Projeto de Sistemas Oceânicos II

Apresentação em tema: "Projeto de Sistemas Oceânicos II"— Transcrição da apresentação:

1 Projeto de Sistemas Oceânicos II
Empurrador de Comboio Fluvial Hidrovia Tietê-Paraná Zied Zarôr Fernando Barreto

2 Índice Motivação, escolha do objeto e rota Requisitos de projeto
Metaprojeto Entendimento do Projeto e seus requisitos Projeto Conceitual Desenvolvimento do Fluxograma Sistema Propulsivo Otimizador Forma

3 Motivação, escolha do objeto e rota
Alternativa mais econômica para o transporte de cargas

4 Motivação, escolha do objeto e rota
Vantagens do modal hidroviário Maior eficiência energética Maior capacidade de concentração de cargas Maior vida útil da infra-estrutura e equipamentos Maior segurança da carga Menor consumo de combustível Menor congestionamento de tráfego Menor custo de infra-estrutura e custo operacional Menor emissão de poluentes e impacto ambiental

5 Motivação, escolha do objeto e rota
Bacias Hidrográficas Brasileiras Hidrovia Tietê-Paraná Mais relevante economicamente Área de influencia significativa 8,5% do território nacional ~50% do PIB Localizada na região de maior produção agrícola Localização estratégica (interliga regiões produtoras a portos de exportação) Interliga 5 dos maiores produtores de grãos do Brasil Previsão de grandes investimentos na hidrovia

6 Motivação, escolha do objeto e rota
Produto transportado – Soja Relevância do produto na via Representa 30% do volume total de carga transportada na navegação fluvial Brasil é o segundo maior exportador de soja no mundo Tendência de crescimento das exportações de soja Quase 50% da produção nacional se concentra na região Centro-Oeste

7 Motivação, escolha do objeto e rota
Cidade produtora de Soja -> São Simão – GO Uma dos 10 maiores produtores de soja no país Terminal de São Simão – Carregamento do comboio Porto de Exportação -> Santos – SP Terminal de Pederneiras – transferência da carga

8 Motivação, escolha do objeto e rota
Transporte: Comboio Fluvial – Empurrador e chatas não propelidas Comboio-Tipo -> Formação 2x2 4 chatas = 6000 tons de Soja

9 Requisitos de projeto. Embarcação propelida. 15t de Bollard Pull.
Operar na rota São Simão-Pederneiras. Fazer a viagem com um velocidade média de 4,8nós.

10 Metaprojeto. Entendimento do projeto e de seus requisitos.
Projeto conceitual. Desenvolvimento do fluxograma. Utilização do fluxograma. Análise e avaliação do método.

11 Entendimento do projeto e de seus requisitos.
Implicações da via. Boca máxima 11m. LOA máximo 139,5m. Limitação da altura acima da linha d’água 7m.

12 Projeto conceitual. Monocasco de deslocamento.

13 Projeto conceitual. Bi-hélice e leme de alta sustentação.

14 Projeto conceitual. Leme de alta sustentação.

15 Desenvolvimento do fluxograma.
Espiral de projeto de Evans.

16 Desenvolvimento do fluxograma.
Fluxograma de Lamb.

17 Desenvolvimento do fluxograma.
Trinômio síntese, análise e avaliação. Síntese -> Chute balizado. Análise -> Apreciação da síntese por um enfoque específico. Avaliação -> Verificação se os critérios pré estabelecidos foram atendidos. Caso não sejam, deve-se refazer a síntese.

18 Desenvolvimento do fluxograma.
Matriz de influência. Matriz de influência de sínteses sobre sínteses. Elemento Funcional Sínteses Sistema de governo Seleção do leme Topologia Estrutural Definição dos escantilhões Definição da seção mestra Definição reforços locais Sistema Propulsivo Seleção do propulsor Seleção do motor Definição do consumo horário Forma Coeficientes de forma Geração da tabela de cotas Definição da posição do propulsor Compartimentação Definição de tanques (posição e volume) Definição dos limites da PM Posicionamento das anteparas Definição de paióis Definição dos limites da Superestrutura Arranjo Geral Arranjo da PM Arranjo de conveses Definição do sistema de fundeio Estrutura da superestrutura Definição do outfitting da super estrutura Definição e posicionamento das luzes de navegação Seleção de equipamentos de salvatagem Dimensionamento do eixo propulsor

19 Desenvolvimento do fluxograma.
Matriz de influência.

20 Desenvolvimento do fluxograma.
Matriz de qualidade. Matriz de influência das qualidades sobre sínteses. Elemento de análise Análises desenvolvidas Viabilidade econômica Análise do fluxo de caixa positivo Análise da Taxa de Frete Requerida Bollard Pull Análise se o bollard pull atende o requerido Análise da dimensão e peso do motor Autonomia Análise se embarcação tem a capacidade de transportar todos os consumíveis necessários para sua operação ao longo da rota Equilíbrio e Estabilidade Análise da posição de equilíbrio Análise de estabilidade intacta Análise de estabilidade em avaria Manobrabilidade Análise da sobre largura Comportamento Estrutural Análise dos escantilhões pela regra da sociedade classificadora Análise de esforços locais Vibração Análise de vibração do motor Análise de vibração do sistema motor, eixo e propulsor Análise de vibração do sistema propulsivo com casco Balanço elétrico Analisar se o gerador auxiliar atende o requerimento de energia Habitabilidade Análise de ergonomia Análise de habitabilidade Análise de conforto mínimo Análise de visibilidade Resistência ao Avanço Análise de resistência ao avanço Comportamento em onda Análise da incidência de mal estar devido a aceleração vertical (MSI) Análise da frequência natural de afundamento, jogo e caturro Análise de emersão do propulsor

21 Desenvolvimento do fluxograma.
Matriz de qualidade.

22 Desenvolvimento do fluxograma.

23 Sistema Propulsivo Bollard Pull
Parâmetro utilizado para a seleção do sistema propulsivo, propulsor e motor.

24 Sistema Propulsivo Seleção do Propulsor Va = 0.3 m/s
150 rpm < n <400 rpm Curvas 0,6 < P/D < 1,4 Kt, Kq, η Kt = Ktp + Ktn Kt -> T > Treq Critério de cavitação – Burril 5%

25 Rotação no regime de Bollard Pull -> 190rpm
Sistema Propulsivo Seleção do Propulsor Propulsor Selecionado Kaplan – Nozzle 19A Diâmetro -> 1,6m Número de pás -> 4 Razão de área -> 0,55 Razão de passo -> 1,4 Rotação no regime de Bollard Pull -> 190rpm

26 Sistema Propulsivo Seleção do Motor
Determinação da potência requerida pelo motor Foi selecionada a razão de redução da rotação mais adequada entre motor e propulsor, para a caixa redutora sugerida pelo fabricante para o grupo de motores avaliados.

27 Sistema Propulsivo Seleção do Motor
Verificação se o ponto de operação do sistema propulsivo em BP, definido pela rotação e potência, pertence ao gráfico de funcionamento do motor.

28 Sistema Propulsivo Velocidade de Serviço do Comboio
A partir da velocidade de serviço aplicada na formulação de Howe, foi obtida a potência efetiva para deslocar o comboio. Essa potência pode ser considerada igual a potência entregue ao propulsor, devido as relações entre os coeficientes de esteira e de redução do empuxo. Com o valor de DHP definido, foram variadas as rotações do propulsor nos gráficos de Ktp, Ktn, Kq, J. Até que o Torque (Q) fornecido fosse suficiente para o DHP ser o menor que excedesse o DHP definido por Howe DHP [Howe] -> 70 kW DHP [2*pi*Q*n] -> 73,65 kW n = 140rpm

29 Sistema Propulsivo Seleção do Motor
Determinação da potência requerida para a operação do comboio na velocidade de serviço, segundo a formulação de Howe.

30 Sistema Propulsivo Seleção do Motor
Com o ponto de operação do comboio em operação definida pela rotação e potência é verificado nos gráficos dos motores avaliados o que apresenta o menor consumo de combustível. Fabricante: Cummins Modelo: NTA855-M Características: 6 cilindros Potência Máx 298 kW, rotação máx de 2100 rpm Turbocharge/Aftercooler

31 Sistema Propulsivo Velocidade Máxima de Serviço do Comboio
A partir da potência máxima do motor é verificada a máxima potência entregue ao propulsor. A partir da potência máxima entregue ao propulsor, é verificada a respectiva velocidade de operação pela relação de Howe. Vmáx = 7,6 nós

32 Otimizador Variáveis livres – LOA, B e D.
Dados de saída – LOA, B, D e Δ. LOA mínima -> Arranjo Geral, 19m. LOA máxima -> Limitação das eclusas, 19,5m. Boca mínima -> Consideração a respeito da estabilidade ou arranjo de praça de máquinas, o que for maior. Boca máxima -> Limitação das eclusas, 11m. Pontal mínimo -> Calado mais borda livre, 3m. Pontal máximo -> Restrição para passagem sob pontes, 3,7m Variável de mérito=Taxa de Frete Requerida [mínima]

33 Otimizador Arranjo Geral.
Arranjo do convés principal e da praça de máquinas. Estimativa do peso e posição de todos os itens a bordo. Balanço elétrico Compartimentação. Cálculo do volume de tanques de diesel, lubrificantes, lastro, água doce e esgoto, E estimativa das suas posições. Sistema de Governo. Estimativa dá área e do número de lemes. Análise da força do leme em relação a força do vento.

34 Otimizador Estrutura Foi calculado o módulo de seção requerido para seção mestra e elementos estruturais. Foram verificados os chapeamentos mínimos requeridos. Foram considerados os chapeamentos comenrciais. Foi estimada uma topologia estrutural e foi verificado se essa atendia o requerido. Foram calculados os pesos de cada elemento individualmente. Forma. Deslocamento. Estimativa de área de linha d’água. Definição das dimensões

35 Otimizador Estabilidade Custos. Custo de aquisição. Custo de operação.
GM>=1 KB + BM – KG = GM KB estimado BM=Iwl/volume submerso Lwl -> integração numérica de uma área de linha d’água que varia com boca e pontal. Volume submerso=Peso=Peso de aço + Peso de equipamentos + Peso de consumíveis. KG calculado por momento de peso a partir de estimativas. Custos. Custo de aquisição. Compra de aço. Compra de equipamentos. Gastos com projetista. Gastos com estaleiro. Gasto com sociedade classificadora. Custo de operação. Gasto com óleo diesel, lubrificante e água doce. Encargos, impostos salários e faina. Custo de manutenção.

36 Otimizador Fluxo de Caixa
Considerando todos os gastos referentes a aquisição, operação e manutenção do empurrador assim como a sua vida útil de projeto pode-se formular uma taxa de frete em função desses parâmetros. A taxa de frete requerida [TFR] utilizou todos os parâmetros de custo para determinar um valor mínimo de lucro.

37 Otimizador Dimensões Otimizadas LOA = 19,00m B = 7,20m D = 3,00m
T = 2,5m TFR = R$9412,75

38 Forma. Forma sintetizada.

39 Forma. Velocidade Máxima em corrida livre
Máxima potência e rotação entregues ao propulsor pelo motor (aplicação da eficiência do sistema propulsivo) DHP = 275,8 kW n = 293,6 rpm É determinada no ponto de operação máximo do sistema propulsivo. Ponto de operação máximo do motor BHP = 298 kW n = 2100 rpm Como a velocidade em corrida livre depende da resistência ao avanço do empurrador foi verificada a resistência ao avanço e os coeficientes propulsivos (t e w) para 5 velocidades distintas.

40 Forma. Curva de consumo x Velocidade
Pega a curva de consumo do motor : Consumo x Rotação Transforma a rotação em velocidade através da curva de : rotação x velocidade E aplica as respectivas velocidades as rotações que determinam a curva de consumo do motor

41 Forma. Equilíbrio preliminar.
Critério 1%Lpp = 0,165m a ré e 0 a vante. Draft Amidsh. m 2,5 Displacement tonne 176,06 Heel to Starboard degrees Draft at FP m 2,492 Draft at AP m 2,506 Draft at LCF m 2,499 Trim (+ve by stern) m 0,014 WL Length m 16,251 WL Beam m 7,2 Wetted Area m^2 144,362 Waterpl. Area m^2 103,065 Prismatic Coeff. 0,612 Block Coeff. 0,603 Midship Area Coeff. 0,987 Waterpl. Area Coeff. 0,882 LCB from Amidsh. (+ve fwd) m 0,464 LCF from Amidsh. (+ve fwd) m -0,345 KB m 1,443 KG fluid m 2,593 BMt m 2,191 BML m 10,777 GMt m 1,041 GML m 9,627 KMt m 3,634 KML m 12,22 Immersion (TPc) tonne/cm 1,057 MTc tonne.m 1,054 RM at 1deg = GMt.Disp.sin(1) tonne.m 3,278 Max deck inclination deg Trim angle (+ve by stern) deg

42 Forma. Estabilidade preliminar. NORMAM 02
Ângulo de imersão do convés 7,92graus 32 pessoas -> 1,9 graus Vento de 60 nós -> 6,7 graus 100%Lwl a 8,4nós ->7,9graus 105%Lwl a 8,6nós ->7,9graus GM = 1,04m Braço de endireitamento máximo 0,22m

43 Forma. Comportamento em onda preliminar.
Velocidade máxima do comboio (7,58nós). Velocidade média do comboio (4,8nós). Velocidade máxima em corrida livre (8,6nós). Espectro de onda da DNV. Altura significativa 0,79m. Período 2,8s. Ondas frontais, de travéis e na diagonal do reservatório de promissão do rio Tietê. Analisado no ponto mais a vante do passadiço. Acelerações verticais máximas em torno de 0,2m/s2 -> 0,02g , obtidas em 8,6 com ondas de traveis.

44 Forma. Comportamento em onda preliminar.
Analisado no ponto na extremidade superior da pá do propulsor (0,5m da superfície do mar) m0 = 0,027 é área sob o gráfico do espectro de deslocamento vertical relativo da extremidade superior da pá do propulsor. A probabilidade do evento ocorrer, assumindo que o espectro de densidade de movimentos verticais segue uma distribuição de Rayleigh, é de 0,97%.

45 Fim da Apresentação