Projeto Preliminar de Embarcações Especializadas para Transporte de Carga para Noronha PDF

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Summary

A ilha de Fernando de Noronha, localizada a cerca de 550 Km de Recife, necessita de uma série de insumos para seu dia a dia, desde combustíveis até produtos alimentícios, além disso a mesma necessita de realizar uma séria de descarte de rejeitos orgânicos. O transporte destas mercadorias é feito por...

Description

27º Congresso Internacional de Transporte Aquaviário, Construção Naval e Offshore Rio de Janeiro/RJ, 23-25 de outubro de 2018

Projeto Preliminar de Embarcações Especializadas para Transporte de Carga entre Recife e Fernando de Noronha Silvio Eduardo Gomes de Melo , UFPE, Recife/Brasil, [email protected] Rodrigo Pinto de Castro, UFPE, Recife/Brasil, [email protected] Victória Maria Felix de Souza Santos, UFPE, Recife/Brasil, [email protected] Heitor de Oliveira Duarte, UFPE, Recife/Brasil, [email protected]

RESUMO A ilha de Fernando de Noronha, localizada a cerca de 550 Km de Recife, necessita de uma série de insumos para seu dia a dia, desde combustíveis até produtos alimentícios, além disso a mesma necessita de realizar uma séria de descarte de rejeitos orgânicos. O transporte destas mercadorias é feito por uma frota de pequenas embarcações, improvisadas, a maioria através de adaptações de pesqueiros, rebocadores e escunas de transporte de passageiros, trazendo uma série de problemas para os moradores de Fernando de Noronha. Em trabalho anterior, desenvolveu-se uma análise de viabilidade econômica e foram definidas as dimensões principais de uma embarcação especializada para o transporte de carga de Recife para Noronha a mínimo custo a longo-prazo. Este trabalho dá continuidade ao projeto desta embarcação, onde apresenta-se o projeto preliminar de dois tipos de embarcações especializadas para o transporte de carga que atenda especificamente às características da ilha, respeitando não só suas necessidades, mas também a ecologia e meio ambiente. Palavras-chaves: Projeto de Embarcações, Embarcações Especializadas, Sistemas Flutuantes

1. Introdução O problema de transporte de mercadorias do Recife para a ilha de Fernando de Noronha não é recente. Este transporte é feito principalmente através de embarcações, em geral adaptadas. Muitas das embarcações não foram projetas para tal atividade, sendo rebocadores, barcaças, barcos de apoio e até mesmo pesqueiros modificados, todos adaptados e não especificamente projetados para as características do transporte àquela ilha. Isto se reflete em parte, no alto valor cobrado de frete, o que acaba sendo economicamente negativo para ilha, quando se poderia investir em outros setores importantes como meio ambiente, saneamento e turismo.

As principais dificuldades no transporte de carga de Recife para Fernando de Noronha são: (i) A pouca infraestrutura do porto de Santo Antônio em FN (ver Figura 1), que na verdade é um pequeno atracadouro, onde não há guindastes nem equipamentos de movimentação de cargas e existe apenas um cais com apenas 50 metros de comprimento; (ii) A derrota inclui navegação oceânica, com vagas de até 2 metros na estação do verão e até 4 metros na estação de inverno, e ventos de até 25 nós no verão. Pode-se ver que o primeiro fator dificulta ainda mais o segundo, pois o porto requer embarcações

pequenas que, por sua vez, vão sofrer mais em alto mar. Poucas das embarcações que transportam carga para FN são adequadas para operar em alto mar, comprometendo a segurança da carga, salvaguarda da vida humana e proteção ambiental. Tal improvisação, faz com que a operação seja cara, encarecendo não só o custo de vida para os moradores, mas principalmente para a gestão pública de FN. Sabe-se que a Administração da Ilha de Fernando de Noronha (AIFN) é o principal comprador de fretes para a ilha, que custaram cerca de R$1.500/tonelada de carga em 2017. Estima-se que a AIFN encomenda cerca de 150 toneladas de carga por semana. Considerando 4 semanas no mês, isso representa um custo mensal de 900 mil reais apenas com fretes, enquanto que este valor poderia ser utilizado para tratar do meio ambiente, saneamento público, turismo, saúde pública, energia, entre outros problemas de gestão pública. Este trabalho apresenta dois projetos de embarcações especificamente projetadas para atender os requisitos de transporte para a ilha, onde são apresentadas as características de um projeto preliminar de duas embarcações, uma para transporte de combustível e outra de carga geral. Este trabalho está estruturado da seguinte maneira. Na seção 2, será apresentada uma breve apresentação da metodologia utilizada para a obtenção das características gerais das embarcações. Na seção 3, serão apresentadas as características gerais e decisões de projeto para as embarcações julgadas adequadas ao transporte de carga para a Ilha Fernando de Noronha. Na seção 4, serão apresentadas as principais conclusões, vantagens e limitações dos resultados e sugestões para trabalhos futuros.

2. Materiais e Métodos Nas fases iniciais do projeto de embarcações, é comum a utilização de formulações empíricas baseadas em outras embarcações semelhantes já existentes. Estas formulações correlacionam parâmetros e são utilizadas para a estimativa das dimensões principais (LAMB, 2003). Decidiu-se montar uma base de dados, com embarcações semelhantes, com DWT menor que 500t e com LOA até 50m, devido às limitações do porto de Fernando de Noronha (i.e., profundidade de 3m e comprimento de 60m). Esta base de dados foi utilizada para se estabelecer correlações empíricas e balizar a determinação das características principais, através da montagem de um pequeno modelo matemático de otimização, que leva em conta tantos limitações geométricas, semelhanças e critérios econômicos, com o objetivo a minimizar o custo operacional da embarcação. Foram utilizadas 7 fontes de dados de embarcações de carga geral (CONNECTOR, 2017; DUTCH MERCHANTMARINE, 2017; FINDER, 2017; FLEETMON, 2017; NUMBER, 2017; SHIPSPOTTING, 2017; TRAFFIC, 2017). No total, foram coletadas 102 embarcações. Com a base de dados montadas, foram levantadas algumas correlações baseadas nos dados coletados e apresentadas da Figura 2 a Figura 10.

Figura 2: Correlação entre L e B (fonte: autor)

Figura 1 - Porto de Santo Antônio em Fernando de Noronha (fonte: http://marcionomundo.tnh1.com.br/Post/328/Guia_co mpleto_de_Fernando_de_Noronha, acessado em 09/04/2018)

Figura 3: Correlação entre BHP e Vs (fonte: autor)

Figura 4: Correlação entre DWT e L (fonte: autor)

Figura 8: Correlação entre B e T (fonte: autor)

Figura 9: Correlação entre L e T (fonte: autor) Figura 5: Correlação entre L e D (fonte: autor)

Figura 10: Correlação entre DWT e D (fonte: autor)

Figura 6: Correlação entre B e D (fonte: autor)

Figura 7: Correlação entre D e T (fonte: autor)

Tais correlações serão usadas tanto para o navio de carga geral quanto para o navio de carga líquida, pois apesar de tipos e cargas diferentes, as características geométricas das embarcações não serão fundamentalmente diferentes. Conforme dito acima, com base nas correlações obtidas, algumas formulações empíricas encontradas na literatura e alguns critérios econômicos, foi criado um modelo matem ático de otimização que após alguns testes e validações chegou-se aos resultados mostrados a seguir. Não é o objetivo deste trabalho apresentar o modelo matemático, que será descrito em outro trabalho, portanto apresenta-se apenas os resultados obtidos que serviram de input para a o projeto preliminar das embarcações. Após a validação do modelo matemático, o mesmo apresentou às seguintes características principais para as embarcações:

• L = 35,55 m • Boca = 7,13 m • Pontal = 4,00 m • Calado = 2,62 m • Vs = 10,00 nós • CB = 0,67 • BHP = 367,59 kW Estas características principais serão as mesmas tanto para o navio de carga seca, quanto para o navio de carga líquida, porém veremos mais adiante, que as características operacionais e algumas decisões de projeto geraram embarcações com características diferentes, mas atendendo ao proposto na modelagem matemática. Decidiu-se também que ambas as embarcações teriam bulbo, pois os requisitos hidrodinâmicos indicam vantagens nesta configuração.

3. Projeto Preliminar das embarcações planejadas Conforme explicado anteriormente, o objetivo principal do projeto é o de criar embarcações realmente próprias para dar suporte às operações de transporte de carga para Ilha de Fernando de Noronha, que apresenta características bem particulares no que diz respeito ao abastecimento por via marítima. Em primeiro lugar, o Porto de Santo Antônio, na verdade é um pequeno atracadouro, sem nenhuma infraestrutura de apoio, o que por si só já dificulta que embarcações comuns possam operar com eficiência. Dependendo do tipo de embarcação que chegar para embarque ou desembarque, o pequeno cais pode ficar muito tempo indisponível, existindo até uma norma que limita o tempo máximo que uma embarcação pode ficar no cais, devendo interromper suas operações de carga/descarga para dar lugar a outra, caso necessário, só podendo continuar a operação quando o cais ficar livre novamente. Por este motivo foram tomadas algumas decisões de projeto, que balizaram o projeto preliminar de cada uma das embarcações, conforme mostrado a seguir.

3.1. Características Preliminares das Embarcações Algumas decisões tomadas para os projetos são comuns às duas embarcações e são fruto principalmente das características peculiares da Ilha.

Conforme dito, o Porto de Noronha, que na verdade é um pequeno atracadouro, não possui equipamentos de movimentação de carga, sendo necessário, portanto que as embarcações possuam meios próprios de auxílio à carga e descarga. Outra característica, do porto é a falta de espaço para as manobras de carga e descarga, e decidiu-se, que ambas as embarcações teriam propulsor dianteiro, para facilitar a manobra de atracação e diminuir o tempo de atracação. Hoje tal tipo de equipamento já é comum em embarcações deste porte e apesar de aumentar o custo da embarcação, a longo prazo este equipamento traz ganhos operacionais, o que reflete em menores taxas de frete. Também presente nas duas embarcações é o lastro fixo. É muito comum em embarcações deste porte, que seu peso leve seja baixo, o que provoca um calado de flutuação leve, normalmente incompatível com a estabilidade transversal em condições de mar e com a necessidade de emersão total de propulsor em lastro. Decidiu-se, no entanto, que este lastro fixo, ao invés de pedras, cimento no fundo do casco ou outras soluções improvisadas de lastro fixo, seria feito com carga líquida, para permitir flexibilidade e ajuste as condições de transporte. Ou seja, o lastro não é fixo realmente, mas é um peso morto variável e adequado às características de cada condição de carregamento. Para tanto foi feito o estudo de estabilidade e flutuabilidade para determinar a posição e quantidade destes tanques de lastro.

3.2. Embarcação de Carga Geral Foi definido no perfil operacional da embarcação, durante a fase de análise econômica, que a embarcação de carga geral teria que transportar víveres e pequenas cargas à granel de Recife para Fernando de Noronha e voltar com uma carga eventual de lixo orgânico ou em lastro. Tanto para permitir flexibilidade como para diminuir o tempo de carga e descarga, o transporte será feito em contêineres ou pallets, alocados nos porões e no convés exposto com uma variedade de carga de acordo com as necessidades de transporte para a ilha. Isto tornou necessário duas decisões de projeto. A primeira é que visto que será transportado carga exposta no convés e que em certas épocas do ano as condições de mar na rota são intensas, optou-se por uma superestrutura à vante, para dar mais proteção à carga e diminuir os efeitos de entrada de água no convés. Optou-se também numa praça de

máquinas à vante para facilidade operacional da pequena tripulação. A Figura 11 mostra o arranjo geral da embarcação de carga seca. A segunda decisão de projeto, foi a de limitar a abertura de convés, colocando tampas de escotilha que possam receber carga sobre as mesmas, com

“baby” contêineres ou um arranjo variável de pallets, com capacidade para cerca de 330 t de carga. A carga eventual de lixo orgânico será necessariamente em contêineres (20“ ou baby) e somente transportad os nos porões por questões ambientais.

Figura 11 - Arranjo Geral da Embarcação de Carga Seca (fonte: autor)

largura inferior a largura do porão. Como se pretende usar contêiner, o fundo dos porões serão equipados com roletes, que permitem que a carga colocada abaixo da abertura de escotilha, seja rolada para os lados. Assim a rigidez torsional foi garantida, o que seria mais difícil se optássemos por uma abertura de escotilha igual à largura do porão. Como uma das cargas eventuais de recife para Noronha são carros, ou pequenas camionetes, as tampas de escotilha foram dimensionadas para suportar estas cargas e providas de pontos de fixação de carros semelhante ao utilizados em RoRo´s. As mesmas são dimensionadas também para poder levar contêineres sobre as mesmas (1 contêiner em cada tampa. Os porões foram dimensionados para levar a carga geral em 6 contêineres padrão de 20 pés, ou 12

Um guindaste tipo triplex (ver Figura 12), foi dimensionado para permitir rápida movimentação de carga e descarga, tanto no porto de Recife, quanto no porto de Noronha. O mesmo se movimenta em trilho pelo convés permitindo atender a todos os porões com mais flexibilidade. Devido a escolha de praça de máquina à vante e uma propulsão convencional, tornou necessário um cuidado adicional com o projeto da longa linha de eixo e dos mancais de apoio, o que foi feito seguindo basicamente os requisitos da classificadora (ABS, 2000). A propulsão é diesel convencional com um Caterpillar C9.3 ACERT de350 KW, com um Reversor Tramontini Marítimo Hidráulico RT630, com redução de 5:1 e dois geradores Cummins de 80 KW cada.

Para auxílio da manipulação da tubulação de carga/descarga, dotou-se a embarcação de um pequeno pau de carga de 450 kg de capacidade.

Figura 12: Guindaste Triplex KNC 30 TM (Fonte: http://www.triplex.no, acessado em 25/06/2018)

O propulsor é do tipo hélice com diâmetro de 1,3 m, 4 pás e passo fixo. Adicionalmente foi dimensionado um bow thruster Craftsman Marine de 170 Kgf, ambos dimensionados por critérios hidrodinâmicos adequados, tendo sido o leme dimensionado por critérios da classificadora. Os equipamentos de salvatagem foram dimensionados seguindo a NORMAM 01 e as acomodações são compatíveis para a tripulação de 6 tripulantes com um camarote duplo para comandante e imediato e um camarote quadruplo para o restante da tripulação, além de uma pequena copa/cozinha. O passadiço possui visão à ré para visualização das operações de carga e descarga.

3.3. Embarcação de carga Líquida Foi definido no perfil operacional da embarcação, que a mesma deveria levar Diesel, Gasolina e eventualmente produtos claros em tanques segregados, para abastecimento das necessidades da Ilha e retornar em lastro. De forma semelhante ao projeto da embarcação de carga seca, para permitir maior flexibilidade de carga e descarga e minimizar o tempo no porto de Noronha, a embarcação será dotada de manifolds e bombas de carga/descarga, o que é convencional para os grandes navios tanques, mas não para embarcações deste porte. Para tanto a embarcação possui três linhas de carga/descarga, permitindo que a carga/descarga dos combustíveis seja feito tanto em locais com maiores recursos, ou mesmo na ausência das facilidades portuárias, como mostrado na Figura 13.

Figura 13 - Arranjo de Tubulações no Convés

Figura 14 - Pau de Carga para Manipulação da tublação de Carga (fonte: ENDURANCE, 2018)

Diferente da embarcação de carga geral, não há previsão de transporte de carga no convés, portanto, adotou-se o mais convencional em termos de posicionamento de superestrutura e praça de máquinas, com ambos a ré. A Figura 15, mostra o arranjo geral desta embarcação. Para a segregação da carga, foram criados dois tanques para óleo diesel com capacidade de 58 t cada, dois tanques de gasolina com 33 t cada e dois tanques de produtos, com 30 t cada, totalizando 242 t de carga, ver Figura 15. De forma semelhante ao navio de carga geral, há uma necessidade de lastro fixo, com uso de líquido ao invés de sólido, para garantir flutuabilidade adequada ao equlíbrio e condições de seakeeping.

Figura 15 - Arranjo dos Tanques de Carga Líquida (fonte: autor)

Cabe mencionar que tanto no navio de carga geral quanto no de carga líquida, foi feito um estudo do melhor posicionamento deste lastro fixo, de modo a minimizar o transporte de peso morto, mas dando prioridade aos aspectos operacionais e de segurança. A propulsão é diesel convencional com um Cummins QSL9 de 243 KW, com um Reversor Masson MM1920, com redução de 4.7:1 e dois geradores Cummins Onan Marine QD de 65 KW cada.

O propulsor é do tipo hélice com diâmetro de 1,2 m, 4 pás e passo fixo. Adicionalmente foi dimensionado um bow thruster Jastram BU10 de 80 KW, ambos dimensionados por critérios hidrodinâmicos adequados, tendo sido o leme dimensionado por critérios da classificadora.

Foram analisados também eventos de seakeeping para a batida de proa, entrada de água no convés e emersão do propulsor. Para a rota, Recife Fernando de Noronha, foi analisado o estado de mar mais crítico, através de consulta ao site https://www.surfguru.com.br/, que

Figura 16 - Arranjo Geral da Embarcação de Carga Líquida (fonte: autor)

Os equipamentos de salvatagem foram dimensionados seguindo a NORMAM 01 e as acomodações são compatíveis para a tripulação de 8 pessoas com um camarote duplo para comandante e imediato no nível do passadiço, um camarote quádruplo para os marinheiros e mais um camarote duplo de uso eventual para passageiros, além de uma pequena copa/cozinha.

publica projeções do estado do mar da região de Noronha (figura 17), com atualizações periódicas. Isto resultou nas seguintes características : • Período das ondas = 13 a 15 segundos • Altura significativa de onda = 3 a 4 metros

3.4. Análises Complementares Para ambas as embarcações, foram analisadas a flutuabilidade, estabilidade em algumas condições de carregamento: 100% de carga (em partida e chegada), 50% de carga (em partida e chegada) e em lastro, não sendo apresentados nenhum problema nem em estabilidade nem em flutuabilidade (trim pela proa abaixo e 0,015L).

Figura 17 - Previsões de mar (Fonte: SURFGURU, 2018)

A análise foi realizada utilizando-se um software adequado, modelando-se os cascos e inserindo os dados do estado de mar e das características operacionais adequadas. Os primeiros resultados mostraram a necessidade de pequenas alterações na forma, tais como aumento da borda livre nas regiões de proa e popa, que resultaram uma melhoria nos resultados. No entanto os resultados ainda estavam um pouco acima do limite de 5% de probabilidade de ocorrência dos fenômenos. Resolvemos então analisar diferentes perfis de velocidades para a condição mais crítica, conseguindo-se resultados melhores para uma velocidade de avanço de 50% da velocidade de serviço. Embarcações pequenas, realmente estão mais sujeitas às acelerações verticais do que as grandes embarcações e reduzir a velocidade nestas condições não é incomum. Os resultados encontrados para o estado de mar mais crítico na rota, com velocidade reduzida a 50% da velocidade de serviço é mostrada na tabela 1. Tabela 1 – Probabilidade de ocorrência dos eventos de seakeeping para as embarcações apresentadas (fonte: autor) Emersão Propulsor Batida De Proa Água no Convés

Carga Geral 3,88%

Carga Líquida 2,28%

3,84%

3,13%

4,64%

4,66%

4. Conclusões Conforme dito na introdução, o objetivo principal deste trabalho era o de propor e dimensionar dois tipos de embarcações, projetadas especificamente para condições muito específicas, que seria o transporte de carga para a Ilha de Fernando de Noronha. No entanto ao longo das etapas do projeto, procuramos criar embarcações que, mesmo atendendo a estes critérios, pudessem operar eficientemente tanto em condições normais, ou seja, em locais onde haja infraestrutura portuária, como em locais as condições inadequadas. Procuro...