NAVIO PESQUEIRO DE ARRASTE ESTUDANTE: MIGUEL FLORES MAURE

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1 NAVIO PESQUEIRO DE ARRASTE ESTUDANTE: MIGUEL FLORES MAURE
RELATÓRIO II NAVIO PESQUEIRO DE ARRASTE PANATUNA ESTUDANTE: MIGUEL FLORES MAURE

2 1. INTRODUÇÃO A Forma estimada do projeto do Pesqueiro de Arraste foi definida no primeiro relatório, suas dimensões surgem através de um modelo matemático. Neste segundo relatório serão definidos os demais elementos que formam o navio desde o Sistema Propulsivo até o Sistema de Governo(Síntese Global), Análise Global do navio como um todo e Avaliação Global do projeto.

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4 2.Sistema Propulsivo: O sistema propulsivo deve apresentar a maior eficiência e interação Casco-Motor-Propulsor, este deve atender o empuxo requerido e o nível mínimo de cavitação nas pás do propulsor. Para a análise do sistema propulsivo se utilizou os seguintes critérios : Treq <= Tdisp Onde: Treq(Empuxo requerido) e Tdis(Empuxo disponível). 2. Critério de cavitação, não maior que 5% no dorso da pá no Diagrama de Burril Os itens de este sistema são: - Propulsor; - Motor; - Caixa redutora.

5 ESTIMATIVA DO TORQUE Dados do Propulsor estimado pela série:
Dp =2,7 m (variação de 2,6 a 2,9 m) Z=5 pás (variação de 4 a 5 m) N=225 RPM (variação de 150 a 250 RPM) P/D=0, (variação de 0,7-1,1) DHP (Delivery Horse Power) - Potência entregue ao propulsor: Empuxo Requerido ao avanço:

6 Escolha do Motor: Margens Aplicadas: (P=C N3) Margem de Mar
Utilizaremos 20 % considerando o navio operando em um mar severo. BHP1 =1991,64 ; equivalente a 20 % a mais de BHP projeto. N2 = 239 RPM Margem Operacional BHP2 =2190,81 ; equivalente a 10 % a mais de BHP1. N3 = 247 RPM Margem de Rotação 5%, aplicada a rotação N3 BHP4 =2536,13 N4 = 259 RPM Margen da Caixa Redutora Geralmente e aplicada a margem de 5% devido a caixa redutora BHP5 =2713,66 N5 = 265 RPM Margem do Turbo Gerador Nesta embarcação se utilizará um turbo gerador acoplado ao eixo do motor, com isto reduziremos a quantidade de geradores para a produção de energia e aplicando uma margem de 10%. BHP6 =2985 N5 = 274 RPM

7 Comprimento do Motor + Caixa redutora de 8,039 m
Resultados: Dados do Motor: 9 Cilindros Peso 26,5 t Comprimento do Motor + Caixa redutora de 8,039 m Largura do Motor 1,5 m Altura do motor 3,78 m Potência BHP 775 RPM Caixa Redutora: O motor escolhido é de média-rotação (775 RPM) e a rotação do propulsor é de 248 RPM, portanto a razão de redução deve ser 3.1 Dados da Caixa Redutora: Comprimento 1,69 m Modelo 31V020 Dados do Propulsor: Peso aproximado de 5,5 t Diâmetro 2,85 m 248 RPM Inicialmente o diâmetro do propulsor estimado foi de 2,6 m no modelo matemático do primeiro relatório; após ter utilizado a Série Kaplan Nozzle 37 específica para propulsores com tubulão para chegarmos ao Torque que o motor deve entregar a hélice, e a estimativa da rotação, se escolheu um propulsor de 2,7 m de diâmetro com 33 % de eficiência e não o propulsor com maior eficiência de 47 %, já que o nível de cavitação não atende o proposto inicialmente. Após considerar todas as margens, a potência e rotação do motor, chegamos a sua escolha, que indica vários propulsores para este motor .Finalmente escolhemos o diâmetro do propulsor de 2,85 m, bem próximo do estimado anteriormente. O gerador de eixo utilizado será um gerador da Man B&W PTO/GCR BW II (Gear Constante Ratio) com eficiência de 92 %, à uma freqüência de operação variando entre 50 a 60 Hz, de acordo com a rotação do motor. Para utilizar este eixo gerador deve se selecionar uma hélice de paço controlado.

8 3.EQUIPAMENOS E CONVÉS DE PESCA
Estes equipamentos serão selecionados mediante a operacionalidade ou a disposição que estes devem proporcionar a tripulação, no momento da captura, e trato da mesma no convés de pesca. Estes equipamentos são : Maquinarias Planta e Instalaçãp Frigorífica Fonte de Energia Equipamento Eletrônico

9 Equipamentos de Pesca no Convés Principal
A escolha desta disposição dos elementos e maquinarias de pesca é tal que proporcione a tripulação a maior eficiência na operação, e foi estipulada a partir de navios semelhantes, já que não se tem experiência da melhor posição dos mesmos a bordo da embarcação.

10 4.COMPARTIMENTAÇÃO ACOMODAÇÕES E ARRANJOS
Neste elemento de síntese se verificará o volume de capacidade dos compartimentos de carga, estabelecidos no modelo matemático do primeiro relatório, a autonomia da embarcação e elaboração do Arranjo Geral. A compartimentação foi feita seguindo a regra de classificação Bureau Veritas .(Pt D, Ch 20,Sec BV) ACOMODAÇÕES E ARRANJOS

11 Após a compartimentação feita comparamos as dimensões estimadas no modelo matemático com as calculadas; por exemplo o comprimento de carga aumento de 22,34 m para 23 metros e o comprimento entre perpendiculares passou de 36,0 m para 38,7 m. O volume do óleo combustível necessário para atender a autonomia foi verificado de acordo com a FAO(Regulamento pesqueiros) para uma velocidade de 16 nós onde o consumo deve ser de 168 m3, é claro que essa velocidade diminui quando o navio se encontra capturando, pois foi decidido manter o volume em 170 m3.

12 5.TOPOLOGIA ESTRUTURAL Na Topologia Estrutural serão dimensionados todos os escantilhões da embarcação, buscando atender o Módulo de Seção Mínimo estabelecido pelas regras de classificação, decidindo então por uma seção com menor peso de aço. 5.1 MÓDULO DE SEÇÃO SMMI(m³) = n1C L² x B x (Cb + 0,7) K 10-6 = 0,092 m³ O momento fletor para este tipo de embarcação não é exigido pela sociedade classificadora, devido ao comprimento da embarcação ser menor que 60 metros. O módulo de seção calculado de 1,36 m3 atende o mínimo de regra de 0,092 m3, o que nos indica que ainda a seção pode ser mais Leve, porem foi mantida a mesma seção.

13 6.SISTEMA ELÉTRICO Antes de definir o sistema elétrico, devemos saber a demanda elétrica requerida pelo navio, calcularemos a demanda elétrica com ajuda da planilha BalanceEletrico. Este sistema será avaliado buscando uma maior eficiência do mesmo, onde cada item de demanda elétrica é classificado separadamente. Esta demanda será suprida por um gerador principal alem de um gerador de eixo selecionado no site da MAN, podendo gerar 1500 KW a uma freqüência de 50 a 60 Hz. Todos os item se classificaram em 12 grupos que forma toda a demanda elétrica do navio, e suprida por um gerador Principal+ Turbo Gerador(Gerador de Eixo). Foi selecionado também um gerador de reserva para casos de emergência .

14 O sistema elétrico da embarcação proporciona uma potência de 2100 KW, sem utilizar o gerador de reserva; observando a tabela acima que a maior demanda se da na condição em que o navio se encontra em manobra de 2087 KW, essa demanda e atendida. Decidiu-se utilizar um gerador de eixo devido a que o motor selecionado e de meia rotação e usualmente e utilizado neste tipo de motor. A energia consumida pelo bow thruster pode ser dada pela potência gerada pelo eixo gerador, já que a freqüência do mesmo é bem próxima da energia proporcionada pelo eixo gerador.

15 7.SISTEMA DE GOVERNO O Navio deve ser capaz de realizar manobras e manter o seu curso de viagem, portanto, deve ter um sistema de governo. Este sistema foi analisado para duas qualidades: a importância do Leme (Manobrabilidade) na embarcação capaz de proporcionar a estabilidade direcional necessária em curso e o Posicionamento Dinâmico composto por um Bow Thurtes para dar a estabilidade transversal no momento de captura e operações na embarcação. 7.1 MANOBRABILIDADE A colocação de um Leme, proporciona a embarcação a capacidade de realizar as manobras de giro necessárias no momento da operação e de proporcionar a capacidade de estabilidade direcional no avanço.

16 7.2 POSICIONAMENTO DINÂMICO
O sistema dinâmico composto por um Bow Thruster a vante, deve ser capaz de vencer as forças naturais, como corrente, vento e onda, proporcionando estabilidade ao casco; para que as tarefas a bordo do navio possam ser executadas sem problema, além ajudar no posicionamento e recolhimento das redes de captura. O Posicionamento Dinâmico é um sistema controlado por computador que mantém automaticamente a posição e direção da embarcação com seus próprios propulsores. Sensores de posição referencial combinados com sensores de vento, sensores de movimento e bússolas fornecem informações aos computadores a bordo referentes à posição da embarcação, magnitude e direção das forças atuantes no mesmo. Para determinar a potência dos impelidores laterais, serão dimensionalizadas a força e momento lateral causadas pelas forças devido aos movimentos de Yaw e Sway. Dados do Bow Thurtes: Potencia Máxima 1275 KW Diâmetro 1,9 m Diâmetro do Túnel 1,990 m Espessura do Túnel 20 mm Largura do compartimento de Bow Thurtes 2,1 m A embarcação só terá um Bow Thurtes a vante, e será feito um compartimento só para ele funcionando com um propulsor para cada bordo; as cargas de vento agindo na área vélica foram desprezadas para o cálculo do mesmo.

17 Também será analisado seu comportamento no mar; e
ANÁLISE GLOBAL Análise global desta embarcação corresponde a verificação da sua estabilidade para as diferentes condições de carregamento em que o navio vai operar, além das condições críticas em que esta embarcação pode sofrer uma avaria e deve ser capaz de sobreviver. Também será analisado seu comportamento no mar; e Estrutural, onde a estrutura deve ser capaz de resistir aos momentos e forças impostas a mesma, para garantir integridade estrutural.

18 8. EQUILÍBRIO E ESTABILIDADE
Seu equilíbrio será verificado para cada condição de carregamento seguindo os seguintes critérios: 1.Trim a ré entre 0 e 1,5% de Lpp, não podendo apresentar trim a vante;(0,015*38,7m=0,58 m) 2.      Não deve apresentar banda; 3.      O propulsor deve estar completamente submerso (diâmetro do propulsor de 2,85 m) Características do Modelo Matemático x Forma Corrigida.

19 8.2 ESTABILIDADE A estabilidade foi analisada sob os critérios da NORMAN 01/DPC para embarcações pesqueiras: Condições de Carregamento: Foram definidas 4 condições de carregamento,a condição 4 corresponde a condição de chegada ao porto exigida pela NORMAM 01/DPC. 1. Condição de partida para a zona de pesca, totalmente abastecida de gênero e óleo. a- Consumíveis 100%, porões com 23% com água de mar 2. Condição de chegada a zona de pesca a- Consumíveis 85%, porões com 23% com água de mar b- Consumíveis 40%, porões com 23% com água de mar 3. Condição de saída da zona de pesca a- Consumíveis 80%, porões com 100% de peixe b- Consumíveis 35%, porões com 40% de peixe 4. Condição de chegada ao porto-condições exigidas pela NORMAM 01 a- Consumíveis 10%, porões com 100% de peixe b- Consumíveis 10%, porões com 20% de peixe

20 Condição 4-a- IMO A 749(18)- 3.1 GENERAL CRITERIA
Esta condição exigida pela NORMAN 01 ocorre quando o navio volta para o porto com sucesso absoluto da captura de 100% de peixe e um consumo de 90% dos consumíveis. Condição 4-a- IMO A 749(18)- 3.1 GENERAL CRITERIA Esta condição se dá quando o navio volta para o porto após 3 dias de captura e com sucesso total de 100% na captura, não apresenta nenhum risco a embarcação atendo a todos os critérios.

21 Estabilidade Avariada
Condição 3-a: Comprimento e extensão da avaria: Longitudinal: da antepara de divisão da praça de maquinas até a antepara de divisão do compartimento de bow thurtes e porão de carga. Transversal: do costado até a divisão do tanque na direção horizontal neste caso a linha de centro. Vertical: do duplo fundo até ao pontal. Critérios- IMO B-60 LoadLine Rules (Condição 3-a avariada)

22 8.3 AVARIA PROBABILÍSTICA
Ométodo probabilístico de análise de estabilidade em avaria é aplicado para navios de carga entre m e superiores a 100 m de comprimento. O navio de projeto em questão tem 43 m de comprimento, o que impossibilita ainda a aplicação desse método pelas regras das sociedades classificadoras; mas cabe mencionar em que o método consiste, já que se busca proporcionar mais segurança a embarcação. O método consiste em calcular o risco de uma dada avaria, que é definido como a probabilidade de ocorrer tal dano vezes a severidade de sua conseqüência. A Probabilidade depende de: Função da densidade de tráfego na rota de operação, equipamentos de navegação, condições climáticas e também de fatores humanos. Já a severidade do impacto deve levar em conta o local da colisão, compartimento ou grupos de compartimentos envolvidos na colisão. Para tal cálculo se define um fator R (índice de sobrevivência mínimo requerido por regra), em função do comprimento alagavél da embarcação, considerando a permeabilidade de cada compartimento em relação ao comprimento horizontal e vertical, que é em função do calado de verão (ds), leve(dl) e a combinação dos anteriores(dp) para diferentes embarcações. Um fator A (Probabilidade combinada para cada caso de avaria) que corresponde a soma A = Σ (R V P S) deve ser menor que o índice R. Onde: R :Probabilidade associada a extensão Transversal avariada V: Probabilidade associada a extensão Vertical avariada P: Probabilidade associada a extensão Longitudinal avariada S: Probabilidade associada com a sobrevivência da avaria entre (0, 1) A = Σ pi si i : Representa cada compartimento ou grupos de compartimentos considerados. pi: Probabilidade de um compartimento ou grupo de compartimentos serem avariados na extensão longitudinal si: Probabilidade de sobrevivência do compartimento ou grupo de compartimentos após avaria, considerados na extensão longitudinal.

23 Onde: GZmax : braço máximo positivo em m acima do ângulo θv. Range : faixa positiva em graus entre o ângulo θe e o ângulo positivo θv θv é o ângulo de perda de estabilidade devido a um ponto de alagamento da embarcação θe é o ângulo de equilíbrio final de banda em graus K = 1 se θe ≤ θmin e K = 0 se θe ≥ θmax θmin 25° θmax 30° O valor pi pode ser calculado combinando a extensão longitudinal e a transversal como pi = p(x1(j) ,x2(j)) · [r(x1(j) ,x2(j) ,bk) − r(x1(j) ,x2(j) ,b(k-1))] Onde: b- Largura transversal do compartimento. j- zona da avaria x -posição das anteparas dos compartimentos avariados Logo, a probabilidade da extensão vertical pode ser calculada da seguinte forma: νm = ν(Hj, n,m, d)–ν(Hj, n, m– 1, d) Hj- Altura da Zona ou compartimento alagado n- zonas adjacentes envolvidas na avaria m -zona horizontal considerada acima da linha de água d -calado considerado Podendo então combinar a probabilidade pi (Horizontal e Transversal) com a probabilidade vertical e multiplicar pela probabilidade de sobrevivência

24 9. SEAKEEPING Os movimentos que a estrutura sofre quando opera devido a influência do meio devem ser considerados no conforto da tripulação, e navegação da embarcação. Este estudo pode ser feito pela análise do RAO (Response Amplitude Operator), que são as respostas do corpo em relação as amplitudes de seus movimentos, causados pelas ondas. O navio possui 6 graus de liberdade, como mostra a Figura 50, e se estudarão somente os movimentos de heave, pitch e roll, com ajuda do software Seakeeper.

25 Neste estudo serão analisados os seguintes eventos de Seakeeping:
1.     Acelerações (conforto da tripulação) 2.      Embarque de Água no Convés 3.      Batida de Proa (Slamming) 4.      Emersão do Propulsor Estes eventos serão analisados nos seguintes pontos e coordenadas da embarcação com velocidade de 16 nós:

26 Acelerações (Conforto da Tripulação)
Devemos verificar que as acelerações verticais em pontos da embarcação como proa, popa, passadiço e Meia Nau, não devem ultrapassar o limite máximo de aceleração de 50 % da aceleração da gravidade (4,095 m/s2). Embarque de água no convés A probabilidade de ocorrência de embarque de água no convés é diretamente dependente da altura da borda livre. O limite máximo de ocorrência para este fenômeno, segundo Bhattacharyya é 5%. A probabilidade é calculada de acordo com a seguinte fórmula: Onde: mo é o movimento vertical relativo; h é altura da borda livre                       

27 Slamming Slamming é o impacto entre o fundo do casco e a superfície da água. Sendo que o limite máximo de probabilidade de Slamiming deve ser menor do que 1%. A probabilidade é calculada de acordo com a seguinte fórmula: Onde: vc= velocidade crítica a partir da qual pode haver danos estruturais. d é a distância entre o nível de águas tranqüilas e o ponto de impacto considerado, mOD é a distância entre o nível de águas tranqüilas e o ponto de interesse, mov é a velocidade vertical relativa.

28 Potência Requerida x Potência do Motor
Emersão do Propulsor A probabilidade de o propulsor emergir é diretamente proporcional a distância entre a linha d’água e a ponta das pás do propulsor, distância d. Essa probabilidade é calculada de acordo com a seguinte fórmula:                     O limite para esta probabilidade, segundo NordForsk, é 5%.   Resistência Adicional em Ondas A condição de mar que a embarcação enfrenta pode influenciar diretamente a sua resistência ao avanço, devido a uma resistência adicional de ondas. Esta variação pode acarretar em um aumento da potência requerida de propulsão para dada velocidade de serviço. No cálculo de potência do motor, estimamos uma margem de mar de 20%, a fim de comportar as adversidades que podem ser enfrentadas. Esta análise possibilitará verificar se essa margem foi suficiente ou não. Potência Requerida x Potência do Motor

29 10. ANÁLISE ESTRUTURAL Critérios de Tensões
Após o dimensionamento dos elementos estruturais, estes devem ser analisados de tal forma a contribuir com a boa integridade estrutural da embarcação. Para verificar esta integridade se modelou sua geometria no corpo de 0,4L da embarcação no programa FEMAP, e se calculou o grau de tensões nos elementos no NASTRAM; estas tensões são provocadas pelos carregamento de forças impostas a estrutura. Este programa por elementos finitos proporciona uma resposta rápida para o projetista, capaz de tomar decisões sobre a estrutura, de aumentar ou não a rigidez de alguns elementos estruturais, se for o caso. Os critérios de análise de tensões deste projeto foram avaliados pela regra da SOCIEDADE CLASSIFICADORA BV- Pt D, Ch 20. Sec 3. Critérios de Tensões

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31 Outra decisão tomada foi em substituir as anteparas longitudinais da planta de processo podendo nessa região a estrutura ser reforçada com tubos.

32 AVALIAÇÃO GLOBAL O navio projetado mostrou uma boa configuração, atendendo aos requisitos iniciais de projeto como a quantidade de carga e velocidade de projeto, uma busca pela melhor configuração pode ser sua alteração na compartimentação, acrescentando mais um porão de carga e não alterando sua capacidade de carga inicial de projeto; proporcionando uma maior capacidade de estabilidade a embarcação. O navio apresenta boa integridade estrutural, não sendo necessárias que as divisões da planta de processamento sejam anteparas cheias, devido a seu nível de tensões ser baixo nessa região, como mostra sua geometria para análise de tensões.

33 CRÍTICAS AO MÉTODO Tal método não deve ser alterado, mas suas técnicas usadas podem ser melhoradas, como a interrelação entre os elementos já definidos na seqüência do fluxograma, por exemplo, na hora de definirmos o sistema elétrico do navio, o tamanho dos geradores selecionados nos leva de volta a síntese de compartimentação, onde verificamos se há espaço para tais; outro ponto que pode ser melhorado é a inclusão no modelo matemático de qualidades estruturais como módulo de seção mínimo e de propulsão na escolha do motor, para uma maior interação do solver na busca por melhores resultados. Percebeu-se que o Modelo Matemático (Solver) e o fluxograma, têm uma grande ligação, voltar sempre que necessário para ajuste das dimensões e pesos estimados inicialmente, proporciona uma maior consistência do projeto e resultado final. Um total domínio matemático do que estamos projetando ajuda o projetista a tomar uma melhor decisão a qualquer momento do processo, que influencia diretamente no produto. Também devemos levar em conta que ainda no modelo matemático o navio só está estimado e não calculado, por isso tais ajustes entre ambos são necessários. No inicio do projeto, na elaboração do fluxograma, a viabilidade econômica forma parte da análise global, posteriormente verificou-se que não é necessário já que foi considerada no modelo matemático. Estas alterações foram feitas no fluxograma e no Solver que se encontram no anexo.

34 REFERÊNCIAS REVISTA INGENIERIA NAVAL. Madrid, España, n. 744, Dez. 97.
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