Balanço Térmico:

 

1.     Consumo de Vapor para aquecimento de tanques:

 

          Para o cálculo do calor necessário para manter o produto no interior dos tanques a uma determinada temperatura supõe-se que o calor absorvido pelas anteparas do tanque seja desprezível e que uma porção destas se aquece como os corpos situados no interior. Se admitirmos uma temperatura uniforme, teremos que o fluxo térmico para elevação da temperatura é:

 

 

Onde:

 

= calor específico do fluido (kcal/kg.°C)

= elevação da temperatura desejada (°C)

= = massa total do fluido (kg)

 

O fluxo térmico perdido pelas anteparas dos tanques é dado por:

 

 

Onde:

 

= k = coeficiente global de transferência de calor (k.m2.°C)

= área de troca de calor (m2)

 

O calor total para o aquecimento dos tanques é então dado pela soma do calor total necessário para aquecer o produto mais o fluxo térmico que é perdido pelas anteparas dos tanques. Sendo assim temos:

 

 

Finalmente podemos então calcular o consumo de vapor (kg/h), que será dado por:

 

 

Onde DH e a variação da entalpia do vapor (kcal/kg).

Através da planilha fornecida no curso podem-se calcular tais valores. Os valores de consumo no inverno e verão para cada situação são mostrados na figura abaixo:

 

Figura 1 – Consumo de calor para tanques.

 

A planilha de cálculo utilizada para se chegar neste resultado está em anexo neste relatório.

 

 

2.     Seleção das Purificadoras:

 

            É necessário que a água e as partículas sólidas sejam removidas do óleo diesel e óleo lubrificante, o que é feito utilizando-se purificadoras. Nesta etapa serão realizados os cálculos da vazão necessária às purificadoras e também a sua seleção.

 

Purificadora de Óleo Diesel:

 

          A vazão da purificadora pode ser calculada através da seguinte equação:

 

Onde:

 

1= Potência Máxima Contínua do GDE Bergen KVG-12

2= Potência Máxima Contínua do GDE Bergen KRM-8

b1= Consumo específico de O.D. do GDE GDE Bergen KVG-12

b2= Consumo específico de O.D. do GDE GDE Bergen KRM-8

= Massa específica (kg/litro) = 0,96 kg/l

= Tempo de operação contínua = 24 h

 

Temos então:

 

 

Com este valor utilizamos as Tabelas 1a e 1b para selecionar a purificadora.

 

Tabela 1a – Seleção de purificadora.

 

Tabela 1b – Seleção de purificadora.

 

Sendo assim, será utilizado o purificador modelo FOPX-607 do fabricante Alfa-Laval.

 

Figura 2 – Purificadora de óleo diesel.

 

 

Purificadora de Óleo Lubrificante:

          A purificadora de óleo lubrificante deve ser selecionada levando em consideração os seguintes parâmetros:

 

1.                Tipo do motor;

2.                Tipo do combustível;

3.                Potência máxima contínua (MCR);

4.                Tipo de óleo lubrificante.

 

A vazão pode ser calculada por:

 

 

 

Onde K é o fator que depende do tipo de motor e tipo de combustível. Para definir o valor de K foi utilizada a Tabela 2.

 

Tabela 2 – Fator K para seleção de purificadora.

 

 

Como o fator K multiplica o MCR para dar a vazão necessária, foi adotado o maior valor para K pra motores crosshead que operam com MDO, como é o caso dos Dieseis Geradores escolhidos. Sendo assim temos:

 

 

A equação acima já considera os quatro dieseis geradores.

A seleção da purificadora de óleo lubrificante é mostrada na figura 3:

 

Figura 3 – Seleção de purificadora.

 

 

 

O modelo selecionado foi o LOPX 705 da Alfa Laval.

 

Figura 4 – Purificadora de óleo lubrificante.

 

 

3.     Seleção e consumo de vapor dos aquecedores:

 

            A determinação do tipo de aquecedor tem como parâmetro a superfície de aquecimento, que por sua vez é calculada como sendo:

Onde,

S = superfície de aquecimento (m2);

Q = fluxo do fluido = 1302,95l/h (óleo lub.) e 2926,13l/h (óleo diesel);

ρ = densidade do combustível = 0,83t/m3 (óleo diesel) e 0,90t/m³ (óleo lub.);

t2 = temperatura final do combustível (pré-aquecido) = 95oC (óleo diesel) e 60 oC (óleo lub.);

t1 = temperatura inicial do combustível (tanque de sedimentação) = 60oC (óleo diesel) e 30ºC(óleo lub.);

tv = temperatura do vapor (deve ser, no mínimo, 25 oC maior que t2) = 120oC (óleo diesel) e 90°C (óleo lub.);

 

Substituindo esses valores na equação acima e calculando a superfície de aquecimento do óleo lubrificante e do óleo diesel, temos:

 

 

Entretanto por se tratar de óleo diesel e óleo lubrificante deve-se reduzir em 15% o valor desta superfície, portanto as superfícies de aquecimento finais são:

 

 

Portanto o aquecedor selecionado para o óleo diesel foi o DO 168/2 e para o óleo lubrificante foi selecionado o aquecedor DO 112.

 

Figura 5 – Seleção de Aquecedor.

 

O consumo de vapor dos aquecedores de OD e OL é obtido por meio da seguinte relação:

Onde “c” é uma constante que depende da pressão de vapor e da temperatura.Fazendo os cálculos, tem-se que o consumo estimado para o aquecedor de óleo diesel é de 66 kg/h e para o aquecedor de óleo lubrificante é de 32 kg/h.            

4.     Aquecedor de água doce sanitária e água potável:

 

          O consumo de água doce aquecida a bordo de um navio depende essencialmente do tipo de navio (mercante ou de passageiros) e do clima da região.

O sistema de proposto para produção de água quente é constituído por um tanque de armazenamento, um aquecedor, uma rede que transporte água quente aos pontos de consumo e um elemento regulador que permita a interrupção do aquecimento assim que se alcance a temperatura predeterminada.

O cálculo da instalação de água quente levou em consideração os seguintes aspectos:

 

     Capacidade de armazenamento de água;

     Capacidade de produção de calor na caldeira.

 

          É mais econômico prever a quantidade máxima de consumo de água quente em um período de tempo e dispor de água acumulada para satisfazer a este consumo ao invés de se aquecer a água no momento do consumo.

          A quantidade total de água quente consumida é de 3,04*N (litros/h), onde N é o número de tripulantes da embarcação.

          Portanto a quantidade total é 3,04*60 = 182,4 l/h.

          O cálculo do fluxo de calor necessário pode ser feito através da fórmula:

 

         

 

          Portanto, foi selecionado o hidrofor IHT 300-5.5 do fabricante Ideal Pompa:

 

Figura 6 – Seleção do Hidrofor.

 

 

Figura 7 – Hidrofor

 

 

5.     Balanço Térmico:

 

          Uma vez calculados os consumos de calor de todos os utilizadores, o balanço térmico pode ser materializado mediante o preenchimento de uma planilha balanco_termico.xls contendo todos os consumidores nas condições operacionais do navio:

 

Figura 8 – Balanço térmico.

 

6.     Caldeira:

 

          Em navios de apoio offshore não é comum o uso de caldeiras de recuperação devido ao seu tamanho e conseqüente problema de instalação nos dutos de descarga. Sendo assim, somente será utilizada uma caldeira auxiliar que será responsável por todo o fornecimento de vapor necessário para todas as operações previstas para a embarcação.

          Como podemos verificar, é necessária uma caldeira capaz de produzir 1736 kg/h de vapor, que é a pior condição de operação, no porto no inverno. Com este valor entramos no site da empresa Aalborg e selecionamos a caldeira, como ilustra a figura 9:

 

Figura 9a – Seleção da caldeira de vapor.

 

 

Figura 9b – Caldeira de vapor.

 

 

         O modelo escolhido foi o H3N-12, com produção máxima de 1760 kg/h de vapor, o que é suficiente para suprir a demanda na pior condição.