PLANO DE PESQUISAS PARA ELABORAÇÃO DE PROJETO DE UM

NOVO NAVIO OCEANOGRÁFICO

Introdução

A falta de navios oceanográficos, que são os laboratórios flutuantes da

pesquisa oceanográfica, é um problema crônico no Brasil, que se arrasta há

mais de 30 anos. Apesar da costa brasileira ser extensa, com cerca de 8000

Km, o Brasil conta com reduzido número de navios oceanográficos, o que

está dificultando a realização de investigações em âmbito nacional

(Programa de Recursos Vivos na Zona Econômica Exclusiva – REVIZEE) e

internacional (Programa Global Change e Programa Antártico).

O navio oceanográfico “Prof. W. Besnard” da Universidade de São

Paulo vem contribuindo para realização das pesquisas oceanográficas

brasileiras, participando intensamente nos programas nacionais e

internacionais, e realizando importante missão na obtenção de informações

científicas para o país. Construído, em 1967, especialmente para atender às

necessidades de pesquisa em oceanografia, ele apresentou altos índices de

rendimento de trabalho no mar, em seus primeiros quinze anos de utilização.

Encargos de manutenção de alta monta vêm, atualmente, prejudicando sua

utilização e restringindo sua autonomia no mar por motivos de segurança.

Esta realidade tem causado a suspensão de missões importantes,

prejudicando os compromissos nacionais e internacionais na área de

Oceanografia.

Nesse sentido, é oportuno considerar a construção de uma nova

plataforma de pesquisa oceanográfica, que representará uma evolução nos

estudos sobre a dinâmica e estrutura de ecossistemas costeiros e

oceânicos. Considerando o longo período necessário para construção de um

novo navio, o Instituto Oceanográfico iniciou, em 1998, em conjunto com a

Escola Politécnica e a Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, o projeto de

um novo navio oceanográfico, visando atender às necessidades de pesquisa.

Os dispositivos operacionais de uma plataforma oceanográfica moderna

partem de um princípio hidrodinâmico adequado à um casco de estrutura

reforçada, que permite a navegação em condições adversas do mar, sendo

sua forma um pré-requisito para garantir manobras ágeis e eficientes.

Tanques de compensação e redução de movimentos derivados do estado do

mar, associados à transmissão motriz de passo ajustável, são exigidos para

que o convés seja mantido em posição adequada, quer em estações de

lançamento e recolhimento de instrumentos, quer em transectos de

velocidade calibrada. Lançamentos de popa em rampa, com guinchos

hidráulicos, são ideais para o trabalho de aparelhos pesados de coleta e

registro contínuo de parâmetros oceanográficos, fundamentais para o

conhecimento integrado dos ecossistemas marinhos, sendo necessários,

para tal, estabilidade e espaços adequados à essas atividades.

Para determinação da posição, um sistema de navegação por satélite

é indispensável na Oceanografia moderna, como também sonares de alta

resolução para batimetria e estudos sobre a topografia do fundo do mar.

Uma ponte de comando com o controle simultâneo de vídeo e fonias, ligados

do convés principal, e a instalação de uma rede de informática para

armazenamento e visualização dos parâmetros oceanográficos medidos, são

fundamentais para a otimização dos trabalhos a bordo.

De um modo geral, um navio oceanográfico do porte desejado, deve

estar preparado para uma autonomia de trabalho no mar, no mínimo, de 30

dias, mantendo conforto adequado para sua tripulação e equipe científica,

garantindo o rendimento do serviço e o nível psicológico necessário ao bom

desempenho e sociabilidade entre seus componentes.

Durante as reuniões realizadas nos últimos anos por pesquisadores

de três unidades da USP (Instituto Oceanográfico, Escola Politécnica, e

Faculdade de Arquitetura e Urbanismo), o conceito da estrutura básica de

um novo navio oceanográfico já foi definido. A partir de agora, é necessário

realizar uma série de atividades de pesquisa que viabilize o projeto final de

construção.

TRABALHOS REALIZADOS

1. Escola PolitécnicaDepto de Engenharia Naval

Um navio oceanográfico é uma plataforma flutuante de trabalho onde

os pesquisadores devem encontrar não só instalações funcionais e propícias

para o desenvolvimento das suas tarefas, mas também acomodações e

ambientes adequados para garantir um mínimo de conforto, de modo a

reduzir os efeitos da sobrecarga de trabalho que ocorre durante as

expedições. Naturalmente, o navio além de atender a estes requisitos, deve

também satisfazer às especificações operacionais e respeitar as normas de

segurança nacionais e internacionais.

Em vistas destas considerações o desenvolvimento do novo navio

oceanográfico na USP está sendo executado envolvendo esforços não só da

Escola Politécnica, através do Departamento de Engenharia Naval e

Oceânica, mas também da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, através

do Departamento de Projeto, para que este defina o arranjo interior de modo

a tornar o navio um espaço agradável de trabalho e de convívio para os

pesquisadores e tripulantes.

Fig. 1 – A ESPIRAL DE PROJETO

Devido à sua complexidade, o projeto de um navio é desenvolvido em

ciclos denominado de espiral de projeto conforme é mostrado na Fig. 1. Até

o presente momento a EP e a FAU já completaram o primeiro ciclo do

projeto. Isto significa que a primeira versão do navio já foi concluída e os

seguintes itens já foram preliminarmente analisados:

a) Requisitos do armador

b) Dimensões principais

c) Plano de linhas

d) Arranjo Geral

e) Sistema Propulsor

f) Seleção do hélice e dos motores

g) Arranjo Estrutural

h) Sistemas Auxiliares

i) Pesos e Centros

j) Estabilidade

k) Comportamento no mar

l) Custos

Na Tab. 1, abaixo, são apresentadas as principais características do

navio; e na Fig. 2 é mostrado o arranjo geral do navio. Cumpre ressaltar que

todo este desenvolvimento foi efetuado envolvendo os 2 docentes e 5

estagiários.

Tabela 1 - Características Principais do Navio Oceanográfico

Velocidade do navioVelocidade de cruzeiro:___________________ 12 nós;Velocidade de pesquisa: __________________ 2 a 4 nós;

Número total de pessoaspesquisadores: _________________________ 16 pessoastripulantes: ____________________________ 16 pessoas (6 oficiais)

Autonomia: _____________________________ 20 diasComprimento total: ______________________ 50,0 mComprimento entre perpendiculares:________ 48,5 mBoca:__________________________________ 10,0 mCalado: ________________________________ 3,5 mPontal:_________________________________ 5,0 mDeslocamento___________________________ 839 ton.Rotação do hélice: _______________________ 300 rpmDiâmetro do hélice: ______________________ 2,0 mPotência dos motores:____________________ 285 KW (cada motor)Rotação dos motores: ____________________ 1800 rpm

2. Faculdade de Arquitetura e UrbanismoDepto. de Projeto - GDDI/ LabNav

Projeto dos Arranjos

A participação dos arquitetos no projeto de embarcações é relativa à

formulação de propostas de Arranjo Geral, de Arranjo dos Espaços

Habitáveis e de Arranjo do Conjunto Formal. Entendido como arranjo

geral, a definição da distribuição básica dos vários tipos de acomodações e

espaços nos diversos conveses, segundo critérios específicos de cada tipo

de embarcação. O arranjo dos espaços habitáveis trata de organizar os

espaços destinados à realização das quatro funções básicas das pessoas na

embarcação, quais sejam: Circular, Trabalhar, Habitar e desfrutar do Lazer. O

arranjo do conjunto formal é a busca de definir linhas e formas que

possibilitem localizar de maneira adequada os equipamentos necessários ao

funcionamento e segurança da embarcação, de modo a torná-los parte

integrante de um conjunto harmônico de formas no perfil da embarcação, é

também a definição destas formas, buscando dar-lhe linhas adequadas à

sua tipologia, à função a desempenhar e ao ambiente onde esta vai operar.

Arranjo Geral

O arranjo dos espaços das embarcações consiste em dispor de

maneira adequada às suas funções, as áreas destinadas ao uso privativo, ao

uso comum e à realização de trabalhos, bem como na distribuição coerente

das circulações que lhes dão acesso, e ainda na correta disposição do

mobiliário e equipamento nessas utilizados. O arranjo é diretamente

responsável por duas questões fundamentais da embarcação, a estabilidade

e a flutuabilidade da mesma.

Um bom projeto de arranjo geral depende de uma correta distribuição

dos eixos de circulações verticais e horizontais e de uma distribuição

adequada dos espaços habitáveis da embarcação. As circulações devem ser

dimensionadas de modo a atender suas funções, porém sem desperdiçar

espaço, uma vez que é crucial usá-lo de modo racional e com parcimônia.

O projeto de arranjo geral foi elaborado com base nos seguintes

princípios:

1. A definição do dimensionamento e do posicionamento das

circulações horizontais e verticais, de modo a facilitar a leitura e a

maneira de circular, além de procurar diminuir os trajetos

necessários durante a realização das atividades a serem

desempenhadas no navio.

2. A elaboração de um zoneamento das diversas áreas

destinadas às atividades a que a embarcação se propõe, levando

em conta a necessidade de distribuição homogênea das cargas

geradas pelo arranjo e a otimização dos trajetos entre as mesmas,

levando assim a uma distribuição simétrica dos espaços.

Arranjo Geral

Outra preocupação nesta fase do projeto foi a modulação do

elemento de maior complexidade dentro deste arranjo, que é o banheiro,

utilizando em toda a embarcação um único módulo, o que permite a

racionalizar a construção desta.

Componentes dos módulos de banheiro:

Peça 1 Peça 2B Peça 2A

Os dois modos de composições destes módulos:

Os Lavabos Os Banheiros(Peças 1+2B) (Peças 1+2A)

TRABALHOS FUTUROS

1. Escola Politécnica

Até o presente momento o desenvolvimento do projeto foi baseado em

procedimentos analíticos sugeridos na literatura especializada para efetuar o

projeto preliminar do navio. No segundo ciclo, que ora está se iniciando, é

necessário aprofundar em determinados itens que são de fundamental

importância para o projeto deste tipo de navio por ser não convencional. No

entanto, com os atuais recursos humanos e técnicos da Universidade de São

Paulo, não será possível, ao longo do segundo ciclo, desenvolver o projeto

com a acuidade necessária. Os itens que requerem um estudo mais

específico e demandam uma fonte de financiamento devido aos custos

envolvidos são:

a) Definição das linhas do casco

Ao definir as linhas do casco deve-se avaliar, concomitantemente, a

resistência ao avanço e o comportamento do navio no mar. O procedimento

convencional é efetuar, inicialmente, estudos teóricos-computacionais e,

posteriormente, efetuar ensaios em tanque de provas com um modelo

reduzido do navio. As principais etapas para projetar as linhas do casco são:

a.1) Análise da resistência ao avanço

O cálculo da resistência ao avanço foi efetuado utilizando-se séries

sistemáticas. No entanto, este procedimento, pela sua generalidade, não

permite analisar de modo mais detalhado as modificações eventualmente

introduzidas nas linhas do casco. Para avaliar estes efeitos pode-se utilizar

programas de computador específicos que permitem observar a diferença

entre um casco e outro através da formação de ondas e do campo de

pressão ao longo do navio. O Departamento de Engenharia Naval e

Oceânica possui licença do programa Shipflow para efetuar estas análises.

No entanto, a utilização deste programa exige um certo tempo não só para a

obtenção dos resultados mas também para a sua análise. A vantagem

deste estudo é que ter-se-ia o projeto de um casco ótimo sob o ponto de

vista hidrodinâmico. Cumpre ressaltar, no entanto, que a determinação

efetiva só será possível com ensaio de reboque em um tanque de provas,

conforme detalhado na etapa c.

a.2) Análise do comportamento do navio no mar.

Uma vez definido o casco em função das suas características

hidrodinâmicas no item anterior será analisado o comportamento do navio

no mar utilizando-se um programa de computador baseado no método das

faixas. Uma das maneiras de melhorar o comportamento no mar é através

de alteração nas linhas do casco mas isto afeta a resistência à propulsão.

Desta forma este aspecto e a resistência à propulsão devem ser analisados

conjuntamente. A predição do comportamento do navio no mar através dos

métodos teóricos deve ser também verificado através de um ensaio com

modelos em um tanque de provas, conforme indicado no item c.

b) Redução do jogo do navio

Por melhor que sejam as linhas do casco o jogo do navio será

inevitável e este movimento é desconfortável tanto para os pesquisadores

como para a tripulação. Para reduzir o jogo será utilizado um tanque anti-

jogo, que deve ser estudado com mais esmero, verificando as influências da

sua posição ao longo do navio e das suas dimensões bem como confrontar a

solução passiva com a ativa. A solução passiva decorre da movimentação do

líquido devido somente à gravidade e a solução ativa envolve a instalação de

uma bomba comandada por um sistema de controle.

c) Ensaio em tanque de provas

Por mais sofisticado que sejam os programas de computador eles

não dispensam os ensaios com um modelo em um tanque de provas. Os

ensaios necessários são:

c.1) Resistência ao avanço;

c.2) Comportamento de navio no mar.

Estes dois ensaios podem ser realizados no tanque de provas do

Instituto de Pesquisas Tecnológicas.

d) Otimização do Arranjo Estrutural

O projeto preliminar do arranjo estrutural foi efetuado utilizando-se

regras da sociedade classificadora que, normalmente, adota critérios

conservadores. No entanto, é possível, mediante o uso de método de

projetos racionais, reduzir as dimensões dos reforços estruturais e assim

diminuir não só o peso do navio mas também o seu custo de construção

e) Ar Condicionado e Refrigeração

No projeto de sistema de ar condicionado em embarcações existem

especificações diferenciadas devido às condições de operação e uso. Some-

se a esse fato que a embarcação em estudo terá perfis de ocupação

especiais pois o seu uso é voltado a atividades de pesquisa.

Dessa forma, a avaliação das capacidades dos equipamentos de

refrigeração e ventilação devem ser dimensionados levando-se em

consideração os aspectos apresentados anteriormente. Isto demanda um

levantamento do estado da arte em sistemas de condicionamento de ar para

embarcações bem como uma avaliação junto à empresas dos equipamentos

mais apropriados para a aplicação em questão. Além disso, um estudo

criterioso dos equipamentos de refrigeração e ventilação deve ser feito

devido às restrições de espaço e peso impostos pelo projeto.

2. Faculdade de Arquitetura e UrbanismoDepto. de Projeto – GDDI/ LabNav

Arranjo dos espaços habitáveis e do conjunto formal

O arranjo dos espaços habitáveis de uma embarcação trata da

definição, do dimensionamento e do uso dos espaços do navio destinados

ao desempenho das atividades humanas na embarcação. Trata ainda da

distribuição e localização dos equipamento e mesmo do desenho do

mobiliário contido nestes espaços. A definição e o dimensionamento

preliminares destes espaços foram estabelecidos no projeto de arranjo geral,

onde se procurou otimizar sua distribuição pelos diversos conveses, e seu

dimensionamento e localização em função das atividades a serem neles

desempenhadas.

Para a adequada definição e dimensionamento destes espaços, no

âmbito dos usuários, são levados em consideração os padrões de

habitabilidade dos ambientes (conforto e ergonomia), as normas, os padrões

de acessos e das circulações horizontais e verticais. Em relação concepção

geral do navio, são levadas em consideração o dimensionamento e a

modulação do cavernamento estrutural, e a compartimentagem da

embarcação, entre outras definições do projeto da engenharia naval.

Por se tratar de um navio de pesquisas, os laboratórios e

equipamentos de pesquisa exercem grande influência no conjunto formal da

embarcação, e em conjunto com o dimensionamento e o posicionamento

dos espaços habitáveis definem um conjunto de formas que compõem o

perfil da embarcação que deve ser adequado às funções, à tipologia e ao

ambiente em que esta vai operar.

A definição dos espaços internos da embarcação com maior

precisão é caracterizada pelo ajuste nas posições e dimensões pretendidas,

dentro do espaço à eles destinados no arranjo geral. A execução deste

projeto deverá levar em consideração que a disposição do arranjo está

intimamente ligada aos problemas de infra-estrutura. A definição de parte

substancial dos sistemas de infra-estrutura dependem de uma adequada

disposição, principalmente dos alojamentos ou camarotes destinados aos

passageiros, no que se refere às redes de águas potáveis e servidas, bem

como às redes de energia elétrica e ao sistema de climatização. Neste

passo do trabalho serão executadas diversas propostas até que se chegue à

uma solução aceitável e coerente abrangendo todas as variáveis em jogo.

Modelo tridimensional de apresentação

Para a execução de uma avaliação consistente dos resultados

obtidos, a construção de modelos tridimensionais é de fundamental

importância. A construção de um modelo de apresentação representando o

arranjo do conjunto formal da embarcação permite efetuar uma verificação

de como as alterações no arranjo dos espaços habitáveis comprometem ou

não as definições estabelecidas anteriormente, no programa e no partido

adotado. Este modelo também permite transmitir e comunicar idéias sobre o

projeto que está sendo desenvolvido, a terceiros leigos ou não, sendo de

especial importância nesta fase do projeto.

É também necessária a construção de modelos completos do arranjo

dos espaços habitáveis, ou ainda de modelos parciais desses espaços,

detalhando setores onde a representação bidimensional seria insuficiente

para avaliar o detalhe do projeto.

Disciplinas envolvidas

As embarcações destinadas a fins especiais, são sistemas

complexos, e em virtude desta complexidade, é imprescindível a participação

no projeto de profissionais habilitados a solucionar problemas específicos.

No caso dos arquitetos, as áreas de conhecimento específico que estão

diretamente ligadas à esta questão são a ergonomia, a iluminação, o

conforto térmico e acústico, e a programação visual.

Ergonomia Aplicada ao Navio Oceanográfico

O trabalho em navios de pesquisa é caracterizado por uma

permanência média de 20 dias de mar. Durante este período os

pesquisadores não conhecem horários de trabalho nem condições

adequadas de mar. Os serviços de coleta de amostras necessitam ser

realizados nas mais variadas horas do dia e, muitas vezes, sob condições

adversas de mar. Estas questões, associadas à disponibilidade de espaços

reduzidos, tanto para repouso como para trabalho, apontam para a

importância da correta adequação destes espaços para a criação de

condições de trabalho, repouso e convívio eficientes, seguras e confortáveis.

A ergonomia, surgida de forma estruturada e sistemática após a

Segunda Guerra Mundial, tem contribuído desde então no equacionamento

destas questões, tanto em equipamentos militares quanto em instalações

industriais civis.

A intenção de incluir a abordagem ergonômica no projeto deste novo

navio oceanográfico é a de, através deste campo do conhecimento, alcançar

níveis de eficiência operacional, de segurança e de conforto compatíveis com

a importância da missão desta embarcação, tanto para a USP quanto para o

país.

Áreas de intervenção

Serão objetos da intervenção da ergonomia todas as áreas e

instalações da embarcação onde a presença humana seja significativa, quer

devido às suas atividades de trabalho, de repouso, de comunicação e de

convívio. Assim, do ponto de vista físico, a ergonomia deverá formular

parâmetros e recomendações, desenvolver e testar soluções para as áreas

de cabinas e camarotes, laboratórios, postos de comando, postos de

manutenção, áreas de alimentação e estar, assim como para aquelas áreas

de apoio e logística, incluindo os depósitos, cozinhas, etc.

Método

O primeiro passo da intervenção ergonômica é dado na direção do

conhecimento da natureza das atividades desenvolvidas. Assim, uma precisa

definição de cada uma das atividades e tarefas, seus conteúdos,

instrumentos de trabalho relacionados, rotinas, ritmos, jornada e turno, tanto

em condições normais quanto emergenciais, é peça fundamental da

intervenção ergonômica.

Numa segunda etapa, tão logo sejam concluídas as descrições e

análises das atividades, faz-se necessário o estabelecimento das

características da população de usuários da embarcação, quanto aos seus

perfis individuais, tais como idade, sexo, características corpóreas, e quanto

às suas características coletivas, tais como organização funcional e

hierárquica, grau de instrução, necessidades e preferência de recolhimento

ou convívio, entre outros dados.

Estes parâmetros serão as fundações sobre as quais serão erguidas

as recomendações, os parâmetros e as concepções de solução para os

espaços de trabalho, de convívio e de repouso, individuais ou coletivos.

Para o bom desenvolvimento do projeto de ergonomia é fundamental

a participação e envolvimento dos usuários no seu desenvolvimento, quer

fornecendo dados, definindo preferências, avaliando propostas de concepção

e validando soluções.

Para esta finalidade, um instrumento de comprovada eficiência é a

construção de mockups (modelos) de teste e de apresentação. As

concepções dos ambientes, tão logo sejam materializadas na forma de

desenhos e esquemas deverão sofrer avaliações e validações das soluções,

por parte dos interessados e usuários, através de testes realizados em

mockups.

Esta prática é já largamente difundida e, mesmo o mais simples dos

mockups, construído em materiais alternativos, tem servido ao propósito de

avaliar concepções e validar soluções, mesmo em organismos sofisticados

como a NASA.

Fig. 1 Fig 2

Fig. 1: Analisador do espaço de trabalho (cortesia da Space Division, RockwellInternational Corporation) 1

Fig. 2: Mockup em foam-core de uma proposta de cockpit para o ônibus espacial(cortesia da Space Division, Rockwell International Corporation) 1

1 Roebuck, J.A.; Kroemer, K.H.E.; Thomson, W.G. Engineering Anthropometry Methods -John Wiley & Sons, New York, 1975

3. Faculdade de Arquitetura e UrbanismoDepto. de Projeto – GDPV/ LabIm

Comunicação Visual aplicada ao Navio Oceanográfico

Um sistema complexo de Comunicação Visual suscita olhares

diversos. Um diz respeito à imagem externa, identificação; outro, à

ambientação de espaços internos, vestes e utensílios.

1. Imagem

Trata-se aqui da possibilidade de identificação de uma embarcação

com o uso de formas e cores. Esta identificação pauta-se no fato de que o

projeto deste navio dá-se em processo único: numa Universidade para um

Instituto. Diferencia-se de qualquer outro, destinado ao mesmo fim, pela

peculiaridade dos modos de projetá-lo. Sua imagem não permite confundi-lo

com embarcações comerciais de mesma categoria ou finalidade.

Estas premissas conduzem à necessidade de levantamento do uso

da cor em navios com os mesmos, e outros, fins. Realização de provas de

identificação cromática através de desenhos e no modelo tridimensional de

apresentação. Finalmente, executa-se projeto que identifique e diferencie

esta embarcação tantos nos portos que atracará, em alto mar, fotos, vídeos.

Enfim, imagem que garanta sua natureza e unicidade.

Esta imagem inicial envolve:

- nominar com tipografia adequada;

- definir padrão cromático;

- criar logomarca;

- aplicar logomarca e padrão cromático em bandeiras, vestes e

utensílios.

2. Ambientação

O uso da cor na ambientação interna desta embarcação parte da

premissa da presença de profissionais que não estão somente a prestar

serviços mas também a criar conhecimentos.

A cor deve integrar-se à função dos ambientes que atendem à rotina

e à emergência; ao trabalho e ao repouso. Além, é claro, de sinalizar,

facilitando a locomoção e identificar sistemas elétricos, hidráulicos e de

segurança.

3. Procedimentos técnicos

Quando se trata da imagem trabalha-se em desenho e maquete. A

ambientação se vale dos modelos realizados pela equipe de Ergonomia para

a realização de testes.

Pré-projeto, projeto e projeto executivo detalhado são os produtos

gerados por esta equipe para nortear a execução final.