variadas, partindo de 1000 toneladas e podendo chegar a 5000 ou
até mais, dependendo do propósito para o qual a embarcação será construída. No Brasil, os mais
comuns são os de 3000t a 4500t, correspondendo a aproximadamente 72% da frota, como
mostra o gráfico da Figura 4.
Figura 4 - Distribuição da Frota de PSVs por tipo
Um PSV típico possui dois métodos usuais de transporte de carga. O primeiro, abaixo
do convés, é através de tanques para diferentes líquidos. Já o segundo, acima do convés, é
utilizado para cargas sólidas. Ambas serão descritas abaixo.
2.2.1. Cargas abaixo do convés
São cargas líquidas consumíveis pelo próprio navio e pela plataforma, transportadas em
tanques específicos projetados para cada tipo de material. São eles:
Água potável e Água doce – utilizada para consumo da tripulação da plataforma
suprida e do próprio PSV. A transferência para a plataforma se dá através de um
sistema de tubulações e bombas específico para esse tipo de carga, segregado
para evitar contaminações.
Óleo Combustível – utilizado para abastecer geradores de equipamentos da
plataforma e do próprio navio. O mais comum é o óleo diesel. É transferido
para plataforma por um sistema próprio de bombas e tubulações para evitar
contaminação.
Fluido (Lama) de perfuração – consiste em uma mistura de substâncias
químicas com argila. É utilizada na atividade de perfuração do poço de petróleo,
serve para lubrificar e arrefecer a broca, remover cascalhos e controlar a pressão
5
do poço durante a operação. O processo de transferência do navio para a
plataforma é similar aos anteriores.
Salmoura - consiste em uma solução de água e sal em grande concentração
utilizada na perfuração para prevenir o colapso do poço, fortalecendo suas
paredes. Seu processo de transferência segue os padrões dos anteriores.
Cimento – utilizado para estruturação, revestimento e isolamento do poço de
petróleo e em estruturas submersas. É transportado em silos que isolam a carga
da umidade. Sua transferência é realizada por compressores instalados na
embarcação.
2.2.2. Cargas acima do convés
São cargas sólidas transportadas em diferentes unidades de armazenamento. Estas
unidades são específicas para o transporte de cargas offshore e seguem diretrizes diferentes das
cargas transportadas por navios convencionais. São elas:
Container Offshore;
Cestas de resíduos;
Big Bags;
Carretéis;
Risers de perfuração;
Tubos de revestimento; e
Equipamentos e Bases.
A seguir serão detalhados os diferentes tipos de unidades de armazenamento a serem
transportados pelo PSV.
a) Container Offshore
A DNV Standard For Certification 2.7-1 define o container offshore como uma unidade
portátil com 25 toneladas de peso máximo para uso repetido de transporte de alimentos ou
equipamentos, manuseável em mar aberto destinado à plataforma, da plataforma à base ou entre
plataformas e navios. Esses containers só podem ser empilhados se forem projetados para isso,
excetuando as situações de transporte, quando nunca podem ser empilhados.
Existem diversos tipos de containers, podendo ser refrigerados ou não, utilizados como
estações de serviço (laboratórios, por exemplo), abertos ou fechados e com comprimentos que
variam de 6 a 40 pés.
Dependendo do tipo de material a ser transportado, eles podem conter divisórias
internas como prateleiras, suportes e até equipamentos integrados. As Figuras 5 e 6 ilustram
esse tipo de carga.
6
Figura 5 - Container Offshore Refrigerado de 20’
Figura 6 - Vista interna de um container offshore de 10' com prateleiras
b) Cestas de Resíduos
As cestas de resíduos são normalmente transportadas no trajeto da plataforma até a base,
uma vez que carregam os resíduos gerados pela plataforma que serão posteriormente
descartados e tratados.
7
Assemelham-se com as cestas de entulho vistas em obras civis, mas seguem as mesmas
normas classificadoras dos containers offshore, podendo ser abertas, fechadas ou apenas
cobertas. Assim, as restrições aplicadas aos containers offshore se mantêm para as cestas de
resíduos.
Devem conter olhais e estruturas próprias para içamento. Para uma unidade de 13’,
considerada grande, possui um peso máximo de 7 toneladas. A Figura 7 mostra uma típica cesta
de resíduos.
Figura 7 - Cesta de Resíduos
c) Big Bags
Big Bags, como visto na Figura 8, são sacas que podem transportar alimentos como
cereais, fármacos, produtos químicos ou outros granéis em pequena quantidade. Possuem alças
para içamento e podem ser facilmente acomodadas em porões ou sobre um convés.
Apesar da baixa resistência e de poderem rasgar se não for tomado o devido cuidado
com seu manuseio, sua principal vantagem em relação aos outros métodos de transporte é o
pequeno volume que ocupam quando vazios. Assim, em uma viagem de retorno se torna fácil
armazená-los sem prejudicar o espaço de carga.
8
Figura 8 - Big Bag
d) Carretéis
O transporte de cabos, cordas e mangueiras traz uma dificuldade evidente em termos de
utilização de espaço. Nesse aspecto, o uso de carretéis e bobinas se torna necessário e
considerado de grande eficiência. Assim, os carretéis possuem importante papel no transporte
offshore.
Para facilitar a organização e o manuseio, os carretéis são transportados em bases
retangulares e fixados no convés de carga. Podem ter diversos tamanhos, dependendo se
transportam cordas, cabos elétricos, de aço ou mangueiras de variados diâmetros.
De acordo com a dificuldade e utilização da carga transportada, o carretel pode conter
uma unidade de força própria, normalmente um motor elétrico, para carga e descarga. Um
exemplo típico é mostrado na Figura 9.
Figura 9 - Carretel com base e unidade de força
9
e) Riser de Perfuração
Com o aumento gradativo e acentuado da profundidade dos novos poços de petróleo e
as variadas dificuldades em acessá-los, como a espessa camada de sal do Pré-Sal, por exemplo,
a tecnologia empregada nos risers de perfuração se supera em curtos espaços de tempo.
O aumento da lâmina d’água exige maiores quantidades de risers, o que pressiona os
navios de transporte por uma maior capacidade de carga e agilidade para entregar o produto.
O riser de perfuração é caracterizado por um duto central, de maior diâmetro, por onde
passará a broca. Adjacente a ele se localizam dutos menores que abrigam redes de fluido de
perfuração, conforme a atividade de perfuração avança.
Acoplado em sua carcaça estão flutuadores, que auxiliam a manutenção da posição do
riser. Por ser uma atividade demorada e precisa, o riser deve sofrer o menor desvio de
posicionamento possível para que não fique sujeito a tensões cisalhantes. A Figura 10 mostra
risers de perfuração com flutuadores.
Os tramos do riser podem ser de diversos tamanhos. Uma unidade de 27,5m de
comprimento e 1,4m de diâmetro, por exemplo, pesa 31 toneladas.
Figura 10 - Riser de perfuração com flutuadores
10
f) Tubos de Revestimento
Durante a perfuração do poço a possibilidade de haver um desmoronamento com o
avanço da broca é considerável. Para evitar esse tipo de problema e dar suporte aos
equipamentos da cabeça do poço, são instalados, concomitantemente à perfuração, tubos de
revestimento, como os observados na Figura 11, fabricados em aço especial.
Além disso, esses tubos evitam a perda do fluido de perfuração e garantem seu retorno
para tratamento. Os tubos de revestimento, à medida que são instalados, formam uma coluna de
revestimento que mais tarde será melhor fixada à parede do poço pela injeção de cimento na
folga existente entre eles.
Como exemplo, o maior tubo de revestimento produzido pela fabricante Tennaris
Confab, com 0,508m de diâmetro externo (20 pol.) possui um peso específico de 140 kg/m para
uma espessura de 0,438 polegada e 158,5 kg/m para espessura de 0,5 polegada.
Figura 11 - Tubo de revestimento
g) Equipamentos
Diversos equipamentos com uma infinidade de objetivos diferentes podem ser
requisitados pelas plataformas. Como normalmente possuem formatos assimétricos e de difícil
armazenagem, a mesma solução usada nos carretéis se torna necessária. Assim, os
equipamentos costumam ser transportados em bases retangulares para melhor acomodação e
distribuição de peso no convés de carga.
11
Um exemplo recorrente para transporte na indústria petrolífera, ilustrado na Figura 12, é
o B.O.P. (Blowout Preventer). Esse equipamento é constituído por várias válvulas de altíssima
pressão que são acionadas em casos de emergência durante a perfuração do poço. O B.O.P. é
acoplado no riser de perfuração e caso haja um refluxo forte ou mesmo uma explosão no poço,
as válvulas se fecham automaticamente prevenindo um acidente.
O B.O.P pode ser acoplado a uma base retangular de 3,7m x 4,5m e pesa em torno de 37
toneladas.
Figura 12 - Blowout Preventer
2.3. Função Secundária
A principal função secundária dos navios PSV é o combate a incêndio (Fire Fighting)
em plataformas ou outras embarcações. O sistema de combate a incêndio, também conhecido
como sistema Fi-Fi, consiste em um conjunto de bombas centrífugas para sucção da água do
mar e posterior jateamento através de canhões d’água localizados no tijupá.
O sistema Fi-Fi, possui três tipos de classificação, sendo a classe II adotada para PSVs.
A Figura 13 mostra as diversas classificações, ao passo que a Figura 14 demonstra a utilização
do sistema.
12
Figura 13 - Classificação dos sistemas de combate a incêndio
.
Figura 14 - PSV utilizando o sistema de combate a incêndio
13
3. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA E PREMISSAS
A operação típica do supridor consiste em, uma vez atracado, ser carregado com os itens
demandados pelas unidades flutuantes. Qualquer combinação das cargas explicadas no item 2.3
é aplicável. Em uma mesma viagem, diversos propósitos podem ser atendidos, desde uma
atividade complexa de perfuração até um simples reabastecimento.
O carregamento no porto pode ser demorado. No terminal do Rio de Janeiro, são poucos
os navios que podem ficar atracados simultaneamente. Como mostrado no item 2.2, a frota de
supridores é a maior no ramo de apoio marítimo em atividade. Os principais campos de petróleo
também são localizados na região sudeste, tornando o terminal carioca uma base estratégica
para a Petrobras. A figura 15 apresenta uma foto de satélite do terminal do Rio de Janeiro.
Figura 15 - Terminal de Apoio Offshore do Rio de Janeiro
Figura 16 - Vista da Ponte Rio Niterói mostrando as embarcações de apoio offshore fundeadas
A escassez de área útil do terminal causa uma enorme fila na área de fundeio, observada
inclusive da Ponte Rio Niterói, como na Figura 16. O carregamento deve ser feito através de
14
guindastes móveis para as cargas maiores, sendo transportadas uma por vez. Os diversos
equipamentos também exigem cuidados diferentes no seu manuseio. O içamento de um
container, por exemplo, tem um procedimento diferente de um carregamento de risers.
Em vista desses entraves e em busca de otimizar o carregamento dos PSVs, será
proposto nesse trabalho a criação de um convés móvel, que deverá ser completamente carregado
no cais, sem a presença obrigatória do navio, e transportado diretamente à embarcação, quando
a mesma for atracada. Esse projeto visa uma melhora significativa na operação dos PSVs
afretados pela Petrobras no abastecimento às suas plataformas.
3.1. Premissas do projeto
Para viabilizar o projeto de convés móvel, devem ser feitas diversas análises, incluindo
tanto o navio beneficiado pelo projeto, quanto a sua própria definição e estrutura. O terminal
também deve suportar sua utilização sem ser afetado em suas atividades normais.
De início, o projeto deve ser o mais barato e simples possível. Isso implica em não fazer
mudanças radicais na embarcação e propor uma estrutura otimizada de fácil manuseio e
operação. A unidade deve ser transportada de modo que o terminal não sofra modificações em
seu layout.
O convés móvel deve atender plenamente a capacidade de carga de projeto do navio.
Assim, soluções que inutilizem parte do espaço de carga ou que tragam outras dificuldades à
embarcação não serão consideradas válidas. A fixação do convés também deve atender ao
requisito de simplicidade, uma vez que complicações nessa etapa também provocariam
transtorno quanto ao tempo de porto e a viabilidade do projeto poderia ser questionada.
Nesse trabalho serão estudados os possíveis carregamentos típicos dos PSVs que se
destinam às atividades atuais da Petrobras. A pior condição será escolhida para o
dimensionamento e manuseio do convés.
A embarcação alvo deverá ser estudada e as novas condições de estabilidade deverão
ser analisadas detalhadamente. Como a proposta do convés, por definição, implica em uma
carga de grande magnitude e relativamente elevada às condições de projeto originais da
embarcação, esse estudo será crítico para a viabilidade da proposta. Os dados de entrada para
essa etapa foram adquiridos com os projetistas da embarcação analisada e seguem as condições
originais de projeto. Serão utilizadas ferramentas computacionais aplicadas em empresas de
engenharia para a obtenção de um resultado confiável.
As dimensões principais serão definidas a partir da escolha de uma embarcação que se
encaixe nos perfis de utilização explicados no capítulo anterior. Com os dados da embarcação
em mãos, deverá ser definido o maior espaço de carga possível dentro de seus limites, uma vez
que a perda de espaço de carga original do navio deva ser mínima para que o projeto seja viável.
É necessário que o convés móvel seja apoiado nos reforços primários do navio, para que
a estrutura da embarcação absorva parte da carga, aliviando a estrutura projetada nesse trabalho
e para que o chapeamento original do convés não sofra modificações, já que estará sujeito a uma
carga concentrada não considerada no projeto inicial. Os cálculos, porém, serão realizados
considerando o apoio total da carga por parte da estrutura do convés móvel.
15
O meio de transferência não deve impactar o terminal e deve possuir grande capacidade
de manobra, devido às limitações físicas do mesmo. Suas dimensões serão importantes tanto
para o dimensionamento da estrutura do convés e de seus apoios, quanto para a altura mínima
de seu suporte no navio, para que ele possa ser retirado.
Com a altura do meio de transferência definida, será possível dimensionar o tamanho
dos apoios, seja em terra, quando ficará apoiado no cais, ou no mar, apoiado no navio. Esse
apoio deverá facilitar ao máximo a operação de carga e descarga, cumprindo as premissas do
baixo custo e da simplicidade.
Nessa linha de raciocínio foi decidido que o convés móvel deveria ser suportado pela
sua própria estrutura, não havendo picadeiros ou stools. Assim, seria possível manipulá-lo com
facilidade, tornando o transporte e carregamento mais rápidos e eficientes. Mais uma vez, essa
definição terá impacto direto na definição da estrutura do convés móvel, de forma que suporte
na condição apoiada todas as cargas atuantes do transporte e do carregamento.
A análise de estabilidade será conduzida, para que seja encontrada a maior altura
possível da estrutura, considerando a altura do centro de gravidade da pior carga identificada.
Essa altura será importante para a definição dos elementos estruturais quanto ao seu módulo de
resistência às cargas aplicadas pelo transporte e pela condição navegando.
O cálculo estrutural do convés móvel será realizado de forma analítica e compreenderá
apenas o dimensionamento da chapa contínua do convés e de seus reforçadores. As vigas
responsáveis pelo apoio da estrutura não fazem parte do escopo desse trabalho.
A metodologia para o cálculo estrutural seguirá o conceito aplicado para o
dimensionamento da estrutura de navios, utilizando regras de sociedades classificadoras e
manuais de institutos internacionais reconhecidos.
Serão usados, como ferramentas de apoio, softwares de cálculos e de modelagem
computacional, para melhor visualização e compreensão das análises. Os modelos serão
disponibilizados para estudos complementares a este.
O objetivo do cálculo estrutural será provar que um projeto desse tipo é viável
tecnicamente, sendo de fácil construtibilidade e versátil a diversas aplicações. Devem ser
atendidos os requisitos mínimos de módulo de resistência pelos reforçadores. Todas as
espessuras calculadas devem ser majoradas pelos valores comerciais praticados no mercado
siderúrgico. Verificações adicionais locais deverão ser realizadas para demonstração da
capacidade de absorção das cargas por parte da estrutura do convés móvel. Esses cálculos
compreenderão uma análise de flambagem nos reforçadores secundários.
Como a estrutura será projetada analiticamente, reforços locais típicos não serão
dimensionados nesse trabalho, ficando a cargo da empresa que fará o projeto básico do convés
móvel. A estimativa feita nessa etapa será um cálculo estrutural preliminar, visando à aceitação
do projeto. Análises locais futuras devem ser realizadas utilizando métodos de elementos finitos
para que sejam identificados possíveis pontos de melhoria estrutural.
16
4. MÉTODOS DE TRANSFERÊNCIA
Na indústria naval e offshore, a movimentação de estruturas de grandes dimensões é
uma atividade frequente. Comumente chamada de Load-out, como o próprio nome sugere, essa
operação consiste em transportar a estrutura de sua posição de origem até um navio ou barcaça
para ser transportada até seu destino final. Esse carregamento pode ocorrer de forma transversal
ou longitudinal e pode ser realizado de diversas maneiras, como por içamento, rolagem (roll-
on/roll-off), transporte sobre rodas ou deslizamento (skidding).
As alternativas de transferência serão debatidas nesse capítulo para que se escolha a que
melhor se adaptará as necessidades da proposta descritas no capítulo anterior.
4.1. Içamento
Presente em grandes estaleiros, com o uso de guindastes de grandes dimensões, o
transporte por içamento é amplamente utilizado. A estrutura é calculada e preparada para
receber os cabos em olhais projetados para aguentar todo o seu peso em poucos pontos de
sustentação.
As unidades de içamento podem ser terrestres ou marítimas. No segundo caso, são
chamadas de cábreas e possuem capacidade de carga gigantesca. Costumam ser usadas na
movimentação de grandes blocos do navio durante a sua construção. Essa capacidade, em
alguns casos, chega a ser superior a 5000 toneladas. Um exemplo desse sistema pode ser
observado na Figura 17.
Figura 17 - Cábrea içando torre de perfuração no Estaleiro Hyundai
A construção de plataformas também utiliza esse método para a integração dos módulos
de processamento de petróleo de FPSOs. Recentemente, durante a conversão da plataforma P-58
da Petrobras, o guindaste PTC 200 DS da Mammoet, visto na Figura 18, foi utilizado para içar
os módulos e realizar a integração no Estaleiro Rio Grande.
17
Figura 18 - Içamento de módulo da P-58 pelo Mammoet PTC 200 DS
Porém, uma estrutura desse porte não se enquadraria nas restrições físicas do terminal
do Rio de Janeiro. Além disso, a instalação e transporte dessas unidades possuem um preço
extremamente elevado, que inviabilizariam o projeto já em sua etapa inicial. Outra desvantagem
do método é obstrução da área de circulação do terminal.
Como a proposta definiu, essas restrições tornam o método inválido para ser utilizado
no transporte do convés móvel até a embarcação.
4.2. Deslizamento (Skidding)
Esse método tem como ideia central o deslizamento da carga através de trilhos, com o
auxilio de macacos hidráulicos que empurram e freiam o bloco transportado. Grandes estruturas
como jaquetas e cascos de plataformas do tipo SPAR são movimentados dessa forma até navios
semissubmersíveis, conhecidos como heavy lifts, que os levarão ao destino final. Um exemplo
desse carregamento pode ser visto na Figura 19.
Eficiente e confiável, o deslizamento é amplamente utilizado na indústria naval e
offshore. Existem empresas especializadas que fornecem todo o sistema integrado e
dimensionado para o propósito do cliente.
Os macacos hidráulicos, vistos na Figura 20, podem atuar empurrando a estrutura ou
puxando. O trilho pode conter sapatas, chamadas Skid Shoes, que fazem a estrutura deslizar ou
pode conter rolos. Esses últimos podem gerar problemas, emperrando a movimentação.
18
Figura 19 - Deslizamento de um casco de plataforma do tipo SPAR em um navio semissubmersível
Figura 20 - Sistema hidráulico tipo push-pull
Novamente, apesar de eficiente, esse método penaliza a área útil do terminal, pois os
trilhos de deslizamento devem ser fixados permanentemente no chão do cais. Além disso, os
movimentos possíveis são restritos, não havendo possibilidade de manobra. Todo o caminho de
deslizamento teria de ser inutilizado para outras atividades do terminal.
19
Em questões financeiras, os equipamentos hidráulicos, fundações dos trilhos e
manutenção possuem custos elevados.Como no método anterior, essas restrições invalidam o
sistema para ser utilizado nesse estudo.
4.3. Transporte sobre rodas
Podem ser realizados de diversas maneiras. Costumam ser utilizados em transportes
terrestres ou em situações que exijam certa capacidade de manobra. Os trailers de transporte
podem ser tracionados por caminhões e tratores ou podem ter propulsão própria.
As unidades movidas por caminhão geram um transtorno a mais por não serem
modulares e por conta do raio tático de giro. As de propulsão própria, por sua vez, possuem
grande capacidade de manobra, podem ser separadas em pequenos módulos e apresentam
funcionalidades interessantes como plataforma de carga hidráulica que pode ser elevada. Por
essas qualidades, essas unidades foram escolhidas para o transporte do convés móvel e serão
detalhadas a seguir.
4.4. Meio de transferência escolhido
Também chamados de boogies, os SPMTs (Self-Propelled Modular Transporter),
possuem diversas características que o tornam perfeito para esse tipo de operação. Podem-se
destacar entre elas a plataforma elevatória e a suspensão hidráulica adaptativa, que corrige
pequenos desníveis no caminho, como rampas de acesso.
A unidade é controlada completamente por controle remoto, facilitando a operação de
manobra e oferecendo maior segurança. Por ser composto de unidades modulares, o boogie
pode ser configurado de acordo com a dimensão da carga que vai transportar. Os módulos se
apresentam em configurações de 4 e 6 eixos.
Empresas especializadas em transporte de carga pesada possuem grandes frotas desses
veículos, que são cada vez mais usados em diversas indústrias. A Sarens e a Mammoet são duas
das maiores operadoras de SPMTs do mundo.
Outra vantagem é a possibilidade de formar mais de uma fileira de boogies, muito útil
para cargas largas ou que necessitem de mais apoios. A figura 21 mostra um exemplo de boogie
realizando transporte terrestre com estruturas de grande porte.
Figura 21 - Transporte de módulo por SPMTs
20
Como ainda não foram definidas as dimensões do convés móvel, serão apresentadas
características gerais do veículo escolhido, modelo Kamag 2400 da empresa Sarens, nas figuras
22 a 24. As medidas são referentes a um único módulo.
Figura 22 - Características técnicas do Kamag 2400
Figura 23 - Sistema de suspensão hidráulica adaptativa
21
Figura 24 - Dimensões principais dos módulos de 4 e 6 eixos
Nesse catálogo ficam evidentes as seguintes características:
Compensação por eixo de 250 mm;
Elevação da plataforma de até 700 mm;e
Capacidade de carga líquida de 30 toneladas por eixo.
Os eixos do veículo são independentes e capazes de girar 360 graus, possibilitando
manobras de giro no próprio eixo e se movimentar de lado. Essas funcionalidades o tornam uma
alternativa válida e eficiente para o projeto.
Dos movimentos possíveis de se realizar com o veículo, seguem as ilustrações
fornecidas pelo catálogo da empresa.
Figura 25 - Movimento de avanço do módulo em ambas as direções
22
Figura 26 - Movimento circular de raio externo
Figura 27 - Movimento circular de raio interno
Figura 28 - Giro no próprio eixo
23
Figura 29 - Movimento lateral em ambas as direções
Figura 30 - Movimento em diagonal
A utilização desse veículo cumpre as premissas de realizar o menor número de
modificações necessárias na área do terminal e no navio, além da eficiência no transporte e
versatilidade de aplicações. As próximas etapas desse trabalho utilizarão as medidas e
capacidades apresentadas nesse capítulo para os futuros cálculos.
24
5. PROJETO DE CONVÉS MÓVEL PARA UM PSV 4500
Para o projeto de um convés móvel que atenda as necessidades de um PSV 4500, o
ponto de partida deve ser dado na direção de apontar as restrições da embarcação, do terminal
de carga e do método de transporte. Devem ser feitas considerações importantes para um projeto
bem definido.
Em primeiro lugar, é necessário calcular as dimensões máximas do convés móvel,
tomando como referência as medidas do convés de carga da embarcação com algumas margens,
para que haja uma folga entre o convés móvel, a borda falsa do navio e o acesso à
superestrutura.
Em seguida, deve ser verificada a topologia estrutural da embarcação, uma vez que os
apoios do convés móvel devem estar alinhados aos reforços gigantes ou anteparas, para que
parte da carga seja transferida para a estrutura do navio, diminuindo a solicitação por parte da
estrutura do convés.
Com as dimensões do convés móvel bem definidas, é possível dimensionar o meio de
transferência, que deve ter o comprimento máximo igual ou menor ao da estrutura carregada.
Como cada módulo possui uma carga máxima que pode ser transportada, o somatório de
módulos deve ser capaz de suportar o peso total da estrutura com um dado fator de segurança
para que o projeto seja viável.
Com os pesos definidos da estrutura e do meio de transferência, é necessária a
verificação da estabilidade da embarcação, agora com um carregamento que eleva o seu centro
de gravidade local. Essa etapa é crítica para que se defina a altura máxima que a estrutura pode
ser apoiada, impactando nas dimensões dos elementos estruturais do convés móvel. Os critérios
de estabilidade devem ser satisfeitos sem que haja alteração do projeto da embarcação, uma vez
que o objetivo do projeto é criar o mínimo de interferência possível no navio.
Estando garantida a estabilidade da embarcação, é possível projetar a estrutura do
convés móvel, respeitando os limites impostos pelas condições anteriores. Como o convés
móvel deve ser versátil e ser capaz de suportar carregamentos diversos, uma chapa contínua de
apoio se faz necessária para melhor acomodação das cargas. O sistema de apoio deve fazer parte
desse conjunto.
Definida a estrutura, a única questão que inviabilizaria esse projeto seria o espaço
disponível para movimentação e manobra no terminal selecionado. A escolha do meio de
transferência adequado praticamente garante essa etapa, mas deve ser definida uma rota de
transporte e a manobra necessária para a operação de Load-out.
5.1. O navio escolhido
No estudo de mercado apresentado no Capítulo 2, concluiu-se que a maior parte dos
PSVs possuem capacidade de carga entre 3000t e 4500t. Para uma máxima área de convés e
capacidade de carga, o estudo foi realizado considerando o maior navio nesse intervalo. O
convés móvel será projetado para uma embarcação do tipo PSV 4500.
25
Como ponto de partida para o projeto, obteve-se as dimensões principais da
embarcação, que seguem na Tabela 1:
Tabela 1 - Dimensões principais da embarcação
Onde:
LOA = Comprimento total da embarcação
B = Boca moldada
D = Pontal
CB = Coeficiente de Bloco
CP = Coeficiente Prismático
CSM = Coeficiente de Seção Mestra
LCB = Posição Longitudinal do Centro de Carena
Das dimensões obtidas, as mais relevantes para esse projeto são os dados do convés,
pois eles serão as restrições para o convés móvel. Assim, as dimensões relevantes são as
apresentadas na Tabela 2:
Tabela 2 - Restrições dimensionais do navio para o projeto do convés móvel
Área de Convés
86,57 m
19,71 m
8 m
0,722
0,736
0,982
7680,6 t
39,16 m
1,422 m
16,8 m
56 m
940,8 m²
PSV 4500
LOA
B
D
CB
CP
CSM
Deslocamento
LCB
Borda Livre
Largura do Convés
de Carga
Comprimento do
Convés de Carga
Área de Convés 940,8 m²
Largura do Convés
de Carga16,8 m
Comprimento do
Convés de Carga56 m
PSV 4500 - Restrições
26
5.2. Convés Móvel – Dimensões Principais
Com as restrições aplicadas no item anterior, configurou-se um convés móvel com as
dimensões apresentadas na Tabela 3:
Tabela 3 - Dimensões principais do convés móvel
Essas dimensões selecionadas deixam um espaço de 0,4 metros entre o convés móvel e
o cargo rail do navio em cada bordo, suficiente como margem operacional, uma vez que ainda
há uma folga entre a extremidade lateral do convés móvel e a carga posicionada. No
comprimento, a margem se torna maior, de 1 metro, para melhor acesso à superestrutura.
A Figura 31 demonstra a posição final do convés móvel na embarcação escolhida.
Figura 31 - Convés móvel posicionado e folgas
5.3. Carga Máxima
A carga transportada por um navio PSV, como vista no capítulo 2, pode ter uma grande
variedade de combinações. O objetivo desta etapa é identificar a pior condição de carregamento
para selecionar o meio de transferência mais adequado e projetar a estrutura necessária para
suportá-la.
5.3.1. Cargas analisadas
Foram consideradas as seguintes cargas:
Riser de perfuração do tipo 1:
- Comprimento por unidade = 27,5 m
Convés Móvel - Dimensões Principais
Área de Convés 880 m²
Largura do Convés
de Carga16 m
Comprimento do
Convés de Carga55 m
27
- Diâmetro = 1,4 m
- Peso por unidade = 31 toneladas
- Condição para transporte = pode ser empilhado em três camadas com 5
unidades na base.
Riser de perfuração do tipo 2:
- Comprimento por unidade = 23 m
- Diâmetro = 1,35 m
- Peso por unidade = 26 toneladas
- Condição para transporte = pode ser empilhado em três camadas com 5
unidades na base.
Container Offshore 20’
- Dimensões = 6,058 m x 2,438 m x 2,591 m
- Peso máximo por unidade = 25 toneladas
- Condição para transporte = não pode ser empilhado.
Big Bags
- Dimensões = 1,05 m x 1,05 m x 2 m
- Peso máximo por unidade = 3 toneladas
- Condições para transporte = não pode ser empilhado.
5.3.2. Condições de Carregamento
Abaixo serão descritas algumas possíveis combinações entre as cargas citadas no item
anterior para que seja identificada a pior condição de carregamento.
Condição de Carregamento 1
A primeira condição é composta de Risers dos tipos 1 e 2 e de containers, preenchendo
toda a área útil do container, como mostrado na Figura 32.
Figura 32 - Condição de carregamento 1
As características dessa condição estão detalhadas nas Tabelas 4 e 5.
28
Tabela 4 - Descrição da condição de carregamento 1
Tabela 5 - Centro de gravidade total do carregamento 1
Condição de Carregamento 2
A segunda condição é composta apenas de containers e big bags, como mostrado na
Figura 33.
Figura 33 - Condição de carregamento 2
As características dessa condição estão detalhadas nas Tabelas 6 e 7.
Tabela 6 - Descrição da condição de carregamento 2
Tabela 7 - Centro de gravidade total do carregamento 2
Condição 1 Riser1 Riser2 Container 20'
Quantidade 24 12 12
Peso (t) 744 312 300
Peso Total (t) 1356
XCG YCG ZCG
26,16 0,08 1,62
Centro de Gravidade (m)
Condição 2 Big Bags Container 20'
Quantidade 150 24
Peso (t) 450 600
1050Peso Total (t)
XCG YCG ZCG
25,54 0,00 1,17
Centro de Gravidade (m)
29
Condição de Carregamento 3
A terceira condição de carregamento é composta apenas de Containers e Risers do tipo
1, como mostrado na Figura 34.
Figura 34 - Condição de carregamento 3
As características dessa condição estão detalhadas nas Tabelas 8 e 9.
Tabela 8 – Descrição da condição de carregamento 3
Tabela 9 - Centro de gravidade total do carregamento 3
Condição de Carregamento 4
Nessa condição será considerado apenas o transporte de Risers do tipo 1 por toda a
extensão do convés móvel, como mostrado na Figura 35.
Condição 3 Riser 1 Container 20'
Quantidade 24 24
Peso (t) 744 600
1344Peso Total (t)
XCG YCG ZCG
26,03 0,00 1,61
Centro de Gravidade (m)
30
Figura 35 - Condição de carregamento 4
As características dessa condição estão detalhadas nas Tabelas 10 e 11.
Tabela 10 - Descrição da condição de carregamento 4
Tabela 11 - Centro de gravidade total do carregamento 4
Condição de Carregamento 5
Para a quinta e última condição de carregamento, será considerado apenas o transporte
de containers, ocupando toda a área do convés móvel, como mostrado na Figura 36.
Figura 36 - Condição de carregamento 5
As características dessa condição estão detalhadas nas Tabelas 12 e 13.
Condição 4 Riser 1
Quantidade 48
Peso (t) 1488
Peso Total (t) 1488
XCG YCG ZCG
27,50 0,00 1,87
Centro de Gravidade (m)
31
Tabela 12 - Descrição da condição de carregamento 5
Tabela 13 - Centro de gravidade total do carregamento 5
5.3.3. Carregamento Crítico
As análises realizadas no item anterior mostram que a pior condição de carregamento
considerando o maior peso total e a maior posição vertical do centro de gravidade total da carga
é a Condição de Carregamento 4, a qual transporta apenas Risers do tipo 1, que pode ser vista
na figura 37, modelada no software AutoCAD.
Figura 37 - Condição de Carregamento 4 modelada no AutoCAD
O projeto do convés e a definição do meio de transferência considerará sempre esta
como carga aplicada e as próximas etapas serão realizadas com base nesses resultados.
5.4. Meio de Transferência
Com o comprimento total definido, o cálculo da quantidade máxima de boogies que
deverão ser utilizados será dado em função do comprimento de cada módulo do boogie. Do
catálogo da empresa Sarens, mostrado do capítulo 4, obteve-se o seguinte comprimento por
módulo de:
Condição 5 Container 20'
Quantidade 54
Peso (t) 1350
Peso Total (t) 1350
XCG YCG ZCG
27,50 0,00 1,30
Centro de Gravidade (m)
32
Módulo de 4 eixos – comprimento da plataforma = 5,6 m
Módulo de 6 eixos – comprimento da plataforma = 8,4 m
Fazendo a divisão pelo comprimento total do convés móvel, chega-se a um número
máximo de módulos de:
Módulo de 4 eixos – 9 módulos por fileira
Módulo de 6 eixos – 6 módulos por fileira
Como capacidade de carga, o modelo de SPMT escolhido suporta até 30 toneladas por
linha de eixo. O peso suportado deve ser considerado como o de carregamento crítico acrescido
de uma margem estimada para o peso da estrutura, de forma que:
(1)
Com o resultado da equação (1) é possível calcular o número mínimo de eixos
necessários para suportar o carregamento total estimado através da equação (2).
(2)
Por segurança, já que o valor do peso é estimado por não se ter a estrutura, será utilizada
a melhor combinação de módulos possível com número de eixos imediatamente acima da
mínima requerida, que seja múltipla da quantidade de eixos possível por módulo, ou seja:
Duas configurações são possíveis para essa quantidade de eixos:
Utilizando módulos de 4 eixos cada, serão necessárias 15 unidades
Utilizando módulos de 6 eixos cada, serão necessárias 10 unidades
Analisando as duas possibilidades, a primeira opção resulta em um número ímpar de
módulos. Como eles devem ser posicionados em duas fileiras, essa possibilidade provocaria um
enfileiramento assimétrico, tornando as reações ao peso da carga desequilibradas ao longo da
estrutura. Assim, essa possibilidade foi descartada, uma vez que uma das premissas do projeto é
de que seja o mais simples possível.
Já a segunda configuração apresenta a oportunidade de formar duas fileiras iguais de
módulos, com cinco unidades cada, tornando a operação mais simples e o meio de transferência
mais compacto e eficiente, cumprindo os objetivos da proposta.
Como descrito no catálogo do equipamento, a altura mínima da plataforma dos módulos
é de 1,25 metros e a máxima é de 1,75 metros. Assim, o convés deve ser apoiado com pelo
menos 0,1 metro de folga para a altura mínima do boogie para que o mesmo possa desembarcar.
33
Definido o meio de transporte, deve-se escolher a melhor posição em relação à atuação
da carga, para que não sobrecarregue a estrutura do convés móvel desnecessariamente. As
Figuras 38 e 39 mostram, em vermelho, a posição em que o sistema deve atuar, diretamente
abaixo dos grupos de risers, no modelo em AutoCAD.
Figura 38 - Posicionamento do meio de transferência - vista inferior
Figura 39 - Posicionamento do meio de transferência - vista frontal
5.5. Equilíbrio e Estabilidade
Com os pesos e posicionamentos definidos, é de grande importância para a verificação
de viabilidade do projeto, saber o quão afetada será a estabilidade do navio, sem que haja
modificações em sua compartimentação.
A estabilidade calculada na situação de projeto da embarcação continha uma carga de
convés de 2200 toneladas com posição vertical do centro de gravidade um metro acima do
convés. A nova estabilidade deve ser calculada levando em consideração todas as margens
aplicadas até esse ponto, com carga inferior à condição original de projeto, porém, com
significativa elevação do centro de gravidade.
34
As condições serão calculadas, a princípio, considerando todos os tanques de lastro e de
carga da embarcação vazios e com consumíveis em condições de partida (97% dos tanques
cheios), condição intermediária, que representa a chegada à plataforma (50% dos tanques
cheios) e condição de chegada (10% dos tanques cheios).
Como essa não é uma condição original de projeto, mas uma adaptação para uma
atividade específica, a utilização de lastro caso as condições mínimas de equilíbrio e
estabilidade não forem satisfeitas é aceitável.
Duas análises devem ser feitas na condição de partida. A primeira é na operação de
transporte do convés móvel, quando o meio de transferência está embarcado e com o convés
móvel suspenso na altura máxima. A segunda é com a estrutura já apoiada no navio sem o meio
de transferência.
A próxima análise considera que a embarcação chegou à plataforma de destino. O pior
cenário nesse caso são os tanques com 50% da capacidade e a carga ainda embarcada.
A condição de chegada não representa uma preocupação, pois os resíduos trazidos e a
estrutura apresentam um peso total muito inferior ao do carregamento crítico e uma menor
elevação do seu centro de gravidade.
O objetivo principal desse cálculo é obter um valor máximo de altura que a carga pode
ser transportada. Esse valor será a restrição a ser aplicada ao cálculo da estrutura do convés
móvel, limitando a altura das vigas onde ficará apoiado.
5.5.1. Análise de Equilíbrio
Antes de calcular a estabilidade da embarcação, é necessário descobrir se a condição de
partida, com a carga crítica à ré do centro de gravidade do navio, garante um equilíbrio dentro
da norma, que impõe as seguintes restrições:
Não deve haver trim negativo
O trim máximo da embarcação deve ser inferior a 1,5% LPP, ou seja, 1,218
metros
Não deve haver banda.
A restrição de banda, uma vez que o projeto original atende, pode ser controlada com o
carregamento simétrico do convés móvel, que pode ser percebido na condição crítica. Para as
duas restantes, será utilizado o software HidroMax, do pacote MaxSurf, para os cálculos de
equilíbrio e, posteriormente, estabilidade.
i) Primeira análise
A primeira rodada foi realizada com os tanques de lastro vazios, na condição de partida,
com 97% de consumíveis e considerando apenas o peso da carga acrescido da margem da
estrutura. O ZCG do convés móvel foi calculado considerando uma margem de altura para a
estrutura de um metro. Esse valor será aplicado em todas as análises.Os dados de entrada podem
ser vistos na Tabela 14.
35
Tabela 14 - Dados de entrada da primeira análise de equilíbrio
Os itens identificados como OD se referem aos tanques de armazenamento, serviço e
sedimentação de óleo diesel. Já os AD e AP se referem, respectivamente, aos tanques de
armazenamento de água doce e água potável.O resultado dessa primeira análise de equilíbrio
pode ser verificado na Tabela 15.
Tabela 15 - Resultado da primeira análise de equilíbrio
Como destacado, o trim obtido foi negativo, estando em desacordo com os critérios pré-
estabelecidos. Nessa situação, se faz necessário o uso de tanques de lastro para equilibrar a
embarcação.
Uma nova análise foi feita, dessa vez com a adição de 50% de lastro no pique-tanque de
ré e 40% no de vante, como mostra a Tabela 16.
Quantidade Peso (t) XCG (m) ZCG (m) YCG (m)
Peso Leve 1 2442 48,993 6,736 0
Convés Móvel 1 1700 27,5 12,13 0
OD_ARM_BB 97% 72,7 58,346 4,964 -8,529
OD_ARM_BE 97% 72,7 58,346 4,964 8,529
OD_SERV_BB 97% 29,21 55,484 0,716 -4,304
OD_SERV_BE 97% 29,21 55,484 0,716 4,304
OD_SED_BB 97% 26,17 58,462 0,735 -3,915
OD_SED_BE 97% 26,17 58,462 0,735 3,915
AD_ARM_BB 97% 4,966 66,578 6,322 -7,166
AD_ARM_BE 97% 4,966 66,578 6,322 7,166
AP_ARM_BB 97% 2,092 67,494 6,511 -7,007
AP_ARM_BE 97% 2,092 67,494 6,511 7,007
Total 4412 41,275 8,604 0,000
Calado à meia nau (m) 4,227
Deslocamento (t) 4413
Ângulo de banda (graus) 0
Calado na PV (m) 4,314
Calado na PR (m) 4,14
Trim (+ popa) (m) -0,174
KB (m) 2,382
KG fluid (m) 8,746
BM transv. (m) 8,702
BM Long. (m) 121,844
GM transv. (m) 2,337
GM Long. (m) 115,479
KM transv. (m) 11,083
KM Long.(m) 124,225
EQUILÍBRIO (1)
36
Tabela 16 - Dados de entrada da segunda análise de equilíbrio
Tabela 17 - Resultado da segunda análise de equilíbrio
A Tabela 17 destaca o novo valor de trim obtido, bem próximo a zero e dentro dos
critérios exigidos.
Com a mesma configuração, será testada a condição intermediária, com consumíveis a
50%, para assegurar que o navio chegue à plataforma com trim positivo e dentro dos limites. As
Tabelas 18 e 19 mostram os resultados dessa análise.
Quantidade Peso (t) XCG (m) ZCG (m) YCG (m)
Peso Leve 1 2442 48,993 6,736 0
Convés Móvel 1 1700 27,5 12,13 0
PIQUE TANQUE RÉ 50% 99,2 1,613 5,416 0
PIQUE TANQUE VANTE 40% 56,3 76,571 4,07 0
OD_ARM_BB 97% 72,7 58,346 4,964 -8,529
OD_ARM_BE 97% 72,7 58,346 4,964 8,529
OD_SERV_BB 97% 29,21 55,484 0,716 -4,304
OD_SERV_BE 97% 29,21 55,484 0,716 4,304
OD_SED_BB 97% 26,17 58,462 0,735 -3,915
OD_SED_BE 97% 26,17 58,462 0,735 3,915
AD_ARM_BB 97% 4,966 66,578 6,322 -7,166
AD_ARM_BE 97% 4,966 66,578 6,322 7,166
AP_ARM_BB 97% 2,092 67,494 6,511 -7,007
AP_ARM_BE 97% 2,092 67,494 6,511 7,007
Total 4568 40,8 8,479 0,000
Calado à meia nau (m) 4,333
Deslocamento (t) 4567
Ângulo de banda (graus) 0
Calado na PV (m) 4,317
Calado na PR (m) 4,349
Trim (+ popa) (m) 0,033
KB (m) 2,446
KG fluid (m) 9,094
BM transv. (m) 8,521
BM Long. (m) 121,875
GM transv. (m) 1,873
GM Long. (m) 115,227
KM transv. (m) 10,967
KM Long.(m) 124,321
EQUILÍBRIO (2)
37
Tabela 18 - Dados de entrada da análise de condição intermediária
Tabela 19 – Resultado da análise de condição intermediária
Com a condição de equilíbrio assegurada em todos os casos, estão definidos os volumes
de lastro utilizados pelo navio para que a operação possa ocorrer com segurança. A próxima
etapa será a verificação da estabilidade da embarcação com os valores obtidos até esse
momento.
5.5.2. Análise de Estabilidade
A International Maritime Organization, IMO, define os critérios mínimos a serem
atendidos para que uma embarcação seja considerada estável. Eles são aplicáveis a todos os
navios. Porém, existem casos especiais em que os critérios gerais não conseguem ser atingidos
por um tipo específico de embarcação, como navios de pesca e de apoio offshore. Para eles,
Quantidade Peso (t) XCG (m) ZCG (m) YCG (m)
Peso Leve 1 2442 48,993 6,736 0
Convés Móvel 1 1700 27,5 12,13 0
PIQUE TANQUE RÉ 50% 99,2 1,613 5,416 0
PIQUE TANQUE VANTE 40% 56,3 76,571 4,07 0
OD_ARM_BB 50% 37,44 58,128 3,462 -8,465
OD_ARM_BE 50% 37,44 58,128 3,462 8,465
OD_SERV_BB 50% 15,05 55,481 0,395 -4,053
OD_SERV_BE 50% 15,05 55,481 0,395 4,053
OD_SED_BB 50% 13,49 58,45 0,421 -3,609
OD_SED_BE 50% 13,49 58,45 0,421 3,609
AD_ARM_BB 50% 2,558 66,565 5,418 -7,008
AD_ARM_BE 50% 2,558 66,565 5,418 7,008
AP_ARM_BB 50% 1,078 67,491 5,71 -6,855
AP_ARM_BE 50% 1,078 67,491 5,71 6,855
Total 4437 40,3 8,601 0,000
Calado à meia nau (m) 4,219
Deslocamento (t) 4436
Ângulo de banda (graus) 0
Calado na PV (m) 3,989
Calado na PR (m) 4,449
Trim (+ popa) (m) 0,46
KB (m) 2,393
KG fluid (m) 9,234
BM transv. (m) 8,78
BM Long. (m) 125,892
GM transv. (m) 1,939
GM Long. (m) 119,051
KM transv. (m) 11,173
KM Long.(m) 128,285
EQUILÍBRIO (3)
38
foram considerados novos limites, menos conservadores que os gerais. Contudo, a análise
realizada vai considerar como limitante os critérios gerais, utilizando os específicos apenas se
ocorrer a inviabilização do projeto pelo não atendimento aos mesmos.
Os critérios de estabilidade aplicáveis a todos os navios são:
A área sob a curva GZxθ de 0 até o ângulo de GZ máximo deve ser maior que
3.151 m.deg;
A área sob a curva GZxθ de 30 a 40 graus deve ser maior que 1.719 m.deg;
O braço GZ máximo acima de 30 graus deve ser maior que 0.2 m;
O braço GZ máximo deve ocorrer em um angulo maior que 25 graus;
O GM inicial deve ser maior que 0.15 m;
As Tabelas 20 e 21 mostram os resultados das análises de estabilidade.
Tabela 20 - Resultados da condição de estabilidade para a condição de partida
Tabela 21 - Resultados da análise de estabilidade para a condição intermediária
Esses resultados demonstram que a estimativa inicial de um metro de margem de altura
para a estrutura foi satisfeita. Porém, uma nova análise será feita para confirmar se essa é ou não
a altura máxima possível para a estrutura do convés móvel.
A Tabela 22 mostra a condição analisada, com uma diferença de apenas 0,07 metro de
elevação do centro de gravidade da carga em relação às condições testadas anteriormente.
Critérios de Estabilidade Mínimo Calculado Verificação
3.1.2.1: Área 0° a 30° (m*deg) 3,151 14,165 aprovado
3.1.2.1: Área 0° a 40° (m*deg) 5,157 18,858 aprovado
3.1.2.1: Área 30° a 40° (m*deg) 1,719 4,693 aprovado
3.1.2.2: Máx GZ a 30° ou maior (m) 0,2 0,69 aprovado
3.1.2.3: Ângulo de GZ máximo (deg) 25 25,5 aprovado
3.1.2.4: GM transv. Inicial (m) 0,15 1,872 aprovado
CONDIÇÃO DE PARTIDA
Critérios de Estabilidade Mínimo Calculado Verificação
3.1.2.1: Área 0° a 30° (m*deg) 3,151 14,321 aprovado
3.1.2.1: Área 0° a 40° (m*deg) 5,157 18,788 aprovado
3.1.2.1: Área 30° a 40° (m*deg) 1,719 4,467 aprovado
3.1.2.2: Máx GZ a 30° ou maior (m) 0,2 0,684 aprovado
3.1.2.3: Ângulo de GZ máximo (deg) 25 25,5 aprovado
3.1.2.4: GM transv. Inicial (m) 0,15 1,92 aprovado
CONDIÇÃO INTERMEDIÁRIA
39
Tabela 22 - Condição de teste para verificar a altura máxima possível da estrutura
Tabela 23 - Verificação da estabilidade para a condição de teste
Está demonstrado na Tabela 23, que a estimativa inicial de um metro de altura para a
estrutura do convés móvel se mostrou coerente e aceitável, atendendo aos requisitos de
estabilidade e equilíbrio. Como uma estrutura desse porte é viável de ser construída, não houve
necessidade de utilizar critérios específicos menos conservadores para a estabilidade da
embarcação, como era o objetivo dessa análise.
O projeto original do navio atendeu a todos os requisitos sem necessitar de mudanças
em sua compartimentação e estrutura. Pode-se considerar que houve êxito no objetivo de tornar
o projeto o mais simples e sem interferência possível.
5.6. Projeto Preliminar da Estrutura do Convés Móvel
Os cálculos realizados até o momento servem de base para um projeto preliminar de
estrutura do convés móvel. Nessa etapa será definida a espessura do chapeamento do convés,
bem como os reforçadores transversais.
A altura máxima de um metro para a estrutura do convés com os reforços transversais
impõe dificuldades construtivas no que diz respeito ao espaço necessário para soldar os perfis na
chapa. Por isso, a primeira ideia, que compreendia em duas chapas, uma apoiando a carga e a
Quantidade Peso (t) XCG (m) ZCG (m) YCG (m)
Peso Leve 1 2442 48,993 6,736 0
Convés Móvel 1 1700 27,5 12,2 0
PIQUE TANQUE RÉ 50% 99,2 1,613 5,416 0
PIQUE TANQUE VANTE 40% 56,3 76,571 4,07 0
OD_ARM_BB 50% 37,44 58,128 3,462 -8,465
OD_ARM_BE 50% 37,44 58,128 3,462 8,465
OD_SERV_BB 50% 15,05 55,481 0,395 -4,053
OD_SERV_BE 50% 15,05 55,481 0,395 4,053
OD_SED_BB 50% 13,49 58,45 0,421 -3,609
OD_SED_BE 50% 13,49 58,45 0,421 3,609
AD_ARM_BB 50% 2,558 66,565 5,418 -7,008
AD_ARM_BE 50% 2,558 66,565 5,418 7,008
AP_ARM_BB 50% 1,078 67,491 5,71 -6,855
AP_ARM_BE 50% 1,078 67,491 5,71 6,855
Total 4437 40,3 8,628 0,000
Critérios de Estabilidade Mínimo Calculado Verificação
3.1.2.1: Área 0° a 30° (m*deg) 3,151 14,223 aprovado
3.1.2.1: Área 0° a 40° (m*deg) 5,157 18,541 aprovado
3.1.2.1: Área 30° a 40° (m*deg) 1,719 4,319 aprovado
3.1.2.2: Máx GZ a 30° ou maior (m) 0,2 0,674 aprovado
3.1.2.3: Ângulo de GZ máximo (deg) 25 24,5 reprovado
3.1.2.4: GM transv. Inicial (m) 0,15 1,913 aprovado
CONDIÇÃO DE TESTE
40
outra apoiada no boogie, se mostrou inviável. A solução foi colocar apenas uma chapa com
reforços transversais maiores.
Duas opções são válidas a partir de agora. A primeira seria apoiar a chapa no boogie,
deixando os reforços voltados para cima, apoiando a carga sobre seus flanges. Porém, isso
tornaria a operação do convés arriscada e limitada, não permitindo que funcionários transitem
pelo espaço de carga e atrapalhando o carregamento de unidades diferentes, como mencionado
nos capítulos anteriores.
A solução mais adequada seria, então, inverter a chapa contínua, apoiando agora a
carga, e deixar o apoio nos boogies por conta dos flanges dos reforçadores.
5.6.1. Definição da Espessura do Chapeamento
É notável que os elementos transversais devam ter dimensões maiores por conta disso.
Como a área de apoio dos boogies é pequena comparada à área total do convés, para que os
reforços fossem calculados com maior módulo de resistência, decidiu-se aplicar uma carga
concentrada na viga de apoio ao invés de distribuí-la pela área da plataforma do meio de
transferência.
Para o cálculo do chapeamento do convés foi utilizada a regra da classificadora ABS. A
fórmula indicada para o cálculo é descrita pela equação (3).
(3)
Onde:
Obs: Como fator de segurança, adota-se:
Assim:
Como as chapas possuem espessuras comerciais fixas, mostradas no catálogo da Gerdau
na Figura 40, foi escolhida a espessura imediatamente acima da calculada.
41
Figura 40 - Catálogo de espessuras comerciais para chapas grossas
Assim:
5.6.2. Dimensionamento dos Reforçadores Transversais
Utilizando ainda a regra da ABS, para o dimensionamento dos reforçadores
transversais, é necessário calcular o módulo de seção mínimo requerido para cada reforçador.
Esse cálculo será feito primeiro considerando uma carga distribuída, para em seguida aplicar o
fator de segurança de que o módulo de seção mínimo seja o dobro do calculado.
A equação (4) descreve a expressão do módulo de seção mínimo requerido.
(4)
Onde:
Assim:
42
Com o auxílio de uma planilha programada com as fórmulas citadas anteriormente,
foram realizadas diversas tentativas para superar o módulo de seção requerido pela regra. Além
disso, foi conveniente buscar uma viga, cuja Linha Neutra estivesse o mais próxima possível de
1/3 de distância, em relação ao tamanho de sua alma, da chapa do convés.
As dimensões do reforçador encontradas estão mostradas na Tabela 24.
Tabela 24 - Dimensões do reforçador transversal
Sendo:
Para efeito de comparação e validação, dividindo o módulo de seção calculado pelo
mínimo requerido, concluiu-se que o calculado é 349% maior que o requerido. A linha neutra
posicionada a 34,5% da altura da alma em relação ao convés se mostrou muito próxima ao ideal
de 33,3%, sendo assim um reforço levemente otimizado.
5.6.3. Análise de Flambagem do Reforçador Transversal
Como verificação adicional da adequação da estrutura calculada ao carregamento e
condição de apoio, uma análise de flambagem da alma do reforçador deve ser realizada, a fim
de, se necessário, propor reforços.
Como o esforço atuante na viga é axial, o apoio do flange apenas transmite esse esforço
para a alma. Por estarem presentes o peso da carga, de cima para baixo, e a reação do apoio no
boogie, na direção oposta, a viga está sob compressão axial, o que possibilita a flambagem da
alma. A condição de contorno da viga é de uma extremidade engastada (fixa ao chapeamento) e
a outra extremidade livre, uma vez que o flange não oferece resistência contra a flambagem. Um
exemplo pode ser visto na Figura 41.
ta 12,50 mm
ha 1000,00 mm
lf 200,00 mm
tf 16,00 mm
LN 345,74 mm
I 4,29E+09 mm4
SM 6,28E+03 cm³
SMcalculado
43
Figura 41 - Exemplo de viga com flambagem da alma
A American Institute of Steel Construction, AISC, utiliza a seguinte formulação para o
cálculo de flambagem, mostrada nas equação de (5) a (8).
(5)
(6)
(7)
(8)
Onde:
Como foram definidos reforços espaçados em um metro, o convés possui um total de 53
reforçadores transversais. Porém, nem todos estão apoiados durante o transporte, já que os
boogies possuem um comprimento total por fileira de 42 metros. Assim, apenas 42 reforçadores
estarão apoiados.
A carga do convés deve ser então dividida pelos 42 reforços apoiados, resultando em
35,71 tf. Como cada reforço possui dois apoios, já que são duas fileiras de boogies, esse valor
deve ainda ser dividido por 2, cujo resultado é 17,86 tf.
É possível encontrar agora a máxima força de compressão, em tonelada-força, que cada
reforçador pode aguentar sem flambar.
44
Foi demonstrado que o reforço proposto suporta os carregamentos com facilidade.
Assim, a proposta de estrutura preliminar, calculada de forma analítica se mostrou adequada aos
requisitos máximos de projeto. As figuras 42 e 43 ilustram como deve ser a estrutura.
Figura 42 - Vista frontal da estrutura do convés móvel
Figura 43 - Vista isométrica da estrutura do convés móvel
5.7. Posicionamento e Movimentação do Convés Móvel
A partir da foto tirada por satélite exibida no capítulo 3, foi feita uma tentativa de
visualizar o posicionamento e a movimentação do convés móvel. Esse estudo está mostrado na
Figura 44, na qual o retângulo vermelho simboliza o convés móvel, enquanto o amarelo simula
o meio de transferência. O contorno verde demarca a área de armazenamento do terminal,
utilizada para estocar amarras, estacas e carretéis. Essa área deve continuar existindo, podendo
ser rearranjada para que caiba o convés.
45
Figura 44 - Simulação de posicionamento do convés móvel no terminal do Rio de Janeiro
Os boogies posicionados lateralmente ocuparão menos espaço e podem se deslocar
lateralmente até a posição de transporte do convés. A seguir, na Figura 45, foi simulada a
manobra para preparar o conjunto para o embarque.
Figura 45 - Manobra de giro no eixo para o posicionamento do convés para o embarque
46
Por fim, a operação é realizada, embarcando o convés no navio atracado, como ilustrado
na Figura 46.
v
Figura 46 - Embarque do convés móvel no PSV
Com uma velocidade estimada entre 0,5 e 1,5 km/h, o boogie carregado consegue
realizar o carregamento em um curto espaço de tempo, diminuindo a permanência do navio no
terminal, evitando a fila na área de fundeio e reduzindo os custos operacionais.
47
6. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS
Como demonstrado no capítulo 5, o sistema de carregamento por meio do convés móvel
atendeu às expectativas de projeto e premissas definidas. A carga transportada, apesar de ter o
centro de gravidade elevado, não comprometeu a estabilidade da embarcação, não sendo
necessárias mudanças no projeto original do navio.
A estrutura proposta se mostrou apropriada para as situações de transporte terrestre e
marítimo, suportando os carregamentos críticos definidos e utilizando como apoio os próprios
reforçadores, atendendo a premissa da simplicidade na operação.
O meio de transferência escolhido provou ser o mais simples e versátil, não
necessitando de modificações físicas no terminal, possuindo boa velocidade de transporte e
capaz de manobras em pequenos espaços. Essa determinação foi de vital importância para a
viabilidade do projeto.
Para um projeto preliminar, os resultados obtidos foram considerados satisfatórios, uma
vez que atenderam a todas as premissas e expectativas de projeto e aos requisitos técnicos
necessários.
6.1. Trabalhos Futuros
Por ser esse estudo o primeiro dessa modalidade de carregamento, aperfeiçoamentos
podem ser feitos para se chegar a um projeto ótimo. Propostas estruturais mais leves devem ser
consideradas e analisadas. Um estudo aprofundado das tensões atuantes nos elementos
estruturais pode ser realizado por meio de programas utilizando o método de elementos finitos.
Novas propostas de dimensões podem ser feitas para diferentes navios. Nesse caso, é
possível que haja mudanças na topologia estrutural do convés e nas cargas transportadas. Outros
terminais podem ser incluídos em novos estudos a fim de disseminar esse projeto.
Um estudo detalhado sobre as condições de transporte, transições entre cais e navio e
sistema de amarração da carga no navio deve ser realizado para que toda a operação seja
procedida de forma segura.
A próxima etapa no calculo estrutural é o dimensionamento dos gigantes, que não foi
abordado no presente trabalho. Seus reforços contra deformações locais e estudo de fadiga
devem ser explorados para melhor garantia de integridade estrutural e de um projeto durável.
Os trabalhos posteriores podem variar bastante quanto às características gerais do
convés móvel. Porém, as premissas definidas nesse relatório devem ser levadas a diante para as
futuras definições.
48
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Institute of Steel Construction, 1989.
[2] BELLEI, Ildony H. Edifícios Industriais Em Aço: Projeto e Cálculo. São Paulo:
PINI, 2006.
[3] IMO; Resolution A749(18), Code On Intact Stability For All Types Of Ships
Covered By IMO Instruments, International Maritime Organization, 1993.
[4] MIRANDA, Aluizio Loureiro de, Análise Geral De Um PSV, Rio de Janeiro, 2011.
[5] ATHAYDE, Diego Rocha, Otimização Estrutural dos Módulos da Planta de
Processo de uma Plataforma FPSO, Rio de Janeiro, 2013.
[6] PIMENTEL, B..; LEVY, V.; Relatório 2, Projeto de Sistemas Oceânicos 2,
disponível em
<http://www.oceanica.ufrj.br/deno/prod_academic/relatorios/2013/victor_braulio/relat2/relat2br
aulyovictor.htm>, Acesso em 10/06/2014.
[7] TANCREDI, G.; JAGUAR, T.; Relatório 1, Projeto de Sistemas Oceânicos 2,
disponível em
http://www.oceanica.ufrj.br/deno/prod_academic/relatorios/2013/Gabriel_Tulio/relat1/Complet
o.htm> . Acesso em 17/06/2014.
[8] LEHTONEN, Taneli; Increasing Load-Out Capacity – Comparison of Skidding
Methods, Satakunta, Finlândia, 2013.
[9] DNV, Standard For Certification No. 2.7-1 Offshore Containers, Det Norske
Veritas, 2013.
[10] BASTOS, Diego Ferreira; Medidas Adotadas Para Otimização da Construção e
Montagem dos Módulos da Planta de Processo de uma Plataforma FPSO, Rio de Janeiro, 2014.
[11] GL Noble Denton; Technical Policy Board – Guidelines for Load-Outs 0013/ND;
GL Noble Denton; 2013.
[12] FARSTAD; Disponível em <https://www.farstad.com/> . Acesso em 03/07/2014.
[13] SARENS GmbH; Dispoível em <http://www.sarens.com/en.aspx> . Acesso em
05/07/2014.
[14] OEG OFFSHORE; Disponível em <http://www.oegoffshore.com/> . Acesso em
03/07/2014.
[15] ABS; Rules for Building and Classing – Offshore Support Vessels, Part 3, Hull
Construction and Equipment; American Bureau of Shipping, Houston, EUA, 2013.
49
[16] DNV; Rules for Classification of Ships, Part 3, Chap.2, Hull Structural Design,
Ships with Length Less than 100 Metres; Det Norske Veritas; 2012.
[17] MAMMOET; Disponível em <http://www.mammoet.com/> Acesso em
15/06/2014.
[18] ALE; Disponível em <http://www.ale-heavylift.com/> . Acesso em 15/06/2014.
[19] BlogMercante; PSV – Os Transportadores Offshore; Disponível em <
http://www.blogmercante.com/2013/03/psv-os-transportadores-do-offshore/> . Acesso em
17/06/2014.