O ESTADO DA ARTE NA UTILIZAÇÃO DE DRONES...
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O ESTADO DA ARTE NA UTILIZAÇÃO DE DRONES PARA INSPEÇÃO NAVAL E OFFSHORE Rafaela Barros Kneipp Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Naval e Oceânica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientadores: Marta Cecilia Tapia Reyes, D.SC. Ivan Lima, Engº Naval Rio de Janeiro Março de 2018
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O ESTADO DA ARTE NA UTILIZAÇÃO DE DRONES PARA INSPEÇÃO NAVAL E OFFSHORE
Rafaela Barros Kneipp
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Naval e Oceânica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro.
Orientadores: Marta Cecilia Tapia Reyes, D.SC.
Ivan Lima, Engº Naval
Rio de Janeiro
Março de 2018
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O ESTADO DA ARTE NA UTILIZAÇÃO DE DRONES PARA INSPEÇÃO NAVAL E OFFSHORE
Rafaela Barros Kneipp
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOENTE DO CURSO DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO NAVAL.
Examinada por:
___________________________________
D.Sc. Marta Cecilia Tapia Reyes
___________________________________
Eng. Ivan Lima
___________________________________
D.Sc. Severino Fonseca da Silva Neto
___________________________________
D.Sc. Julio Cesar Ramalho Cyrino
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
MARÇO 2018
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Kneipp, Rafaela Barros
O Estado da Arte na Utilização de Drones para Inspeção Naval e Offshore / Rafaela Barros Kneipp. – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2018
VII, 67 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadores: Marta Cecilia Tapia Reyes
Ivan Lima
Projeto de Graduação = UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de Engenharia Naval e Oceânica, 2018
Referências Bibliográficas: p. 63-67.
1. Introdução. 2. Indústria 4.0. 3. Inspeção. 4. DRONES. I. Tapia Reyes, Marta. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Naval e Oceânica. III. Utilização de Drones para Inspeções de embarcações de Grande Porte
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Ao meu paiHamilton Kneipp (in memoriam),
à minha avó Zilda Vasques Kneipp (in memoriam),
à meu tio Almir José Kneipp (in memoriam) e
ao meu primo Erick Kneipp (in memoriam),
pessoas que sempre acreditam e torceram por mim.
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AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Maria Amélia Barros Kneipp e Hamilton Kneipp, pelo incentivo e
apoio. Gratidão eterna!
As amigas Maria Alice Pires e Fátima Pires, pelo apoio e incentivo.
Aos meus amigos navais e agregados, em especial, Alexander Kataoka,Ramon
Theobald, Lucas Portes, Andressa Knupp, Thaísa Cezar, Ricardo Gomes, Brunna
Fuoco, Mayara Barreto, Michel Tremarin, Raphael Nagel e Rafael Flores. Obrigado
pelo apoio e companheirismo na jornada.
Aos especiais professores e amigos Marta Tapia, Severino Fonseca, Alexandre Alho
e Sérgio Hamilton Sphaierpelo apoio e compartilhamento do conhecimento.
Aos professores e funcionários da Escola Politécnica, em especial, Simone
Morandini, Eloisa Moreira e Andrea Xavier.
Meus sinceros agradecimentos!
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Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval e Oceânico
O Estado da Arte na Utilização de Drones para Inspeção Naval e Offshore
Rafaela Barros Kneipp
Março/2018
Orientador: Marta Tapia
Co-orientador: Ivan Lima
Curso: Engenharia Naval e Oceânica
No mundo, estamos passando por uma revolução tecnológica conhecida como Indústria 4.0 através da Internet das coisas. A principal demanda, por inserção tecnológica nos processos industrias, se dá pela questão da otimização do tempo. Em consequência, asaeronaves remotamente pilotadas (RPA) ou UnmannedAerialVehicles (UAV) ou “Drones” são o novo mecanismo de obtenção de dados, inspeções visuais, otimização de backlog, integração com realidade virtual. O Drone já é largamente utilizado como meio de transporte e despejo de agrotóxicos na agricultura, para mapeamentos de forma geral, para inspeções civis e industriais. Em países europeus e nos EUA, esse já é utilizado na indústria naval e offshore como auxilio na inspeção. Mas, apenas agora está chegando em larga escala na indústria naval e offshore brasileira.
Nesse contexto, esse projeto teve como objetivo discutir e comparar inspeções já presentes na indústria naval e offshoreatravés de drones com a inspeção convencional. Assim como, vislumbrar uma possível aplicação de inspeção em uma embarcação/plataforma FPSO(Floating ProductionStorageandOffloading)com intuito de obter uma otimização do tempo e os consequentes benefícios. Quatro tipos de drones e suas vantagens e desvantagem relacionadas a possíveis aplicações serão identificadas. Também será mostrado o melhor tipo de drone para utilização no meio naval e offshore e seus motivos. Serão estudadas as circunstâncias de atmosfera explosiva. Será falado das normas e regulamentações para operações com drones. A partir do uso de drones são vislumbradas e discutidas soluções de vídeos 360, modelo 3D para medições e obtenção de volumes, análise de estruturas por imagem.
Espera-se que, que a dissertação dos benefícios de um método de inspeção com drones que otimize tempo e contribua para modelos de projeto de inspeção e engenharia venha a contribuir com as discussões da inserção tecnologia e aplicações no meio naval offshore.
Palavras-chave: Inspeção, Drones, Otimização,Engenharia, Tempo, Acesso por Cordas, Naval e Offshore, Aplicações
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Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as part of the fulfillment of the requirements for the degree of Engineer.
The State of Art in the Use of Drones for Naval and Offshore Inspection
Rafaela Barros Kneipp
March/2018
Advisor: Marta Tapia
Co-Advisor: Ivan Lima
Course: Naval and Ocean Engineering
In the world, we are experiencing a technological revolution known as Industry 4.0 through the Internet of Things. The main demand, through technological insertion in industrial processes, is the question of optimization of time. As a result, remotely piloted aircraft (RPA) or Unmanned Aerial Vehicles (UAV) or "Drones" are the new mechanism for data collection, visual inspection, backlog optimization, virtual reality integration. Drone is already widely used as a means of transportation and disposal of agrochemicals in agriculture, for general mapping, for civil and industrial inspections. In European countries and the US, this is already used in the naval and offshore industry as an aid in inspection. But, it is only now arriving in large scale in the Brazilian naval and offshore industry.
In this context, this project had as objective to compare inspections already present in the naval and offshore industry through drones with conventional inspection. As well as envisaging a possible inspection application on a FPSO (Floating Production Storage and Offloading) vessel / platform in order to obtain optimization of the time and the consequent benefits. Four types of drones and their advantages and disadvantages related to possible applications will be identified. Also shown will be the best type of drone for use in naval and offshore environments and their motifs. The circumstances of an explosive atmosphere will be studied. Rules and regulations for drone operations will be exposed. From the use of drones will be glimpsed and discussed solutions of 360 videos, 3D model for measurements and obtaining of volumes, analysis of structures by image.
It is hoped that the dissertation on the benefits of a drone inspection method that optimizes time and contributes to inspection and engineering design models will contribute to the discussions of insertion technology and applications in the offshore naval environment.
Keywords: Inspection, Drones, Optimization, Engineering, Time, String Access, Naval and Offshore, Applications
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SUMÁRIO
1 Introdução .......................................................................................................... 1
2 Indústria 4.0 (Motivação) .................................................................................. 2
2.1 Internet das Coisas ...................................................................................... 3
2.2 Drones e Mudanças na Engenharia ............................................................ 4
3 Tipos de drones .................................................................................................. 5
3.1 Asa Fixa ...................................................................................................... 6
3.2 Multirotores ................................................................................................ 8
3.3 Vantagens e desvantagens ........................................................................ 12
4 Regulamentação ANAC................................................................................... 13
4.1 Classificação de Drones............................................................................ 15
4.2 Operação e Alcance Visual....................................................................... 16
4.3 Idade, Seguro, Locais de Pouso e Decolagem e Certificado Médico ....... 16
5 Pilotos Drones – DECEA ................................................................................ 19
6 Segurança na Inspeção com Drones ................................................................ 21
6.1 Atmosfera Explosiva ................................................................................ 21
6.1.1 Classificação de área perigosa para gases inflamáveis e vapores ..... 21
6.2 Risco do uso de drones em espaços confinados e atmosferas explosivas 23
6.2.1 Riscos de Acessibilidade ao Espaço Confinado ................................ 24
6.2.2 Espaço Confinado – Inspeção e Manutenção .................................... 25
6.2.3 O uso de drones em espaço confinado e atmosferas explosivas ....... 25
7 Drones na Engenharia Naval e Offshore ......................................................... 27
7.1 Motivações ............................................................................................... 27
7.2 Drone Elios ............................................................................................... 28
8 Inspeção Convencional versus Inspeção com Drone em FPSO ...................... 31
8.1 Inspeção Convencional ............................................................................. 34
8.1.1 Inspeção Anual .................................................................................. 39
8.1.2 Inspeção Intermediaria ...................................................................... 41
8.2 Inspeção com Drone ................................................................................. 43
8.2.1 Flare ................................................................................................... 44
8.2.2 Tanque FPSO .................................................................................... 47
8.2.3 Under deck ........................................................................................ 49
8.2.4 Inspeção Termográfica ...................................................................... 53
viii
8.2.5 Acompanhamento na Construção Naval ........................................... 54
9 Medição de Espessura ...................................................................................... 56
10 Considerações Finais ....................................................................................... 61
10.1 Softwares .................................................................................................. 61
10.2 Aplicações Navais e Offshore .................................................................. 61
11 Referências ....................................................................................................... 63
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Asa Fixa versus Multirotores [6] ................................................................ 5
Figura 2: Asa Fixa e Multirotores [7] ........................................................................ 5
Figura 3: Principio do voo similar de um avião [10] ................................................. 6
Figura 4: Zephyr 2 [9] ................................................................................................ 7
Figura 5: Raven RQ-11B [11] .................................................................................... 7
Figura 6: Drone DATAhawk [12] .............................................................................. 8
Figura 7 - Multirotor quadcopter [6] .......................................................................... 9
Figura 8: Multirotores de acordo com número de hélices [13] .................................. 9
Figura 9: Inspire 2, [16] ........................................................................................... 10
Figura 10: Matrice 600, [17] .................................................................................... 11
Figura 11: Agras MS – 1S, [18] ............................................................................... 12
Figura 12: Prós e Contras Multirotor e Asa Fixa [19] ............................................. 13
Figura 13: Aeromodelos versus RPA (Drones), ANAC [21] .................................. 14
Figura 14: Proximidade de voo com pessoas, ANAC [21] ...................................... 14
Figura 15: Classes de aeronaves remotamente pilotadas, ANAC [21] .................... 15
Figura 16: Operação e Alcance Visual, ANAC [21] ............................................... 16
Figura 17: Resumo regulamentação ANAC [21] ..................................................... 18
Figura 18: Órgãos Regionais do DECEA, [23] ....................................................... 20
Figura 19: Áreas de Inspeção [30] ........................................................................... 28
Figura 20: Flyability’s Elios Drones, [31] ............................................................... 29
Figura 21: Tolerância de Colisões, [31] ................................................................... 30
Figura 22: Floating Production Storage and Offloading [33] .................................. 31
Figura 23: Flare de FPSO em operação [35] ........................................................... 32
Figura 24: Corrosão em chapeamento, [36] ............................................................. 33
Figura 25: Pitting, [36] ............................................................................................. 34
Figura 26: Acesso por cordas em Under Deck de plataforma [39] .......................... 35
Figura 27: Acesso por cordas em tanque [39] ......................................................... 35
Figura 28: Inspeção em Flare Offshore Malaysa – Imagem de Close-up (capturada e vento de 40 km/h [43] ..................................................................................................... 45
Figura 29: Inspeção em Flare – CyberHawk, [44] ................................................... 45
Figura 30: Close-up em Flare, Inspeção Cyber Hawk [44] ..................................... 46
Figura 31: Inspeção em FPSO da Maersk Oil, pela Cyberhawk [45] ...................... 48
x
Figura 32: Inspeção visual com drones em tanque de navio, [46] ........................... 48
Figura 33: Áreas de inspeção em uma plataforma, [40] .......................................... 50
Figura 34: Inspeção de Under Deck, [43] ................................................................ 52
Figura 35: Inspeção de Under Deck, [43] ................................................................ 52
Figura 36: Inspeção de Under Deck com close-up, [43] ......................................... 53
Figura 37: Inspeção termográfica mostrando hotspots e gradiente de temperatura, [42] ................................................................................................................................. 54
Figura 38: Início da construção no segundo dia, [48] .............................................. 55
Figura 39: Início da construção no terceiro dia, [48] ............................................... 55
Figura 40: Início da construção no quinto dia, [48] ................................................. 56
Figura 41: Seções transversais área de carga e Convés Principal, [49] ................... 58
Figura 42: Close-ups Superestrutura e Proa, Water and Wind, Fundo e quilha, [49] ........................................................................................................................................ 59
Figura 43: Estrutura Interna dos Pique tanques vante e ré, Externo Pique tanuqe de ré, [49] ............................................................................................................................ 59
1
1 INTRODUÇÃO
O avanço tecnológico fez com que, os Unmannedaerialvehicles’s (UAV’s) mais
conhecidos como “Drones”, passassem a fazer parte do cotidiano e serem utilizados em
diversas operações de monitoramento e transporte. Drones como mecanismos de
inspeção e monitoramento já são usuais na indústria civil, na agricultura e no
mapeamento de minas. Dentro do contexto naval e offshore, já é comum o uso dos
drones no segmento de transporte, bem como, em experiências internacionais na área
marítimo portuária. Existem pesquisas que identificam drones comerciais que poderiam
ser utilizados no setor portuário considerando características como modelo, autonomia,
velocidade, alcance e valor.
Os drones podem reduzir o tempo das operações de monitoramento nos terminais
portuários, bem como, auxiliar em processos que podem colocar em risco a vida
humana dentro desses terminais.
Em paralelo a isso, sabe-se que o Brasil é um país com grandes reservas de petróleo
em sua extensão marítima. A partir de 2006, com a descoberta de gigantes reservas de
petróleo em águas profundas, a Petrobras começou a explorar o petróleo no pré-sal.
Apesar do abalo recente da crise internacional, as expectativas otimistas para o futuro.
Uma das plataformas mais utilizadas é o FPSO (Floating
ProductionStorageandOffloading), que se define por ser uma unidade com funções de
produção, armazenamento e descarregamento para outros navios. A estrutura do casco
do navio pode ser o projeto de uma nova embarcação ou um projeto de conversão de um
casco de petroleiro.
No aqui presente serão vislumbradas possíveis aplicabilidades de inspeções com
drones em um FPSO.
O objetivo principal deste trabalho é descrever e discutir o uso de uma tecnologia
inovativa, através do uso de drones focado em otimizar os processos de inspeção naval e
offshore.
2
2 INDÚSTRIA 4.0 (MOTIVAÇÃO)
A Indústria 4.0, conhecida como a quarta revolução industrial, começa a tomar
seu espaço. Sua proposta é, através da “Internet das Coisas” (big data, digitalização e
conceitos de virtualização), inserir no processo produtivo das máquinas, sistemas e
pessoas o uso de tecnologia para otimização de operações e serviços.
O uso de tecnologias digitais na indústria brasileira ainda é pouco difundido. Do
total das indústrias, 58% reconhecem a importância dessas tecnologias para a
competitividade à indústria e menos da metade as utiliza.
De uma forma geral, o foco das industrias tem sido melhorar o processo de
produção e aumentar a produtividade. Trata-se de um foco positivo, porém limitado,
pois deixa em lacunas na etapa de desenvolvimento da cadeia produtiva e na exploração
de novos modelos de negócios. A indústria brasileira está seguindo um caminho que
parece natural: no primeiro momento, foca no aumento de eficiência e, então, se move
para aplicações mais voltadas ao desenvolvimento de novos produtos e aos novos
modelos de negócio. No entanto, considerando a posição competitiva do Brasil na
economia global, o mais recomendado seria que o esforço da digitalização fosse
realizado, simultaneamente, em todas as dimensões.
O avanço da Indústria 4.0 no Brasil depende de maior conhecimento por parte das
empresas dos benefícios com da digitalização, tanto em relação ao aumento da
produtividade como às oportunidades de novos modelos de negócio, flexibilização e
customização da produção e redução do tempo de lançamento de produtos no mercado.
O alto custo, colocado como um dos principais entraves, pode ser atenuado com a
implantação em etapas. O maior acesso à informação e a identificação de parceiros
ajudarão na redução da incerteza e na mudança de cultura da empresa.
É possível contribuir para o aumento da digitalização no Brasil promovendo a
infraestrutura digital, investindo e estimulando a capacitação profissional e promovendo
a criação de linhas de financiamentos específicas. A criação de plataformas de de-
monstração poderia ser uma iniciativa eficaz para estimular a disseminação do conceito
e o estabelecimento de parcerias entre clientes e fornecedores das novas tecnologias.
3
2.1 INTERNET DAS COISAS
AIndústria 4.0 utiliza a internet das coisas como mecanismo de obtenção de uma
interconexão de dados e sistemas, com o intuito de se obter a construção de
umecossistema cibernético. Assim, uma interoperação total e global da planta industrial
é possível.
A Internet das Coisas(Internet ofThings- IOT) é a técnica que permite conectar
informações em geral de dispositivos na internet. A digitalização de dados de máquinas,
processos e dispositivos, facilitam e processam a camada operacional de uma planta
industrial. A IOT utiliza objetos comuns que são conectados à internet e reconhecidos
por outros dispositivos que contribuem com informações para um banco de dados. Ou
seja, os dados “são criados pelas coisas”. Segundo especialista em inovação digital, em
entrevista da Forbes [1], a internet das coisas se define pela seguinte citação: “Se
tivéssemos computadores que soubessem tudo o que existe para saber sobre as coisas –
usando dados que eles reúnam sem ajuda de qualquer humano – poderíamos
acompanhar e contar tudo, e assim reduzir em muito o desperdício, perda e custo. Nós
estaríamos hábeis a saber quando as coisas precisam ser substituídas, reparadas ou
mesmo atentar para o fato de se elas estão novas ou se já passaram de seu tempo de vida
útil”.
Qual a importância da internet das coisas? É surpreendente a quantidade de
coisasque estão conectadas à internet e quanto benefício econômico podemos derivar da
análise dos fluxos de dados resultantes[2]. Dentre exemplos das indústrias impactadas
por IOT, estão:
Soluções de transporte inteligentes que aceleram os fluxos de tráfego, reduzem o
consumo de combustível, priorizam os horários de reparação do veículo;
Redes elétricas inteligentes conectam mais eficientemente recursos renováveis,
melhoram a confiabilidade do sistema;
Sensores de monitoramento de máquinas diagnosticam e preveem problemas de
manutenção pendentes, desdobramentos de peças a curto prazo e até priorizam os
horários da equipe de manutenção para equipamentos de reparo e necessidades
locais;
Considere, também o IoT em um nível mais pessoal. Os dispositivos conectados
estão passando do negócio e da indústria para o mercado de massa;
4
Drones utilizados em larga escala para aplicação de inseticidas na agricultura, para
geração de modelos orthomosaicos (um produto gerado do processo de
mosaicagemde várias fotografias que mostram imagens em suas posições
ortográficas verdadeiras), e para inspeções civis e mecânicas;
Considere, especificamente, o uso de drones nas inspeções e otimização de
processos navais e offshore.
Para tornar a Internet das coisas útil, precisamos de uma Análise das Coisas. Isso
significará novas abordagens de gerenciamento e integração de dados e novas formas de
analisar e/ou inspecionar dados de transmissão continuamente.
2.2 DRONES E MUDANÇAS NA ENGENHARIA
O drone foi inicialmente criado, pelo engenheiro israelita Abe Karem, para fins
militares, no uso de reconhecimento de terrenos (com sua visão aérea), também
serviram para espionagem, ataques e no envio de mensagens. Abe Karem é o
responsável pelo drone americano mais bem-sucedido e respeitadoAmber[3] e[4].
O uso de drones vem, com o turbilhão da indústria 4.0, criando seu espaço no
mercado e sendo cada vez mais usual. Conforme relatório da pwc[5], a aplicabilidade a
abrangência do uso de drones é enorme, e engloba setores de infraestrutura, agricultura,
telecomunicação, construção civil, segurança, transporte, minas, entretenimento e mídia,
acompanhamentos logísticos e inspeções industrias.
5
3 TIPOS DE DRONES
Nesta seção serão apresentados os dois tipos principais de drones que são
classificados como: asa fixa ou multirotor.A Figura 1e Figura 2 mostram exemplos de
asa fixa e multirotores.
Figura 1: Asa Fixa versus Multirotores[6]
Figura 2: Asa Fixa e Multirotores[7]
6
Nas subseções seguintes, esses tipos de drones serão apresentados com maiores
detalhes.
3.1 ASA FIXA
A asa fixa é um termo usado principalmente na indústria da aviação para definir
aeronaves que usam asas fixas e estáticas em combinação com a velocidade de avanço
para gerar elevação. Usam mesmo princípio dos aviões tradicionais.E, fazem
movimentos de Roll (rotação em torno do eixo longitudinal), Pitch (rotação em torno do
eixo transversal) e Yaw(rotação em torno do eixo vertical), Figura 3. O drone de asa
fixa obtém mais sustentação com menor gasto de energia, por conta da
aerodinâmica.São drones que suportam cobertura de longas distancias, atingem grandes
velocidades. Logo, tem maior economia de bateria e garantia de mais tempo no ar. O
fator de atingir alta velocidade, varia conforme a câmera embarcada e luminosidade,
podendo ser uma vantagem ou desvantagem. Exemplo, se a câmera embarcada não for
de melhor qualidade e a luminosidade estiver alta, não adianta fazer um voo veloz pois
as imagens obtidas não serão boas. A maior aplicabilidade de drones de asa fixa são em
mapeamentos aéreos de grandes extensões, vigilância e monitoramentos com exigências
de carga maiores para voos maiores.
Exemplos de asa fixa são os dronesRavenUAS[8] e Zephyr 2 SUAS[9], que são
amplamente utilizados em agricultura, operações militares de ampla vigilância e
operações relacionadas a mineração.
Figura 3: Principio do voo similar de um avião[10]
7
O drone Zephyr 2, Figura 4, tem bateria com duração em média de 30 à 60 minutos,
velocidade de até 90 mph (144,8 km/h), tolerância de ventos de até 40 mph (64,37
km/h) e uma autonomia de 40 km.
Figura 4: Zephyr 2[9]
O drone Raven[11], Figura 5, tem duração média de 60 à 90 minutos, velocidade de
32 à 81 km/h, opera em alturas de até 152 metros, e uma autonomia de 10 km.
Figura 5: Raven RQ-11B[11]
Atualmente, já existe o drone DATAhawk[12], Figura 6, de alta tecnologia para
fácil aquisição de geodata de precisão, para mapeamento e Sistemas de Informações
Geográficas (GIS) profissional. É um drone que possui conversão automática de dados
de aquisição de alta resolução para ortomosaicos 2D, modelos 3D e nuvens de pontos.
Dando assim resultados mais rápidos e confiáveis.
8
Figura 6: Drone DATAhawk[12]
3.2 MULTIROTORES
Os sistemas de Multirotores são um subconjunto de hélices. Similar ao princípio do
helicóptero. O termo rotorcraft é usado na aviação para definir aeronaves que usam
asas rotativas para gerar elevação.
Rotorcraft pode ter um ou vários rotores (hélices). Drones que usam sistemas
rotativos, na maioria das vezes, estão equipados com múltiplos rotores pequenos, que
são necessários para garantia de sua estabilidade. Por isso, eles são chamados
demultirotores.
São drones que podem operar em baixar velocidade e ficar parados no ar, podem
rotacionar em torno de si mesmos, possuem versatilidade de manobrabilidade, podem
operar em espaços limitados, possuem decolagem e pouso vertical (exemplo de
quadcopter,Figura 7) e também são capazes de decolar e pousar em espaços menores.
Eles podem gerar imagens artísticas e vídeos com facilidade, possuem lentes de alta
qualidade para foca em detalhes estruturais, operam em vigilância, inspeções estruturais
e de segurança. Porém mapeamentos aéreos com esse tipo de aeronaves possuem
limitações de áreas, já que sua autonomia é menor.
9
Os drones multirotores possuem redundância de motores. Esse é um grande
diferencial, pois se um motor falhar durante o voo ainda se consegue voltar para o
homepoint (ponto de decolagem ou ilha de decolagem) sem perder o drone. Na parte de
planejamento de voo possuem aplicativos mais fáceis e intuitivos.Possuem diferentes
disposições geométricas de hélices (Figura 8).
Figura 7 - Multirotorquadcopter[6]
Figura 8: Multirotoresde acordo com número de hélices [13]
Atualmente, o sistema mais comum e usual de multirotores é o quad-copter. Isso
porque seu custo é mais acessível em relação aos outros modelos. Exemplos desses
equipamentos são o mavicpro, inspire 2,phantom, Matrice 200 da DJI.A seguir, são
apresentados exemplos de drones quad, hexa e octo-coptercomuns no mercado.
10
Quad-Copters
Um dos principais modelos de drone do tipo quad-copter é o Inspire 2 (Figura 9).
Esse é um drone de quatro hélices de última geração, atinge velocidades de ate 93 km/h,
suporta rajadas de ventos de até 10 m/s, velocidade angular máxima, no pitch de 300º/s
e no yaw de 150º/s. Possui suporte para integração de câmera conforme escolha do
operador e demanda de trabalho, Tempo máximo de voo com câmera Zenmuse X7,
[14], de 23 minutos e com câmera Zenmuse X4S, [15], de 27 mins.
Este equipamento utiliza uma estrutura inovadora que separa o sistema de
processamento de imagem CineCore 2.0 da câmera e o coloca dentro da aeronave. Isso
significa que o sensor eo sistema óptico são removíveis e facilmente conectados usando
um conector de liberação rápida recentemente projetado. Projetar o sistema da câmera
dessa forma efetivamente protege o sensor de interferências magnéticas provenientes do
processador. Além disso, permite que uma série de unidades de câmera leves sejam
conectadas conforme exigido por diferentes cenas. A câmeraZenmuse X4S possui um
sensor de 1 polegada e um design compacto. Trabalhando em conjunto com o sistema
de processamento de imagem CineCore 2.0, o Zenmuse X4S facilita a captura de fotos e
vídeos sem esforço.
Figura 9: Inspire 2, [16]
Hexa-Copters
Drone de seis hélices de última geração, atinge velocidades de até 64 km/h, suporta
rajadas de ventos de até 8 m/s, ângulo de pitch de 25º, máxima velocidade de subir 5
m/s e de descida 3 m/s. Possui suporte para integração de câmera conforme escolha do
operador e demanda de trabalho, opera com qualquer câmera e gimbal da Zenmuse.A
11
integração total com software e hardware de terceiros torna o Matrice600 Pro (Figura
10) ideal para fotografia aérea profissional e aplicações industriais.
Figura 10: Matrice 600, [17]
Octo-Copters
O Agras MG-1S (Figura 11) é um dos principais modelos de drone de oito hélices e
foi feito especialmente para operações na agricultura. Este equipamento integra uma
série de tecnologias DJI de ponta, incluindo o novo A3 FlightController, e um Radar
Sensing System que fornece confiabilidade adicional durante o voo.
A tecnologia A3 FlightControler - Advanced A3 do DJI é capaz de altos níveis de
confiabilidade. Seu algoritmo foi otimizado para uso agrícola, garantindo um vôo
estável mesmo com líquidos de sloshing. Além disso, o design redundante do A3 inclui
compasso duplo. Ou seja, se ocorrer um erro em um sensor, o sistema mudará
automaticamente para o outro sensor para continuar com um vôo seguro e confiável.
Além disso, este modelo possui pulverizador com duas bombas compatíveis que
controlam o par frontal e o par traseiro de bicos separadamente. São três os modos de
pulverização disponíveis: pulverização para a frente, pulverização para trás e
pulverização completa. Ele tem um sensor de pressão e um sensor de fluxo que
monitora a taxa de pulverização em tempo real, realizando controle dinâmico sobre a
velocidade e quantidade de pulverização durante a operação.
Esse é um drone atinge velocidades de até 7 m/s, suporta rajadas de ventos de até 10
m/s, e que possui um tanque, para transportar o liquido para ser pulverizado, com
capacidade de 10 litros.
12
Figura 11: Agras MS – 1S, [18]
3.3 VANTAGENS E DESVANTAGENS
Resumidamente as vantagens e desvantagens relacionada a melhores aplicabilidades
são expostas abaixo:
Asa fixa: são drones muito similares aos aviões, em que o princípio de
sustentação de asa é o mesmo. Possuem favorecimento do fator
aerodinâmico e utilizam apenas um motor para garantir sustentação. São
utilizados para voos de altitude e com altas velocidades. Ótimos para atender
áreas de grandes extensões por conta de sua autonomia. Tem uma bateria de
longa duração e não precisa de trocas pra determinada operação. São ótimos
para orthomosaicos e modelos 2D de inspeção e monitoramento.
Multirotores: são drones mais versáteis e de mais fácil operação. Precisam
de no mínimo três motores, podendo chegar até oito. Possuem facilidade em
relação operação e manobras, permitem um voo mais baixo e lento, útil em
condições de baixa visibilidade e para focar em detalhes. Multirotores são
muito eficientes para produtos finais 3D. Sendo que áreas de pequenas e
medias extensões, também da conta de fazer ortomosaicos e 2D.
Alguns pós e contras se encontram na Figura 12.
13
Figura 12: Prós e Contras Multirotor e Asa Fixa [19]
Na questão de câmeras e sensores, vai depender do modelo do equipamento, ambos
podem carregar uma variedade de acessórios e câmeras diferentes. É mais fácil construir
um multirotor para carregar bastante peso do que uma asa fixa.
Na operação,os drones de asa fixa exigem maior capacitação do piloto, esse deve
estar ciente da limitações e riscos envolvidos na operação do UAV. Já os multirotores,
mesmo tendo riscos, são de fácil adaptação e interação com o operador, demandando
menos técnicas e treinamentos do mesmo.
Independentemente do tipo de drone escolhido para operação, eles devem atender
os regulamentos dos órgãos reguladores de onde estão sendo operados. Na sessão
seguinte será descrita a regulamentação da ANA que rege sobre o território brasileiro.
4 REGULAMENTAÇÃO ANAC
As operações de drones (de uso recreativo, corporativo, comercial ou experimental)
devem seguir as novas regras da ANAC, que são complementares aos normativos de
outros órgãos públicos brasileiros como o Departamento de Controle do Espaço Aéreo
(DECEA) e da Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL).
Em maio de 2017, a Agencia Nacional de Aviação Civil (ANAC) aprovou o
regulamento especial para utilização de aeronaves não tripuladas (drones), Regulamento
Brasileiro de Aviação Civil Especial – RBAC –E nº 94 [20].
Esse regulamento tem como objetivo tornar viáveis as operações desses
equipamentos, preservando-se a segurança das pessoas. O desenvolvimento sustentável
14
e seguro para o setor também será estruturado pela instituição das regras. Para elaborar
o normativo foi considerado nível de complexidade e de risco das operações.
Alguns dos limites estabelecidos no novo regulamento da ANAC seguem definições
de outras autoridades de aviação civil como Federal AviationAdministration (FAA),
Civil AviationSafetyAuthority (CASA) e EuropeanAviationSafetyAgency (EASA),
reguladores dos Estados Unidos, Austrália e da União Europeia, respectivamente.
O regulamento Anac divide a aeronaves não tripuladas em aeromodelos, drones
usados drones usados para fins recreativos, e aeronaves remotamente pilotadas (RPA),
drones utilizados para operações comerciais, corporativas ou experimentais. A diferença
entre aeromodelos e RPA encontra-se na Figura 13.
Figura 13: Aeromodelos versus RPA (Drones), ANAC[21]
A regra geral define que drones acima de 250 gramas podem voar apenas em áreas
distantes de terceiros (no mínimo 30 metros de distância na horizontal), Figura 1Figura
14. A responsabilidade é inteiramente do piloto operador e as regras de utilização do
espaço aéreo condizem ao DECEA [22]. Voo com drones a cima de 250 gramas perto
de pessoas, é necessário comunicado e aceitação do voo pelas pessoas nas
proximidades.
Figura 14: Proximidade de voocom pessoas, ANAC [21]
15
4.1 CLASSIFICAÇÃO DE DRONES
Segundo peso máximo de decolagem do equipamento foram feitas três classes para
os drones de uso comercial, corporativo ou experimental (RPA).
A Classe 1 é referente a drones acima de 150 kg (peso decolagem); Classe 2
referente a drone acima de 25 kg e abaixo ou igual a 150 kg; Classe 3 referente a drones
com peso de decolagem abaixo de 25 kg, conforme mostra a Figura 15.
Figura 15: Classes de aeronaves remotamente pilotadas, ANAC [21]
16
4.2 OPERAÇÃO E ALCANCE VISUAL
São 3 as classificações de alcance visual em relação ao piloto:
BVLOS – operação na qual o piloto não consegue manter o drone dentro de
seu alcance visual, mesmo com ajuda de um observador;
VLOS - operação na qual o piloto mantém o contato visual direto com o
drones (sem auxílio de lentes ou outros equipamentos);
EVLOS – operação na qual o piloto remoto só é capas de manter contato
visual com o drones com o auxílio de lentes ou de outros equipamentos e
precisa do auxílio de observadores de drone.
Figura 16: Operação e Alcance Visual, ANAC [21]
4.3 IDADE, SEGURO, LOCAIS DE POUSO E DECOLAGEM E
CERTIFICADO MÉDICO
Idade mínima para pilotagem
A idade mínima, para pilotar aeronaves não tripuladas RPA, é de 18 anos.
Ambos, os pilotos remotos e observadores (que auxiliam o piloto remoto sem operar
o equipamento) devem ter a idade mínima.
Não há idade mínima para pilotar aeromodelos.
17
Seguro
O seguro com cobertura contra danos a terceiros nas operações de aeronaves
não tripuladas de uso não recreativo acima de 250g, é obrigatório. As operações de
aeronaves pertencentes a entidades controladas pelo Estado, mesmo acima de 250 g,
não precisam do seguro.
Locais de pousos e decolagens de drones
Desde que não haja proibição de operação no local escolhido, pousos e
decolagens podem ser feitos em áreas distantes de terceiros. A operação de
aeronaves não tripuladas em aeródromos, pode ocorrer apenas, se for expressamente
autorizada pelo operador aeroportuário, podendo a ANAC estabelecer condições
específicas.
Licença, Habilitação e Certificado Médico Aeronáutico
Os pilotos de aeromodelos e de aeronaves RPA abaixo de 250g são considerados
licenciados.Não há necessidade de possuir documento emitido pela ANAC desde que
não pretendam usar equipamento para voos acima de 400 pés.
Para pilotos de operações com aeronaves não tripuladas RPA das classes - 1 (peso
máximo de decolagem de mais de 150 kg) ou 2 (mais de 25 kg e até 150 kg) ou da
classe 3 (até 25 Kg) que pretendam voar acima de 400 pés - serão obrigatórias
licença e habilitação emitidas pela ANAC.
Deverão possuir, o Certificado Médico Aeronáutico (CMA) emitido pela ANAC
ou o CMA de terceira classe do DECEA, os pilotos remotos de aeronaves não
tripuladas RPA das classes 1 (mais de 150 kg) e 2 (mais de 25 kg e até 150 kg).
Na Figura 17 encontra-se um resumo da regulamentação Anac para cada classe e
aeromodelo.
18
Figura 17: Resumo regulamentação ANAC [21]
Outro órgão importante, que os pilotos de drones devem conhecer, é o
Departamento de Controle do Espaço aéreo (DECEA). Esse tem um portal Drone/RPAS
que tem a função de reunir legislações e informações necessárias que garantam a
segurança de voo e operando dentro das normas. Também é um canal onde pode se
fazer solicitação de acesso ao espaço aéreo.
19
5 PILOTOS DRONES – DECEA
A missão do DECEA é planejar, gerenciar e controlar atividades relacionadas ao
controle do espaço aéreo, à proteção ao voo, ao serviço de busca e salvamento e às
telecomunicações do comando da Aeronáutica. Assim como, prover os meios
necessários para o gerenciamento e controle do espaço aéreo e o serviço de navegação
aérea, de modo seguro e eficiente, conforme estabelecido nas normas e nos acordo e
tratados internacionais de que o Brasil seja parte. No espaço do DECEA [22]encontram-
se documentos como: Trafego Aéreo – Ministerio da Defesa Comando da Aeronáutica
[23]; Regulamento Brasileiro da Aviação Civil Especial – RBAC-E nº 94 [20]; e,
Manual onRemotelyPilotedAircraft systems (RPAS) – Internacional Civil
AviationOrganization[24].
São documentos que definem o espaço aéreo brasileiro, certificação de tipo e
aprovações para aero navegabilidade, registro RPAS, operação do rpas, Licença e
competências do piloto, responsabilidades do piloto, Regras de acesso ao espaço aéreo,
processo de solicitação de autorização, segurança operacional, proteção e salvaguarda,
autorizações especiais, e infrações e questões legais, entre outras questões.
O DECEA possui Órgãos Regionais que desenvolvem atividades na Circulação
Aérea Geral (CAG) e na Circulação Operacional Militar (COM). Esses órgãos
coordenam ações de gerenciamento e controle do espaço aéreo e de navegação aérea nas
suas áreas de jurisdição. Os órgãos regionais do DECEA são o CINDACTA I, II, III e
IV e o SRPV-SP, com suas áreas de jurisdição definidas Figura 18, [23]. Sendo a
aeronave remotamente pilotada (RPA) uma aeronave, seu acesso está sujeito às
regulamentações do DECEA e a autorizações emitidas pelo Órgãos Regionais.
20
Figura 18: Órgãos Regionais do DECEA, [23]
21
6 SEGURANÇA NA INSPEÇÃO COM DRONES
6.1 ATMOSFERA EXPLOSIVA
Áreas de atmosfera explosiva são aquelas que possuem uma concentração de gases
ou poeiras que podem entrar em combustão causando drástica devastação em caso de
um acidente. Essas áreas são fontes de grande preocupação em navios e plataformas
offshore.
A fim de identificar o nível potencial de mistura de combustível que uma área corre
risco de possuir, foram criadas classificações dessas áreas, através de normas como a
ABNT NBR IEC 60079 (Associação Brasileira de Normas Técnicas, [25]) e a
DangerousSubstancesandExplosiveAtmospheresRegulations 2002 (Europeia) [26].
Perante a classificação, descreve-se o raio de ação de um possível sinistro, e adota-se
medidas de controle, eliminação ou mitigação de efeitos. O grau de risco de uma área é
classificado como “zona”.
6.1.1 CLASSIFICAÇÃO DE ÁREA PERIGOSA PARA GASES
INFLAMÁVEIS E VAPORES
A classificação da área pode ser realizada por analogia direta com instalações
típicas descritas em códigos estabelecidos ou por métodos mais quantitativos que
exigem um conhecimento mais detalhado da planta. O ponto de partida é identificar
fontes de liberação de gás inflamável ou vapor. Estes podem surgir de atividades
constantes; de tempos em tempos em operação normal; ou como resultado de algum
evento não planejado.
O padrão mais utilizado no Reino Unido para determinar a extensão e a
classificação da área é a norma BS EN 60079, parte 101 (Explosiveatmospheres.
Classificationofareas. Explosivegasatmospheres, [27]), que possui ampla aplicabilidade.
A versão atual deixa clara a ligação direta entre as quantidades de vapor inflamável que
podem ser liberadas, a ventilação nesse local e o número da zona. Contém um cálculo
simplista que relaciona o tamanho da zona com uma taxa de liberação de gás ou vapor,
22
mas não é útil para libertações de líquidos, onde a taxa de vaporização controla o
tamanho da área de risco.
Zonas
Áreas perigosas são definidas na
DangerousSubstancesandExplosiveAtmospheresRegulations 2002 (DSEAR [26]) como
"qualquer lugar em que uma atmosfera explosiva possa ocorrer em quantidades tais
como exigir precauções especiais para proteger a segurança dos trabalhadores".
Neste contexto, as "precauções especiais" são melhor tomadas em relação à
construção, instalação e uso de aparelhos, conforme indicado na norma BS EN 60079 -
101[27]. A classificação da área é um método de análise e classificação do ambiente em
que podem ocorrer atmosferas explosivas de gás.
O objetivo principal é facilitar a seleção e instalação adequadas de aparelhos para
serem utilizados com segurança nesse ambiente, levando em consideração as
propriedades dos materiais inflamáveis que estarão presentes. A DSEAR amplia
especificamente o escopo original desta análise, levando em consideração fontes de
ignição não elétricas e equipamentos móveis que criam um risco de ignição.
As áreas perigosas são classificadas em zonas com base na avaliação da frequência
da ocorrência e duração de uma atmosfera de gás explosivo, da seguinte forma:
Zona 0: uma área em que uma atmosfera de gás explosivo está presente
continuamente ou por longos períodos;
Zona 1: uma área em que a ocorrência de mistura inflamável/explosiva é
provável de acontecer em condições normais e operação do equipamento de
processo;
Zona 2: Uma área em que não é provável que ocorra uma atmosfera de gás
explosivo em operação normal e, se ocorrer, só existirá por um curto período
de tempo.
Várias fontes tentaram colocar limites de tempo para essas zonas, mas nenhuma
delas foi oficialmente adotada. Os valores mais comuns utilizados são:
Zona 0: Atmosfera explosiva por mais de 1000h / ano
23
Zona 1: Atmosfera explosiva para mais de 10, mas menos de 1000 h / ano
Zona 2: Atmosfera explosiva por menos de 10h / ano, mas ainda é
suficientemente provável para exigir controles sobre fontes de ignição.
Para fins de quantificar as definições da zona, esses valores são os mais adequados,
mas, para a maioria das situações, uma abordagem puramente qualitativa é adequada.
Quando as áreas perigosas de uma planta forem classificadas, o restante será definido
como não perigoso, às vezes referido como "áreas seguras".
As definições de zona não têm em conta as consequências de uma versão. Se esse
aspecto for importante, poderá ser abordado atualizando a especificação de
equipamentos ou controles sobre atividades permitidas dentro da zona. A alternativa de
especificar a extensão das zonas de forma mais conservadora não é geralmente
recomendada, pois leva em conta as dificuldades com a seleção do equipamento e
dificuldades no controle sobre os efeitos da saúde dos vapores assumidos como
presentes. Quando os ocupantes optam por definir extensas áreas como Zona 1, as
consequências práticas podem ser discutidas durante a inspeção do local.
6.2 RISCO DO USO DE DRONES EM ESPAÇOS CONFINADOSE
ATMOSFERAS EXPLOSIVAS
O espaço confinado é um local não projetado para ocupação humana continua, com
ventilação existente insuficiente para remover contaminantes ou que possa ter
insuficiência ou enriquecimento de oxigênio, que possua meio limitado para entrada e
saída. Sendo assim necessita de regras claras, já que está comumente presente nos
espaços industriais.
Atualmente no Brasil, contamos com a Norma Regulamentadora de Segurança e
Saúde nos Trabalhos em Espaços Confinados - NR-33 [28]que estabelece regras para
execução do trabalho em espaço confinado. Esta norma estabelece uma série de
exigências técnico-administrativas para melhorar o nível de segurança dessas atividades.
24
6.2.1 RISCOS DE ACESSIBILIDADE AO ESPAÇO CONFINADO
O espaço confinado é qualquer lugar que, por ser muito fechado, deixa o
trabalhador em condições de risco, como por exemplo: tanque industrial, tanque de
navio, reator, poço, câmaras ou qualquer outro espaço similar;
Espaços confinados podem ter atmosferas inflamáveis ou explosivas, gases e
vapores tóxicos,presença de fluidos ou partículas sólidas que possam ter o volume
aumentado, alteração do nível de oxigênio ideal para respiração e temperaturas
agressivas. Identificando esses riscos:
Atmosfera tóxica: pode ocorrer por diversos fatores, como
vazamentos,armazenamento de produtos, fumaça causada por fogo, infiltrações
ou devido ao próprio trabalhado que está sendo realizado. Contaminantes como
esses podem ter efeito de tontura, inconsciência e morte.
Alteração do nível de oxigênio: pode se dar pela presença de outro gás, através
da decomposição de elementos orgânicos, reações químicas, presença de fogo,
etc outros. Com o aumento do nível de oxigênio, o ambiente pode se tornar uma
bomba. Pois, em ambiente rico em oxigênio a ignição do fogo nos materiais
ocorre facilmente.
Atmosferas inflamáveis ou explosivas: como foi detalhado explicado em
6.1Atmosfera Explosiva o potencial de explosão é alto. Estas atmosferas
apresentam risco de incêndio ou explosão devido à presença de líquidos ou
gases inflamáveis ou até mesmo, de poeira com capacidade de combustível
suspenso no ar. Na área confinada pode não haver ventilação, logo a
concentração destes gases pode se tornar muito elevada impossibilitando a
ignição. No entanto, ao abrir acesso ao local a concentração de gás pode chegar
rapidamente na proporção ideal e a menor falta de cuidado com as fontes de
ignição podem ocasionar uma explosão.
Presença de fluidos ou partículas sólidas: quando existe a presençano espaço
confinado e não são observadas medidas de controle, pode resultar em
afogamento, asfixia, queimaduras e outras lesões.
25
Temperatura no espaço confinado: a temperatura pode variar bruscamente por
causa da falta de ventilação. A utilização de alguns EPI fundamentais, como
máscara de ar, roupas grossas, capacetes e outros, pode contribuir no aumento da
sensação térmica e até mesmo causar desmaios se a temperatura do ambiente
não for controlada.
6.2.2 ESPAÇO CONFINADO – INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO
Visto que o ambiente é agressivo, são necessárias diversas medidas de segurança
para a realização de trabalho no mesmo. Por isso algumas atividades, principalmente
relacionadas a manutenção e inspeção, são suprimidas ou realizadas de forma pouco
eficiente.
Uma forma de exemplo é que a manutenção nesses casos, geralmente, costuma ser
de reparo ou troca de componentes de forma periódica independente do estado atual. Ou
só se faz a manutenção corretiva: quebrou, arrumou. A empresa que adotar tais
soluções, não está errada, porque está preocupada em evitar a exposição dos
trabalhadores aos riscos. E acaba compensando em questões operacionais e financeiras.
Em determinadas situações se consegue instalar instrumentos de medição para
acompanhar externamente o que acontece no espaço confinado, mas nem tudo pode ser
monitorado desta forma.
Equipamentos mais modernos evitam situações que possam ser consideradas como
espaço confinado, como construções e equipamentos em poços. É uma forma de se
ganhar em eficiência e segurança.
6.2.3 O USO DE DRONES EM ESPAÇO CONFINADOE ATMOSFERAS
EXPLOSIVAS
Com a chegada dos drones tornou-se possível soluções para melhorar segurança e
eficiência nas operações.
Já existem drones projetados especialmente para ser resistente as colisões, com
possibilidade de acessar locais de difícil acesso e obter imagens de alta qualidade (com
26
precisão) de corrosão, limpeza, soldas, oxidações e desgastes, podendo ainda fazer
inspeções termográficas. Alguns podem ser utilizados em condições de temperaturas
relativamente altas (não extremas), áreas tóxicas ou ainda com escassez de oxigênio.
Em contrapartida, o drone não se trata de ser um equipamento intrinsicamente
seguro, demandando assim de uma avaliação do ambiente que vai ser inspecionado ou
monitorado, principalmente quando este tem a presença de agentes inflamáveis ou
explosivos.
Como visto, os trabalhos em espaço confinado e em atmosferas explosivas de forma
geral, envolvem muitos riscos e deve ser muito bem avaliado. Com a adoção de normas
como norma BS EN 60079, parte 101 (Explosiveatmospheres. Classificationofareas.
Explosivegasatmospheres, [27])e NR-33[28], estas atividades passaram a ser melhores
estruturadas aumentando a segurança nas operações. Devido tais exigências, as novas
instalações e equipamentos tentam evitar condições de espaço confiando, mas, em
alguns casos, sempre existirá, como exemplos, tanques e reatores. A instrumentação e
projetos de melhorias podem ajudar as atividades de manutenção e inspeção ter um
controle maior destes espaços, mas ainda haverá a necessidade de acesso. O uso de
drones chega no mercado como uma solução interessante para essa demanda pois
viabiliza acesso aos espaços confinados de forma rápida e segurança, permitindo
avaliação precisa do profissional. No entanto, seu uso requer cuidados para que não
venha a ser um problema ou um risco a segurança no trabalho.
Visto isso, pode-se ver no capítulo seguinte possíveis aplicações dos drones dentro
do meio naval e offshore.
27
7 DRONES NA ENGENHARIA NAVAL E
OFFSHORE
7.1 MOTIVAÇÕES
Embarcações e plataformas de petróleo tem processos de corrosão de forma crítica
em função do ambiente em que se encontram.
O processo corrosivo é responsável, em geral, por grande parte das falhas dos
equipamentos que compõem as unidades operacionais de uma plataforma de produção
de petróleo e/ou embarcação. A consequência é de paradas não programadas da
unidade, campanhas operacionais mais curtas, tempos prolongados de parada para
manutenção e lucros cessantes. Cerca de 50% dessas falhas em plataformas e
embarcações estão creditadas à corrosão[29]. É um fato, do ponto de vista econômico,
que os prejuízos causados pelos danos de corrosão atingem custos extremamente altos,
tanto diretos como indiretos, resultando em consideráveis desperdícios de
investimento.Às vezes, o valor de um novo material que substituirá o antigo é de vinte a
cinquenta vezes superior. E, as perdas de lucro com a parada das unidades são
estrondosas.
A utilização de drones é uma forma preditiva de monitorar e inspecionar, sem
necessidade de docagem, à integridade operacional das instalações podendo prever
falhas e por vezes evitar a parada da unidade em questão.
Outros fatores importantes a se considerar é que o uso de drones pode evitar danos
tóxicos e desconfortáveis a saúde das pessoas e a preservação meio-ambiente.
Drones já são altamente utilizados no meio naval e offshore, para inspeções de
flare, topside, casco externo, tanques, underdeck’s e guindastes, Figura 19. Atualmente,
são três as grandes empresas de inspeção com drones na área naval e offshore, são
elas:Sky-Future, CyberHawk e FlyAbility.
As empresas Sky-Future e CyberHawk já fizeram grandes inspeções, em underdeck,
topsides e tanques, como será mostrado na subseção 8.2.3. Já a empresa FlyAbility tem
um drone, Elios, especifico para espaços confinados e com grande tolerância a colisões
como será mostrado em 7.2.
28
Figura 19: Áreas de Inspeção[30]
O subcapitulo seguinte é destinado a conhecer um pouco melhor o drone Elios e
seus benefícios de inspeção na indústria de forma geral e na indústria naval e offshore.
7.2 DRONE ELIOS
A empresa Flyability produziu o drone Elios (Figura 20: Flyability’sEliosDrones,
Figura 20), que é resistente a colisões e tem acesso a espaços confinados (Figura
21)diversos, possui câmera HD ecom sensores térmicos, é seguro para voar perto de
humanos, faz os métodos tradicionais normalmente, é fácil de pilotar, controle de
rotação da câmera de 180º, evita entrada humana em espaços confinados diminuindo o
risco para trabalhadores, opera além da linha de visão, analise imediata das imagens
gravadas.
Foram 5 anos de projeto e desenvolvimento, um design de 7 iterações de protótipos,
e mais de 50 missões em campos.
29
Destaca-se as seguintes vantagens: aumentoda segurança dos trabalhadores, reduz
os custos das inspeções e um menor tempo de inatividade. Uma empresa representante
brasileira, do drone elios é a xd4solutions[32].
De forma geral, são áreas de serviços[32]:
Inspeções estruturais de tanques industriais, recipientes sob pressão;
Check-out visual de rampas, estabilizadores, espaços inacessíveis;
Inspeções de caldeiras e geradores de vapor de recuperação de calor;
Diagnóstico em caso de danos e inspeções em tubulações suspensas;
Inspeções térmicas de dutos de exaustão e caminhos de ar quente;
Inspeções de túneis, chaminés, equipamentos de elevação, telhados, fornos;
Inspeções de plataformas de petróleo.
Dentre suas aplicações na área naval e offshore estão inspeções em tanques, flare
de plataformas, embarcações e plataformas de forma geral, voids,under decks
instalações elétricas e tubulações.
Figura 20: Flyability’sEliosDrones, [31]
30
Figura 21: Tolerância de Colisões, [31]
Até aqui já foram discutidos os tipos de drones, os espações confinados e
atmosferas explosivas e as demandas de inspeção na área naval e offshore. O capítulo
seguinte tem a função de discutir inspeções convencionais e inspeções com drones em
FPSO’s.
31
8 INSPEÇÃOCONVENCIONALVERSUS INSPEÇÃO
COM DRONE EM FPSO
Como foi dito na Introdução (seção 1) o FPSO (Floating
ProductionStorageandOffloading)é definidocomo uma unidade com funções de
produção, armazenamento e transferência para outros navios. A estrutura do casco do
navio pode ser o projeto de uma nova embarcação ou um projeto de conversão de um
casco de petroleiro. É muito vantajoso por ter grande capacidade de armazenamento de
petróleo. Podem ser realocados em outro local, quando não é mais necessário no campo
petrolífero em que estão atuando.
Duas vantagens entre um FPSO e uma plataforma fixa são: que não são uma
estrutura construída propositalmente, ou seja, ele pode ser convertido de um navio
petroleiro; e os FPSO’s possuem relação custo benefício mais elevada, pois instalações
fixas podem ser utilizadas em apenas um ponto e são mais caras [33].
Um exemplo de FPSO é a plataforma P-54 (Figura22)projetada para atingir 180 mil
barris/dia, tem capacidade para comprimir 6 milhões de metros cúbicos por dia de gás e
estocar até 2 milhões de barris de óleo [33] e [34], contribuindo para a sustentabilidade
da auto suficiência brasileira.
Figura22: Floating Production Storage and Offloading [33]
32
Dentre as principais áreas de inspeção de um FPSO tem-se destaque para flare,
casco externo,topside, guindaste e balcão de riser.Identificando melhorflare,topside e
balcão de risers.
Flare – equipamento em forma de torre de uma unidade com função de
queima do excesso de gás, parada do processamento. Na ponta do
flare (Figura 23) existem maçaricos, geralmente quatro, que ficam
permanentemente acesos no interior da chaminé, chama alimentada por gás
natural. A razão da chama ficar permanentemente acesa é para proporcionar
a queima imediata dos gases residuais, que não se enquadram na qualidade
exigida para produção.
Figura 23: Flare de FPSO em operação [35]
Topside - parte superior da plataforma que engloba a planta de processo
(com equipamentos), suas utilidades e seu alojamento. Normalmente, o
topside possui módulo, de separação de óleo, de tratamento de gás, de
geração de energia, de compressão de gás, de duto vias, de acomodações, de
heliporto e o flare.
33
Balcão de riser – risers são normalmente instalados em uma plataforma no
costado da unidade, próxima ao convés principal. Essa plataforma é
chamada de balcão de risers.
Dando continuidade o subcapitulo seguinte vai identificar como uma inspeção
convencional é feita e também algumas regras de identificação de chapeamento do
casco e corrosões(Figura 24) e pitting(Figura 25).
Figura 24: Corrosão em chapeamento, [36]
34
Figura 25: Pitting, [36]
A subseção seguinte se destina a falar um pouco do método convencional de
inspeção.
8.1 INSPEÇÃO CONVENCIONAL
Uma inspeção convencional é feita pelo método de acesso por cordas e sob
enquadramento das regras da classe (podendo ser ABS, DNV, Lhoyd’s entre outras).
Aqui irá ser discutido um pouco desse acesso por cordas e dos ciclos de inspeções
segundo regra da ABS [37].
A inspeção convencional de acesso por cordas tem regulamentação e procedimentos
de responsabilidade do IRATA Brasil[38]. Consiste em um método seguro de trabalho
em altura. São utilizados cordas e equipamentos para acesso e locomoção ao local de
trabalho, oferecendo o apoio em suspensão apropriado e seguro durante o período de
execução da tarefa a ser concluída.Os métodos de acesso por corda são planejados e
gerenciadosde forma a minimizar as possibilidades de acidentes, incidentes ou
ocorrências de risco em geral, garantindo um sistema seguro de trabalho contínuo e
eficaz sem danos às propriedades do local e ao meio ambiente. A IRATA exerce um
regime rigoroso e exigente dos processos de trabalho de acesso por corda, ao qual seus
membros são obrigados a seguir. Esse método é considerado seguro quando comparado
a outros meios humanos de acesso em altura. No Brasil, vem sendo utilizado há mais de
35
23 anos; já na Europa e América do Norte, há pelo menos 35 anos. O Acesso por Corda
é utilizado em toda a área industrial, como civil, petrolífera, química, petroquímica,
siderúrgica, naval, agrônoma, elétrica, telefônica, nuclear, energética, etc. Exemplos de
inspeções por cordas em Under Deck de plataforma e em tanque de navio petroleiro,
encontram-se respectivamente na Figura 26 e na Figura 27.
Figura 26: Acesso por cordas em Under Deck de plataforma[39]
Figura 27: Acesso por cordas em tanque [39]
36
O método de acesso por cordas é feito para inspeções em unidades flutuantes e
navio respeitando regra de inspeções de classificadoras navais. Com o objetivo de
identificar os períodos de inspeções necessário em uma unidade FPSO e os requisitos
mínimos de inspeção será abordada a regra de inspeção de Floating
ProductionInstallations da ABS[37].
Os levantamentos de classe aplicáveis na estrutura do casco de uma unidade
flutuante e no sistema de amarração devem ser realizados de acordo com o ISIP(In-
ServiceInspectionProgram – programa que descreve procedimentos e frequência de
inspeção do casco e amarrações de uma plataforma de petróleo) aprovado pelo ABS
(seção 7-2-2 [37]). Todas as instalações devem ser inspecionadas de acordo com um
ISIP aprovado pelo ABS e devem ser inspecionadas sob Inspeção Contínua do Sistema
Casco e Amarração. As datas de vencimento apresentadas no Status da Inspeção ABS
devem ser feitas pelo "Plano de Inspeção Mestre" mencionado na seção 7-2-3 / 3.5.2ii)
da regra [37].
O inspetor avaliador deve rever o ISIP para a progressão da pesquisa especial como
parte da Pesquisa Anual - Hull. Esta revisão é verificar se o ISIP está sendo mantido de
acordo com o cronograma ISIP aprovado e se quaisquer ajustes a eles próprios devem
ser levados em consideração à conclusão das reparações identificadas (para a estrutura)
antes da data de vencimento da Inspeção Especial. Seguindo a regra da ABS[37], tem-se
os seguintes períodos de inspeção:
Inspeções Anuais (ver Seção 7-2-4)
As inspeções anuais devem ser realizadas dentro de três (3) meses antes ou depois
de cada data de aniversário anual do crédito anterior da Inspeção Periódica Anual de
Casco ou da Data de Construção Original.
Para as instalações na inspeção continua, todos os requisitos de inspeção contínua
para as partes (itens) devidos, geralmente, devem ser concluídos a cada ano. O Inquérito
Anual não será creditado e o Certificado de Classificação não será aprovado, a menos
que os itens da Inspeção Contínua devidos ou atrasados no momento da Inspeção Anual
sejam preenchidos ou concedidos em uma extensão.
37
Inspeções Intermediárias (ver Seção 7-2-5)
As Inspeções Intermediarias devem ser realizadas no segundo ou terceiro ano de
operação ou entre esses anos de vida operando.
Inspeções Periódicas Especiais (ver Seção 7-2-6)
UmaInspeção Periódica Especialdeve ser concluída dentro de cinco anos após a
data de construção ou após a data de crédito daInspeção Periódica Especial anterior. O
intervalo entre as Inspeções Periódicas Especiais pode ser reduzido pela ABS sob certas
circunstâncias. Se uma Inspeção Periódica Especial não for concluídaaté determinado
tempo, será creditado a partir da data de conclusão da inspeção, mas não mais que cinco
anos a partir da data de construção ou a partir da data registrada da Inspeção Periódica
Especial anterior. Se aInspeção Periódica Especial for concluída prematuramente, mas
dentro de três meses antes da data de vencimento, a Inspeção Periódica Especial será
creditada para concordar com a data de vencimento efetiva.
Pode ser dada uma consideração especial aos requisitos da Inspeção Periódica
Especial no caso de instalações de produção flutuante de design incomum, em lay-upou
em circunstâncias incomuns. A ABS reserva-se o direito de autorizar exceções de
Inspeção Periódica Especial exigidas pela regra em circunstâncias extremas.
UmaInspeção Periódica Especialpode ser iniciada no quarto ano de vida e ser
continuada com uma revisão complementar na data de vencimento. Em relação à
preparação daInspeção Periódica Especial, a medição de espessura, é requerida para
aInspeção Periódica Especialno próximo ciclo de quatro anos, ou seja, deve ser feita na
medida em que seja acessível e prática em relação a quartaInspeção Periódica Especial.
Onde aInspeção Periódica Especialé iniciada antes do quarto ano de operação, todaa
inspeção deve ser concluída no prazo de 12 meses se esse trabalho for creditado na
Inspeção Periódica Especial.
38
o Inspeções Continuas
A pedido do proprietário, e após a aprovação dos acordos propostos, um sistema de
Inspeção Continua pode ser realizado obedecendo requisitos Inspeção Periódica
Especial, esses são realizados em rotação regular para completar todos os requisitos
daInspeção Periódica Especial dentro de um período de cinco anos. A data de conclusão
será registrada para concordar com a data de vencimento original do ciclo. Se a
Inspeção Continua for concluída prematuramente, mas dentro de três meses antes da
data de vencimento, Inspeção Periódica Especial será creditada para concordar com a
data de vencimento efetiva.
A ABS reserva-se no direito de autorizar exceções de Inspeção Continua Especial
exigidas pela regra em circunstâncias extremas.
Cada parte (item) inspecionada é novamenteinspecionada, aproximadamente, em
cinco anos a partir da data inspecionada. Para Inspeções Contínuas, uma notação
adequada será inserida no Registro e na data de conclusão do ciclo publicado. Se algum
defeito for encontrado durante a inspeção, eles serão tratados com satisfação do
Inspetor.
o Inspeções In-line
Todos os itens necessários para serem submetidos a Inspeção Periódica Especial,
incluindo, mas não limitado ao casco, maquinaria, amarração, instalações de topo e
automação, devem ser realizados ao mesmo tempo e intervalo, para que sejam
registrados com a mesma data de crédito. Nos casos em que o dano exigiu reparos e
exames extensivos, o inquérito sobre o mesmo pode, quando aprovado pelo ABS, ser
aceito como equivalente ao Inspeção Periódica Especial.
39
No documento ABS estão abordados os três tipos de inspeções a cima descritos. As
inspeções periódicas especiais não serãodetalhadas nessa pesquisa. A seguir, detalha-se
melhor as inspeções anuais e intermediarias, segundo a regra ABS[37]:
8.1.1 INSPEÇÃO ANUAL
Casco - Instalações de produção flutuante de tipo navio
Para as instalações de tipo navio, as plataformas meteorológicas, o casco e seus
aparelhos de fechamento juntamente com penetrações estanques devem ser geralmente
examinados na medida do possível e colocados em condições satisfatórias, e os
seguintes itens devem ser verificados.
o Estrutura
(a) Estrutura principal acima da linha d’água.
(b) Estrutura da interface entre as estruturas principais do casco e do topo,
incluindo stools (tipo de suporte entre o casco e a planta de processo) associadas e
rolamentos de elastômeros, conforme instalado.
(c) Principais estruturas detopside(módulos principais) que suportam
instalações de produção e sistemas de suporte.
o Proteção de Aberturas
(a) Escotilhas, poços e escorregas em pranchas de bordo livre e de
superestrutura.
(b) Coberturas de máquinas, coberturas de fiddley, espaços anulares de
funil, clarabóias, caminhos de companhia e pavilhões protegendo aberturas em
pavimentos de bordo aberto ou de superestrutura fechada.
(c) Portlights juntamente com deadcovers, portos de carga, arco ou popa,
calhas e aberturas semelhantes nos lados ou extremidades da instalação abaixo do
pavimento do freeboard ou em formas de superestruturas fechadas.
(d) Ventiladores, incluindo dispositivos de fechamento quando instalados,
tubos de ar juntamente com telas de fogo e conexões de solda ao chapeamento.
40
Todos os "dispositivos de fecho de ar" instalados nas plataformas expostas devem
ser examinados externamente, abertos aleatoriamente e sua condição verificada.
Scuppers, entradas e descargas do lado do mar devem ser examinados externamente
como acessíveis, incluindo a sua fixação ao invólucro e às válvulas.
(e) anteparas estanques, penetrações de anteparas, anteparas finais de
superestruturas fechadas e operação de qualquer porta na mesma.
(f) Portas à prova de intempéries e aparelhos de fechamento para todos os
itens acima, incluindo endurecimento, cães, dobradiças e juntas. O funcionamento
adequado das portas à prova de intempéries e dos aparelhos de fechamento a serem
confirmados.
o FreeingPorts (Freios de Portas)
Liberando portas, juntamente com barras, persianas e dobradiças.
o Proteção da tripulação
Trilhos de guarda, linhas de vida, passeios e pavilhões que acomodam a
tripulação.
o Informações sobre carga e estabilidade
Confirmação de orientação de carregamento, dados de estabilidade e planos
de controle de danos, conforme aplicável. A carregar os instrumentos
aceitos para classificação ou os computadores de estabilidade aprovados
instalados para complementar o folheto de ajuste e estabilidade devem ser
confirmados em ordem de funcionamento, utilizando as condições de
verificação aprovadas, conforme aplicável. O manual de instruções do
usuário para o instrumento de carregamento ou o computador de
estabilidade deve ser confirmado a bordo.
o Linha de carga
É necessária confirmação de que não foram feitas alterações no casco ou
nas superestruturas que afetariam o cálculo que determina a posição das
linhas de carga. O registro das condições de atribuição deve estar
disponível a bordo para referência. As marcas da Linha de carga devem ser
41
avistadas, encontradas claramente visíveis e recortadas e / ou pintadas,
conforme necessário.
8.1.2 INSPEÇÃO INTERMEDIARIA
Casco - Instalações de produção flutuante de tipo navio
Os levantamentos intermédios das instalações automotrizes de barcaças ou
de navios devem cumprir os requisitos aplicáveis de 7-3-2 / 3 das Regras
do ABS para pesquisa após construção (Parte 7). O escopo do segundo ou
terceiro Inquérito Anual deve ser estendido para incluir o seguinte.
o Pesquisa de tanques de lastro
i) Para Instalações com 5 anos <Idade≤ 10 anos
a. O levantamento geral de um mínimo de três (3) tanques
de lastro representativos selecionados pelo inspetor
devem ser realizados. Onde um revestimento protetor
rígido é encontrado em condição POBRE, onde o
revestimento macio foi aplicado ou onde um
revestimento protetor rígido não foi aplicado a partir do
tempo de construção, o exame deve ser estendido para
outros tanques de lastro do mesmo tipo.
ii) Para Instalações com Idade> 10 anos
a. O levantamento geral de todos os tanques de lastro deve
ser realizado.
Se o levantamento de tanques de lastro não revelar defeitos estruturais visíveis, o
exame pode limitar-se à verificação de que o sistema de prevenção de corrosão
permanece efetivo.
42
o Inspeção de tanques de lastro e tanques combinados de carga /
reator além de tanques de fundo duplos
Quando previsto, a condição do sistema de prevenção da corrosão
dos tanques de lastro e dos tanques combinados de carga / lastro
deve ser examinada.
Tanques de lastro e tanques combinados de carga / lastro, além de
tanques de duplo fundo, onde um revestimento protetor rígido é
encontrado em condições pobres e os Proprietários ou seus
representantes optam por não restaurar o revestimento, onde um
revestimento macio foi aplicado ou onde um revestimento protetor
rígido não foi aplicado a partir do momento da construção, os
tanques em questão devem ser examinados internamente em cada
levantamento anual subsequente. As medidas de espessura devem
ser realizadas conforme considerado necessário pelo Inspetor.
o Inspeções de tanques de lastro em fundo duplo
Tanques de lastro de duplo fundo, onde um revestimento protetor
rígido é encontrado em condições pobres e os Proprietários ou seus
representantes optam por não restaurar o revestimento, onde um
revestimento macio foi aplicado ou onde um revestimento protetor
rígido não foi aplicado desde o momento da construção, os tanques
em questão devem ser examinados internamente em cada Inquérito
anual subsequente onde documentação substancial da corrosão. As
medições de espessura devem ser realizadas conforme necessário.
o Inspeções de tanques de carga
Em cada Pesquisa Intermediária após a Pesquisa Periódica Especial
nº 2, pelo menos três (3) tanques de carga de tipo integral: um (1)
centro, uma (1) asa de porta e um (1) tanque de asa de estibordo
devem ser examinados internamente.
43
Medição de espessura do casco
Quando são encontradas extensas áreas de perda, medições de espessura
devem ser realizadas e renovações feitas quando o desperdício exceder a
margem permitida. Onde os escândalos reduzidos com base no controle
eficaz da corrosão foram adotados, os resultados de quaisquer medidas
devem ser avaliados com base em escamas antes da redução.
Teste de tanque
O teste de pressão de tanques de carga e lastro não é exigido, a menos que o
Inspetor exija.
O método de acesso por corda para inspeção e as regras de inspeção ABS foram
aqui descritos. A inspeção por cordas é um método exaustivo para o trabalhador. Além
disso os tempos de inspeção, por esse método, são longos. Na seção 8.2Inspeção com
Droneserá discutido as inovações em formas de inspeções com drones. E, na seção
Erro! Fonte de referência não encontrada.Erro! Fonte de referência não
encontrada., serão discutidas as vantagens em relação tempo e acessibilidade.
8.2 INSPEÇÃO COM DRONE
A grande questão de fazer uma inspeção com drone está na otimização do tempo da
mesma. Além, de trazer benefícios de conforto do operador, podendo entrar em espaços
confinados e ir a grandes altitudes sem que o trabalhador esteja preso a uma corda, ou
precise de um andaime para tal. Muitas das vezes essa inspeção e monitoramento
também pode ser feito sem que a embarcação esteja docada.
ACyberhawk[40]sugere que a inspeção de veículos aéreos não tripulados (UAV) é
20 vezes mais rápida e economiza metade do custo dos métodos de inspeção
tradicionais. Uma empresa anônima analisou dados de inspeção cumpridos nos últimos
dois anos e concluiu que a técnica de drones da Cyberhawk inspecionou 20 vezes mais
44
estruturas do que o acesso de corda foi capaz de atingir, e também foi 50% mais barato
do que a inspeção de acesso à corda, [41].
O uso de tecnologia UAV para todas as inspeções visuais e térmicas iniciais faz
com que os operadores sejam necessários para operar o drone e fazer um pós-
processamento de imagens avançado.
No meio naval e offshore, já são feitas inspeções em nível mundial e no Brasil, de
flare, topside, casco externo, tanques, underdeck’s e guindastes, Figura 19.As
subseções seguintes mostram exemplos de inspeçõesde flare, Under Deck, tanque de
petroleiro e inspeção termográfica,já realizadas pelas empresas Cyberhawk[40] e
SkyFuture[42]. Também será mostrado o uso de drones no acompanhamento da
construção naval.
8.2.1 FLARE
Como mostrado em8, o flare é um equipamento em forma de torre de uma unidade
com função de queima do excesso de gás, parada do processamento. O flare
possui maçaricos, geralmente quatro, que ficam permanentemente acesos no interior da
chaminé. A razão da chama ficar permanentemente acesa é para proporcionar a queima
imediata dos gases residuais, que não se enquadram na qualidade exigida para produção.
O flare sofre corrosão e se deteriora demais por operar em atmosfera agressiva e
constantemente.
A Figura 28 mostra inspeção de flare feita pela Sky-Future. Além disso, a Figura
29e Figura 30 uma inspeção feita pela Cyberhawk.
45
Figura 28: Inspeção em Flare Offshore Malaysa – Imagem de Close-up (capturada e
vento de 40 km/h[43]
Figura 29: Inspeção em Flare – CyberHawk, [44]
46
Figura 30: Close-up em Flare, Inspeção Cyber Hawk[44]
Na inspeção feita pela Cyberhawk[44], num flare para a MaerskOil foi comprovado
a economia de custos na inspeção da torre (tipinspection).
As opções anteriores de inspeção requeriam helicóptero com fotografo profissional
(custo de cerca de 20 mil libras), equipe para acesso na corda mais 3 dias de shutdown
(plataforma de produção). O que acarretava em perda de produção.
A inspeção com uso de drones é rápida e sem desligamento (custo de cerca de12
mil libras), identifica defeitos tipflare com facilidade, assim como defeitos estruturais da
torre,identifica objetos potencialmente caídos, é mais segura, tem perturbação mínima,
resultados imediatos, facilidade de obter close-up’se gravação de vídeos. A Tabela 1
resume os comparativos das duas inspeções.
Flare Custos Shutdown
Inspeção Convencional20 mil libras 3 dias
Inspeção com Drones12 mil libras não
Tabela 1: Comparativo Inspeções no Flare
47
8.2.2 TANQUE FPSO
A Cyberhawkfez sua primeira inspeção de tanques de óleo em um FPSO da
MaerskOil(parceria Cyberhawk e Maerk). A inspeção ocorreu no FPSO Gryphon no
Mar do Norte do Reino Unido, como ilustrado na Figura 31 e naFigura 32.
AMaerskOil possui e opera o FPSO, e é obrigado a inspecionar visualmente tanques
de carga por integridade, danos e certificação de classe. Normalmente, os técnicos de
acesso por corda realizam essas inspeções, de acordo com o lançamento. Eles realizam
as inspeções pelas cordas suspensas, focando áreas de alto estresse, como borboletas,
tanques de asa, reforçadores primários e secundários.
AMaerskOil queria reduzir os riscos envolvidos com o uso de cordas, como
trabalhar em altura por períodos longos e trabalhar em espaços confinados. O drone da
Cyberhawk permitiu que a MaerskOil realizasse uma auditoria rápida e segura do
tanque, além de permitir que eles melhorassem e planejassem possíveis inspeções
baseadas em contato com tanque para outros possíveis tanques de inspeções. O uso de
drones nesta aplicação também oferece potencialmente significativa redução de custos
por tanque, de acordo com o lançamento. O drone agora pode ser aplicado a tanques
internos, de navios novos ou que acabaram de ser convertidos, em embarcações como
FPSOs, graneleiros e petroleiros. Durante o teste, Cyberhawk trouxe uma equipe de dois
homens - um piloto de drone e um engenheiro de inspeção.
A inspeção levou um dia para ser concluída, uma tarefa que geralmente abrange 3-4
dias quando se utiliza o acesso à corda, Tabela 2. Ambas as partes estavam interessadas
em desenvolver um método eficaz de inspeção por drones para tanques de óleo de carga
FPSO, bem como outros tanques de embarcações de armazenamento. Disse o Malcolm
Connolly, diretor técnico da Cyberhawk e fundador, de acordo com o comunicado de
imprensa, que "A conclusão bem sucedida deste projeto demonstrou que isso agora é
possível. Não só removemos um dos riscos mais significativos associados à inspeção do
tanque, trabalhando em altura, mas também destacamos as economias significativas de
custo e tempo obtidas pela inspeção via drones[45].
Tanque FPSO Nº Dias
Inspeção Convencional 4
48
Inspeção com Drones 1
Tabela 2: Comparativo Inspeção em Tanque FPSO
Figura 31: Inspeção em FPSO da Maersk Oil, pela Cyberhawk[45]
Figura 32: Inspeção visual com drones em tanque de navio,[46]
49
A partir desse trabalho da Cyberhawkmostrou-se a viabilidade e minimização de
custos com inspeções internas, realizada por drones, em grandes tanques denavios e
unidades como FPSOs, graneleiros, petroleiros, mineraleiros e outros. E, foi
comprovado que drones reduzem o requisito de humanos trabalhar em altura e em
espaços confinados, permitindo que o piloto realize uma primeira auditoria segura do
tanque para que a posterior inspeção e manutenção possam ser priorizadas[46].
É valido lembrar que, a aplicabilidade de drones em tanques é feita atualmente para
tanques de lastro de navios no primeiro ciclo de vida, em tanques menos críticos e
voids. Para tanques de carga ainda não é usual, pois a classe ainda não abona a medição
de espessura. Além disso, uma inspeção de tanque de FPSO ou petroleiros exige
limpeza do tanque, e verificação do estado de chapeamento e da pintura. A classe só vai
abonar a medição de espessura em tanque de carga, se houver drone que faça a medição
de espessura.
Outros trabalhos interessantes que comprovam o benefício de drones na área naval e
offshore é um trabalho em Under Deck de uma plataforma. Esses serão mostrados na
seção seguinte.
8.2.3 UNDERDECK
Under Deck é parte onde fica as colunas de sustentação da estrutura; No caso de
uma plataforma semi-sub essa colunas ficam apoiadas em flutuadores submersos.
Um trabalho de desmantelamento offshore envolveu a inspeção do underdeck de
plataformas para identificar potenciais objetos caídos e a condição estrutural para
permitir planejamento do desmantelamento. A solução de inspeção inovadora da
Cyberhawk oferece uma melhoria gradual na segurança, reduzindo oversidede trabalho
em alturas por cordas ou andaimes. Além disso, intuito é uma economia de custos
dramática sem interrupção de operação. A Cyberhawkpossui uma equipe de inspetores
de planta qualificados e experientes que fornecemao cliente um relatório de inspeção
antes de sair da plataforma. Isso evita semanas de atraso associadas a outros métodos de
inspeção e permite a tomada de decisões.[47]
50
Segundo trabalho feito pela Cyberhawk[46] em Under Deck, um trabalho de acesso
de corda que leva em geral de 119 dias com 6 homens acessando por cordas, foi feito
em em apenas 3 dias, usando apenas 2 pessoas, Tabela 3.
Under Deck Nº Dias Homens
Inspeção Convencional 119 6
Inspeção com Drones 3 2
Tabela 3: Comparativo Inspeção em Under Deck
Figura 33: Áreas de inspeção em uma plataforma, [40]
Acesso:
O acesso é extremamente difícil, caro e potencialmente arriscado, usando a
inspeção convencional;
O requisito de inspeção regular de inspeções éfrequentemente adiado
devido ao desafio de acesso;
Drones tem método de acesso muito mais eficiente reduzindo o trabalho em
altura exigido.
Desafio:
51
O acesso é extremamente difícil;
O ambiente é composto por ventos agressivos e ondas fortes;
Duas plataformas não são iguais - objetos complexos com muitos
obstáculos.
Estado atual do drone:
Requer pilotos experientes (mínimo de 2 anos de treinamento) para voar em
locais semr GPS;
Limites operacionais apertados (vento inferior a 7 m/s) em relação ao típico
(15m/s);
Alto risco para o drone. Alta margem de segurança necessária na separação
de objeto a ser inspecionado.
Objetivos:
Reduzir o requisito de treinamento do piloto e a carga de trabalho do piloto;
Melhorar a operação com uso de drones;
Algum grau de automação;
Mapeamento 3D preciso do ambiente.
Questões atuais:
Consumo de tempo;
Envolve o trabalho em altura e entrada no espaço confinado;
Usar drone economiza tempo e reduz significativamente o risco para o
pessoal
Etapa atual do projeto:
Drone e o piloto devem entrar na área de inspeção juntos;
Requer alto nível de habilidade de pilotagem no voo manual;
Risco significativo para o equipamento.
Outro trabalho interessante de Under Deck foi feito pela Sky-Future, com drone
operando a condições de vento de 35 quilômetros por hora, como pode ser visto nas
Figura 34, Figura 35 eFigura 36.
52
Figura 34: Inspeção de Under Deck, [43]
Figura 35: Inspeção de Under Deck, [43]
53
Figura 36: Inspeção de Under Deck com close-up, [43]
A partir desses exemplos, ficam claros os benefícios de inspeção com drones
também em under decks. Na seção seguinte será discutido a obtenção de imagens
termográficas por drones.
8.2.4 INSPEÇÃO TERMOGRÁFICA
Até recentemente, as inspeções termográficas eram feitas por dispositivos manuais.
No entanto, ao medir exteriores, o problema é mapear toda a superfície da construção,
não só em construções altas, mas também em locais que não são facilmente acessíveis.
Atualmente, é fácil acoplar e trocar a câmera dos drones feitos para inspeções. A
utilização dos veículos aéreos não tripulados pode fazer parte de um sistema de
prevenção de problemas efetivos. Assim, as imagens térmicas embarcadas em drones
tornaram-se uma ferramenta de manutenção preditiva nos programas de inspeção. As
imagens são usadas para pesquisas de subestações regulares intensivas, bem como
verificações de segurança rápidas de equipamentos energizados antes de iniciar os
54
trabalhos de manutenção. Dessa maneira, se evitará interrupções de serviço
dispendiosas e perdas de equipamentos exorbitantes.
A Figura 37 ilustra uma inspeção termográfica realizada pela Sky-Future.
Figura 37: Inspeção termográfica mostrando hotspots e gradiente de temperatura,
[42]
8.2.5 ACOMPANHAMENTO NA CONSTRUÇÃO NAVAL
Nesse caso, o drone faz voos de rotina pela manhã e no fim da tarde na área de construção. Na Figura 38, Figura 39 e Figura 40 são mostrados respectivamente, imagens do início da construção no segundo, terceiro e quinto dias. As figuras foram obtidas de apresentação da Japan Ship Technology ResearchAssociation com a Nippon Foundation conforme referenciado em [48]. O monitoramento de produção é, até o momento, feito por sistema de assistência visual do homem. O uso de drone permite uma ampla variedade de dados de monitoramento, esses podem passar em um processamento de mineração de dados para analises de relações de causa e efeito, [48]. Também é possível o gerenciamento preditivo de ocorrência de problema.
Pelo lado do estaleiro é possível: a aquisição de dados para garantia de qualidade do navio; Estabelecimento de monitoramento da produção; E, os dados de operação e manutenção também são adicionados como dados do ciclo de vida. Pelo lado do trabalhador é possível que: o layout seja ajustável e adaptado para melhoria das condições do operário; uma construção e cooperação do sistema de instruções mais acessível; Eliminação de desnivelamentos e desníveis.
55
Dessa forma, é possível uma alta produtividade com objetivo de melhoria de qualidade e de segurança no trabalho.
Figura 38: Início da construção no segundo dia,[48]
Figura 39: Início da construção no terceiro dia,[48]
56
Figura 40: Início da construção no quinto dia, [48]
Nessa seção, foi mostrado as atuais aplicações de drones no meio naval e offshore e alguns de seus benefícios.
No próximo capitulo será abordada a questão da medição de espessura.
9 MEDIÇÃO DE ESPESSURA
A medição de espessura é outro trabalho desafiador na área naval e offshore. Para
fazer essa medição em tanques a embarcação necessita estar docada e perdetempo de
operação e produção. Uma facilidade atual com os drones seria fazer a inspeção visual
da região e identificar pontos onde a corrosão e pitting são mais danosos. Daí então,
fazer medição de espessura nos locais identificados como mais danificados. O intuito é
reduzir o tempo da embarcação parada.
A modo de visualização de áreas onde medições de espessura são necessárias em
determinado período de tempo, será mostrado a seguir imagens dessas áreas obtidas na
regra, da DNV para medições de espessura [49].
As regiões são adequadas em relação aos seguintes ciclos de vida do navio: Abaixo
de 5 anos; Entre 5 e 10 anos; Entre 10 e 15 anos; E, a cima de 15 anos. Na regra, tabelas
57
de exames de close-up e medidas são dispostas para cada tipo de navio com esses
respectivos tempos.
Os requisitos podem variar com o tipo de navio, idade, tipo da pesquisa. Dentre as
verificações, estão:
1) Medições de espessura:
Incluindorequisitos de chapeamento e secções transversais, para ajudar
avaliar a força geral do navio.
Os requisitos não podem ser renunciados devido ao bom revestimento, mas
a extensão dos pontos de medição pode ser reduzida até certo ponto.
O que pode ser reduzido deve sempre ser decidido pelo topógrafo, que
também pode decidir aumentar o escopo com base em descobertas a bordo.
2) Medições para avaliação do nível de corrosão e inspeções de close-up:
Os requisitos podem ser reduzidos caso o revestimento original esteja em
boa condição, a ser decidido pelo topógrafo. O topógrafo também pode decidir
aumentar o escopo com base em descobertas a bordo.
3) Mapeamento de Áreas de Corrosão Substancial encontradas com Corrupção
Substancial, conforme definido na Rules for ClassificationofShipsRU SHIP Pt.7
Ch.1 Sec.1 [2.2.6] DNV, em inspeções anteriores ou através das medidas
descritas em [1] e [2], devem estar sujeitas a medições intensivas. O padrão
necessário de medição é completamente definido em RU SHIP Pt.7 Ch.1 Sec.4,
DNV [4].
A seguir, será dado alguns exemplos das regiões requisitadas na regra para medição
de espessura de navios petroleiro de casco duplo.
Também existe regiões especificas e delimitadas pela regra na medição de
espessura em tanques de carga. Essa não será abordada aqui, já que a classe ainda não
aceita uso de drones sem medição de espessura para tanques de carga.
58
Região de Espessura Mínima Medida de Casco duplo de navios petroleiros e
químicosno período a cima de 15 anos de operação.
Figura 41: Seções transversais área de carga e Convés Principal, [49]
59
Figura 42: Close-ups Superestrutura e Proa, Waterand Wind, Fundo e quilha, [49]
Figura 43: Estrutura Interna dos Pique tanques vante e ré, Externo Pique tanuqe de
ré, [49]
As regiões onde medição de espessura é necessária para ciclos de operações a cima
de 15 anos,foram a cima expostas. Isso foi feito à título de identificar que o drone pode
60
obter imagens, em curtos períodos de tempo da embarcação operando: de convés, das 3
faixas externas de seção transversal na região de carga, de waterandwind, dos close-ups
na superestrutura e na proa, do chapeamento externo do pique tanque de ré.
No entanto, a classe não abona a medição de espessura. Para isso teria de haver um
drone que fizesse a medição. Já são estudados e pesquisados drones com esse fim.
Mas o drone continua válido para identificação de locais críticos. Uma solução
possível é o drone capturar as imagens da região a ser inspecionada, e as imagens
mostrarem necessidade de medições em determinados locais, aí sim se avalia se é
necessário docar para medição. Ou se forem poucos pontos em regiões que não
precisem de docagem, esse reparo poderia ser feito ainda com a unidade operando.
61
10 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A inspeção visual (captura de imagens e vídeos) já é largamente utilizada em
diversas industrias e cada vez mais está sendo aceita no meio marítimo.
É sugestivo que se faça um trabalho futuro de medição em um FPSO com o
objetivo de identificar e analisar como a eficiência do uso de drones é real. A unidade
poderia ser inspecionada, por meio de drone, em relação a seu casco, balcão de riser,
flare e topside.
Outra analise futura é a questão do processamento das imagens e seus benefícios
para a indústria naval e offshore.
Já existem softwares com benefícios reais para os pós processamento das imagens,
o que será apresentado de forma sucintano subcapítulo 10.1.
No subcapítulo10.2 evidencia-se as discussões feitas ao longo do aqui presente, das
aplicações atuais e possíveis aplicações futuras na inspeção naval e offshore por meio
de drones.
10.1 SOFTWARES
Os softwares Pix4D[50] e DroneDeploy[51]fazem integração com os drones para
processamento das imagens. A partir de um mapeamento (rota que drone ira seguir,
operado e cliente escolhe) pré-planejado dentro do próprio aplicativo do software,
obtém uma disposição de fotos que vão gerar nuvens de pontos dentro do software. A
partir daí geral o objeto em 3D. O objeto 3D pode ser feito através de obtenção de fotos
360º ou obtenção horizontal e vertical do objeto. A vantagem de softwares como esses
são medições do modelo, inspeções, obtenção de volumes, analise estrutural, entre
outros.
10.2 APLICAÇÕES NAVAIS E OFFSHORE
Foi visto que uma inspeção de flare na corda, leva normalmente, 2 a três dias e com
ele desligado, através de shutdown na planta toda. Já a inspeção com drone, o flare pode
62
ficar ligado e é feita no período de um dia ou uma tarde, tendo assim a vantagem de não
perder produção.
Para casco externo na corda leva de 3 a 5 dias e depende de condição de vento e
mar, e também se o navio está carregado ou não. A inspeção com drone no casco
externo, deve ser feita com navio leve, e se faz em um dia.
Uma inspeção do balcão de riser na corda leva em torno de 5 dias, pode ser feito
junto com inspeção do casco, leva 3 a 5 dias também. A inspeção com drone no balcão
de riser leva 2 dias, e tem garantia de obtenção dos detalhes.
No tanque de carga o drone só faz visual, os detalhes são melhores que na corda. A
obtenção de imagens é mais rápida e tem fácil identificação no ponto onde a
necessidade de reparo é maior. A classe não abona a medição de espessura, mesmo que
o drone verifique que a região não está em estado crítico. O que pode ser feito por meio
de drone é identificações de áreas onde se dever designar maior atenção.
Medição de espessura é obrigatória no tanque de carga pela classe, ainda não existe
drones que façam medição de espessura offshore. Mas já se pensam em soluções como
essa para a indústria offshore. Pois já, existem drones que fazem medição de espessura
onshore em refinaria, silos. A medição de espessura offshore, hoje em dia, ainda
demanda de acesso por cordas.
Pode ser feita a inspeção de FPSO de tanque de lastro novo no primeiro ciclo,
podendo ser quando o navio é convertido em FPSO, quando as fotos obtidas pelo drone
mostra que o tanque está bom para uso a classe abona a necessidade de medição de
espessura. De qualquer forma, para inspeção de tanque de FPSO ou petroleiros existe a
necessidade de limpeza do tanque, e ver estado de chapeamento e pintura.
Hoje a inspeção com drones é para tanques menos críticos, voids, tanques de lastro,
casco externo, under decks, flare’s, topsides, etc. Para tanques mais críticos, como os
tanques de carga o drone ainda é uma tendência. O drone ainda tem dificuldade de
estabilidade para fazer medição de espessura. Existem pesquisas para que esse uso seja
efetivado no futuro.
Espera-se que a demanda por tecnologia de UAV continue crescendo,
particularmente no setor internacional de petróleo e gás à medida que os operadores se
ajustam a trabalhar em um novo e menor ambiente de preço do petróleo.
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