Projeto de Sistemas Oceânicos II

1. Projeto de SistemasOceânicos II LNG Carrier – Relatório II Bruno Amann Mariana Coelho 08/07/09

2. Revisão do Relatório I • Velocidade = 20 nós -> Resistência, Semelhantes; • SistemaPropulsivo x Reliquefação -> Otimizador; • Sistema de Isolamento -> Otimizador; • Número de Propulsores = 2 ->

3. Revisão do Relatório 1 Variáveis de Entrada (Lpp, B, T) Volume de Carga Otimizador Restrições (Velocidade, Calado, Lpp/B, etc.) Custos de Operação/Viagem Estimativa de Peso/ Estimativa de Potência Frete Requerido Custos de Aquisição [f(peso,potência)] Viabilidade Solver: Minimizar Frete Requerido Dimensões Ótimas

4. Método

5. Sistema de Isolamento GTT96 • Membrana: fina camada de ‘Invar’, liga metálica a base de níquel (36%) e ferro (64%) com baixíssimo coeficiente de dilatação térmica. Esta membrana tem uma espessura bem fina e é responsável pela estanqueidade do tanque sem que ocorra uma expansão térmica significativa. • Isolamento: caixas de madeira compensada cheias de perlite (conhecido como vidro vulcânico, material que oferece ótimas propriedades físicas de isolamento de calor e som e possui baixo peso específico).

6. Sistema de Isolamento • O peso total da membrana fica em torno de 400 toneladas por tanque [2], contribuíndo com um peso total de 2 mil toneladas no peso leve do navio; • A espessura ficou em torno de 500 mm, o que já havia sido previsto através do otimizador; • Eficiência do isolamento térmico de 0,15%, para a carga vaporizada por dia de viagem.

7. Sistema de Reliquefação Fatores determinantes: • Capacidade de inicialização e parada rápida, além de flexibilidade; • Simplicidade do sistema; • Habilidade de operar com movimentos do navio (pitch e roll); • Espaço limitado; • Baixo custo; • Fácil instalação e manutenção; • Segurança. • Projeto da Empresa Tractebel Gas Engineering

8. Sistema de Reliquefação Baseado no ciclo de Brayton; • BOG é retirado dos tanques; • Comprimido a uma pressão intermediária de aproximadamente 4 bar. • Ele é então liquefeito no trocador de calor principal da unidade, onde entrará em contato com gás nitrogênio refrigerado, nosso fluído de trabalho. • LNG é devolvido a sua pressão normal para retornar aos tanques. • Paralelamente a este processo, ocorre o processo responsável por prover o nitrogênio à temperatura necessária.

9. Sistema de Reliquefação Dimensionamento da Planta de Reliquefação Demanda Elétrica

10. Sistemas Auxiliares Demanda Elétrica: • Seleção de Bombas de Lastro; • Ventilação da Praça de Máquinas; • Demanda de equipamentos auxiliares (ar condicionado, bombas, máquina do leme, entre outros); • Sistema de Reliquefação. Geração de Energia: • Turbo Gerador; • Geradores a Diesel.

11. Sistemas Auxiliares

12. Peso Leve

13. Equilibrio e estabilidade Condições de Carregamento (Normam, Cap. 7): • Carregado + 100% de consumíveis; • Carregado + 10% de consumíveis; • Lastrado + 100% de consumíveis; • Lastrado + 10% de consumíveis. • Critérios de Estabilidade do (Normam, Cap. 7) + Critério Ambiental

14. Equilibrio e estabilidade • Estabilidade Intacta: O navio passou nos critérios avaliados.

15. Equilibrio e estabilidade Avaria Probabilística • A análise de amostras de dados sobre colisões passadas possibilitou a determinação da probabilidade (fator “P”) de avaria em uma região específica do navio. Também foi observado que esta probabilidade cresce de popa para proa. Este fator serve também para determinar a chance de um ou mais compartimentos a serem alagados. Tem-se também um fator “S” que indica a probabilidade de sobrevivência da embarcação no caso do alagamento de compartimentos. Este fator refere-se as chamadas zonas de avaria, que são regiões delimitadas por anteparas, principalmente as transversais. Estas zonas são combinadas de forma a se obter as possíveis combinações de alagamento em caso de colisão. • Estes fatores são combinados para gerar o índice A, que é próprio de cada embarcação. Este índice deve ser maior que o índice R, de regra:

16. Equilibrio e estabilidade Avaria Probabilística • Devido a complexidade do cálculo do índice A e a falta de uma ferramenta adequada para este cálculo, uma análise de avaria probabilística não foi realizada. • Por outro lado, diversos autores divergem sobre inconsistências neste método, principalmente em relação ao banco de dados utilizado.

17. Equilibrio e estabilidade Estabilidade em Avaria Marpol:

18. Equilibrio e estabilidade

19. Seakeeping – Onda de Projeto Seleção do período Tz de projeto = 7,5s

20. Seakeeping – Onda de Projeto 2. Seleção da altura H = 2,61 s 75% da probabilidade acumulada de ocorrência

21. Seakeeping Eventos analisados: • Acelerações no passadiço (ponto de analise: passadiço); • Embarque de água no convés (ponto de analise: convés a meia nau); • Batida da proa – slamming (ponto de analise: castelo de proa); • Emersão do propulsor (ponto de analise: extremidade superior do propulsor); • Resistência adicional de ondas (ponto de analise: extremidade do bulbo).

22. Seakeeping Não há problemas de aceleração na região do passadiço. Isso se deve a grande inércia do navio, que reduz a resposta as excitações.

23. Seakeeping Não há embarque de água no convés. Isso ocorre devido ao grande valor de borda livre de nossa embarcação.

24. Seakeeping Para as duas condições de carregamento a probabilidade de emersão do propulsor é quase nula, passando com folga no critério de aceitabilidade. O propulsor quase não emerge devido, também, ao trim positivo na condição lastrada.

25. Seakeeping Para as duas condições de carregamento a probabilidade de ocorrência de slamming é quase nula, exceto nos casos de direção de onda de 135 graus. Isso ocorre, com mais intensidade para a condição lastrada, devido ao calado ser pequeno em relação às outras dimensões do navio. Porem, todos os casos passaram no critério de aceitabilidade.

26. Seakeeping A margem de mar utilizada (15%) não foi excedida em nenhuma condição de carregamento e aproamento, com isso, os cálculos são mantidos.

27. Modelo Estrutural Global Região Analisada através do método de elementos finitos

28. Modelo Estrutural Global • Modelação através de elementos de viga. • Como o navio é simétrico em relação ao plano diametral, foi modelado apenas um bordo e aplicado as condições de contorno de simetria.

29. Modelo Estrutural Global Foi modelado o “costado equivalente” que simula as chapas não representadas no modelo de vigas. Depois formam aplicadas as condições de contorno de simetria nas extremidades e vinculação do costado equivalente com o modelo.

30. Modelo Estrutural Global Cargas aplicadas: • Peso próprio; • Carga hidrostática interna devido à coluna de LNG; • Carga dinâmica interna devido ao movimento do LNG no tanque, conseqüência do balanço do navio; • Carga hidrostática externa devido à coluna de água do mar; • Carga dinâmica externa devido ao carregamento de ondas do mar; • Momento fletor em ondas + momento fletor em águas tranqüilas. As cargas hidrostáticas, dinâmicas e momento fletor foram calculadas através da regra da DNV.

31. Modelo Estrutural Global Condição de Alquebramento

32. Modelo Estrutural Global Condição de Tosamento

33. Modelo Estrutural Global Resumo dos resultados da avaliação estrutural Global A regra da ABS Parte 3 diz que a tensão combinada das vigas não deve ultrapassar 60% da tensão de escoamento do material, ou seja, não deve ser maior que 1,41 x 105 KPa.

34. Modelo Estrutural Global Conclusões: • As tensões estão razoavelmente distribuídas ao longo do modelo. • As tensões estão perto do limite de aceitabilidade, ou seja, não há sobrepeso na estrutura. • Conclui-se que a topologia estrutural está otimizada, ja que o modulo de seção esta bem próximo do requerido e as tensões locais também estão próximas do limite. • A força predominante é o momento fletor, já que há pouca variação das tensões para as duas condições de carregamento. Ou seja, os reforçamento longitudinal está acertado.

35. Avaliação Global Peso Leve O peso leveencontrado do naviofoiconsideradosatisfatório, o que é comprovadopelosseguintesítens: • A topologia e dimensionamentoestruturalacarretaramem um módulo de seçãopróximo do limite de regra; • O navioalcançouumacondição de equilibriosatisfatória;

36. Avaliação Global Estabilidade e Equilíbrio • O navio passou em todos os critérios de regra verificados; • Isto demonstra que o mesmo tem uma compartimentação adequada; • O alto valor da borda livre contribuiu para que o navio sobrevivesse em todas as severas condições de avaria consideradas; • O calado de projeto não foi atingido, porém isso não causou nenhum prejuízo ao navio.

37. Avaliação Global Seakeeping Nosso Navio não possui problemas de seeakeping. • Boa Distribuição de massa; • Inércia muito grande, o que reduz a amplitude de resposta as excitações de onda; • Borda Livre muito alta, anulando a probabilidade de ocorrência de embarque de água no convés.

38. Avaliação Global ModeloEstrutural Global • As tensões estão bem distribuídas ao longo do modelo; • As tensões estão perto do limite de aceitabilidade, ou seja, não há sobrepeso na estrutura; • Conclui-se que a topologia estrutural está otimizada, ja que o módulo de seção esta bem próximo do requerido e as tensões locais também estão próximas do limite; • A força predominante é o momento fletor, já que há pouca variação das tensões para as duas condições de carregamento. Ou seja, o reforçamento longitudinal está acertado.

39. Avaliação Global Conclusão: Nosso projeto de navio está eficaz (passa em todas as restrições, normas e atende aos requisitos de projeto) e eficiente (peso de aço otimizado, capacidade de carga maximizada, dimensões ótimas, etc.).

40. Crítica ao Método • O método utilizado neste projeto, representado pelo fluxograma, foi atendido a risca e mostrou-se eficiente. • Pode-se argumentar que ele pode não ter sido severamente testado pelo fato de que não encontramos defeitos ou problemas maiores em nosso processo de projeto, porém esta possibilidade, de problemas, foi prevista e tratada na concepção do referido fluxograma. Inclusive, o metaprojeto, que podemos explicar como um projeto prévio para o desenvolvimento do método mostrou-se muito importante, pois ele aparece como maior responsável pelo sucesso ou não do trabalho. • Inicialmente, utilizamos um modelo matemático muito simples, que não implementava muitas das possibilidades dentre as quais podiamos alternar para a concepção do produto de projeto. Após uma reavaliação, percebemos que a importância do otimizador não poderia ser subestimada. Este, tem como principal função nos ajudar a encontrar e validar as melhores alternativas a serem seguidas durante o processo de projeto, tornando-se um passo fundamental em nosso método.

41. Fim,Obrigado(a)!