PROJETO DE ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA DE UMA...
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Universidade Federal do Rio de Janeiro PROJETO DE ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA DE UMA EMBARCAÇÃO DO TIPO SWATH PARA APOIO A MANUTENÇÃO E INSPEÇÃO SUBMARINA Vinicius Veras Melo 2015
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Universidade Federal do Rio de Janeiro
PROJETO DE ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA DE
UMA EMBARCAÇÃO DO TIPO SWATH PARA APOIO A
MANUTENÇÃO E INSPEÇÃO SUBMARINA
Vinicius Veras Melo
2015
PROJETO DE ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA DE
UMA EMBARCAÇÃO DO TIPO SWATH PARA APOIO A
MANUTENÇÃO E INSPEÇÃO SUBMARINA
Vinicius Veras Melo
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.
Orientador: Richard David Schachter
Rio de Janeiro
Março/2015
PROJETO DE ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA DE UMA EMBARCAÇÃO
DO TIPO SWATH PARA APOIO A MANUTENÇÃO E INSPEÇÃO SUBMARINA
Vinicius Veras Melo
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICADA ESCOLA POLITÉCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE
ENGENHEIRO.
Examinada por:
___________________________________
Prof. Richard David Schachter, PhD – DENO
(Orientador)
__________________________________
Prof. Theodoro Antoun Netto, PhD – PEnO
_________________________________
Prof. Juan Bautista Villa Wanderley, PhD -
PEnO
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
MARÇO DE 2015
Melo, Vinicius Veras
Projeto de análise da viabilidade técnica de uma embarcação do tipo
swath para apoio a manutenção e inspeção submarina / Vinicius Veras
Melo – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2015.
XX , 136 p.: il.; 29,7 cm
Orientador: Richard David Schachter
Projeto de Graduação UFRJ – Escola Politécnica/ Curso de
Engenharia Naval e Oceânica, 2015
Referência Bibliográficas: p. 119- 120.
1. Viabilidade Técnica. 2. SWATH. 3. RSV. 4. ROV.
I. .Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia Naval e Oceânica.
II. Título.
DEDICATÓRIA
Com muito carinho dedico este trabalho a Maria da
Paz Veras Melo e João Ivan de Melo, meus pais, por todo
amor, compreensão, respeito, e apoio oferecido em todos
os momentos da minha vida.
AGRADECIMENTOS
Agradeço à minha família por todo o suporte me têm me
dado, em especial aos meus pais, que se propuseram a dar a vida
para que eu pudesse abraçar todas as oportunidades que me
foram oferecidas, cujo esforço de ambos eu nunca esquecerei.
Agradeço também ao meu irmão, Fabricio Veras de Melo,
e aos amigos próximos que me acompanharam por todo o período
acadêmico e foram de fundamental importância para que eu
completasse este título.
Não devo deixar de agradecer a todos os professores que
participaram de todas as fases da minha formação, desde o
colégio de base (Colégio Santa Maria) até grandes professores do
ambiente acadêmico da UFRJ, que contribuíram substancialmente
para a minha formação. Além disso, agradeço a atenção e
orientação de Richard Schachter, sem o qual o projeto descrito
aqui não seria concretizado e nem ao mesmo idealizado.
Agradeço especialmente a João Seixas de Medeiros e
Rafael Tsuha Fachini, que deram grande ajuda na realização deste
projeto, com demonstração de grande conhecimento técnico que
foram essenciais para que se chegasse aos resultados esperados.
Agradeço também à ANP (Agência Nacional de Petróleo)
pelo apoio financeiro sem o qual o projeto não seria concluído.
Por fim, agradeço sobretudo a Deus, pela saúde, bênção, e
luz em todos os momentos, especialmente nos que houveram
dificuldade, cuja força fez com que as mesmas fossem
transpassadas com sucesso e sentimento de dever cumprido.
RESUMO
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval.
PROJETO DE ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA DE UMA
EMBARCAÇÃO DO TIPO SWATH PARA APOIO A MANUTENÇÃO
E INSPEÇÃO SUBMARINA
Vinicius Veras Melo
Março/2015
Orientador: Richard David Schachter, PhD.
Curso: Engenharia Naval e Oceânica
O presente artigo analisa tecnicamente uma alternativa inovadora de embarcação para
apoio a exploração de petróleo e gás na região da Bacia de Santos, através da
apresentação do projeto conceitual de um navio de dimensões reduzidas, com cerca de
30 metros de comprimento, do tipo SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull), para
suporte à inspeção e manutenção de estruturas e equipamentos submersos através do
mergulho raso, mergulho saturado e operação de ROVs (Remotely Operated Vehicles).
Palavras-chave: RSV, SWATH, Projeto Naval, Apoio offshore, ROV, Viabilidade
técnica
ABSTRACT
Abstract of Undergraduate Project presented to Polythechnic School/UFRJ as a partial
fulfillment the requirements of the degree of Engineer.
ANALYSIS PROJECT OF TECHNICAL FEASIBILITY OF A SWATH
VESSEL TO SUPPORT THE INSPECTION AND MAINTENACE
THROUGH UNDERWATER
Vinicius Veras Melo
March/2015
Advisor: Richard David Schachter, PhD.
Course: Naval and Oceanic Engineering
This article analyzes technically an innovative alternative vessel to support oil and gas
exploration in the region of the Santos Basin, presenting the conceptual design of a
ship's small size, about 30 feet long, SWATH (Small Area Twin Hull Waterplane) type,
to support the inspection and maintenance of submerged structures and equipment
through the shallow diving, saturation diving and ROV (Remotely Operated Vehicles).
operations
Key-words: RSV, SWATH, Ship Design, Offshore Support, ROV, Technical
Feasibility
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 17 1.1. Objetivo ........................................................................................................... 17
1.2. O Navio RSV ................................................................................................... 18
1.3. O Conceito SWATH ........................................................................................ 19
1.4. ROV (Remotely Operated Vehicle) ................................................................. 22
1.5. Estrutura do Trabalho ...................................................................................... 22
2. ASPECTOS FÍSICOS DA REGIÃO DE OPERAÇÃO .......................................... 24
2.1. Região de operação .......................................................................................... 24
2.2. Porto de Atracação ........................................................................................... 24
2.1. Condições Ambientais ..................................................................................... 25
3. CONCEPÇÃO INICIAL DA FORMA SWATH ..................................................... 28 3.1. Struts ................................................................................................................ 28
3.2. Pontoons (Flutuadores) .................................................................................... 29
4. ESTUDO DAS DIMENSÕES PRINCIPAIS ........................................................... 32 4.1. Comprimento total dos torpedos ...................................................................... 33
4.2. Boca da Embarcação ........................................................................................ 33
4.3. Air Gap ............................................................................................................ 34
4.4. Deslocamento da Embarcação ......................................................................... 34
4.5. Calado e Diâmetro Máximo dos Torpedos ...................................................... 35
4.6. Pontal ............................................................................................................... 35
5. RESISTÊNCIA AO AVANÇO ................................................................................ 37
5.1. Método de cálculo da Rt .................................................................................. 37
5.2. Distância ideal entre os cascos ......................................................................... 41
5.3. Resistência total ao avanço .............................................................................. 44
6. FORMA ESCOLHIDA E DIMENSÕES PRINCIPAIS FINAIS ............................ 47 7. SISTEMA PROPULSIVO ....................................................................................... 49
7.1. Seleção dos Propulsores ............................................................................... 49
7.2. Seleção dos Motores..................................................................................... 52
7.3. Seleção das Caixas Redutoras ...................................................................... 55
8. SISTEMA DE POSICIONAMENTO DINÂMICO ................................................. 57
8.1. Força do Vento ................................................................................................. 58
8.2. Força das Correntes ......................................................................................... 59
8.3. Força das Ondas ............................................................................................... 61
8.4. Força Resultante Total Sobre o Casco ............................................................. 61
8.5. Seleção dos Bow-thrusters ............................................................................... 61
9. GERAÇÃO DE ENERGIA ...................................................................................... 63
9.1. Geradores Auxiliares ....................................................................................... 63
9.2. Geradores de Emergência ................................................................................ 64
10. DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL ................................................................ 66
10.1. Sistema Estrutural ........................................................................................ 66
10.2. Principais Espaçamentos .............................................................................. 67
10.3. Distribuição de Conveses ............................................................................. 68
10.4. Anteparas de Colisão .................................................................................... 68
10.5. Moon-Pool .................................................................................................... 69
10.6. Anteparas Estanques .................................................................................... 70
10.7. Praça de Máquinas ....................................................................................... 71
10.8. Compartimento Bow-thruster ....................................................................... 72
10.9. Topologia Estrutural ..................................................................................... 72
10.10. Peso Estrutural.............................................................................................. 79
11. EQUIPAMENTOS ESSENCIAIS À OPERAÇÃO ................................................. 83 11.1. Moon Pool .................................................................................................... 83
11.2. ROV de Trabalho ......................................................................................... 84
11.3. ROV de Observação ..................................................................................... 85
11.4. Transponders ................................................................................................ 85
11.5. Barco de Apoio............................................................................................. 86
11.6. Guindaste Principal ...................................................................................... 86
11.7. Guindaste Secundário ................................................................................... 88
11.8. Guinchos....................................................................................................... 88
11.9. Sistema Completo para Mergulho Saturado................................................. 89
11.10. Câmara de Descompressão........................................................................... 91
11.11. Compressor................................................................................................... 91
11.12. Equipamentos de Salvatagem....................................................................... 92
12. DETERMINAÇÃO DE CONSUMÍVEIS................................................................ 94 12.1. Óleo Combustível (Diesel): .......................................................................... 94
12.2. Água Potável ................................................................................................ 95
13. ARRANJO GERAL ................................................................................................. 96 14. PESO LEVE ............................................................................................................. 99
15. EQUILÍBRIO E ESTABILIDADE ........................................................................ 102 15.1. Condições de Carregamento....................................................................... 102
15.2. Equilíbrio Estático ...................................................................................... 103
15.3. Estabilidade Intacta .................................................................................... 103
15.4. Estabilidade em Avaria .............................................................................. 106
16. SEAKEEPING ....................................................................................................... 111 16.1. Espectro de Mar ......................................................................................... 113
16.2. Velocidade Zero – Stationkeeping ............................................................. 114
16.3. Velocidade de Projeto (16 nós) ................................................................. 115
17. COMPARAÇÃO ENTRE NAVIOS EQUIVALENTES ....................................... 121
18. CONCLUSÕES DO PROJETO ............................................................................. 126
19. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 128 ANEXO I – Plano de Linhas ........................................................................................ 130 ANEXO II – Condições de Carregamento ................................................................... 131
ANEXO III – Equilíbrio Estático ................................................................................. 133 ANEXO IV – Estabilidade Intacta ............................................................................... 135 ANEXO V – Estabilidade em Avaria ........................................................................... 143
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 –SWATH utilizado para apoio offshore .......................................................... 19
Figura 2 – Comparação no comportamento em ondas entre monocasco, caramaran e
SWATH .......................................................................................................................... 20
Figura 3 – Comparação entre planos de linha d’agua .................................................... 20
Figura 4 – Nomenclatura base do navio SWATH .......................................................... 21
Figura 5 – Extensão da área de exploração do pré-sal ................................................... 24
Figura 6- Porto de Imbetiba ............................................................................................ 25
Figura 7-Região de tomada de dados ............................................................................. 26
Figura 8 – Média de velocidade de ventos, em m/s........................................................ 26
Figura 9- Média de altura significativa de ondas, em metros ......................................... 27
Figura 10 –Média de período de pico, em segundos ...................................................... 27
Figura 11- Exemplos de single strut e tandem strut, respectivamente. .......................... 28
Figura 12-Vantagens e desvantagens de cada conFiguração.......................................... 29
Figura 13- Forma 1 ......................................................................................................... 29
Figura 14- Forma 2 ......................................................................................................... 30
Figura 15- Forma 3 ......................................................................................................... 30
Figura 16- Forma 4 ......................................................................................................... 31
Figura 17 – Determinação do airgap .............................................................................. 34
Figura 18 – Determinação do pontal do SWATH RSV ................................................. 35
Figura 19-Limites de cálculo de resistência de ondas .................................................... 39
Figura 20- Trem de ondas ............................................................................................... 42
Figura 21 - Ângulo de Kelvin ......................................................................................... 43
Figura 22 - Gráfico de Rt das formas modeladas ........................................................... 45
Figura 23 – Trem de ondas gerado pelo casco ............................................................... 46
Figura 24 – Forma final escolhida .................................................................................. 47
Figura 25- Plano de linhas da forma escolhida .............................................................. 48
Figura 26- Hidrojato 71SII Kamewa .............................................................................. 50
Figura 27- Hidrojato selecionado ................................................................................... 51
Figura 28-Dimensões dos hidrojatos selecionados ......................................................... 51
Figura 29 - Dimensões dos hidrojatos selecionados ....................................................... 51
Figura 30 - Dimensões dos hidrojatos selecionados ....................................................... 52
Figura 31 - Rotação requerida no eixo ........................................................................... 52
Figura 32-Yanmar12AYM ............................................................................................. 53
Figura 33- Dimensões do motor escolhido ..................................................................... 54
Figura 34- Especificações do motor escolhido ............................................................... 54
Figura 35 – Curvas de eficiência dos motores ................................................................ 55
Figura 36- Caixa redutora escolhida ............................................................................... 55
Figura 37 – Dimensões das redutoras ............................................................................. 56
Figura 38- Dimensões das redutores escolhidas ............................................................. 56
Figura 39- Áreas expostas a forças ambientais .............................................................. 58
Figura 40- Parâmetro para determinação do coeficiente de forma ................................. 59
Figura 41 - Parâmetro para determinação do coeficiente de altura ................................ 59
Figura 42- Estimativa do coeficiente Cd ........................................................................ 60
Figura 43- Bow-thrusters selecionados .......................................................................... 62
Figura 44 –Bow-thruster STT110 Schottel ................................................................... 62
Figura 45- Sistema estrutural do Superferry Havaiano .................................................. 67
Figura 46- Detalhe de reforçamento do interior do pontoon do SWATH RSV ............. 67
Figura 47- Posicionamento dos conveses da embarcação .............................................. 68
Figura 48 – Anteparas de colisão ................................................................................... 69
Figura 49- Posicionamento das anteparas do moonpool ................................................ 70
Figura 50 - Posicionamento das anteparas do moonpool ............................................... 70
Figura 51 – Anteparas do interior dos torpedos ............................................................. 71
Figura 52 – Detalhe da praça de máquinas do SWATH RSV ....................................... 72
Figura 53- Detalhe compartimento do bow-thruster ...................................................... 72
Figura 54 – Dimensionamento de reforços..................................................................... 74
Figura 55-Seção-Mestra do SWATH RSV ................................................................... 75
Figura 56- Estrutura cruzada do SWATH RSV ............................................................. 76
Figura 57 – Geometria típica da seção na linha de centro da estrutura cruzada............. 77
Figura 58- Chapeamento externo ................................................................................... 79
Figura 59-Chapeamento dos conveses “wet deck”, principal e de passadiço ................ 80
Figura 60 – Reforços transversais e longitudinais .......................................................... 80
Figura 61 – Detalhe de reforçamento dos pontoons e struts........................................... 81
Figura 62- Reforçadores e anteparas estanques .............................................................. 81
Figura 63 – Navio Completo .......................................................................................... 82
Figura 64- Moon pool de um SWATH (Western Flyer) visto de fora e em operação ... 83
Figura 65- Botton moon pool hatch cover ...................................................................... 84
Figura 66 - ROV Work Class Triton XLR ..................................................................... 84
Figura 67 - ROV Minimum ............................................................................................ 85
Figura 68 - Barco de apoio Zodiac ProJet 420 TC4 ....................................................... 86
Figura 69- Detalhes técnicos-guindaste PK 65002M ..................................................... 87
Figura 70 - Guindaste knuckle-boom Palfinger Marine PK 65002M ............................ 87
Figura 71- Detalhes técnicos-Guindaste PK 11001M .................................................... 88
Figura 72 - Guindaste PK 11001M ................................................................................ 88
Figura 73- Modelo ESO-131 6-Man Saturation System ................................................ 90
Figura 74- Vista de perfil do SWATH RSV .................................................................. 96
Figura 75 - Pontoon do SWATH RSV, vista superior ................................................... 96
Figura 76 - Convés 01 do SWATH RSV ....................................................................... 97
Figura 77- Convés principal do SWATH RSV .............................................................. 97
Figura 78 - Cabine de comando do SWATH RSV ......................................................... 98
Figura 79 – SWATH RSV .............................................................................................. 99
Figura 80 – Tanques de óleo (vermelho), água doce (azul) e lastro (verde) ................ 102
Figura 81- Exemplificação da área entre C.E.E. e curva de momento inclinante ........ 105
Figura 82 – Caso de avaria 1 ........................................................................................ 106
Figura 83- Caso de avaria 2 visto de perfil ................................................................... 107
Figura 84- Caso de avaria 2, vista superior .................................................................. 107
Figura 85 - Caso de avaria 3, vista de perfil ................................................................. 108
Figura 86 - Caso de avaria 3, vista superior ................................................................. 108
Figura 87 - Caso de avaria 4, vista de perfil ................................................................. 108
Figura 88 - Caso de avaria 4, vista superior ................................................................. 109
Figura 89- Malha da forma submersa do catamaran no Wamit ................................... 112
Figura 90 - Malha da forma submersa do SWATH no Wamitt.................................... 113
Figura 91 – Espectro de ondas ...................................................................................... 114
Figura 92 - -Espectro de resposta em heave ( velovcidade zero) ................................. 115
Figura 93 – Espectro de resposta em pitch (velocidade zero) ...................................... 115
Figura 94- Gráfico de comparação de RAO em heave ................................................. 118
Figura 95- Gráfico de comparação de RAO em heave ................................................. 118
Figura 96-Espectro de resposta em heave .................................................................... 119
Figura 97-Espectro de respsota em pitch ...................................................................... 119
Figura 98 – Convés principal do monocasco equivalente ............................................ 121
Figura 99 - Convés principal do catamaran equivalente .............................................. 122
Figura 100 - Convés principal do SWATH RSV ......................................................... 122
Figura 101- Critérios de estabilidade – catamaran equivalente .................................... 123
Figura 102 -Gráfico Frequência de encontro do monocasco equivalente em [rad/s] /
Aceleração vertical RMS [m/s2] .................................................................................. 124
Figura 103 - Gráfico Frequência de encontro do catamaran equivalente em [rad/s] /
Aceleração vertical RMS [m/s2] .................................................................................. 125
Figura 104 – Plano de linhas do casco do SWATH RSV ............................................ 130
Figura 105 – Curva de estabilidade estática da condição 1 .......................................... 138
Figura 106 - Curva de estabilidade estática da condição 2........................................... 142
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Catalogação de navios SWATH .................................................................. 32
Tabela 2 – Calado e diâmetros máximos de cada forma projetada ................................ 35
Tabela 3 – Valores de pontal para cada forma projetada ............................................... 36
Tabela 4 –Requisitos do Michlet .................................................................................... 38
Tabela 5 - Fator de forma de resistência viscosa ............................................................ 41
Tabela 6 –Influência da distância entre os cascos na Rw ............................................... 44
Tabela 7- Resistência total a 16 nós ............................................................................... 45
Tabela 8 – Características hidrostáticas do navio ........................................................... 48
Tabela 9- Espaçamento entre cavernas e longitudinais .................................................. 67
Tabela 10 – Espaçamento das anteparas de colisão ....................................................... 69
Tabela 11- Espessuras dos chapeamentos ...................................................................... 73
Tabela 12- Dimensionamento dos reforços .................................................................... 74
Tabela 13 – Requisitos da estrutura longitudinal do SWATH RSV .............................. 76
Tabela 14 - Requisitos da estrutura transversal do SWATH RSV ................................. 78
Tabela 15- Peso leve estrutural ....................................................................................... 82
Tabela 16 – Peso Total de Diesel ................................................................................... 95
Tabela 17 – Peso estrutural, já com margem de solda .................................................... 99
Tabela 18- Equipamentos essencias a operação do SWATH RSV .............................. 100
Tabela 19 – Maquinário principal do SWATH RSV ................................................... 100
Tabela 20 – Peso do Outfitting ..................................................................................... 101
Tabela 21 – Peso leve do SWATH RSV ...................................................................... 101
Tabela 22 – Condições de carregamento ...................................................................... 102
Tabela 23 – Características de cada condição .............................................................. 103
Tabela 24 – Resultados dos critérios de estabilidade ................................................... 105
Tabela 25 - Raios de Giração ....................................................................................... 112
Tabela 26 – Correção de coeficientes com dependência da velocidade ....................... 116
Tabela 27- Condição 1 de carregamento ...................................................................... 131
Tabela 28 - Condição 2 de carregamento ..................................................................... 132
Tabela 29 – Equilíbrio estático da condição de partida ................................................ 133
Tabela 30 -Equilíbrio estático da condição de chegada ............................................... 134
Tabela 31 – Estabilidade intacta para condição 1......................................................... 135
Tabela 32 - Estabilidade intacta para condição 1 (continuação) .................................. 136
Tabela 33 - Estabilidade intacta para condição 1 (continuação) .................................. 137
Tabela 34 - Estabilidade intacta para condição 2 ......................................................... 139
Tabela 35 - Estabilidade intacta para condição 2 (continuação) .................................. 140
Tabela 36 - Estabilidade intacta para condição 1 (continuação) .................................. 141
Tabela 37 - Estabilidade em avaria da condição de partida, caso de avaria 1 .............. 143
Tabela 38 – Estabilidade em avaria da condição de partida, caso de avaria 2 ............. 143
Tabela 39 - Estabilidade em avaria da condição de partida, caso de avaria 3 .............. 143
Tabela 40 - Estabilidade em avaria da condição de partida, caso de avaria 4 .............. 144
Tabela 41 - Estabilidade em avaria da condição de chegada, caso de avaria 1 ............ 144
Tabela 42 - Estabilidade em avaria da condição de chegada, caso de avaria 2 ............ 144
Tabela 43 - Estabilidade em avaria da condição de chegada, caso de avaria 3 ............ 145
Tabela 44 - Estabilidade em avaria da condição de chegada, caso de avaria 4 ............ 145
17
1. INTRODUÇÃO
1.1. Objetivo
Tendo em vista que as grandes descobertas da exploração de petróleo no Brasil
vêm avançando cada vez mais para alto mar, a profundidades cada vez maiores, é
imprescindível a presença de navios de apoio a extração do óleo. No mercado, os RSVs
existentes mais comuns apresentam acima de 70 metros de comprimento. No entanto, o
grande diferencial está na proposta de um navio SWATH (Small Waterplane Area Twin
Hull), ou seja, uma embarcação de alto desempenho caracterizada principalmente pela
sua pequena área de linha d`água no plano de flutuação, com um conceito de casco
inovador para o serviço em qualquer condição de mar.
As vantagens e desvantagens inerentes a este tipo peculiar de multicasco são
julgadas através dos dados recorrentes de cada etapa do projeto conceitual de um navio
RSV (ROV Support Vessel) com velocidade de 16 nós, onde a intenção é demonstrar
que a embarcação específica com suas características seja atraente e viável para
operação na região do pré-sal, provando sua eficácia em relação à monocascos e
catamarans, comumente utilizados para esta finalidade.
Em produção acadêmica para a proposta desta embarcação foram pensadas
inicialmente três concepções: um monocasco, um catamaran, e um SWATH, todos com
a proposta RSV de pequeno porte, com o objetivo de evitar congestão de linhas. As
duas primeiras foram projetadas [De Mello (2013) e Schachter et al (2012)] e tornaram-
se viáveis, mas como era de ser esperar, para este tamanho o monocasco tinha
estabilidade crítica e o catamaran, um comportamento em ondas limitante para o pré-sal.
Este trabalho mostra o processo da concepção do projeto do SWATH como uma
terceira opção, aparentemente promissora, onde se espera ter melhor estabilidade,
comportamento em ondas e área de convés, e, quando projetado se veriam quais são
suas vantagens e desvantagens.
O principal objetivo do projeto é provar que uma embarcação RSV do tipo
SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull), de dimensões reduzidas, pode operar na
área de exploração do pré-sal, provando sua eficácia em relação à monocascos e
catamarãs, que são geometrias comumente utilizadas.
18
Dessa maneira, tendo em vista o potencial das reservas de petróleo na camada do
pré-sal, a proposta deste trabalho se resume na viabilidade do projeto de uma
embarcação leve, ágil, e compacta tendo grande capacidade de operar em regiões com
intensa movimentação de corpos flutuantes próximas e na própria superfície livre, sendo
veloz e menos custosa, que possa desempenhar as principais funções de RSVs de
grande porte que dominam o mercado atual.
1.2. O Navio RSV
RSV, abreviação de “ROV Support Vessel”, é uma embarcação de apoio
offshore, cujo objetivo principal é prestar assistência a qualquer tipo de atividade
submarina realizando instalação, inspeção e manutenção de qualquer aparato submerso.
Para tal, este tipo de embarcação possui infraestrutura que permite a operação de ROVs
(do inglês, Remotely Operated Vehicle) e, em alguns casos, atividade de mergulho raso
e saturado; além de grande área de convés livre, para a operação e movimentação de
equipamentos.
Com o avanço das plataformas em águas cada vez mais profundas, a utilização
de ROV na pesquisa, instalação, operação e manutenção de equipamentos submarinos
se tornou imprescindível, levando a necessidade e evolução natural deste desse tipo de
embarcação, exclusiva a atividade de lançamento e operação do ROV. O RSV
obrigatoriamente deve ser capaz de fornecer totais condições para operações rápidas,
eficientes e seguras.
Entre as principais características dos RSVs convencionais, destacam-se:
Sistema de posicionamento dinâmico para garantia de segurança em operações
com cargas pesadas e pessoas, e especialmente no lançamento de ROV com
utilização de amarras e umbilicais de grande extensão;
Capacidade de operar ROVs de manutenção em distâncias de até três
quilômetros e ROVs de observação para regiões de até mil metros de
profundidade de lâmina d’água;
Ser dotada de moonpool para lançamento de ROVs e mergulhadores;
Área livre de convés livre adequada com a necessidade de operações;
Fornecer total estrutura para o mergulho saturado (sistema completo de
mergulho saturado, com câmara hiperbárica e sino de mergulho);
19
Fornecer estrutura para o mergulho autônomo (mergulhador levando o
equipamento) ou mergulho dependente (mergulhador dependendo da
alimentação de ar provida pela embarcação);
Apresentar oficinas de trabalho (elétrica e mecânica) capacitadas para realizar
pequenos serviços em mar (usinagem, soldagem, manutenção etc.);
Possuir barco(s) de apoio à operação;
Dispor de acomodações capazes de alocar com conforto a capacidade máxima
de tripulantes;
Operar a uma velocidade acima de 14 nós;
Dispor de garagem ROV local do armazenamento dos principais ROV da
embarcação. Sistema de lançamento de ROV independente do navio, mais
agilidade nas operações e facilidade de manutenção.
Dispor deguindaste com capacidade para mais de 100 toneladas para o
lançamento/locomoção de dutos ou equipamentos submarinos e manipulação de
cargas no convés.
1.3. O Conceito SWATH
SWATH (Small Waterplane Area Twin Hulls) é uma embarcação de alto
desempenho, caracterizada principalmente, como o próprio nome diz, pela sua pequena
área de linha d’água no plano de flutuação, com um conceito de casco inovador para o
serviço em qualquer condição de mar. A peculiaridade na geometria do SWATH é dada
por seus corpos submersos em forma de torpedos, conectados por suportes individuais
ou duplos chamados struts, com a plataforma superior.
Figura 1 –SWATH utilizado para apoio offshore
A geometria de casco SWATH se apresenta com uma proposta de embarcação
para serviço em quaisquer condições de mar, principalmente em mares mais severos.
20
Sua grande vantagem é a significativa melhora do comportamento em ondas o navio,
quando comparada com embarcações convencionais em mares revoltos, como pode ser
visualizado a seguir:
Figura 2 – Comparação no comportamento em ondas entre monocasco, caramaran e SWATH
Apesar de ser considerada inovadora, a ideia de construir uma embarcação cuja
maior parte do volume de flutuação estivesse localizada abaixo da superfície livre
surgiu com há mais de 100 anos. O SWATH é um tipo de embarcação variante da
concepção do catamaran padrão, com a ideia de alocar a grande parte de seu volume em
seus torpedos submersos e apresentar uma pequena área de linha d’água, acarretando
uma redução da resistência de onda e incremento no comportamento em onda.
Figura 3 – Comparação entre planos de linha d’agua
Na Figura 4 pode ser observada a nomenclatura-base deste tipo de casco.
21
Figura 4 – Nomenclatura base do navio SWATH
Algumas características gerais do SWATH:
Embarcações de deslocamento não convencionais que operam em
velocidades intermediárias;
Capacidade de fornecer grande área de convés;
Excelente comportamento em ondas é garantido em todas as condições de
mar;
Alta velocidade comparada a outras embarcações de deslocamento;
Possível redução das vibrações e ruídos caso a instalação propulsora esteja
localizada no interior dos torpedos;
Velocidade limitada devido à grande superfície molhada, o que aumenta a
resistência friccional;
Possui muita sensibilidade às variações de peso, o que não representa uma
desvantagem em aplicações como em um RSV;
Custo de produção mais caro quando comparado aos convencionais
catamarãs e monocasco, possuindo também maior dificuldade de construção
devido às complexidades estruturais inerentes ao design.
Necessidade de operar sempre com um mínimo possível de trim, para não
comprometer o escoamento do fluido ao redor dos torpedos;
22
1.4. ROV (Remotely Operated Vehicle)
O ROV é um veículo submersível operado remotamente por uma pessoa a bordo
de uma embarcação conectado a mesma através de cabos umbilicais para transporte de
dados e energia.
É utilizado para instalação e manutenção de equipamentos, observação de
operações e linhas, e apoio a atividades submarinas na exploração e produção de óleo
em grandes profundidades, especialmente em regiões que não são alcançadas por
mergulhadores.
1.5. Estrutura do Trabalho
O projeto se inicia de fato no Capítulo 2, onde há um levantamento dos aspectos
físicos do objeto de projeto, que se faz necessário para que se possa começar o
desenvolvimento do projeto da embarcação. São mostradas características da região de
operação, do porto de atracação, e condições ambientais na qual o navio estará
suscetível.
No Capítulo 3 são discutidos detalhes característicos do projeto de navios
SWATH, onde é trabalhada a concepção inicial deste tipo especial de casco, com a
escolha de uma conFiguração de struts e de formas de pontoons para serem levadas
adiante no projeto.
O Capítulo 4 remete ao estudo dos principais dimensionamentos do casco do
SWATH RSV.
Todos os cálculos referentes à resistência ao avanço e o método utilizado são
tratados no Capítulo 5, tal determinação é preponderante neste projeto para
determinação da forma submersa ideal, que é definida no Capítulo 6.
Tendo sido analisados os cálculos de resistência ao avanço, é possível
determinar os equipamentos que compõem o sistema propulsivo da embarcação, que
são definidos no Capítulo 7.
No Capítulo 8 é possível observar como se deu a seleção dos elementos
impelidores que fazem parte do sistema de posicionamento dinâmico da embarcação.
23
Já o Capítulo 9 remete a seleção e critérios de escolha dos equipamentos
responsáveis por fornecer energia elétrica à embarcação.
Os dimensionamentos estruturais da embarcação podem ser conferidos no
Capítulo 10, onde são mostrados os principais parâmetros e características estruturais do
SWATH RSV, onde ao final do capítulo pode ser observado o peso do alumínio
utilizado.
Logo após, são selecionados os principais equipamentos que estarão alocados no
SWATH RSV, no Capítulo 11, onde esta determinação neste estágio do projeto se dá na
necessidade de se ter os equipamentos que obrigatoriamente devem fazer parte do navio
definidos antes do arranjo geral da embarcação, que demanda estas informações.
Tendo sido dimensionados os sistemas propulsivo e de geração de energia, e
sabendo o perfil operacional da embarcação, é possível estimar qual a necessidade de
consumíveis do navio, que é tratado no Capítulo 12.
Nesse estágio do projeto já é possível a realização do arranjo geral da
embarcação, cujos detalhes são encontrados no Capítulo 13, onde com a determinação
da distribuição de todos os pesos sobre o navio é possível fazer uma estimativa
consistente de peso leve e seu centro de gravidade nesta condição, que é verificado no
Capítulo 14.
O Capítulo 15 estabelece todos os estudos acerca das posições de equilíbrio e
dos cálculos de estabilidade da embarcação, tanto intacta quanto em avaria.
O Capítulo 16 discute o comportamento em ondas do navio, onde logo após há
uma breve conclusão do projeto seguido pelos dados bibliográficos.
No Capítulo 17, o último do relatório, é feita uma comparação entre o SWATH
RSV e duas embarcações equivalentes projetadas em pesquisa acadêmica na UFRJ,
correspondentes a um monocasco e um catamaran, ambos também RSVs, no qual
analisa-se critérios importantes de cada embarcação.
24
2. ASPECTOS FÍSICOS DA REGIÃO DE OPERAÇÃO
2.1. Região de operação
A necessidade da construção deste tipo de embarcação é impulsionada
principalmente pela descoberta do pré-sal, portanto o SWATH RSV deve ser capaz de
atender toda essa região.
A região do Pré Sal corresponde as Bacias de Campos e de Santos. A produção
no pré-sal é uma realidade, e mesmo com a crise atual a Petrobras tem em 2018 a
expectativa de que 52% da produção total de óleo venha do pré-sal, o que garante que
haverá uma grande demanda de serviços na região e especialmente deste tipo de
embarcação.
Tendo em vista o porto de Imbetiba em Macaé como ponto de partida da
embarcação, a extensão da rota pode ser estimada entre 340Km e 540Km
Figura 5 – Extensão da área de exploração do pré-sal
2.2. Porto de Atracação
Para viabilizar as operações da embarcação nesta região é necessário que haja
um porto de atracação da mesma, além disso, as características do porto podem
restringir o projeto em sua concepção. Devido à escassez de portos estruturados na
região das Bacias tanto de Santos como a de Campos, o porto de abastecimento
escolhido foi o de Imbetiba, localizado na cidade de Macaé, no Norte Fluminense.
25
Aléoffshorem disso, o Porto de Imbetiba é o maior porto operado pela Petrobras
no Brasil em volume de cargas, para suporte logístico às atividades de exploração de
produção de petróleo. O porto entrou em operação em 1979, para atender às
necessidades das plataformas de petróleo da Bacia de Campos. Com três piers de 90
metros de comprimento e 15 metros de largura, movimenta em média 34 mil toneladas
de carga geral para embarque, e 22 mil toneladas de carga geral para desembarque, em
460 atracações de navios por mês, segundo a Prefeitura de Macaé. O porto é capaz de
atender 165 embarcações de apoio marítimo e realizar o embarque e desembarque de
equipamentos, suprimentos e outros equipamentos que são levados ou trazidos a
unidades de produção offshore.
O porto apresenta uma restrição de oito metros calado, que apesar do alto calado
comumente apresentado por navios SWATH, não restringe o projeto devido ao porte do
SWATH RSV aqui apresentado.
Figura 6- Porto de Imbetiba
2.1. Condições Ambientais
Com a determinação do local de operação do navio, devemos reconhecer as
possíveis condições ambientais ao qual a embarcação estará sujeita, sabendo que estas
características influenciam a operacionalidade do navio proposto. Sendo assim,
obtiveram-se levantamentos que mostram valores de altura significativa de onda,
período de onda, velocidade de vento e velocidades de correnteza para cada uma das
bacias, podendo garantir assim que as funcionalidades estipuladas serão atendidas para
estas condições de tempo e mar.
26
Da tese de mestrado de Carvalho (2010), Pesquisador do INPE – Instituto
Nacional de Pesquisas Espaciais, publicada pelo ministério da Ciência e Tecnologia
pode-se obter detalhes dos regimes de ondas e ventos da região de operação do SWATH
RSV baseados em dados reais retirados da previsão global do NCEP (National Centers
of Environmental Prediction) entre 1997 e 2009.
Foram tomados os dados das boias nos seguintes pontos do literal do Rio de
Janeiro:
Figura 7-Região de tomada de dados
É possível verificar que a velocidade média do vento no pior período do ano no
litoral do Rio de Janeiro (Longitude -400, Latitude -350) chega aos 8m/s (15 nós). Ou
seja, em nível de projeto não deve ser utilizado ventos com menos de 15 nós.
Figura 8 – Média de velocidade de ventos, em m/s
27
É possível observar também que o litoral do RJ apresenta uma altura de onda
média de 1,50m entre os meses de Abril e Setembro, principalmente para ventos de
sudoeste/sul (entradas de frente frias) e que o período médio de pico para o caso de onda
de maior altura significativa gira em torno de 12s (Figura abaixo).
Figura 9- Média de altura significativa de ondas, em metros
Figura 10 –Média de período de pico, em segundos
De acordo com pesquisas de Neves (2006) sobre a Corrente do Brasil (corrente
que atinge a região litorânea do Brasil), a correnteza atinge velocidades de até 0,5m/s,
na superfície, durante todo o ano. Assim, não deverão ser utilizadas velocidades de
correntes menores para definição de critérios de projeto.
28
3. CONCEPÇÃO INICIAL DA FORMA SWATH
A natureza da geometria de um casco SWATH permite que haja diversas formas
de flutuadores em forma de torpedos (pontoons) e arranjos de struts. Dessa forma foi
realizada uma densa pesquisa feita acerca da geometria dos cascos de SWATHs em
operação em geral, principalmente os mais conhecidos, de forma a estudar
características específicas inerentes a sua forma a virem fazer parte do projeto.
Assim, para se chegar à forma definitiva das obras vivas do navio SWATH
RSV, primeiramente pensou-se em algumas formas possíveis a serem aplicadas, no qual
modelou-se quatro formas padrões, mudando-se basicamente a geometria dos pontoons,
levando em consideração as formas mais presentes em operação e também inovadoras.
Também foram analisadas duas conFigurações possíveis de struts, de modo a escolher a
que traz as melhores vantagens para o projeto.
O fator determinante para escolha da forma ideal neste projeto, ao princípio, é o
cálculo da resistência ao avanço total sobre cada modelo, que será discutido
detalhadamente no Capítulo 4.
3.1. Struts
Segundo Dinsmore (2004), talvez a grande diferença entre SWATHs em geral é
quanto à disposição dos struts: um strut por pontoon (single strut) ou dois a cada
pontoon (tandem strut).
Figura 11- Exemplos de single strut e tandem strut, respectivamente.
Ainda segundo Dinsmore (2004), a seguir podem ser visualizadas algumas
vantagens e desvantagens de cada conFiguração, onde percebe-se que para a proposta
29
de navio RSV bem como de acordo com o perfil operacional desejado da embarcação, a
conFiguração com dois struts em cada pontoon é a mais indicada, e foi a escolhida.
Figura 12-Vantagens e desvantagens de cada conFiguração
Cada strut foi projetado com seções de perfis hidrodinâmicos de aerofólios
NACA, espaçados em cerca 1/5 do comprimento do torpedo, ou seja, cerca de 6.2
metros entre si, de acordo com análise extensa de conFigurações com dois struts por
pontoon. Em SWATHs é comum que se projete separadamente struts e pontoons.
3.2. Pontoons (Flutuadores)
Todos os SWATHs têm como característica os seus pontoons em formato de
torpedo com seções circulares ou elípticas (quando em determinado projeto há a
necessidade de reduzir o calado mantendo o mesmo deslocamento), com corpo de vante
e struts afinados para que o mesmo “corte” a água e não a desloque.
A quatro concepções pensadas para o projeto foram as seguintes:
Forma 1: Torpedo simples com seção constante na maior parte do casco;
Figura 13- Forma 1
30
Forma 2: Forma afunilada a meia-nau, devidamente carenada para que não haja
geração de vórtices na descontinuidade do casco. Visto que avanços na
engenharia naval tal como o SWATH Sea Slice da Lockheed Martin (1992),
que apresenta quatro cascos representa um avanço no comportamento em
ondas de navios a grandes velocidades, conclui-se que seria pertinente um
estudo da forma com dois torpedos interligados por uma porção do casco com
seção menor;
Figura 14- Forma 2
Forma 3: Semelhante a anterior, mas com menor volume na porção
afunilada e menor
Figura 15- Forma 3
Forma 4: Pontoon mais afunilado a vante e mais robusto a ré, geometria
comum em vários SWATHs de menor porte;
31
Figura 16- Forma 4
Para que fosse definido o calado e diâmetros de cada forma, foi necessário
determinar um deslocamento para a embarcação, para que seja satisfeito um
determinado volume deslocado de água por todas geometrias projetadas para estudo.
Entretanto, como a definição da forma preliminar se encontra no início do
projeto, ainda não temos definido o deslocamento da embarcação, mas temos que uma
das principais características de um projeto de um navio é o método iterativo, sendo
assim, de início estimou-se um deslocamento baseado em RSVs monocascos e
catamarãs, que é discutido com detalhes no Capítulo 4. Os modelos de pontoons
apresentados aqui já remetem ao calado, volume deslocado e diâmetros definitivos de
cada forma.
32
4. ESTUDO DAS DIMENSÕES PRINCIPAIS
Para obtenção das características principais do casco do SWATH RSV utilizou-
se dois estudos:
-Michalski (2007), que leva em consideração mais de 80 embarcações do tipo SWATH
para investigar relações estatísticas entre os principais parâmetros da forma do casco.
- Regressão linear de navios semelhantes, consistindo na criação de um banco de dados
formado pelas características principais de navios que apresentam forma e tamanhos
que se assemelham ao preterido no projeto, sendo de grande ajuda o conhecimento da
geometria dos SWATHs mais famosos e testados, além de navios RSVs em geral. Esta
é a ferramenta mais utilizada na determinação das dimensões principais.
Tabela 1 – Catalogação de navios SWATH
LOA (m) LWL (m) B (m) T (m) Velocidade (nós)
SSW 320 A 54,4 - 23 4,6 36
MARINE ACE 13,35 11 6,5 1,55 18
SEAGULL 35,9 31,5 17,1 3,15 27,1
SEAGULL 2 39,3 33,7 15,6 3,5 30,6
SSC 15 MARINE WAVE 15,1 11,95 6,2 1,6 18
SSC 15 SUN MARINA 15,1 11,9 6,4 1,6 17
DIANA 20,7 15,9 6,8 1,6 19,26
KOTOZAKI 27 25 12,5 3,15 20,5
BAY QUEEN 18 15,9 6,8 1,6 20
BAY STAR 19,45 15,9 6,8 1,6 20
COSMOS 29,2 24,3 11,3 2,35 24
35M SWATH VESSEL 34,5 32,5 15 3,5 21,6 MK2 FASR DISPLACEMENT CATAMARAN (FDC)
38,75 31,7 13 2,7 30
MK2 FASR DISPLACEMENT CATAMARAN (FDC)
38,75 31,7 13 2,7 30
24M FASTSWATH SUPPORT VESSEL 26,93 23,5 9,8 2,03 21 37M ATLANTIC CLASSFAST DISPLACEMENT CATAMARAN (FDC) PATRIA
36,5 - 13 2,7 -
Visto que o projeto se trata de um navio pouco comum, onde não há abundância
de navios análogos como no caso dos monocascos em geral, a regressão de navios
semelhantes acaba se tornando menos específica para a proposta de embarcação deste
33
projeto. O conjunto de parâmetros apresentados nesta seção é utilizado para determinar
uma conFiguração do casco SWATH que será a base deste projeto.
4.1. Comprimento total dos torpedos
O comprimento total das obras vivas da embarcação é definido pelo próprio
requerimento de projeto da embarcação, de trinta metros. No catamaran projetado por
Schachter et al (2012), esta medida se mostrou adequada para garantir um deckbox que
fornecesse tanto uma boa área de convés quanto espaço para arranjo de compartimentos
e acomodações necessárias. Já comprimento total do deckbox costuma variar da mesma
medida ou até 3% do comprimento e é apresentado no Capítulo 13.
4.2. Boca da Embarcação
Por meio de Michalski (2007), através do histograma abaixo podemos visualizar
a frequência das razões L/B dos SWATHs listados em seus estudos:
Figura- Histograma da relação L/B (comprimento/boca)
Observando a distribuição de L/B principalmente os navios que se aproximam
mais do comprimento de 30 metros, a boca da embarcação poderá se encontrar na
seguinte faixa de 8,6 a 17,5 metros.
Entretanto, em navios multicasco sabe-se que a boca da embarcação é uma
função da distância entre os cascos apresentados. Na seção Resistência ao Avanço [cap.
5] é realizado um estudo no qual averígua-se qual a distância entre os cascos ideal que
além de definir a boca total da embarcação, promove um equilíbrio entre resistência ao
avanço, peso de aço, área de convés e estabilidade transversal.
A boca final da embarcação corresponde a 17,5 metros e se encontra dentro da
margem que se observa em Michalski (2007),
34
4.3. Air Gap
O Air Gap da embarcação é a medida vertical entre a linha de calado e o fundo
do deck box. É a folga vertical que existe com o intuito de evitar que as ondas batam no
fundo do deck box, evitando fadiga da estrutura e desconforto dos tripulantes.
Tendo como base os estudos realizados por Carvalho (2010) na região litorânea
do Rio de Janeiro e tendo as relações que reúnem dados e amostras e o mapeamento das
alturas de ondas significativas médias ao redor do globo, e sabendo que a região da
Bacia de Santos abrange o Sea State Code 4, da World Meteorological Organization
(WMO) correspondente a medida de 1,875 metros de altura significativa de onda, o
airgap foi calculado conforme explicitado na Figura 17, estimando-o como metade da
altura significativa de onda, ou seja, a amplitude da mesma, somada a um valor δ de
segurança que admitimos ser pouco mais que a própria amplitude, fazendo uma
escolha conservadora que dá segurança a embarcação.
Figura 17 – Determinação do airgap
Dessa forma, definiu-se o valor do airgap da embarcação com um total de dois
metros.
4.4. Deslocamento da Embarcação
O deslocamento da embarcação inicialmente foi uma estimativa baseada
principalmente nos estudos de Mello (2013) e Schachter et al (2012), que se confirmou
ao final deste projeto. O valor do deslocamento final do SWATH RSV corresponde a
304,42 toneladas.
35
4.5. Calado e Diâmetro Máximo dos Torpedos
Foi realizado um estudo acerca da distância vertical entre o calado e o torpedo
das embarcações SWATHs de mesmo porte do SWATH RSV, de forma a se determinar
um valor comumente usado por este tipo de embarcação. Uma grande distância entre o
torpedo e o calado representa diminuição da resistência de onda, mas em contrapartida
aumenta o peso de aço e cargas incidentes nos struts, demandando maior reforça mento.
A partir desta análise definiu-se uma medida vertical de cerca de no mínimo 60% do
diâmetro máximo do pontoon, para cada forma modelada.
Como cada forma projetada se difere uma das outras, para deslocar o mesmo
volume de água todas apresentarão diâmetros máximos diferentes e consequentemente
calados diferentes, como segue:
Tabela 2 – Calado e diâmetros máximos de cada forma projetada
D máx (m) Calado (m)
FORMA 1 2,45 4,52
FORMA 2 2,52 4,66
FORMA 3 2,54 4,57
FORMA 4 2,71 4,89
4.6. Pontal
Conforme podemos observar na Figura 18, o pontal será definido como a soma
do calado, da embarcação, do air-gap, e da altura do deck box.
Figura 18 – Determinação do pontal do SWATH RSV
36
Como a embarcação terá apenas o convés molhado no interior do deck-box sabe-
se que a altura do mesmo corresponde a 2,5 metros. Sendo assim, a cada forma
modelada apresentará um pontal diferente:
Tabela 3 – Valores de pontal para cada forma projetada
Pontal (m)
FORMA 1 9,02
FORMA 2 9,16
FORMA 3 9,07
FORMA 4 9,39
37
5. RESISTÊNCIA AO AVANÇO
A resistência ao avanço de um navio (Rt) nada mais é do que a composição de
todos os componentes das forças que se opõem ao movimento do mesmo a uma dada
velocidade no sentido contrário ao do movimento da embarcação. Com sua estimativa é
possível determinar qual é o devido sistema propulsivo a ser instalado. A quantificação
dessa força é realizada através de tanques de prova, entretanto softwares vêm evoluindo
através de cálculos baseados em hidrodinâmica aplicada ao navio, onde seu uso se dá
em projetos conceituais e básicos de embarcações.
Como uma das características do navio SWATH é apresentar uma grande
parcela resistência de atrito devido à grande área molhada, um potente sistema
propulsivo poderá ser requerido. Entretanto, ele deverá ser projetado dentro dos limites
do casco (muitas vezes insuficiente) e esse é um dos grandes problemas de projeto do
SWATH. Por este motivo, no método de projeto utilizado, a definição da forma será
dada nesta seção, sendo o casco definitivo a princípio aquele que apresentar a menor
resistência total ao avanço.
5.1. Método de cálculo da Rt
Sendo este o projeto preliminar da embarcação, ou seja, a primeira “volta” do
projeto, não serão feitos a princípio testes de modelos em tanques de prova. Logo se
deve ter o devido cuidado em utilizar o método mais adequado e correto para uma boa
estimativa da resistência ao avanço, para que resultados posteriores não sejam
comprometidos.
A abordagem utilizada pra estimativa da resistência ao avanço do SWATH RSV
será dada através de análise numérica, que consiste basicamente em métodos numéricos
onde um modelo é dividido em malhas ou em painéis de modo que as equações a serem
utilizadas pelo método possam ser aplicadas em cada extremidade da malha, ou em cada
painel a fim de obter uma convergência final do resultado após diversas iterações.
De acordo com os estudos de Schachter et al (2012), o software Michelet pode
ser considerada uma boa ferramenta para uma predição consistente da resistência total
ao avanço em navios que atendam aos requisitos do programa, desde que os dados do
software estejam devidamente calibrados.
38
O programa é capaz de quantificar a resistência adicional causada pela
interferência entre as ondas geradas por cada casco. O método utilizado pelo software
consiste basicamente na conjunção de dois outros métodos: a estimativa da resistência
viscosa através método ITTC-1957 baseado na estimativa de resistência de placas
planas atrelado a um fator de forma da embarcação; e a estimativa da resistência de
ondas através da análise potencial (utilizando o método dos painéis - fonte-sumidouro)
utilizando o campo de pressões distante do casco (análise far field) considerando a
teoria de casco esbelto de Michell.
Para utilização do software recomenda-se que as embarcações devam possuir
uma relação de boca sobre comprimento submerso de pelo menos 1/5 e que possuam
um baixo coeficiente de bloco. É necessário que o usuário do programa conheça dados
da embarcação como:
Fator de forma de resistência viscosa;
Fator de forma de resistência de ondas;
Evolução do trim dinâmico;
Evolução do calado conforme variação da velocidade da embarcação;
Para cada casco, utilizando o software Michlet, são calculadas as resistências
totais ao avanço, em função da velocidade da embarcação. Entretanto, antes disso é
necessária que haja calibração do software escolhido para análise numérica.
Antes de operar o programa é necessário se atentar ao fato de que a embarcação
deve estar dentro do exigido pelo Michlet para que hajam resultados concisos:
Tabela 4 –Requisitos do Michlet
Requisitos FORMA 1 FORMA 2 FORMA 3 FORMA 4
L/B >5 12,24 (OK) 11,90 (OK) 11,81 (OK) 11,07 (OK)
Baixo CB 0,45 (OK) 0,39 (OK) 0,41 (OK) 0,52 (OK)
Pelas características de um casco SWATH é fácil observar que os requisitos
acima são facilmente alcançados.
39
Além disso, existe uma série de parâmetros que podem/devem ser modificados
para que o programa se apresente devidamente calibrado e os resultados de resistência
ao avanço se apresentem os mais corretos possíveis:
Viscosidade cinemática da água: para águas brasileiras o valor foi
modificado para 1,22 x 10-6
m²/s (a temperatura de 150C);
Número de balizas e linhas d'água a serem exportadas do FreeShip: testes
realizados anteriormente com o programa constataram que para um
comprimento submerso total de cerca de 30 metros, um número de balizas e
linhas d'água iguais a 21 são suficientes para discretizar suficientemente o
casco no software. Para todos os modelos de SWATH foram utilizadas 31
balizas e 21 linhas d'águas.
Limites para cálculo da resistência de ondas: Dados abaixo:
Figura 19-Limites de cálculo de resistência de ondas
Número de parâmetros de resistência de onda (Ntheta): para cálculo da
integral da resistência de onda. Quanto maior o valor mais preciso será o
resultado. Foi utilizado para todas as formas o valor máximo, 1024.
40
Fator de forma de resistência viscosa: Este componente terá grande
influência sobre a resistência total ao avanço da embarcação, já que a
estimativa da resistência viscosa se baseia no método da resistência de placa
plana associada ao valor deste fator de forma. Dessa forma, é possível
utilizar as equações de Holtrop para realizar uma estimativa deste fator.
Através dos estudos de Holtrop, sabe-se que:
(
)
(
)
(
)
(
)
( )
(1)
Onde:
1+k = Fator de forma de resistência viscosa;
B = Boca moldada do casco;
L = Comprimento de linha d’água do casco;
T = Calado moldado do casco;
= Volume deslocado do casco;
CP = Coeficiente prismático do casco;
(2)
C14 = 1+0,011Cstern; (3)
Cstern = 10; (4)
LCB = Centro de carena em relação à meia nau e ao comprimento;
Este fator de forma foi calculado para os quatro modelos, onde se pode observar
os resultados:
41
Tabela 5 - Fator de forma de resistência viscosa
FATOR DE FORMA DE RESITENCIA VISCOSA (1+K)
FORMA 1 1,51
FORMA 2 1,35
FORMA 3 1,45
FORMA 4 1,42
Fator de forma de resistência de ondas: Este componente também altera o;
valor da resistência total ao avanço da embarcação, amplificando a
resistência de onda. Entretanto segundo os autores do software Michlet,
Lazaukas e Tuck, recomenda-se que esse valor não seja alterado, caso não
haja uma justificativa para fazê-lo. Além disso, segundo os estudos de
Seabra e Schachter (2012) fica claro que esse valor é pouco representativo.
Fato reforçado ainda pelo navio se encontrar longe do hump speed (onde
ocorre o pico de resistência de onda) na velocidade de projeto e pela
natureza do SWATH de apresentar uma resistência de onda muito pequena
em relação às catamarãs e monocascos;
Evolução do trim dinâmico e evolução da elevação/afundamento do calado
conforme variação da velocidade: Se tratando de uma embarcação de
deslocamento, para o RSV aqui projetado esses valores não irão afetar a
resistência ao avanço, já que essas variações podem ser consideradas nulas.
5.2. Distância ideal entre os cascos
Depois da validação do modelo para utilização da ferramenta de análise
numérica de predição da Rt e da definição de todos os parâmetros de parâmetros de
entrada requeridos, é possível estudar os cálculos de resistência através do software
Michlet para determinar uma distância ideal entre os cascos, estudando os efeitos dessa
distância na conjunção da resistência ao avanço total da embarcação.
42
É de conhecimento geral que em navios multicasco há interferência do trem
ondas geradas em cada casco no campo de pressões do casco gêmeo, aumentando a
resistência de onda total e, consequentemente, a resistência total ao avanço. Quanto
maior a distância entre os cascos, menor é essa interferência e maior é o momento de
inércia do plano de flutuação. Entretanto o aumento decorrente da distância entre os
cascos aumenta gradativamente o peso estrutural da embarcação. Além disso, deve-se
haver espaço suficiente para operação no moon-pool instalado na região de meia-nau,
alinhado na linha de centro.
O estudo da distância ideal entre os cascos busca um valor que traz equilíbrio em
todos os fatores de projeto envolvidos.
De acordo com os estudos de Lord Kelvin (1988), um trem de ondas de uma
embarcação apresenta uma característica única quanto ao ângulo formado pela linha reta
que define a região onde os sistemas de ondas transversais e divergentes, gerados pela
embarcação se combinam a fim de formarem um único sistema de ondas característico.
Por concentrar os efeitos das ondas geradas pelo movimento do casco sobre a superfície
da água, é dentro desta região, visualizada abaixo, que devem ser estudados a
interferência do trem de ondas sobre a resistência final do casco em projeto.
Figura 20- Trem de ondas
Através do ângulo de Kelvin é possível verificar para o SWATH que o ideal
seria que os trens de ondas dos dois cascos nunca se encontrassem, ou seja, que um trem
de ondas de um casco nunca interferisse no trem de ondas gerado pelo outro casco.
Entretanto, isto é impossível, pois só uma distância infinita entre os cascos
43
proporcionaria tal efeito, assim, é razoável a premissa de que se o ponto de encontro
entre os trens de ondas ocorre na região final da embarcação, a interferência que as
ondas de um casco gerariam na resistência do outro casco já seria reduzida
consideravelmente, uma vez que a onda gerada por um dos cascos nunca chegaria ao
casco gêmeo. Portanto, a base para o estudo da distância entre os cascos será o ponto
onde os trens de onda se encontram no final da embarcação, conforme se pode conferir
na esquematização da Figura 21:
Figura 21 - Ângulo de Kelvin
A distância entre os cascos correspondente a Figura 21 é de 21,86 metros, valor
que acaba por se tornar inviável pela quantidade de peso estrutural que será demandada
para o navio com boca total nessas condições, boca que também se mostra longe da
faixa de valores de boca encontrada em navios de porte semelhante ao SWATH RSV,
de 8,6 a 17,5 metros.
Analisou-se a resistência de ondas para a distância dada pelo ângulo de Kelvin,
na velocidade de 16 nós, utilizando a forma 2 como base e relacionando valores
apresentados em multicascos semelhantes e também algumas variações, para que sua
influência na Rt possa ser estudada:
44
Tabela 6 –Influência da distância entre os cascos na Rw
Distância entre
Cascos (m)
Resistência de
Onda Rw (KN)
Aumento da Rw em relação a Rw
da distância de Kelvin (%)
12,1 49,08 8,68
12,7 48,23 6,8
13 48,22 6,78
15 46,93 3,92
17 45,71 1,23
19,2 45,41 0,57
21,81 45,16 0
Sabendo que a menor Rt possível, na distância de 21,81 metros não é adequado
pelo ponto de vista do peso total da embarcação consequente da grande boca total da
embarcação em relação ao seu comprimento, o estudo acima mostra que até 15 metros o
aumento da Rw pode ser considerado aceitável. Em Schachter e Seabra (2012), o
catamaran com 15 metros de distância entre os cascos opera ROVs sem problemas com
um moon-pool central, além disso, é feito um estudo da diferença estrutural entre o peso
estrutural desta distância e da definida pelo ângulo de Kelvin, se mostrando
consideravelmente grande.
Dessa forma, utilizou-se o valor de 15 metros de distância ideal entre os
pontoons. Esta medida também se mostrou satisfatória em relação aos cálculos de
estabilidade intacta da embarcação, que pode ser vista com detalhes no Capítulo 15.
5.3. Resistência total ao avanço
A conjugação do método de cálculo de resistência ao avanço aplicado em cada
forma submersa com distância de 15 metros entre as linhas de centro dos pontoons
resultou na escolha da forma ideal pelo ponto de vista da economia de combustível e
alocação do sistema propulsivo.
Abaixo se encontram as curvas de resistência total ao avanço de cada umas das
quatro formas apresentadas:
45
Figura 22 - Gráfico de Rt das formas modeladas
Para a velocidade de 16 nós:
Tabela 7- Resistência total a 16 nós
FORMA 1 FORMA 2 FORMA 3 FORMA 4
Rt (KN) Rt (KN) Rt (KN) Rt (KN)
111,29 127,99 107,16 113,61
A forma que apresentou a menor resistência total ao avanço, como pode ser
observado, é a forma 3, afunilada na região da meia-nau. Entretanto, em decorrência de
outros fatores de projeto, a intenção inicial de a princípio escolher a forma que
trouxesse o menor consumo possível de combustível e consequentemente o menor custo
operacional acabou não se tornando a mais adequada. Esta forma apresenta uma alta
resistência de onda na faixa dos 10 nós, ocasionando um hump speed que impossibilita
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00
Re
sist
ên
cia
(KN
)
Velocidade (knots)
Resistência ao Avanço Total
FORMA 1
FORMA 2
FORMA 3
FORMA 4
46
o sistema propulsivo de ultrapassar esta faixa de velocidade. Logo, este casco apesar de
apresentar menor resistência se mostrou inviável para o prosseguimento do projeto.
Logo, a decisão mais sensata seria a escolha do segundo casco de menor Rt,
correspondente a forma 1. Entretanto, a forma 4 apresenta apenas 2% de diferença e
proporciona um volume maior do torpedo para alocação, instalação e espaço para
manutenção e vistoria do sistema propulsivo, dessa forma se fazendo a escolha mais
viável de casco para o SWATH RSV.
O programa também é capaz de gerar o trem de ondas produzido pelos cascos, a
seguir:
Figura 23 – Trem de ondas gerado pelo casco
47
6. FORMA ESCOLHIDA E DIMENSÕES PRINCIPAIS FINAIS
Definiu-se a forma 4, cujo diâmetro varia aumentando a partir da meia-nau,
como a escolhida para dar prosseguimento ao projeto do navio SWATH. Na figura
abaixo se encontra a geometria submersa definitiva do navio.
Figura 24 – Forma final escolhida
A seguir se encontram as dimensões principais definitivas do SWATH
RSV:
Dimensões Principais
Deslocamento 300 ton
Velocidade 16 nós
Comprimento total 30,2 m
Boca total 17,5
Air Gap 2,0 m
Calado 4,89 m
Diâmetro máx do pontoon 2,70 m
Quantidade de struts/pontoons 2
Comprimento do strut 6,2 m
Pontal 9,39 m
Altura do wet deck 6,89 m
48
Figura 25- Plano de linhas da forma escolhida
O plano de linhas ampliado se encontra no Anexo 1. Abaixo as principais
características hidrostáticas do SWATH RSV:
Tabela 8 – Características hidrostáticas do navio
Draft Amidships
m 4,890
Displacement t 299,5
Heel deg 0,0
Draft at FP m 4,890
Draft at AP m 4,890
Draft at LCF m 4,890
Trim (+ve by stern) m 0,000
WL Length m 18,693
Beam max extents on WL m 15,879
Wetted Area m^2 544,933
Waterpl. Area m^2 15,132
Prismatic coeff. (Cp) 1,040
Block coeff. (Cb) 0,201
Max Sect. area coeff. (Cm) 0,194
Waterpl. area coeff. (Cwp) 0,051
KB m 1,658
KG m 3,560
BMt m 2,915
BML m 2,072
GMt m 1,014
GML m 0,170
KMt m 4,574
Immersion (TPc) tonne/cm 0,155
MTc tonne.m 0,017
49
7. SISTEMA PROPULSIVO
A seleção do sistema propulsivo é realizada após a conclusão dos resultados
obtidos com os cálculos de resistência ao avanço. Em navios SWATHs de menor porte
a forma do casco é uma grande limitação do sistema propulsivo, onde os elementos que
compõem o mesmo podem não conseguir ficar alocados no espaço definido dentro dos
torpedos que garantem o deslocamento.
7.1. Seleção dos Propulsores
Tendo em vista as características e o perfil operacional do SWATH RSV,
chegou-se à conclusão que os elementos propulsores mais indicados para propelir a
embarcação são hidrojatos.
Hidrojatos vêm tendo há algum tempo participação crescente em sistemas
propulsivos de embarcações de alto desempenho. Estudos comprovam que eles
conseguem ser competitivos em eficiência com os propulsores do tipo hélice a partir de
velocidades de 30 nós. Entretanto, em algumas embarcações eles vêm sendo utilizados
mesmo em uma região onde eles não são tão eficientes, a velocidades menores,
especialmente em navios onde há operações de mergulho e lançamento de aparelhos e
estruturas, fato constante no caso do SWATH RSV. Isso se dá devido a ocorrência de
muitos acidentes nestes tipos de operações realizadas na região próxima a hélices, onde
elas estarão sempre em funcionamento para garantir seu posicionamento dinâmico.
Experiências em pesquisas realizadas com hidrojatos Kamewa [3] apuraram:
Diminuição da resistência ao avanço no casco devido à diminuição da parcela
decorrente de apêndices do casco;
Ruído interno e vibração reduzida comparada a hélices;
Pode ser usado em embarcações com calado pequeno, diminuindo a restrição de
calado que comumente ocorre em sistemas baseados em hélices;
Boa manobrabilidade em todo alcance de velocidades;
Entretanto existe uma grande limitação na utilização de hidrojatos em projetos
de pesquisa, que é falta de informações específicas dos propulsores por parte das
empresas fabricantes, com intuito de proteger suas tecnologias. A seleção do conjunto
motor-propulsor ideal foi feita extraindo o máximo possível das informações
provenientes dos fabricantes.
50
Os propulsores foram selecionados através dos dados disponibilizados pela
antiga empresa Kamewa, hoje Rolls Royce. Onde através de catálogos da empresa foi
possível ter acesso a uma variedade de jatos d'água. A família de hidrojatos que se
mostrou a mais indicada ao projeto se encontra abaixo:
Figura 26- Hidrojato 71SII Kamewa
De acordo com o fabricante, o diagrama acima é para uso apenas em projetos
preliminares, como é o caso. O diagrama mostra qual é potência adequada no motor
para cada região na curva de resistência total ao avanço do casco, já descontando os
coeficientes propulsivos perdas de potência que não foram divulgados pela empresa,
como já esperado. O SWATH contará com dois hidrojatos, alocados em cada pontoon.
Conforme visto anteriormente, a resistência total do casco é de 113,61. Sendo assim, no
gráfico acima a resistência requerida de cada hidrojato é de 56,8 KN, como está
demarcado, em uma região onde as margens de cavitação são seguras em todo o alcance
de velocidades e onde o tamanho do hidrojato definido na região é a melhor escolha pra
embarcação.
RT hidrojato = RT/ 2 = 113,61/ 2 = 56,80 KN (5)
Assim, o SWATH RSV contará com dois hidrojatos Kamewa 71 SII- 1000
BKW, com as seguintes dimensões:
51
Figura 27- Hidrojato selecionado
Figura 28-Dimensões dos hidrojatos selecionados
Figura 29 - Dimensões dos hidrojatos selecionados
52
Figura 30 - Dimensões dos hidrojatos selecionados
Tendo sido escolhido o hidrojato, através das informações disponibilizadas pelo
fabricante também é possível obter a rotação requerida no eixo propulsor,
aproximadamente 700 rpm.
Figura 31 - Rotação requerida no eixo
7.2. Seleção dos Motores
O navio deverá cumprir seu papel, operando de acordo com o pedido em
contrato não só no momento da entrega, mas sim durante toda sua vida útil em
53
operação. Por isso iremos aos valores encontrados de rotação e potência inserir margens
de segurança.
Estabelecendo uma margem de rotação nos hidrojatos de 5%, temos uma rotação
requerida no motor de 735 rpm.
Na potência requerida ao motor iremos aplicar margens de mar e margens do
motor (10% cada). A margem de mar garante que mesmo com a resistência adicional do
casco angariada com o tempo, como devido ao envelhecimento do casco e aparecimento
de cracas, o empuxo hidrodinâmico será atingido pelo propulsor. Já a margem de motor
é aplicada levando em consideração o envelhecimento do motor e sua perda de potência
com o tempo.
Dessa forma, a potência requerida no motor por cada hidrojato será de 1100 kW
(1475 HP)
Sabendo que o espaço físico do motor é um dos problemas de projeto do
SWATH RSV, a tendência natural foi à escolha por motores diesel de média/alta
rotação, onde após a determinação da potência requerida nos motores finalmente é
possível efetuar sua escolha.
Foi escolhido o modelo 12AYM, com rating Medium Duty da fabricante
Yanmar, que atende com tranquilidade a potência necessária. No SWATH RSV são
utilizados dois, um em cada casco. A determinação do rating Medium Continuous Duty
(MDC) se dá de acordo com o perfil operacional de uma embarcação do SWATH RSV,
onde estimasse que a operação anual do motor ficará entre muito provavelmente entre
2.000 e 4.000 horas, ou seja, não irá exceder 11h diária de operação.
Figura 32-Yanmar12AYM
54
Figura 33- Dimensões do motor escolhido
Figura 34- Especificações do motor escolhido
55
Figura 35 – Curvas de eficiência dos motores
7.3. Seleção das Caixas Redutoras
A empresa Wärtsilä possui uma linha completa de caixas redutoras, para
embarcações que operam com motores na faixa de 1MW a 24MW conforme pode ser
visualizado abaixo:
Figura 36- Caixa redutora escolhida
56
Duas caixas redutoras para 1:2,1, modelo SCV42 da Wärtsilä, de redução
simples, vertical, foram selecionadas, uma vez que a rotação dos motores a 1100kW é
de 1560rpm.
Figura 37 – Dimensões das redutoras
Figura 38- Dimensões das redutores escolhidas
57
8. SISTEMA DE POSICIONAMENTO DINÂMICO
O sistema de posicionamento dinâmico é composto por equipamentos de
controle de navegação e sensores que captam as informações da posição do navio e
ajustam a direção e potência dos propulsores automaticamente, mantendo o navio
sempre dentro de uma região, cuja extensão máxima é chamada de passeio. No âmbito
deste projeto a determinação do sistema de posicionamento dinâmico se dará na escolha
de elementos propulsivos que garantam a operacionalidade do SWATH SV.
A direção e a potência dos impelidores devem ser tais que permitam a
embarcação suportar as forças de onda, vento e corrente que tendem a tirar a
embarcação de sua posição.
Para operação do SWATH RSV é imprescindível que haja um sistema de PD
para viabilidade de operações de lançamento de ROVs a grandes distâncias, de forma a
se evitar acúmulos de carga no convés do moon-pool, congestionamento entre corpos
flutuantes e aparatos subsea, e avaria de equipamentos.
O fato do SWATH RSV ser projetado com dois hidrojatos como elementos de
propulsão principal representa uma vantagem para o sistema de posicionamento
dinâmico da embarcação, uma vez que este tipo de propulsor, por si só e por estarem
alocados um em cada casco, auxiliam no poder de manobra da embarcação. Porém,
somente os hidrojatos da embarcação não são capazes de garantir um bom
posicionamento dinâmico e, dessa forma, há a necessidade de selecionar impelidores de
vante tipo Tunnel Trhuster, os chamados Bow-thrusters.
. Neste capítulo são quantificadas as forças de vento, corrente e ondas que a o
navio estará submetido para que se possa determinar os impelidores de vante que virão a
fazer parte do SWATH RSV. Para que os elementos do sistema de PD possam ser
dimensionados, o projetista deve calcular qual o empuxo total que a embarcação é capaz
de gerar para que as forças ambientais atuando sobre o casco possam ser vencidas
enquanto navio estiver em operação. Para quantificar essas forças, primeiramente é
necessário definir qual a área de ação das mesmas sobre o casco, conforme pode ser
visualizado abaixo, na Figura 39:
58
Figura 39- Áreas expostas a forças ambientais
A1 = Área transversal submersa ≈ 99,7m2;
A2 =Área transversal emersa ≈ 146,26 m2.
8.1. Força do Vento
A força máxima do vento sobre a área de ação A2 é calculada pelo com auxílio
regulamento Modu Code (1989), da IMO conforme a seguir:
FVENTO = 0,5. (Cs). (Ch). (ρar). (V²). (A) (6)
Onde:
FVENTO = Força do vento, em N;
CS = Coeficiente de forma, que depende da forma e das estruturas da embarcação expostas ao vento;
CH = Coeficiente de altura, que depende da altura do centro da área transversal projetada da forma e das estruturas da embarcação expostas ao vento;
V = Velocidade do vento, em m/s
A = Área projetada das superfícies expostas ao vento = A2 = 146,26m2;
Par = Massa específica do ar (1,222 Kg/m³)
Ainda através do Modu Code (1990) sabe-se que para ao SWATH RSV, sabe-se
que os parâmetros correspondentes ao coeficiente de forma e de altura correspondem
respectivamente a CS=1.0 e CH= 1.0.
59
Figura 40- Parâmetro para determinação do coeficiente de forma
Figura 41 - Parâmetro para determinação do coeficiente de altura
Utilizou-se velocidade de vento de 36m/s (70 nós), valor comumente aplicado
para serviços offshore em condições normais de operação.
Dessa forma, obteve-se: FVENTO = 115,81 kN
8.2. Força das Correntes
A força de través, devido à corrente (FCORRENTE) pode ser dada pela seguinte
formulação:
FCORRENTE = ½. ρagua. Vc². A1.CD (7)
Onde:
60
FCORRENTE = Força resultante de ação da corrente sobre a parte submersa do
casco;
Ρ= Massa específica da água salgada = 1025 kg/m;
V = Velocidade da corrente marítima;
A1 = Área projetada da parte exposta à ação das correntes = 99,7m2;
CD= Coeficiente de arrasto devido à forma do casco.
Como já debatido, de acordo com Carvalho (2010) a velocidade da corrente
marítima na região da Bacia de Santos VC ≤ 0,5m/s. Por segurança foi adotada VC =
1,5m/s.
Para uma boa estimativa da força FCORRENTE é necessária uma estimativa
coerente do coeficiente de arrasto do casco CD. O mais adequado seria obter o valor
deste coeficiente de arrasto através de dados experimentas utilizando um modelo do
casco e obter as derivadas hidrodinâmicas do escoamento sobre o casco, para com isso
estimar a força de swap e momento de yaw que o casco estaria submetido quando em
operação. Entretanto dada a nível preliminar do projeto do SWATH RSV, este valor
será estimado de acordo estudos de Gaythwaite (2004), onde para cascos esbeltos e com
um baixo coeficiente de bloco (caso do SWATH RSV), é possível supor um coeficiente
de arrasto lateral CD entre 0,6 e 0,8. Dessa forma admitiu-se CD= 0,7.
Figura 42- Estimativa do coeficiente Cd
Levando também em consideração que a corrente que atinge o segundo casco
tem magnitude drasticamente reduzida devido a presença do primeiro casco, podemos
estimar a força total exercida pelas forças das correntes marítimas no SWATH RSV
utilizando uma estimativa conservadora, de que o segundo casco é atingido com uma
61
velocidade de corrente de metade do valor aplicado ao casco onde há o primeiro
impacto (0,75m/s).
Assim a força total será o conjugado das forças proeminentes em ambos os
cascos:
FCORRENTE = FCORRENTE 1(Casco 1) +FCORRENTE 2 (Casco2) (8)
Dessa forma tem-se:
FCORRENTE =100,56 KN.
8.3. Força das Ondas
Não é possível precisar a força lateral resultante da ação das ondas sobre o casco
(FONDA). Entretanto, para uma escolha segura de dimensionamento dos Bow Thrusters
foi aplicado um coeficiente de segurança de 25% sobre o valor da força de corrente que
atua sobre o casco:
FONDA = 25% FCORRENTE = 25,14 KN (9)
8.4. Força Resultante Total Sobre o Casco
A força lateral total (FLATERAL) sobre o SWATH RSV é a conjugação de todas as
forças ambientais no qual o casco poderá estar submetido em operação e pode ser
finalmente obtida, como segue abaixo:
FLATERAL = FVENTO + FCORRENTE + FONDA (10)
FLATERAL ≈ 204,61 KN
8.5. Seleção dos Bow-thrusters
O sistema de posicionamento dinâmico conta com dois bow Thrusters e os dois
hidrojatos já selecionados. A conjugação do empuxo de todos os propulsores devem,
quando somados, corresponder a estimativa da magnitude da força lateral máxima
devido a ação de vento, ondas e corrente. Assim admitiu-se que cada impelidor de vante
deverá apresentar um empuxo de:
FEMPUXO_BOW_THRUSTER= (FEMPUXO_TOTAL)/4=51, 15 KN (11)
62
A escolha dos Bow Thrusters se deu através da análise de navios semelhantes
levando-se em consideração os cálculos efetuados nesta seção. Tendo isso em vista,
foram escolhidos modelos STT 110 da Schottel, com potência máxima de 200kW
Figura 43- Bow-thrusters selecionados
Figura 44 –Bow-thruster STT110 Schottel
63
9. GERAÇÃO DE ENERGIA
Para determinação dos geradores do SWATH RSV é necessário que haja análise
completa do balanço elétrico da embarcação, com levantamento de todos os
equipamentos presentes no navio que demandam energia elétrica para seu
funcionamento. Entretanto, dado o caráter preliminar deste projeto, a determinação de
geradores auxiliares e de emergência se dará no uso de embarcações semelhantes a
proposta do navio RSV.
9.1. Geradores Auxiliares
Os geradores auxiliares foram dimensionados de acordo com a estimativa de
demanda elétrica do navio catamaran de Schachter et al (2012) , com o mesmo escopo
de RSV compacto de cerca de 30 metros de comprimento total. A partir deste valor,
dois geradores auxiliares de 540kW de potência cada, modelo 3412C, da Caterpillar.
Figura 45 – Características do gerador auxiliar selecionado
64
Figura 46- Modelo de gerador 3412C, da Caterpillar
9.2. Geradores de Emergência
Para seleção dos geradores de emergência o mesmo recurso será utilizado, e
tendo como base o navio de Schachter et al (2012), selecionou-se um gerados modelo
C4.4, da Caterpillar, com 56kW de potência, cujos detalhes são verificados abaixo,
retirados do próprio catálogo online da empresa.
Figura 47- Características do gerador de emergência selecionado
65
Figura 48- Gerador de emergência C4.4 da Caterpillar
66
10. DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL
Nesta seção são determinados a nível de projeto preliminar todos os principais
reforços estruturais da embarcação, bem como espaçamentos, distribuição de conveses e
detalhes de compartimentação, assim como todos os cálculos que julgam a capacidade
da embarcação de resistir às cargas solicitadas de acordo com definições de regras
classificadoras.
O dimensionamento estrutural faz demasiado importante para o projeto global
do SWATH RSV devido principalmente à forma não usual dos cascos gêmeos, e
possibilidade de um peso leve elevado em relação a monocascos e catamarans
equivalentes, em função da grande área molhada dos pontoons.
Toda a topologia estrutural foi projetado através da regra HSC - High Speed
Naval Craft (2007) da sociedade classificadora ABS (American Bureau of Shipping)
[5]. Além disso todas as espessuras utilizadas provém do padrão comercial fornecido
pelos principais fabricantes do mercado brasileiro. Não existe abordagem específica
para SWATHs na regra utilizada, dessa forma ela foi interpretada de maneira análoga a
uma embarcação convencional de dois cascos, como de fato é um multicasco.
A embarcação terá toda sua estrutura construída em alumínio naval 5052 H34,
que em geral, possui o peso específico de aproximadamente 2.68 t/m³, tensão de
escoamento igual a 200 MPa e tensão de ruptura de 255 MPa.
10.1. Sistema Estrutural
De acordo com a ABS, como o navio projetado apresenta menos de 60 metros, a
estrutura do RSV deverá ser reforçada com reforços gigantes transversais, as chamadas
cavernas; e com reforços pequenos longitudinais. Como é possível verificar, a
embarcação só possui reforçadores gigantes transversais. Tal escolha além de ser uma
recomendação da sociedade classificadora representa maior facilidade de construção da
embarcação.
67
Figura 45- Sistema estrutural do Superferry Havaiano
Figura 46- Detalhe de reforçamento do interior do pontoon do SWATH RSV
10.2. Principais Espaçamentos
Antes de aplicar a regra e determinar o posicionamento de anteparas, devemos
ter definido de acordo com critérios do projetista o espaçamento entre reforços, para que
posteriormente sejam calculados em função disso as espessuras mínimas de
chapeamento, momento de inércia e módulo de seção requeridos da seção-mestra e
reforços, além de posicionar anteparas assim que possível na mesma longitudinal que as
cavernas gigantes, representando economia de aço.
Tabela 9- Espaçamento entre cavernas e longitudinais
Espaçamento entre cavernas 1 m
Espaçamento entre longitudinais 0,5 m
68
10.3. Distribuição de Conveses
O SWATH RSV contará ao todo com 4 convéses: convés molhado, convés
principal, convés do passadiço e do tijupá. Para o dimensionamento estrutural é
necessário uma definição prévia de tais conveses, onde abaixo pode ser observada sua
distribuição:
Figura 47- Posicionamento dos conveses da embarcação
10.4. Anteparas de Colisão
A regra da ABS define que a antepara de colisão de vante deve estar localizada a
uma distância não inferior a 0.05Lf da roda de proa na região de linha d’água, onde Lf é
o comprimento de linha d’água medido a 0.85D.
Sendo assim:
Ant_Vante > 0.05 Lf, ; onde Lf= 18,69 (12)
Logo: Ant_Vante > 0,95 m
Assim, o comprimento mínimoda antepara de colisão de vante à roda de proa,
que constitui o pique-tanque de vante, é de 0,95 metros.
Como a regra não especifica uma distância mínima do espelho de popa à
antepara de colisão de ré, em prol da segurança usaremos o mesmo valor mínimo
definido para Ant_Vante.
69
Tendo sido determinados os valores mínimos, alocou-se as anteparas nas
posições que se mostraram mais adequadas ao projetista, coincidindo com cavernas
gigantes.
Tabela 10 – Espaçamento das anteparas de colisão
Distância antepara de colisão de vante - proa 1,15 m
Distância antepara de colisão de ré - popa 4,00 m
Figura 48 – Anteparas de colisão
10.5. Moon-Pool
Além das anteparas de colisão a ré e a vante, a embarcação contará com duas
anteparas transversais e duas anteparas longitudinais na altura do moon-pool, presentes
entre o convés principal e o convés molhado, conforme ilustrado a seguir. A presença
dessas anteparas se dá na intenção de garantir continuidade estrutural às anteparas
longitudinais do moon-pool e diminuir o vão livre das cavernas dos conveses molhado
e principal.
70
Figura 49- Posicionamento das anteparas do moonpool
Figura 50 - Posicionamento das anteparas do moonpool
10.6. Anteparas Estanques
Segundo a ABS, toda embarcação com comprimento L maior que 15 metros,
deverão ser providos de anteparas estanques, onde o número de aberturas nas
subdivisões estanques devem ser reduzidos ao mínimo, compatível com o
funcionamento apropriado do navio. Vãos de acesso, tubulações, ventilação, cabos
elétricos, entre outros, devem manter a integridade estanque da antepara.
71
Uma das desvantagens do navio SWATH é a sua estabilidade em avaria, que
pode se tornar em um fator crítico de projeto. Dessa forma todas as anteparas dos
pontoons são projetadas para serem estanques e diminuir a desvantagem desta
concepção. Além disso, todos os acessos do deckbox aos torpedos se dão através de
escotilhas estanques. Todos os detalhes de estabilidade em avaria do navio podem ser
encontrados no Capítulo 15.
Figura 51 – Anteparas do interior dos torpedos
10.7. Praça de Máquinas
Visto que já foram definidos os principais equipamentos que irão ser abrigados na praça
de máquinas da embarcação com a determinação das sínteses sistema propulsivo e
sistema de geração de energia, é possível dimensionar um espaçamento para esta região
que proporcione capacidade de alocar com facilidade e segurança os equipamentos
intensificando a operacionalidade da embarcação ao mesmo tempo que não represente
um déficit no espaço destinado a carga de suprimentos. Na praça de máquinas foram
dispostos os principais equipamentos, como as redutoras e os MCPs, demais
equipamentos são dispostos em compartimento do interior do deckbox.
Dessa forma, pensando também no espaçamento entre cavernas, o comprimento
da praça de máquinas ficou com o valor que pode ser observado abaixo, em metros:
72
Figura 52 – Detalhe da praça de máquinas do SWATH RSV
10.8. Compartimento Bow-thruster
Tendo sido determinados os impelidores de vante, foi possível determinar o
compartimento que abriga os bow-thrusters, como é observado a seguir.
Figura 53- Detalhe compartimento do bow-thruster
10.9. Topologia Estrutural
Esta síntese corresponde especificamente a determinação da topologia estrutural
do SWATH RSV com todos os seus dimensionamentos, onde sua análise se dá no
cálculo do módulo de seção da seção mestra do navio projetado, onde é verificada a
capacidade do viga-navio resistir a esforços de flexão e torção.
73
Conforme já mencionado, a embarcação terá chapeamentos e reforços
construídos em alumínio naval 5052 H34, que em geral, possui o peso específico de
aproximadamente 2.80 t/m. O projeto estrutural do SWATH RSV é balizado com base
na regra “High Speed Craft” da classificadora Norte Americana ABS (American Bureau
of Shipping).
O dimensionamento estrutural irá depender primeiramente da espessura
comercial fornecida pelos principais fornecedores do mercado brasileiro).Neste projeto
utilizou-se apenas espessuras comerciais de alumínio naval.
Como a regra dá as espessuras mínimas, serão utilizadas espessuras maiores
adequadas as espessuras comerciais de alumínio naval, garantindo uma folga que
permite uma maior segurança.
Todos os reforçadores do SWATH RSV serão em perfil “T” nas longitudinais e
barras-chatas nas transversais. Ambos os perfilados são comuns em projetos navais e
visam otimizar o aproveitamento de espaço no interior.
Serão calculados todos os elementos estruturais, para a medida da boca definida
com a determinação inicial de 15 metros de distância entre os dois cascos do SWATH.
Vale ressaltar que como não há regra específica para navios SWATH, foram
feitas analogias a mesma com um catamaran padrão. Toda a região dos pontoons foram
considerados como fundo do navio e os struts como costado, para definição de
espessura de chapeamento e dimensionamento de reforços.
Segundo a regra “High-Speed Craft”, da classificadora ABS, calculou-se a
espessura mínima requerida de cada chapeamento da embarcação. A seguir os valores
calculados e os praticados no projeto.
Tabela 11- Espessuras dos chapeamentos
Chapeamento Requerido Utilizado
Pontoon 23,59 (mm) 25,40 (mm)
Costado 6,64 (mm) 7,93 (mm)
Convés "West Deck" 6,64 (mm) 7,93 (mm)
Convés Principal 5,73 (mm) 7,93 (mm)
Convés Comando 3,74 (mm) 4,00 (mm)
Superestrutura 3,74 (mm) 4,00 (mm)
Anteparas Estanques 5,73 (mm) 6,35 (mm)
74
A regras estabelecidas determina que todas as vigas estruturais devem possuir no
mínimo um determinado valor para o módulo de seção máximo, estabelecido de acordo
com a função e esforços ao qual estão submetidas.
O dimensionamento das vigas é feito então por um processo iterativo, onde se
combinam diferentes dimensões do perfil do elemento a fim de que seja alcançado valor
superior ao módulo de seção mínimo requerido pela regra pertinente, , em outras
palavras:
Os reforçadores pequenos longitudinais e os gigantes transversais foram
selecionados de acordo com o tópico 3/10.1 da regra da ABS. Seguem abaixo os
detalhes do seus dimensionamentos:
Tabela 12- Dimensionamento dos reforços
Tipo de
Reforço Local
w
(cm)
t_w
(cm)
L_F1
(cm)
t_F1
(cm)
L_F2
(cm)
t_F2
(cm)
SM_
Req.
(cm³)
SM_
Calc.
(cm³)
Margem
(%)
Ref. Long. Pontoon 12 1,27 8 1,27 50 2,54 261,738 279,5664 6,81%
Cav. Gig. Pontoon 25 1,905 0 0 100 2,54 425,3243 535,7402 25,96%
Ref. Long. Costado/Struts 12 1,587 8 1,587 50 0,793 259,8245 370,471 42,59%
Gig. Transv. Costado/Struts 10 0,793 0 0 100 0,793 22,51812 35,21409 56,38%
Gig. Transv. Costado 20 2,22 0 0 100 0,793 422,2147 487,6612 15,50%
Ref. Long. Convés
Principal 12 0,635 8 0,635 50 0,793 93,40013 120,4191 28,93%
Gig. Transv. Convés
Principal 20 0,793 0 0 100 0,793 76,636 128,2059 67,29%
Ref. Long. Convés "wet-
deck" 12 1,27 8 1,27 50 0,793 197,119 279,2973 41,69%
Figura 54 – Dimensionamento de reforços
75
Tipo de
Reforço Local
w
(cm)
t_w
(cm)
L_F1
(cm)
t_F1
(cm)
L_F2
(cm)
t_F2
(cm)
SM_
Req.
(cm³)
SM_
Calc.
(cm³)
Margem
(%)
Gig. Transv. Convés "wet-
deck" 25 1,58 0 0 100 0,793 438,0423 469,225 7,12%
Prumos Ant. Estanque 12 0,952 8 0,952 50 0,635 154,6031 201,7328 30,48%
A regra utilizada para balizamento da topologia estrutural também exige que
sejam atendidos valores mínimos para os seguintes parâmetros:
Módulo de seção longitudinal da viga-navio;
Momento de inércia longitudinal da viga navio;
Módulo de seção transversal da estrutura cruzada, ou cross structure
Módulo de seção torcional da estrutura cruzada, ou cross structure
A seção-mestra da embarcação é mostrada na Figura abaixo, onde o lado direito
corresponde a reforços longitudinais, e o lado esquerdo aos reforços transversais.
Figura 55-Seção-Mestra do SWATH RSV
De acordo com a regra presente no tópico 3/6.3 da ABS High Speed Craft, tendo
como base os dimensionamentos de cada reforço longitudinal individual e o croqui da
76
seção-mestra da embarcação, têm-se os seguintes resultados referentes ao cálculo do
momento de inércia e o módulo de seção longitudinal da viga navio:
Tabela 13 – Requisitos da estrutura longitudinal do SWATH RSV
Regra
(cm²m)
Calculado
(cm²m)
Segurança
(%)
Módulo de Seção Longitudinal da Viga
Navio 433,17 1021,55 135,83%
Momento de Inércia Longitudinal da
Viga Navio 704,99 5529,92 684,40%
De acordo com o tópico 3/6.3 da mesma regra da ABS, com o auxílio do
apêndice 3/B, é possível calcular o módulo de seção torcional da estrutura cruzada,
tendo como base o dimensionamento dos reforços transversais desta estrutura e o croqui
da mesma.
A estrutura cruzada, ou do inglês cross structure, do SWATH RSV segue
conforme Figura abaixo, onde pode-se visualizar as estruturas transversais entre o
convés “wet-deck” e o convés principal.
Figura 56- Estrutura cruzada do SWATH RSV
O apêndice 3/B da regra apresenta uma forma de cálculo para uma estrutura
padrão, que se assemelha muito com a utilizada no SWATH RSV, como pode ser
77
visualizado na Figura abaixo, o que proporciona desta maneira uma maior
confiabilidade ao dimensionamento da estrutura cruzada, mesmo com SWATH se
tratando de uma forma não convencional.
Figura 57 – Geometria típica da seção na linha de centro da estrutura cruzada
O cálculo do módulo de seção transversal ocorre de maneira análoga à do
módulo de seção longitudinal da viga navio, já para determinação do módulo de seção
torcional, o procedimento adotado é o mesmo sugerido pela referida regra:
Momento de inércia torcional oferecido pela estrutura cruzada:
(13)
Onde:
JT= Momento de inércia torcional da estrutura cruzada;
ki= Rigidez de cada elemento:
(14)
xi= Distância longitudinal do elemento transversal à perpendicular de
vante, em cm;
n = Número total de elementos da estrutura cruzada;
78
Lc= Centro de rotação torcional:
(15)
E = Módulo de elasticidade do material, em kN/m= 7,2E+3 kN/cm;
Ii= Momento de inércia o elemento em estudo, em cm;
Li= Espaçamento entre os centros dos cascos do catamaran, em cm;
Para o RSV30, com 15m de distância entre os cascos tem-se:
JT= 3,13E+17 kN/cm
Módulo de seção torcional:
(16)
Onde:
ZT= Módulo de seção torcional da estrutura cruzada, em cm;
y = Eixo neutro da estrutura cruzada, em cm;
dcs= Altura da estrutura cruzada, conforme Figura 58.
Tabela 14 - Requisitos da estrutura transversal do SWATH RSV
Regra
(cm²m)
Calculado
(cm²m)
Segurança
(%)
Módulo de Seção Transv. Cross
Struct. 116,58 236,22 102,63%
Módulo de Seção Torcional
Cross Struct. 101,92 124,4 22,05%
79
10.10. Peso Estrutural
Tendo todos os dimensionamentos estruturais e a forma do casco, é possível
obter o peso estrutural da embarcação de alumínio naval. Para isso utilizou-se
basicamente todos os dimensionamentos realizados nesta seção e o software Rhinoceros
5.0, onde reforçadores transversais, longitudinais, chapeamento externo e interno foram
modelados, de modo a discretizar toda a estrutura do navio.
Todo o modelo foi constituído de elementos de superfície, onde o programa é
capaz de calcular a área e o centróide de área dos elementos. Assim considerou-se que
como a espessura em geral dos elementos estruturais é muito pequena tanto de chapas
quanto de reforços, que o centro de massa de cada elemento individual é coincidente
com o centróide de área do mesmo. Para definição do peso de alumínio total
multiplicou-se a área de cada elemento pela sua espessura e pela massa específica do
aço, de 2,80 ton t/m³.
A seguir é possível acompanhar detalhes da estrutura modelada do SWATH
RSV bem como a composição final do peso estrututal
Figura 58- Chapeamento externo
80
Figura 59-Chapeamento dos conveses “wet deck”, principal e de passadiço
Figura 60 – Reforços transversais e longitudinais
81
Figura 61 – Detalhe de reforçamento dos pontoons e struts
Figura 62- Reforçadores e anteparas estanques
82
Figura 63 – Navio Completo
Com a modelação da estrutura interna e externa do SWATH RSV foi possível o
cálculo do peso leve estrutural e do centro de gravidade do alumínio, conforme pode ser
observado abaixo. Também foi feito um acréscimo de 3% no peso estrutural, que
compreende uma margem de erro decorrente ao peso de solda e reforços locais, tais
como borboletas e reforços contra flambagem, onde tal acréscimo se deu no mesmo
centro de gravidade do peso estrutural.
Tabela 15- Peso leve estrutural
Peso (ton) Xg (m) Yg (m) Zg (m)
Peso Estrutural 104,90 14,66 0 4,81
Peso Estrutural + Margem 3% 108,05 14,66 0 4,81
83
11. EQUIPAMENTOS ESSENCIAIS À OPERAÇÃO
O SWATH RSV têm a grande missão de comportar todas as funcionalidades dos
RSVs comuns em uma embarcação compacta, de 30 metros de comprimento. Valendo
esta premissa, foram selecionados no mercado equipamentos mais leves e menos
robustos. A definição de todos os principais equipamentos é imprescindível para o
cálculo do peso leve e cg e os decorrentes cálculos de equilíbrio e estabilidade intacta e
em avaria. Abaixo são descritos os equipamentos de operação escolhidos: Moon Pool
11.1. Moon Pool
A presença do moon pool se dá em geral em plataformas de perfuração, navios-
sonda e navios de apoio ao mergulho e exploração subaquática. Nada mais é que uma
abertura na base do casco que dá acesso à água, permitindo que técnicos e
pesquisadores possam operar enviar instrumentos e ferramentas para o mar, além de
auxiliar operações de mergulho.
Figura 64- Moon pool de um SWATH (Western Flyer) visto de fora e em operação
No caso do SWATH RSV, o moon pool apenas será utilizado para operação dos
ROVs, de forma a prestar apoio aos mergulhos raso e saturado. Visto que esta estrutura
deverá ter as dimensões necessárias para comportar um ROV do tipo “work class” e um
sino de mergulho, a medida de 4 metros de comprimento por 4 metros de largura se
mostra bastante satisfatória.
O moon pool deverá ser devidamente fechado quando não estiver em operação,
se tratando de uma abertura indesejável sob o ponto de vista operacional. Sendo assim,
através da empresa TTS group, encontrou-se diferentes tipos de escotilhas para moon
84
pool, onde na ilustração abaixo podemos visualizar o comumente usados side hinged
two-section cover, operado por cilindros hidráulicos.
Figura 65- Botton moon pool hatch cover
11.2. ROV de Trabalho
Equipamento capaz de dar suporte a instalações e construções submarinas de
grande profundidade de todos os tipos: realizar instalações de tubulações, manutenção
submarina de cabos, amarras e tubulações, realizar salvamento submarino, fazer
reconhecimento de áreas em alta profundidade, realizar inspeção, reparo e manutenção
de plataformas, entre outros serviços diversos a grandes profundidades.
O “Triton XLR”, que será utilizado, é um dos menores modelos de ROV
existentes no mercado. Compacto, potente, e apresenta interface para todos os
equipamentos de pesquisa subaquática.
Figura 66 - ROV Work Class Triton XLR
O modelo escolhido possui até 150 hp de potência instalada, consegue atingir até
4.000m de profundidade e sustenta até 250 kg de carga com seus braços mecânicos.
Possui quatro propulsores verticais e quatro propulsores horizontais, duas câmeras,
altímetro, sensores de roll/pitch, além, de braços mecânicos, holofotes e outras
85
ferramentas. Dimensões: 2,50 metros de comprimento, 1,70 metros de largura, 2,00
metros de altura, e com peso girando em torno de 3,0 toneladas.
11.3. ROV de Observação
O ROV de observação pode vir a servir como veículo de exploração em águas
profundas, ou eventualmente atuar em conjunto com o ROV de trabalho (work-class).
O modelo Minimum da empresa Oceaneering tem capacidade de atuar em até
3.050 metros de profundidade da lâmina d`água. Dimensões:1,65 metros de
comprimento, 1 metros de largura, 0,51 metros de altura, pesando aproximadamente
250 quilos.
Figura 67 - ROV Minimum
11.4. Transponders
Transponder é um dispositivo de comunicação eletrônico complementar de
automação e cujo objetivo é receber, amplificar e transmitir informações como
temperatura, pressão, salinidade, velocidade de corrente etc. de diferentes níveis
profundidades.
No SWATH RSV foram selecionados três modelos de transponders, todos da
empresa “Trelleborg Offshore”
Modelo “TFC3-1000”, pesa 56 kg, e projetado para trabalhar à 1.000m de
profundidade;
Modelo “TFC3-2000”, pesa 63 kg, e projetado para trabalhar à 2.000m de
profundidade;
Modelo “TFC3-3000”, pesa 65 kg, e projetado para trabalhar à 3.000m de
profundidade;
86
Figura - Transponder TFC3
O peso total proveniente dos transponders é de 181 quilos.
11.5. Barco de Apoio
O barco que prestará apoio à operação do SWATH será o modelo “Zodiac ProJet
420 TC4” da empresa Zodiac, possuindo as seguintes características: propulsão
hidrojato, capacidade para até 6 pessoas, 4,5 metros de comprimento total, 1,9 metros de
boca, 1,2 metros de pontal, pesando aproximadamente 410 quilos.
Figura 68 - Barco de apoio Zodiac ProJet 420 TC4
11.6. Guindaste Principal
A fim de reduzir o peso total dos equipamentos à bordo, o SWATH projetado
contará com um guindaste principal de pequeno porte, do tipo knuckle-boom, com boa
versatilidade e que ao mesmo tempo consegue suprir a necessidade do navio. Essa
escolha é válida visto que o objetivo da embarcação é prestar apoio com mergulhadores
e ROVs, logo não serão efetuadas instalações ou transporte de grandes tubulações,
equipamentos ou cargas. O guindaste principal escolhido se restringirá a realizar a
operação dos ROVs e movimentação de cargas de pequeno porte através do convés do
navio.
87
Será utilizado o guindaste PK 65002M da empresa Palfinger Marine. Este
guindaste possui capacidade de carga de 61,4 tm. Suas dimensões, quando guardado,
são de aproximadamente 2,8 metros de comprimento, 2,8 metros de altura e 1,80
metros de largura, pesando 4,815 tons. Abaixo sua capacidade de carga:
Figura 69- Detalhes técnicos-guindaste PK 65002M
O ROV de trabalho (work-class) é o equipamento mais pesado que este
guindaste terá que manusear. Seco, este ROV não pesará mais do que 3,0 tons, assim
para este equipamento, o guindaste poderá esticar-se, com segurança, a no máximo 15,8
metros.
Figura 70 - Guindaste knuckle-boom Palfinger Marine PK 65002M
88
11.7. Guindaste Secundário
O SWATH deverá contar com um guindaste secundário, de menor porte, para
operação do ROV de observação, transponders e da embarcação de apoio.
O modelo escolhido no projeto também é da empresa Palfinger Marine, o PK
11001M, com capacidade de carga de 9.6 tm, conseguindo operar cargas de até 800 kg
quando esticado em 10 metros, atendendo assim confortavelmente à embarcação de
apoio, ao ROV de observação e aos transponders. Abaixo sua capacidade de carga:
Figura 71- Detalhes técnicos-Guindaste PK 11001M
Figura 72 - Guindaste PK 11001M
Suas dimensões, quando guardado, são aproximadamente 2,1 metros de
comprimento, 2,1 metros de altura e 0,7 metros de largura, pesando 0,880 tons.
11.8. Guinchos
Os guinchos irão atuar junto com os guindastes. A embarcação contará com dois
tipos:
89
Guincho do Guindaste Principal: Atuará em conjunto com o guindaste
principal e servirá ao ROV e demais cargas pesadas manipuladas pela
embarcação de apoio. O modelo utilizado será o “Dynacon Model 421 D3” da
empresa Dynacon Inc., que consegue alcançar 3.500 metros de profundidade
utilizando um cabo umbilical de 34 milímetros de diâmetro. Este guincho
suporta até 14,750 toneladas de carga. Possui 4,521 metros de comprimento,
3,245 metros de largura, 4,408 metros de altura e pesa em torno de 9,875
toneladas.
Guincho dos Transponders: Este guincho deverá ser capaz de fazer a operação
do ROV de observação e transponders a altas profundidades, desta forma, foi o
modelo 800A da empresa Dynacon, que alcança 4.000 metros de profundidade
utilizando um cabo umbilical de 6,35 milímetros de diâmetro. Suporta até 1,750
toneladas de carga, possuindo 0,813 metros de comprimento, 1,651 metros de
largura,1,245 metros de altura e pesando aproximadamente 0,985 toneladas.
O peso total proveniente dos guinchos será de 10.86 toneladas.
11.9. Sistema Completo para Mergulho Saturado
Visto as dimensões da embarcação, o SWATH usará um sistema para mergulho
saturado mais compacto em relação aos comumente utilizados pelas grandes
embarcações .
Como base de exemplo podemos citar o modelo “ESO-131 6-Man Saturation
System”, da empresa Dixon Marine, que suporta até 6 homens, com capacidade para 4
homens viverem dentro da câmera hiperbárica e um sino de mergulho pressurizado
capaz de descer a altas profundidades (até 350 metros), com capacidade para 2 homens.
A energia necessária à operação da câmara virá dos geradores da embarcação. A sala de
controle, assim como a sala de equipamentos para o mergulho saturado, serão
transferidas para acomodações no navio.
90
Figura 73- Modelo ESO-131 6-Man Saturation System
De acordo com o fabricante, o equipamento original ocupa em torno de 51 m2 de
área, com peso total de aproximadamente 53 toneladas. Entretanto, excluindo a sala de
comando e o container que contém a central de geração de energia, o peso total do
sistema passa a possuir 30 toneladas.
O sistema então compreende:
Câmara Hiperbárica Principal (Hiperbaric Living Chamber - HLC): 6,00metros
de comprimento, 3,40metros de largura, 2,40metros de altura, pesando
aproximadamente 9,00 tons;
Módulo Principal: Câmara hiperbárica secundária (hiperbaric recue chamber –
HRC) + sino de mergulho + guindaste a-frame do sino de mergulho + guincho
do sino de mergulho com cabo umbilical. Dimensões em torno de 8,30metros de
comprimento, 2,8metros de largura, 3,90metros de altura, pesando
aproximadamente 17 tons;
Equipamentos Restantes: Aquecedores de água, unidade de gases de
sobrevivência, sistema de ar-condicionado etc. Equipamentos que ficam sobre a
câmara hiperbárica principal (HLC), portanto, com dimensões de 6,00metros de
91
comprimento, 3,40metros de largura, 1,10metros de altura, pesando
aproximadamente 4,00 tons.
11.10. Câmara de Descompressão
Ao realizar um mergulho raso (ou de superfície) de profundidades elevadas, os
mergulhadores são submetidos a grandes pressões, devido à coluna d’água, e, ao
retornarem do mergulho, a descompressão rápida pode provocar o surgimento de bolhas
de nitrogênio no sangue. Este problema pode ser resolvido realizando uma
descompressão lenta, subindo à superfície com paradas no fundo do mar ou usando
câmaras de descompressão. Estas câmaras são utilizadas para permitir que o
mergulhador faça a descompressão na superfície ao invés de ter que fazer a demorada
descompressão com paradas no fundo do mar.
Este equipamento é mais simples que o equipamento de sistema saturado e será
utilizado somente para mergulhos rasos (de até 100metros de profundidade).
O SWATH será equipado com a câmara COWAN Transportable 5-Person TL,
da empresa COWAN, que tem capacidade para 5 (cinco) pessoas. Dimensões:
2,943metros de comprimento, 1,533metros de largura, 1,361metros de altura, pesando
950 quilos.
Figura - COWAN Transportable 5-Person TL
11.11. Compressor
É imprescindível a presença de um compressor no RSV, de forma a operar os
diversos equipamentos de auxílio ao mergulho raso e saturado.
92
O projeto aqui apresentado não se preocupará em projetar corretamente este
equipamento, no entanto, como este equipamento é de grande porte, ocupando espaço e
deslocamento da embarcação, através de pesquisa em embarcações RSV semelhantes
(RSV Capricorn , RSV Pegasus e Western Flyer) será suposto um compressor com
capacidade similar aos utilizados.
O compressor admitido será o SCR220WG-10 Oil-free Compressor, da empresa
SCR, que apresenta 2,880 metros de comprimento, por 1,880 metros de largura, por
1,880 metros de altura pesando 3,65 ton. Apresenta potência é de 160 kW e possui
capacidade de 22 m3/min à uma pressão de 10 bar.
Figura - SCR220WG-10 Oil-free Compressor
11.12. Equipamentos de Salvatagem
Neste tópico se faz necessário o detalhamento dos equipamentos de salvatagem,
como extintores de incêndio, bombas e mangueiras de incêndio, roubas de isolamento
térmico, coletes salva-vidas, entre outros.
Para determinação dos equipamentos requeridos de segurança e salvatagem,
precisa-se definir o tipo de embarcação segundo a regra NORMAM 01. De acordo com
os Capítulos 03, 04 e anexo 04-A da NORMAM, o SWATH projetado, que se encaixa
174 como uma embarcação de apoio marítimo de carga, deve possuir um bote de resgate
e botes salva-vidas para 100% da tripulação.
Por meio do perfil operacional do escopo do projeto do SWATH RSV, sabe-se
que o número total de pessoas a bordo será de aproximadamente 27 pessoas, dessa
forma, serão selecionados 4 (quatro) “Viking Liferaft – L025DS10”, da empresa
“Viking Advantage” com capacidade para 25 pessoas cada um, atendendo assim a cerca
93
de 200% da tripulação. Por serem dobáveis e confeccionados com polímeros e tecidos
leves, suas dimensões e peso serão admitidos desprezíveis.
94
12. DETERMINAÇÃO DE CONSUMÍVEIS
12.1. Óleo Combustível (Diesel):
O SWATH RSV está sendo projetado para operar no pré- sal, assim, o tempo
que levará para atingir o seu destino cobrindo uma distância de 540 km na velocidade
de 16kt será de 18 horas. Ou seja, a cada serviço, a embarcação operará não mais que 2
dias na Vs, o restante do tempo considera-se que a embarcação irá operar em
posicionamento dinâmico ou ancorada.
Levando em consideração uma viagem de 10 dias, através da análise da
operação deste tipo de embarcação pode-se simplificar um perfil propulsivo
equivalente à, aproximadamente, 25% do tempo em Vs e os outros 75% em DP ou
ancorada.
Na operação de embarcações offshore na região do pré-sal na qual o SWATH
RSV está inserido verifica-se no geral uma autonomia de cerca de 30 dias. Na opção
por uma embarcação mais compacta, se oferece neste projeto uma embarcação com
menor autonomia, que no entanto, é amplamente capaz de executar as necessidades
demandadas pela mesma, principalmente em operações ágeis de ROVs. Eventualmente,
caso haja necessidade, também é possível que haja carregamento de combustível em
alto-mar, através de mangotes, com tomadas presentes do convés que dirigem o fluido
até os tanques.
Sabendo que quando o SWATH RSV estiver operando em posicionamento
dinâmico (DP), ocasionalmente será necessário acionar os hidrojatos para auxiliar os
Thrusters. O consumo dos motores nesse caso não serão maiores que 10% do consumo
à Vs. Assim, é possível calcular a necessidade de consumo dos motores principais
(MCPs) e dos MCAs da embarcação.
95
Tabela 16 – Peso Total de Diesel
MCPs MCAs
Consumo na Vs (L/h) 183 79
Consumo em DP (L/h) 18,3 153,1
Qtde Motores 2 2
Horas em Vs (h) 6 6
Horas em DP (h) 18 18
Dias de serviço 10 10
Consumo diário/ motor (L) 1427,4 3229,8
Peso Total Diesel (ton) 24,27 58,88
Dessa forma define-se que para 10 dias de operação, a embarcação deverá
transportar aproximadamente 79,2 ton de óleo diesel para consumo próprio, ocupando
um volume de 83,84 m³.
12.2. Água Potável
De acordo com a Fundação Nacional de Saúde, uma pessoa necessita de 60
litros de água por dia. Como a embarcação comportará um máximo de 27 pessoas à
bordo, a quantidade necessária para 10 dias de viagem será de 18.900L ou 18,9 ton de
água potável.
Os tanques de água doce (em azul), diesel (em vermelho), e os de lastro (verde)
foram modelados no software Maxsurf Modeler e são ilustrados abaixo. Todos os
detalhes de posicionamento podem ser encontrados na seção Arranjo Geral [cap. 13].
96
13. ARRANJO GERAL
O arranjo geral do SWATH RSV foi projetado com o intuito de promover uma
distribuição de equipamentos no qual seja capaz realizar com sucesso todas as
operações requeridas, apresentando capacidade de alocar 27 pessoas com conforto e
segurança.
O uso de embarcações multicasco permite que haja uma boa área de convés no
deck-box, permitindo que equipamentos e compartimentos possam ser distribuídos
facilmente de maneira a garantir segurança e operacionalidade.
Figura 74- Vista de perfil do SWATH RSV
Figura 75 - Pontoon do SWATH RSV, vista superior
97
Figura 76 - Convés 01 do SWATH RSV
Figura 77- Convés principal do SWATH RSV
98
Figura 78 - Cabine de comando do SWATH RSV
99
14. PESO LEVE
Com todas as etapas do projeto realizadas até aqui, com a compreensão do navio
até então pode-se realizar a composição total do peso leve do SWATH RSV. Esta
análise bem como o centro de gravidade do navio leve é possível tendo sido
determinados os equipamentos de apoio, máquinas, estrutura interna, chapeamento e
disposição do arranjo geral.
Figura 79 – SWATH RSV
O peso estrututal, um dos componentes do peso leve do navio, foi calculado na
seção 10.10:
Tabela 17 – Peso estrutural, já com margem de solda
Peso (ton) Xg (m) Yg (m) Zg (m)
Peso Estrutural 108,05 14,66 0 4,81
Os equipamentos essenciais a operação do SWATH RSV e as principais
máquinas da embarcação também foram escolhidas, sendo observado abaixo o peso de
cada elemento bem como a composição final do peso de máquinas e equipamentos:
100
Tabela 18- Equipamentos essencias a operação do SWATH RSV
Equipamentos Principais Peso (ton)
ROV Work 3
ROV Obs 0,25
Transponder 1 0,056
Transponder 2 0,063
Transponder 3 0,065
Barco de Apoio 0,41
Guindaste Principal 4,815
Guindaste Secundário 0,88
Guincho Principal 9,875
Guincho Secundário 0,985
Câmara de Saturação 30
Câmara de Descompressão 0,95
Compressor 3,65
Guincho 1 0,3
Guincho 2 0,3
Total 55,599
Tabela 19 – Maquinário principal do SWATH RSV
Maquinário Peso (ton)
Hidrojato BE 2,42
Hidrojato BB 2,42
MCP BE 4,87
MCP BB 4,87
Caixa Redutora BE 3,108
Caixa Redutora BB 3,108
MCA 1 4,33
MCA 2 4,33
Gerador de Emergência 0,805
Bow Thruster 1 0,89
Bow Thruster 2 0,89
Total 32,041
Assumiu-se o peso do outfitting como aproximadamente 10% do peso leve
estrutural. O outfitting que engloba uma estimativa para o peso de equipamentos
auxiliares, mobílias, tubulações, válvulas, dutos, acabamentos, isolamento etc. Seu
centro de gravidade, por se tratar de pesos igualmente distribuídos ao longo da
embarcação, será suposto como sendo o mesmo do peso estrutural.
101
Tabela 20 – Peso do Outfitting
Peso (ton) Xg (m) Yg (m) Zg (m)
Outfitting 10,45 14,66 0,00 4,81
Dessa forma, com a determinação dos pesos tratados nesta seção é possível
realizar a estimativa do peso leve do SWATH RSV:
Tabela 21 – Peso leve do SWATH RSV
Peso (ton) Xg (m) Yg (m) Zg (m)
Peso estrutural 108,05 14,66 0,00 4,81
Equipamentos Princ. e Máq. 87,64 9,78 0,00 4,30
Outfitting 10,50 14,66 0,00 4,81
Peso Leve 206,14 12,59 0,00 4,59
102
15. EQUILÍBRIO E ESTABILIDADE
15.1. Condições de Carregamento
A análise de equilíbrio estático da embarcação e da estabilidade intacta e em
avaria são realizadas sobre as condições de equilíbrio no qual a embarcação estará
submetida em operação. Dessa forma se faz necessária a definição destas condições
neste estágio de projeto.
Foram determinadas duas condições de carregamento, tendo como base o perfil
operacional e o caráter da proposta do navio RSV de pequeno porte que não transporta
suprimento às plataformas, demandando poucas condições de carregamento,
basicamente condição de partida com tanques totalmente cheios de consumíveis e
condição de chegada com apenas 10%.
Tabela 22 – Condições de carregamento
Condições Óleo Diesel Água Doce Xg (m) Yg (m) Zg (m)
Condição 1 - Partida 100,0% 100,0% 13,842 0,00 3,553
Condição 2 - Chegada 10,0% 10,0% 13,588 0,00 5,197
Detalhes de cada condição de carregamento podem ser visualizados no Anexo II.
Para cálculos de equilíbrio e estabilidade foram utilizados os programas Maxsurf
Modeler Advanced e Maxsurf Stability Enterprise. Todos os tanques foram modelados
conforme pode ser visto abaixo no modelo trabalhado:
Figura 80 – Tanques de óleo (vermelho), água doce (azul) e lastro (verde)
103
15.2. Equilíbrio Estático
Esta análise é dependente da distribuição de todos os pesos na embarcação e da
forma do casco. Condições de equilíbrio como trim a vante, ou trim ou banda
excessivos prejudicam a operação do navio causando desconforto a tripulantes, maior
gasto de combustível, inviabilização de operações e emersão do propulsor.
No caso do SWATH RSV é necessário que a embarcação opere com trim zero,
para que a mudança do campo de pressões em volta dos torpedos não traga umas
consequências negativas decorrentes do aumento da resistência ao avanço. Este é um
requisito de navios SWATH e deve ser atendido nesta seção.
Uma das características de um navio SWATH é a baixo TPC (tonelada por
centímetro de imersão), sendo um navio muito sensível a variações de deslocamento.
Isto se dá devido basicamente a pequena capacidade dos struts de deslocar água. Esta
característica foi confirmada no presente projeto e à medida que a embarcação vai
consumindo água e diesel, os tanques de lastro no interior dos pontoons devem ser
lastrados. Esta medida se dá de forma a manter os dois pontoons sempre submersos e
condições admissíveis de operação.
Dessa forma, têm-se para cada condição:
Tabela 23 – Características de cada condição
Peso Total (ton) Tar (m) Tav (m) Trim (m)
Condição 1 - Partida 304,631 4,9 4,9 0
Condição 2 - Chegada 257,53 2,5 2,5 0
As características hidrostáticas e os detalhes referentes ao equilíbrio estático de
cada uma das duas condições de operação estudadas se encontram no Anexo III.
15.3. Estabilidade Intacta
Neste item é analisada a capacidade da embarcação voltar a sua posição de
equilíbrio transversalmente. Antes de analisar a estabilidade intacta e em avaria do
navio em cada condição de carregamento de projeto, deve-se definir qual critério de
estabilidade deve ser atendido para que a embarcação possa ser considerada viável em
termos de arquitetura naval.
104
O critério de estabilidade adotado é a HSC Code 2000 (MSC – Maritime Safety
Committee), para embarcações do tipo catamaran. A regra escolhida estabelece os
seguintes critérios:
1) A área mínima de curva de estabilidade estática (CEE) entre os ângulos de 0°
a 30º (ou ângulo onde o GZ máximo ocorre) não deve ser menor que A1,
onde:
A1(m.rad) = (0,055).(30°)/ϴ (17)
2) O ângulo máximo de GZ deve ocorrer num ângulo maior que 10° na curva
de estabilidade;
3) Critério de vento e balanço, supondo velocidade máxima do vento na região
offshore do Brasil como sendo igual a 100nós, que estipula:
- Ângulo de equilíbrio em banda menor que 10º;
- A área entre a curva de inclinação de vento e a curva de GZ não deve ser
menor que A > Hpc + Hw.
Onde:
(18)
E:
P = 500.(Vw/26)², em N/m; (19)
Vw = Velocidade do vento, em m/s;
A = Área projetada acima da linha d’água, em m².
Z= Distância vertical do centro da área “A” à metade do calado de cada
condição;
∆= Deslocamento da embarcação, em ton.
105
Figura 81- Exemplificação da área entre C.E.E. e curva de momento inclinante
A seguir pode ser visualizado o resumo dos resultados e as curvas de
estabilidade estáticas.
Tabela 24 – Resultados dos critérios de estabilidade
Condição 1 Condição 2
1.1 Area 0 to 30
GZ area at higher heel angle br greater than 3,151 m.deg 3,151 m.deg
Resultado (Passou) 40,2615 m.deg 44,3793 m.deg
1.2 Angle of max. GZ
GZ not less than 10 deg 10 deg
Resultado (Passou) 35,5 deg 33,6 deg
1.5 Area between GZ and HTL
Area between GZ and heeling arms not be less
than 1,604
m.deg 1,604
m.deg
Resultado (Passou) 2,5658 m.deg 3,3584 m.deg
3.2.1 Angle of equilibrium with gust wind HL2
angle of equilibrium not be greater than 10 deg 10 deg
Resultado (Passou) 0,6 deg 0,5 deg
Os resultado em detalhes do cálculo de estabilidade intacta são encontrados no
Anexo IV.
106
Para ambas as condições de carregamento estudadas (condição 1 – 100%
consumíveis e condição 2 – 10% consumíveis), a embarcação ficou dentro dos critérios
estipulados pela regra. Dessa forma através dos resultados gerados pode-se concluir que
a embarcação projetada passa em todos os critérios definidos para estabilidade intacta
nas condições de carregamento definidas.
15.4. Estabilidade em Avaria
Os cálculos de estabilidade em avaria vem como uma forma de verificar o
comportamento da embarcação em caso de avarias ao longo do casco, de modo a
preservar a integridade física dos tripulantes e da própria embarcação no caso de
acidentes que possam causar alagamento nos compartimentos do navio. Vale ressaltar
que a estabilidade em avaria é um fator crítico em projetos de navios SWATH em geral
e pode se conFigurar em uma desvantagem neste tipo de proposta. Tal característica é
investigada na presente seção.
Por ser uma embarcação que por sua natureza desempenha operações críticas e
ágeis no apoio offshore, sendo suscetível a diversas manobras que podem porventura
gerar diversos tipos de acidentes, sentiu-se a necessidade de avaliar os seguintes casos
de avaria, que podem ser visualizados abaixo:
Condição Avariada 1: Região alagada em um dos bordos do deckbox, em
compartimentos compreendidos entre a antepara moonpool e o costado
Figura 82 – Caso de avaria 1
107
Condição Avariada 2: Região alagada em tanques de água doce, pique
tanque de vante, região dos struts a vante , compartimento dos Thrusters,
void space
Figura 83- Caso de avaria 2 visto de perfil
Figura 84- Caso de avaria 2, vista superior
Condição Avariada 3: Região alagada nopique tanque de ré, tanques de óleo
diesel, struts a ré , ambas as praças de máquinas;
108
Figura 85 - Caso de avaria 3, vista de perfil
Figura 86 - Caso de avaria 3, vista superior
Condição Avariada 4: Região alagada no strut a ré em um dos bordos, tanque de
óleo diesel, void space, tanques de água doce, praça de máquinas
Figura 87 - Caso de avaria 4, vista de perfil
109
Figura 88 - Caso de avaria 4, vista superior
Para a verificação da estabilidade avariada também serão utilizados os critérios
da regra HSC Code 2000 (MSC – Maritime Safety Committee), para embarcações do
tipo catamaran. A regra utilizada se assemelha muito à regra da estabilidade intacta,
com o cálculo das mesmas variáveis, estabelecendo no entanto, outros critérios de
avaliação:
(1) A área entre a curva GZ e a curva de inclinação de vento não deve exceder a
área A = Hpc + Hw;
(2) O valor máximo de GZ deve ser maior que 0,05m;
(3) A curva GZ deve possuir estabilidade positiva em um ângulo maior que 7 graus;
(4) O ângulo de equilíbrio de banda não deve exceder 20 graus;
Onde:
(20)
E:
P = 500.(Vw/26)², em N/m; (21)
110
Vw = Velocidade do vento, em m/s;
A = Área projetada acima da linha d’água, em m².
Z= Distância vertical do centro da área “A” à metade do calado de ;
∆= Deslocamento da embarcação, em ton.
Os resultados referentes ao cálculo da estabilidade em avaria podem ser
observados no Anexo V onde é possível visualizar que a embarcação se encontra dentro
de todos os critérios definidos de estabilidade em avaria, se mostrando satisfatória em
todos os casos de avaria nas condições de carregamento estudadas.
111
16. SEAKEEPING
Seakeeping trata-se do estudo do comportamento em ondas da embarcação e
representa um fator de projeto extremamente importante quando trata-se de uma
embarcação de apoio offshore, especialmente o RSV, onde há operações críticas de
lançamento de ROVs e mergulhadores que requerem que os navios estejam dentro de
limites adequados.
Nesta seção serão analisados os movimentos da embarcação principalmente
em comparação com os resultados apresentados para o catamaran equivalente de
Schachter et al (2012).
Os resultados dos movimentos da embarcação são obtidos a partir do software
WAMIT, que foi programado para o cálculo da resposta da embarcação “parada” em
relação à velocidade das ondas incidentes. Porém, será feita uma correção para os
resultados deste software, para que possam ser avaliados resultados levando-se em
consideração a velocidade de projeto de 16 nós.
Apesar de todo o avanço computacional, a melhor saída ainda é o teste
com modelo em tanques. Como no âmbito do projeto conceitual não se tem acesso a
esta ferramenta, trabalhou-se de modo a fazer uma tentativa de minimizar erros ao
máximo possível.
O procedimento para a obtenção do seakeeping do SWATH RSV abordado no
presente relatório consiste, inicialmente, em rodar o programa WAMIT para as
frequências de onda características de um mar regular para os ângulos de incidência da
onda em relação à direção longitudinal do navio (Eixo x, apontado da popa para proa).
Deste modo, com o arquivo de saída do software poderemos organizar seus
dados para obtenção do RAO (Response Amplitude Operador).
O raios de giro da embarcação foram calculados através do modelo do
chapeamento externo no Rhinoceros:
112
Tabela 25 - Raios de Giração
Raio de
Giração
Roll 8.22 m
Pitch 8.72 m
Yaw 11.05m
A partir da geometria submersa definida do SWATH RSV, gerou-se a malha
utilizada como entrada para o WAMIT. Também foi realizada a análise no software
sobre o catamaran projetado por Richard et al (2012). É necessário frisar que o
catamaran é a alternativa equivalente ao SWATH quanto ao projeto do navio RSV
compacto, isto é , são embarcações com dimensões semelhantes salvo as peculiaridades
de cada geometria de casco. As condições testadas em ambos os navios são as de
projeto, no calado de projeto O método utilizado foi o Wamit High Order com painel
size de 0.4. A seguir a malha dos cascos modeladas no Wamit e plotadas no software
TecPlot 360.
Figura 89- Malha da forma submersa do catamaran no Wamit plotada no TecPlot 360
113
Figura 90 - Malha da forma submersa do SWATH no Wamit plotada no TecPlot 360
16.1. Espectro de Mar
Utilizou-se nesta etapa do trabalho estado de mar caracterizado por:
Onde Tp corresponde ao período de pico e Hs a altura significativa de ondas.
Para determinação do espectro de mar foi utilizado o espectro de JONSWAP.
(22)
Onde:
(23)
e:
114
(24)
Dessa forma têm-se o espectro:
Figura 91 – Espectro de ondas
16.2. Velocidade Zero – Stationkeeping
No caso específico do navio RSV, a capacidade da embarcação de apresentar um
bom comportamento em ondas na velocidade zero é tão importante quanto sua análise
na velocidade de projeto. Isso se dá pois em grande parte do tempo de operação do
navio RSV, ele estará operando com o sistema de posicionamento dinâmico em
funcionamento, na atividade de lançamento e monitoramentos dos ROVs.
A seguir são comparados os espectros de resposta das duas embarcações, onde
observa-se a grande capacidade do SWATH de apresentar baixos movimentos de heave
e pitch quando comparados ao casco catamaran. Tal diferença se mostra bastante
significativa, onde a alternativa de casco proposta é capaz de trazer grande confiança
quanto ao sucesso das operações ao qual o navio RSV estará submetido.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
S(w
e)
[m.s
²]
Frequência de Encontro [rad/s]
JONSWAP Spectrum
115
Figura 92 - -Espectro de resposta em heave ( velovcidade zero)
Figura 93 – Espectro de resposta em pitch (velocidade zero)
16.3. Velocidade de Projeto (16 nós)
Como já mencionado, o Wamit foi programado para o cálculo da resposta
da embarcação com velocidade zero, logo é necessário realizar uma correção dos
coeficientes calculados para a velocidade de projeto. É válido lembrar que essa correção
estar suscetível a erros, sendo mais agravantes a embarcações que operam com números
de Froude maiores que 0.3, onde para o SWATH RSV esperam-se resultados que
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
Sr (
we
) [m
.s²]
Frequência de Encontro [rad/s]
Espectro de Resposta em Heave
SWATHCatamaran
0,00E+00
5,00E-07
1,00E-06
1,50E-06
2,00E-06
2,50E-06
3,00E-06
3,50E-06
4,00E-06
4,50E-06
5,00E-06
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
Sr (
we
) [m
.s²]
Frequência de Encontro [rad/s]
Espectro de Resposta em Pitch
SWATH
Catamaran
116
atestem a nível de projeto conceitual a capacidade de comportamento em ondas em
comparação com o catamaran equivalente.
Foi utilizado o Wamit High Order com painel size de 0.4.
De acordo com Celis (2008), na tabela abaixo apresentam-se os coeficientes
hidrodinâmicos com dependência da velocidade de avanço. A velocidade de avanço do
navio é representada por U e os coeficientes com supra índice “0” representam os
coeficientes hidrodinâmicos sem influência da velocidade de avanço U. Nas expressões
da Tabela 26, ωe representa a freqüência de encontro. A a massa adicional e B o
amortecimento.
Tabela 26 – Correção de coeficientes com dependência da velocidade
Em seguida os coeficientes são dimensionalisados para o comprimento
característico da embarcação, de 30 metros, através da seguinte formulação:
(25)
Onde:
ρ = densidade da água = 1025 kg/m³
L = comprimento característico = 30 m;
we = frequência de encontro em rad/s, que corresponde a :
117
(26)
Sendo g a aceleração da gravidade, e ww a frequência de onda, e no caso do
ângulo de incidência de 180° analisado nesta seção (mar de proa), tem-se:
(27)
A partir disso é possível gerar o RAO através da equação do movimento a partir
dos parâmetros corrigidos para a velocidade de operação.
(28)
Onde:
F = Força Excitatriz, em N;
w = frequência de encontro, em rad/s;
m = Matriz de massa;
A= Matriz de massa adicionada;
C= Matriz dos coeficientes de restauração;
B= Matriz de amortecimento;
Dessa forma é possível comparar os resultados do RAO do catamaran e do
SWATH para os movimentos de heave e pitch com o espectro de ondas da região de
operação na velocidade de projeto e com ângulo de incidência da onda de 180 graus.
118
Figura 94- Gráfico de comparação de RAO em heave
Figura 95- Gráfico de comparação de RAO em heave
Tendo o espectro de mar caracterizado , também foi possível analisar os
espectros de resposta de ambas as embarcações:
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00
η3
/A
Frequência de Encontro [rad/s]
Comparação de RAO em Heave
SWATH
Catamaran
0,000
0,001
0,001
0,002
0,002
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00
η5
/(L.
A)
Frequência de Encontro [rad/s]
Comparação de RAO em Pitch
SWATH
Catamaran
119
Figura 96-Espectro de resposta em heave
Figura 97-Espectro de respsota em pitch
Analisando os gráficos acima, conclui-se que o SWATH, como esperado,
desenvolve um comportamento em ondas significativamente superior ao do catamaran
RSV equivalente, que pode ser observado na comparação entre as áreas abaixo das
curvas de RAO. O catamaran, para condições de mar normais na Bacia de Santos se
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
Sr (
we
) [m
.s²]
Frequência de Encontro [rad/s]
Espectro de Resposta em Heave
SWATH
0,0E+00
5,0E-08
1,0E-07
1,5E-07
2,0E-07
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
Sr (
we
) [m
.s²]
Frequência de Encontro [rad/s]
Espectro de Resposta em Pitch
SWATH
120
encontra dentro de todos os critério MSI de acelerações verticais, entretanto apresenta
limites de operação em condições de mar mais adversas e maiores velocidades.
Nesta comparação, conclui-se que se tratando especificamente de uma
necessidade deste tipo de embarcação, que é o seakeeping, o comportamento do
SWATH se mostra muito superior. Como o catamaran passa nos critérios admissíveis
com certas limitâncias, espera-se que o SWATH se desenvolva dentro dos limites de
aceleração com facilidade na velocidade de projeto e em condições de mar severas. Na
comparação com o espectro de onda percebe-se que o SWATH apenas entra em
ressonância em frequências muito pequenas, ou seja, em períodos de onda muito
grandes, dificilmente encontrados na região de operação.
121
17. COMPARAÇÃO ENTRE NAVIOS EQUIVALENTES
Em pesquisa acadêmica, na Universidade Federal do Rio de Janeiro, o projeto da
alternativa do RSV de pequeno porte iniciou-se com a concepção de um navio
monocasco de 16 nós e cerca de 30 metros de comprimento total. Na sequência houve o
desenvolvimento de um navio catamaran, e por final o projeto de concepção da
alternativa SWATH, que vem como um fechamento ao estudo de viabilidade técnica do
projeto deste tipo específico de navio de apoio na proposta de embarcação leve e ágil. A
intenção nesta seção é comparar alguns principais pontos de interesse entre os três
projetos, que influenciam diretamente em características que podem determinar a
melhor concepção de navio pelo ponto de vista técnico.
ARRANJO GERAL: O arranjo geral da embarcação é um dos pontos a serem
comparados principalmente devido a grande necessidade de uma boa distribuição de
equipamentos no convés principal de navios de apoio, item fundamental para que o
navio exerça operações de forma ágil e principalmente segura, visto a intensa operação
com movimentação de cargas e lançamento de estruturas.
Figura 98 – Convés principal do monocasco equivalente
122
Figura 99 - Convés principal do catamaran equivalente
Figura 100 - Convés principal do SWATH RSV
Pode – se verificar que há uma grande vantagem nas alternativas de navios
multicasco em relação ao primeiro monocasco projetado. A presença de dois cascos faz
com que o navio apresente uma área muito maior de convés, devido a distância entre
eles, proporcionando melhor dimensionamento dos equipamentos imprescindíveis a
operação do navio RSV, dando maior liberdade ao projetista promover atenção a
comodidade e segurança de tripulantes.
123
PESO LEVE: Na comparação do cálculo entre o peso leve das três alternativas,
observa-se uma discrepância, já esperada, entre o monocasco e as concepções
multicasco. O monocasco apresentou no total um peso leve correspondente a 138,2
toneladas, enquanto as outras duas alternativas apresentaram valores de peso leve muito
próximos, com cerca de 206 toneladas. Tal diferença é creditada principalmente ao
maior peso estrutural, tanto no aumento de área molhada quanto no largura do convés,
que aumentam significativamente a quantidade de chapeamento e reforços.
ESTABILIDADE INTACTA: As três embarcações se apresentam dentro dos
critérios adotados critérios adotados para estabilidade intacta, tendo apenas o
monocasco apresentando valores mais próximos do limite aceitável, e inclusive
falhando em determinados critérios de estabilidade (Severe wind and rolling criteria,
excedendo em 30% o limite adequado).
Já o catamaran não apresenta limitações quanto a esta análise, como pode ser
observado na sua condição crítica:
Figura 101- Critérios de estabilidade – catamaran equivalente
Os resultados referentes ao SWATH são encontrados no Capítulo 15. Como era
de se esperar, embarcações multicasco passam bem abaixo dos critérios aplicáveis,
apresentando boa capacidade de voltar a posição de equilíbrio.
124
SEAKEEPING: O seakeeping é um dos itens mais interessantes para
comparação, pois restringe bastante a operação de navios na região da Bacia de Santos,
sendo imprescindível para lançamento de estruturas na região do pré-sal.
No cálculo do comportamento em ondas do monocasco equivalente, foi
utilizado uma altura significativa de ondas correspondente a 1,5 metros. Através da
teoria das faixas chegou-se à conclusão que a proa apresenta as maiores acelerações e o
ponto localizado na proa e no passadiço, na velocidade de 16 nós, apresentam valores
acima dos recomendados pelo padrão ISO 2631/3 para o tempo de exposição de 8 horas,
como pode ser observado abaixo onde verifica-se uma aceleração na proa de 0,501
m/s^2 :
Figura 102 -Gráfico Frequência de encontro do monocasco equivalente em [rad/s] /
Aceleração vertical RMS [m/s2]
Dessa forma pode-se dizer que mais de 10% dos passageiros não usuais
submetidos a essas condições de aceleração e tempo de exposição sofreriam de enjoo.
Sendo assim, torna-se necessária a redução da velocidade para que seja mantido o
padrão de conforto a bordo recomendado.
Para o catamaran, usou-se duas frentes de estudo, a primeira em [13] na qual se
assumem algumas premissas para utilização de teoria das faixas, onde desprezou-se o
movimento de roll. Observou-se que com com um mar de altura significativa de 1,5m
e T=12s, o máximo de tempo que o comandante poderá navegar na velocidade de
serviço de 16 nós é de apenas 2 horas (aceleração crítica na proa de 0,5 m/s^2). Caso
125
haja necessidade de navegar por mais tempo, haverá a necessidade do comandante
reduzir a velocidade da embarcação, aumentando assim o tempo de viagem até o
destino. Para uma viagem de 8h em um mar com as características da onda de projeto, o
comandante precisará reduzir a velocidade para 8 nós, para conseguir navegar com a
probabilidade de enjoo de apenas 10% da tripulação. Ou seja, há uma grande limitação
na utilização da concepção catamaran na região desejada.
Figura 103 - Gráfico Frequência de encontro do catamaran equivalente em [rad/s] /
Aceleração vertical RMS [m/s2]
Na segunda frente de estudo, dessa vez comparando o comportamento do
catamaran com o do SWATH, utilizou-se teoria das painéis através do software
WAMIT. Na discussão do Capítulo 16 deste projeto, é possível observar que mesmo
para alturas significativas maiores (2,0 m), a capacidade de manter um bom
comportamento em ondas do navio SWATH em relação ao catamaran é bastante
significativa quando compara-se os RAOs e espectros de resposta das duas
embarcações multicasco.
É interessante observar que tanto o monocasco quanto o catamaran apresentaram
acelerações críticas (ambos na proa) na onda de projeto (cerca de 1,5 m) muito
semelhantes, em torno de 0,5 m/s², analisando-se teoria das faixas. E que na comparação
direta entre os navios multicascos, através da teoria dos painéis, é fácil observar a
superioridade do SWATH frente as duas outras concepções. Tal conclusão atesta a
característica intrínseca a natureza do navio SWATH de apresentar um bom seakeeping,
superior as demais geometrias.
Entretanto deve-se frisar que ainda é necessário efetuar o cálculo das acelerações
verticais no navio SWATH, que não foram analisados no âmbito deste projeto.
126
18. CONCLUSÕES DO PROJETO
Conclui-se ao final do presente projeto conceitual, que o navio SWATH pode se
mostrar uma alternativa viável para o apoio a operações recorrentes em um navio RSV
na bacia de Santos.
Esta conclusão se dá em meio à comparação com o mesmo projeto realizado no
monocasco de De Mello (2013) e no catamaran de Schachter et al (2012). Para o
monocasco, na tentativa de uma embarcação RSV de apenas 30 metros, observou-se
problemas quanto à capacidade da embarcação de voltar a posição de equilíbrio,
apresentando dificuldade de atender critérios de estabilidade. Já para o catamaran,
observou-se um limite de operação quanto ao comportamento em ondas em mares mais
agitados, o que é natural de navios catamarans.
A geometria SWATH dessa maneira aparece como um projeto que julgou-se
coerente e conciso, cujos ganhos principalmente em relação a estabilidade intacta (por
ser um multicasco) e comportamento em ondas são intrínsecos ao conceito deste navio.
Ou seja, a sua capacidade de voltar a posição de equilíbrio se mostrou mais eficaz do
que a do monocasco equivalente, e o seu seakeeping se mostrou mais eficiente e capaz
de operar na região do pré-sal do que o catamaran equivalente. Entretanto é necessário
frisar que há a necessidade de estabilizadores laterais no casco, característico de navios
multicasco com costados verticais, de forma a aumentar o amortecimento viscoso do
casco. Este estudo deve ser realizado de forma a otimizar o estabilizador no casco,
encontrando as dimensões que melhor reduzem movimentos de pitch e heave ao mesmo
tempo que não representam um aumento adicional de resistência ao avanço que
inviabilize o projeto.
É claro que o SWATH também apresenta desvantagens. É uma embarcação
sensível a variações de peso, o que se verificou no presente projeto, mas que,
entretanto, não compromete sua operação devido ao perfil de operação demandado pelo
RSV de pequeno porte (não realiza transporte de carga). Além disso, o SWATH não é
uma embarcação de fácil construção, que se utiliza de muitos painéis curvos e se difere
dos processos de construção de navios convencionais. Logo, é fácil perceber que os
custos de construção de navios SWATH acabem sendo mais elevados.
127
Vale ressaltar que se trata ainda de um projeto conceitual de embarcação, onde
espera-se confirmar ainda mais a capacidade do navio SWATH de atender este tipo de
serviço através de mais uma “volta” no projeto, caracterizada pelo projeto básico da
embarcação. Dessa forma, outros cálculos devem ser executados no prosseguimento
deste projeto, como por exemplo, análises estruturais locais através do método dos
elementos finitos, principalmente nas regiões do moon pool e dos struts, que são regiões
de grande concentração de tensões na embarcação. Outras análises e que devem ser
efetuadas é a determinação final das acelerações verticais, e o custo do navio em relação
as embarcações equivalentes.
É necessário mencionar que na possível evolução deste projeto, diferentes
configurações de tanques podem ser estudadas na necessidade se avaliar positivamente
uma maior quantidade de condições de carregamento, como por exemplo tanques de
óleo e água doce com diferentes percentuais de volume, dessa forma atestando ainda
mais a qualidade deste navio.
Assim, ao final deste projeto espera-se que este o mesmo junto com os seus
resultados façam que o uso do SWATH de apoio offshore seja mais estudado e em
sequência no futuro passar a ser implementado para atuação em águas brasileiras.
128
19. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] CARVALHO, J.T., “Simulação da Distribuição de Energia das Ondas Oceânicas ao
Largo do Litoral Brasileiro”. Tese de Mestrado. INPE, São José dos Campos, 2010;
[2] DE MELLO, E. B. “Análise Da Viabilidade Técnica De Concepções Alternativas
De Embarcação Leve Para Apoio À Manutenção e Inspeção Submarina”. Projeto de
Graduação UFRJ, Escola Politécnica; Curso de Engenharia Naval e Oceânica, Janeiro,
2013;
[3] GAYTHWAITE, J.. Design of Marine Facilities for the Berthing, Mooring and
Repair of Vessels. 2 ed. Virginia, USA, ASCE Press, 2004;
[4] HARVALD, SV. AA..“Determination of Ship Resistance”. In: McCormick, M. E.,
Bhattacharia, R., Resistance and Propulsion o Ship, 1ed, chapter5, USA, A
WileyInterscience Publication, 1976;
[5] High Speed Naval Craft. Guide for Buildingand Classing, American Bureau of
Shipping,2007;
[6] HOLTROP, J., “A Statistical Re-Analysis of Resistance and Propulsion Data”.
International Shipbuilding Progress, Vol. 31, No. 363, November 1984;
[7] LAMB, G. R.. 1988, “Some Guidance For Hull Form Selection For Swath Ships”,
SNAME, pp. 1-14, 1988.
[8] Marpol 73/78, Regulations for thePrevention of Pollution by Oil. IMO(International
Maritime Organization). London, 2002;
[9] 1989 MODU CODE. Code for the Construction and Equipment of Offshore Mobile
Units. IMO, London, 1990.
[10] MICHALSKI, J. P.., Statistical Data of Hull Main Parametersuseful for
Preliminary Design of SWATH Ships. Archives of Civil and Mechanical Engineering,
Vol. VII, 2007;
[11] SCHACHTER, R.D., SEABRA, P. A., ANTOUN NETTO, T., “Projeto conceitual
de uma embarcação leve para apoio à manutenção e inspeção submarina”, 240
CNTACNO, SOBENA 2012, pp. 1-15, Rio de Janeiro, 2012;
129
[12] SCHACHTER, R.D., SEABRA, P. A., “Obtenção da resistência ao avanço de
catamarans Através do Método de Michell no software Michlet”, 240CNTACNO,
SOBENA 2012, pp. 1-15, Rio de Janeiro, 2012;
[13] SEABRA, P. A. “Projeto de Análise da viabilidade Técnica de uma Embarcação
Leve para Apoio à Manutenção e Inspeção Submarina”. Projeto de Graduação UFRJ,
Escola Politécnica; Curso de Engenharia Naval e Oceânica, Janeiro, 2012;
[14] Software Freeship, Versão 2.6 Free.
em:http://www.softpedia.com/progDownload/Freeship-Download-45076.html;
[15] VAN MANEN, J. D., VAN OOSSANEM, P.. “Resistance”. Lewis, E. V.,
Principles of Naval Architecture, 1ed, chapter V, Jersey City, NJ, USA, The Society of
Naval Architects and Marine Engineers, 1988.
[16] NEVES, A. A. S.. Análise da Viabilidade de um Programa Operacional de
Oceanografia Baseado em Altimetria por Satélites para a Bacia de Campos-RJ. Tese de
Graduação, Curso de Oceanografia. Fundação Universidade Federal do Rio Grande.
Laboratório de Oceanografia;
[17] CELIS. M. A. “ Área de influência de memória fluida em balanço paramétrico”.
Projeto de Mestrado COPPE/UFRJ, Engenharia Oceânica, Junho de 2008.
130
ANEXO I – Plano de Linhas
Figura 104 – Plano de linhas do casco do SWATH RSV
131
ANEXO II – Condições de Carregamento
Tabela 27- Condição 1 de carregamento
132
Tabela 28 - Condição 2 de carregamento
133
ANEXO III – Equilíbrio Estático
Condição 1:
Tabela 29 – Equilíbrio estático da condição de partida
Condição 1 - Partida
Displacement t 304,6
Heel deg 0
Draft at FP m 4,9
Draft at AP m 4,9
Draft at LCF m 4,9
Trim (+ve by stern) m 0
WL Length m 18,693
Beam max extents on WL m 16,014
Wetted Area m^2 540,652
Waterpl. Area m^2 17,398
Prismatic coeff. (Cp) 1,021
Block coeff. (Cb) 0,204
Max Sect. area coeff. (Cm) 0,2
Waterpl. area coeff. (Cwp) 0,058
LCB from zero pt. (+ve fwd) m 13,84
LCF from zero pt. (+ve fwd) m 15,986
KB m 1,689
KG fluid m 3,553
BMt m 3,297
BML m 2,388
GMt corrected m 1,433
GML m 0,525
KMt m 4,986
KML m 4,078
Immersion (TPc) tonne/cm 0,178
MTc tonne.m 0,053
RM at 1deg = GMt.Disp.sin(1) tonne.m 7,62
134
Condição 2
Tabela 30 -Equilíbrio estático da condição de chegada
Condição 2 - Chegada
Displacement t 257,5
Heel deg 0
Draft at FP m 2,5
Draft at AP m 2,5
Draft at LCF m 2,5
Trim (+ve by stern) m 0
WL Length m 23,434
Beam max extents on WL m 16,506
Wetted Area m^2 385,754
Waterpl. Area m^2 54,295
Prismatic coeff. (Cp) 1,002
Block coeff. (Cb) 0,26
Max Sect. area coeff. (Cm) 0,259
Waterpl. area coeff. (Cwp) 0,14
LCB from zero pt. (+ve fwd) m 13,588
LCF from zero pt. (+ve fwd) m 11,303
KB m 1,347
KG fluid m 5,197
BMt m 12,19
BML m 8,488
GMt corrected m 8,34
GML m 4,638
KMt m 13,537
KML m 9,835
Immersion (TPc) tonne/cm 0,557
MTc tonne.m 0,398
RM at 1deg = GMt.Disp.sin(1) tonne.m 37,486
135
ANEXO IV – Estabilidade Intacta
Condição 1:
Tabela 31 – Estabilidade intacta para condição 1
Condição 1 - Partida
Criteria Value Units Actual Status Margin %
1.1 Area 0 to 30 Pass
from the greater of
spec. heel angle 0 deg 0
to the lesser of
spec. heel angle 30 deg 30
angle of max. GZ 35,5 deg
first downflooding angle n/a deg
higher heel angle 30 deg
required GZ area at higher heel angle 3,151 m.deg
shall be greater than (>) 3,151 m.deg 40,2615 Pass 1177,74
1.2 Angle of max. GZ Pass
shall not be less than (>=) 10 deg 35,5 Pass 254,55
136
Tabela 32 - Estabilidade intacta para condição 1 (continuação)
Condição 1 - Partida
Criteria Value Units Actual Status Margin %
1.5 Area between GZ and HTL Pass Pass. crowding arm = nPass M / disp. D
cos^n(phi)
number of passengers: nPass = 27
passenger mass: M = 0,075 tonne
distance from centre line: D = 0 m
cosine power: n = 0
Turn arm: a v^2 / (R g) h cos^n(phi)
constant: a = 1
vessel speed: v = 100 kn
turn radius: R = 200 m
h = KG - mean draft / 2 1,125 m
cosine power: n = 0 Wind arm: a P A (h - H) / (g disp.)
cos^n(phi)
constant: a = 1,50102
wind model Pressure
wind pressure: P = 56 Pa
area centroid height (from zero point): h = 6,52 m
additional area: A = 31 m^2
height of lateral resistance: H = 3,2 m
cosine power: n = 0
Area integrated from the greater of
angle of equilibrium (with heel arm) 0,5, 21,3 deg
to the lesser of
spec. angle above equilibrium (with heel
arm)
15,0
(15,5),
15,0
(36,3) deg
first downflooding angle n/a deg
angle of vanishing stability (with heel arm) 129,2,
93,5 deg Criteria: Area between GZ and heeling arms
shall not be less than (>=)... Pass
Hpc + Hw 1,604 m.deg 2,5658 Pass 59,96
Ht + Hw 1,604 m.deg 51,8641 Pass 3133,42
Intermediate values
Pass. crowding heel arm amplitude (Hpc) m 0
Turning heel arm amplitude (Ht) m 1,518
Model windage area m^2 156,794 Model windage area centroid height (from
zero point) m 7,485
Total windage area m^2 187,794
Total windage area centroid height (from m 7,326
137
zero point)
Wind heeling heel arm amplitude (Hw) m 0,022
Area under GZ curve, from 0,5 to 15,5 deg. m.deg 2,8928
Area under GZ curve, from 21,3 to 36,3 deg. m.deg 74,9548
Area under Hpc + Hw, from 0,5 to 15,5 deg. m.deg 0,327
Area under Ht + Hw, from 21,3 to 36,3 deg. m.deg 23,0907
Tabela 33 - Estabilidade intacta para condição 1 (continuação)
Condição 1 - Partida
Criteria Value Units Actual Status Margin % 3.2.1 Angle of equilibrium with gust wind
HL2 Pass Pass. crowding arm = nPass M / disp. D
cos^n(phi)
number of passengers: nPass = 27
passenger mass: M = 0,075 tonne
distance from centre line: D = 9,39 m
cosine power: n = 0
Turn arm: a v^2 / (R g) h cos^n(phi)
constant: a = 1
vessel speed: v = 100 kn
turn radius: R = 200 m
h = KG - mean draft / 2 1,125 m
cosine power: n = 0 Wind arm: a P A (h - H) / (g disp.)
cos^n(phi)
constant: a = 1,50102
wind model Pressure
wind pressure: P = 56 Pa
area centroid height (from zero point): h = 6,52 m
additional area: A = 31 m^2
H = mean draft / 2 2,428 m
cosine power: n = 0 Criteria: Angle of equilibrium due to the
following shall not be greater than (<=)... Pass
Wind heeling (Hw) 10 deg 0,6 Pass 94,43
Intermediate values
Model windage area m^2 156,794 Model windage area centroid height (from
zero point) m 7,485
Total windage area m^2 187,794 Total windage area centroid height (from
zero point) m 7,326
Wind heeling heel arm amplitude (Hw) m 0,026
138
Figura 105 – Curva de estabilidade estática da condição 1
139
Condição 2:
Tabela 34 - Estabilidade intacta para condição 2
Condição 2 - Chegada
Criteria Value Units Actual Status Margin %
1.1 Area 0 to 30 Pass
from the greater of
spec. heel angle 0 deg 0
to the lesser of
spec. heel angle 30 deg 30
angle of max. GZ 33,6 deg
first downflooding angle n/a deg
higher heel angle 30 deg
required GZ area at higher heel angle 3,151 m.deg
shall be greater than (>) 3,151 m.deg 44,3793 Pass 1308,42
1.2 Angle of max. GZ Pass
shall not be less than (>=) 10 deg 33,6 Pass 236,36
140
Tabela 35 - Estabilidade intacta para condição 2 (continuação)
Condição 2 - Chegada
Criteria Value Units Actual Status Margin %
1.5 Area between GZ and HTL Pass Pass. crowding arm = nPass M / disp. D
cos^n(phi)
number of passengers: nPass = 27
passenger mass: M = 0,075 tonne
distance from centre line: D = 0 m
cosine power: n = 0
Turn arm: a v^2 / (R g) h cos^n(phi)
constant: a = 1
vessel speed: v = 100 kn
turn radius: R = 200 m
h = KG - mean draft / 2 3,868 m
cosine power: n = 0 Wind arm: a P A (h - H) / (g disp.)
cos^n(phi)
constant: a = 1,50102
wind model Pressure
wind pressure: P = 56 Pa
area centroid height (from zero point): h = 6,52 m
additional area: A = 31 m^2
height of lateral resistance: H = 3,2 m
cosine power: n = 0
Area integrated from the greater of
angle of equilibrium (with heel arm) 0,3,
29,4 deg
to the lesser of
spec. angle above equilibrium (with heel
arm)
15,0
(15,3),
15,0
(44,4) deg
first downflooding angle n/a deg
angle of vanishing stability (with heel arm) 86,2,
38,9 deg Criteria: Area between GZ and heeling arms
shall not be less than (>=)... Pass
Hpc + Hw 1,604 m.deg 6,3101 Pass 293,4
Ht + Hw 1,604 m.deg 3,3584 Pass 109,38
Intermediate values
Pass. crowding heel arm amplitude (Hpc) m 0
Turning heel arm amplitude (Ht) m 5,22
Model windage area m^2 227 Model windage area centroid height (from
zero point) m 6,308
Total windage area m^2 258
141
Total windage area centroid height (from
zero point) m 6,333
Wind heeling heel arm amplitude (Hw) m 0,027
Area under GZ curve, from 0,3 to 15,3 deg. m.deg 6,7137
Area under GZ curve, from 29,4 to 38,9 deg. m.deg 53,1453
Area under Hpc + Hw, from 0,3 to 15,3 deg. m.deg 0,4036
Area under Ht + Hw, from 29,4 to 38,9 deg. m.deg 49,7869
Tabela 36 - Estabilidade intacta para condição 1 (continuação)
Condição 2 - Chegada
Criteria Value Units Actual Status Margin % 3.2.1 Angle of equilibrium with gust wind
HL2 Pass Pass. crowding arm = nPass M / disp. D
cos^n(phi)
number of passengers: nPass = 27
passenger mass: M = 0,075 tonne
distance from centre line: D = 9,39 m
cosine power: n = 0
Turn arm: a v^2 / (R g) h cos^n(phi)
constant: a = 1
vessel speed: v = 100 kn
turn radius: R = 200 m
h = KG - mean draft / 2 3,868 m
cosine power: n = 0 Wind arm: a P A (h - H) / (g disp.)
cos^n(phi)
constant: a = 1,50102
wind model Pressure
wind pressure: P = 56 Pa
area centroid height (from zero point): h = 6,52 m
additional area: A = 31 m^2
H = mean draft / 2 1,249 m
cosine power: n = 0 Criteria: Angle of equilibrium due to the
following shall not be greater than (<=)... Pass
Wind heeling (Hw) 10 deg 0,5 Pass 94,97
Intermediate values
Model windage area m^2 227 Model windage area centroid height (from
zero point) m 6,308
Total windage area m^2 258 Total windage area centroid height (from
zero point) m 6,333
Wind heeling heel arm amplitude (Hw) m 0,044
142
Figura 106 - Curva de estabilidade estática da condição 2
143
ANEXO V – Estabilidade em Avaria
Condição 1, Avaria 1:
Tabela 37 - Estabilidade em avaria da condição de partida, caso de avaria 1
Condição 1 - Partida - Avaria 1
Criteria Value Units Actual Status Margin %
2.1.1 Area between GZ and HL4 Pass
Hpc + Hw 1,604 m.deg 2,9788 Pass 85,71
2.6 Value of max. GZ 0,05 m 4,418 Pass 8736
2.6 Range of positive stability 7 deg 106,4 Pass 1420,43
3.2.2 Angle of equilibrium HL3 (cargo craft) Pass
Wind heeling (Hw) 20 deg 0,5 Pass 97,67
Condição 1, Avaria 2:
Tabela 38 – Estabilidade em avaria da condição de partida, caso de avaria 2
Condição 1 - Partida - Avaria 2
Criteria Value Units Actual Status Margin %
2.1.1 Area between GZ and HL4 Pass
Hpc + Hw 1,604 m.deg 10,136 Pass 531,92
2.6 Value of max. GZ 0,05 m 6,823 Pass 13546
2.6 Range of positive stability 7 deg 128,7 Pass 1738,86
3.2.2 Angle of equilibrium HL3 (cargo craft) Pass
Wind heeling (Hw) 20 deg 0,1 Pass 99,46
Condição 1, Avaria 3:
Tabela 39 - Estabilidade em avaria da condição de partida, caso de avaria 3
Condição 1 - Partida - Avaria 3
Criteria Value Units Actual Status Margin %
2.1.1 Area between GZ and HL4 Pass
Hpc + Hw 1,604 m.deg 26,0413 Pass 1523,52
2.6 Value of max. GZ 0,05 m 7,19 Pass 14280
2.6 Range of positive stability 7 deg 130,7 Pass 1767,33
3.2.2 Angle of equilibrium HL3 (cargo craft) Pass
Wind heeling (Hw) 20 deg 0 Pass 99,82
144
Condição 1, Avaria 4:
Tabela 40 - Estabilidade em avaria da condição de partida, caso de avaria 4
Condição 1 - Partida - Avaria 4
Criteria Value Units Actual Status Margin %
2.1.1 Area between GZ and HL4 Pass
Hpc + Hw 1,604 m.deg 53,4165 Pass 3230,2
2.6 Value of max. GZ 0,05 m 8,47 Pass 16840
2.6 Range of positive stability 7 deg 103,4 Pass 1377,84
3.2.2 Angle of equilibrium HL3 (cargo craft) Pass
Wind heeling (Hw) 20 deg 17,7 Pass 11,61
Condição 2, Avaria 1:
Tabela 41 - Estabilidade em avaria da condição de chegada, caso de avaria 1
Condição 2 - Chegada - Avaria 1
Criteria Value Units Actual Status Margin %
2.1.1 Area between GZ and HL4 Pass
Hpc + Hw 1,604 m.deg 6,8224 Pass 325,34
2.6 Value of max. GZ 0,05 m 3,157 Pass 6214
2.6 Range of positive stability 7 deg 82 Pass 1071,61
3.2.2 Angle of equilibrium HL3 (cargo craft) Pass
Wind heeling (Hw) 20 deg 0,3 Pass 98,68
Condição 2, Avaria 2:
Tabela 42 - Estabilidade em avaria da condição de chegada, caso de avaria 2
Condição 2 - Chegada - Avaria 2
Criteria Value Units Actual Status Margin %
2.1.1 Area between GZ and HL4 Pass
Hpc + Hw 1,604 m.deg 12,6051 Pass 685,86
2.6 Value of max. GZ 0,05 m 5,948 Pass 11796
2.6 Range of positive stability 7 deg 115,4 Pass 1548,09
3.2.2 Angle of equilibrium HL3 (cargo craft) Pass
Wind heeling (Hw) 20 deg 0,1 Pass 99,48
145
Condição 2, Avaria 3:
Tabela 43 - Estabilidade em avaria da condição de chegada, caso de avaria 3
Condição 2 - Chegada - Avaria 3
Criteria Value Units Actual Status Margin %
2.1.1 Area between GZ and HL4 Pass
Hpc + Hw 1,604 m.deg 20,4831 Pass 1177
2.6 Value of max. GZ 0,05 m 6,213 Pass 12326
2.6 Range of positive stability 7 deg 119,1 Pass 1602
3.2.2 Angle of equilibrium HL3 (cargo craft) Pass
Wind heeling (Hw) 20 deg 0,1 Pass 99,63
Condição 2, Avaria 4:
Tabela 44 - Estabilidade em avaria da condição de chegada, caso de avaria 4
Condição 2 - Chegada - Avaria 4
Criteria Value Units Actual Status Margin %
2.1.1 Area between GZ and HL4 Pass
Hpc + Hw 1,604 m.deg 60,9439 Pass 3699,49
2.6 Value of max. GZ 0,05 m 6,667 Pass 13234
2.6 Range of positive stability 7 deg 94,5 Pass 1249,66
3.2.2 Angle of equilibrium HL3 (cargo craft) Pass
Wind heeling (Hw) 20 deg 19,8 Pass 1,00%
