Trabalho Mestrado

7/25/2019 Trabalho Mestrado

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PS GRADUAO EM ENGENHARIA NAVAL

PRINCPIOS DE ENGENHARIA NAVAL

TRABALHO FINAL

PROF. DR. JOS MRCIO DO AMARAL VASCONCELLOS

ALEXANDRE CESAR DOS SANTOS PEREIRA

201569070002

Belm-PA

2015


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OBJETIVO

O objetivo deste trabalho fazer uma otimizao da estimativa de

potncia propulsiva de uma embarcao do tipo petroleiro, utilizando-se a

ferramenta Solver do Excel. O casco foi retirado do site www.hydronship.com,

pois, j continha o plano de linhas e as caractersticas geomtricas necessriaspara a estimativa.

Foi utilizada a Planilha de clculo do Mtodo de Estimativa de J. Holtrop,

desenvolvida pelo Engenheiro Naval Hamilton Pessoa Picano, por ser de

simples manuseio e rpida obteno dos dados.


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METODOLOGIA

Em muitos relatrios verifica-se a utilizao de outros softwares para

trabalharem com a planilha do Mtodo Holtrop. Mas o presente trabalho limitou-

se a utilizar unicamente a Planilha.

Uma metodologia nica foi usada para os trs tipos de embarcao:

o Obter as dimenses principais atravs do software FreeShip;

o Estipular e inserir um valor de velocidade de servio (Vs);

o Inserir os dados na Planilha Holtrop;

o Procurar os valores timospara o propulsor;

o Verificar resultados;

o Variar a velocidade de servio de 1-Vs ns;

o Extrair parmetros propulsivos e resistncias para cada iterao de Vs;

o Plotagem dos grficos.

Os dois primeiros passos fazem parte da concepo do projetista. Neste caso

utilizaram-se duas velocidades de 20 ns e uma de 17 ns. O terceiro passo j

suficiente para se obter as resistncias total (Rt) e de onda (Rw). O passo de

nmero quatro obtido utilizando-se um suplemento do Excel, o Solver. No

quinto passo comparamos os resultados com embarcaes j em operao. Os

trs ltimos passos foram obtidos variando, na prpria planilha, a velocidade de

servio de 0-Vs (ns), com incrementos de +0,5.

Vale ressaltar que a partir do passo 5 o conjunto motor-propulsor j est

dimensionado.O PACOTE SOLVER

O pacote Solver do Excel possibilita a obteno de resultados timos

quando uma funo depende de muitas variveis. No presente trabalho a

otimizao devia obedecer algumas restries.

o O objetivo:

. Sendo assim o Solver procuraria maximizar a eficincia em

guas abertas. Essa uma condio suficiente para que a potncia requerida

do motor seja a menor possvel.

o As variveis:

,,,

. Dimetro do propulsor, nmero de ps do hlice, rotao do

propulsor, razo de reas e razo passo dimetro, respectivamente. Todos,

parmetros geomtricos do propulsor.

O Solver variou todos eles de modo a alcanar o objetivo (). Porm

a soluo encontrada foi a que atendeu as restries inseridas.


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Previamente decidiu-se encontrar um propulsor do tipo Srie_B, pois os

diagramas , em funo de , j esto bem definidos. Observando os

diagramas da srie, as primeiras restries aparecem:

(2 < < 7);

(0,5

1,4); (0,3

1,05);

(0,01 1,6); (0,1 0,9);

Ainda outras condies foram adicionadas ao Solver:

(

=

x

);

(5% ); ( = 0);

(20 900);

Para esse casco, o Solver convergiu para uma soluo ideal.

RESULTADO E DISCUSSES

Petroleiro (Vs = 20 ns)

O navio considerado foi um Petroleiro, 70ktanker, com velocidade de

servio (Vs) de 17 ns. O Plano de Linhas e as caractersticas geomtricas da

embarcao foram extrados do Software FreeShip.

Fig. 1 Plano de linhas do 70ktanker gerado pelo Freeship.

Design length 230.00

Length over all 236.89

Design beam 32.000

Beam over all 32.200


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Design draft 13.000

Midship location 115.00

Water density 1.025Appendage coefficient 1.0000

Volume properties

Displaced volume 82084

Displacement 84136

Total length of submerged body 234.837

Total beam of submerged body 32.200

Block coefficient 0.8350

Prismatic coefficient 0.8401

Vert. prismatic coefficient 0.9082

Wetted surface area 11865

Longitudinal center of buoyancy 121.44

Longitudinal center of buoyancy 2.740 %

Vertical center of buoyancy 6.776

Midship properties

Midship section area 416.04

Midship coefficient 0.9939

Waterplane propertiesLength on waterline 234.84

Beam on waterline 32.200

Waterplane area 6952.4

Waterplane coefficient 0.9194

Waterplane center of floatation 113.70

Entrance angle 81.407


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Transverse moment of inertia 558692

Longitudinal moment of inertia 27528236

Initial stabilityTransverse metacentric height 13.582

Longitudinal metacentric height 342.14

Lateral plane

Lateral area 2937.1

Longitudinal center of effort 116.40

Vertical center of effort 6.561

Tab. 2 Caractersticas geomtricas do 70ktanker gerado pelo Freeship.

Os parmetros geomtricos do Petroleiro foram inseridos na planilha junto

com a velocidade de servio, como dados de entrada. O Solver foi acionado e

encontrou os parmetros do propulsor que maximizam o Rendimento em guas

abertas (). Abaixo temos um vislumbre da planilha contendo os dados de

entrada (em azul), os dados encontrados pelo Solver (em lils) e os coeficientes

do casco e do propulsor (em vermelho, Fig. 10 e Fig. 11). No final da tabela o

critrio de cavitao se mostra satisfeito (ok).

Fig. 1 Planilha Holtrop com os dados do Navio.


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Fig. 2 Planilha Holtrop com coeficientes propulsivos.

Aps a insero dos dados de entrada e da utilizao do Solver, a planilha

automaticamente apresenta os resultados para o motor:

Fig. 3

Resultados da Planilha Holtrop para a seleo do motor.

O comportamento da resistncia total (Rt), de onda (Rw), coeficiente de

esteira (w), eficincia do casco (h), eficincia rotativa relativa (rr) e do

coeficiente de reduo da fora propulsiva (t) quando variada a velocidade de

servio (Vs), para o 70ktanker, apresentado nos grficos abaixo. Onde a

velocidade dada em ns e a resistncia em Kilo-Newton.


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Grf. 1 Resistncia (total e de onda) pela Velocidade de servio.

Grf. 2 Coeficiente de Esteira pela Velocidade de servio.

(200,0000)

-

200,0000

400,0000

600,0000

800,0000

1.000,0000

1.200,0000

1.400,0000

1.600,0000

- 5,0 10,0 15,0 20,0

Resistnciatotal(Rt)edeo

nda(Rw)

Velocidade de servio (Vs)

Rw

Rt

0,3980

0,4000

0,4020

0,4040

0,4060

0,4080

0,4100

0,4120

0,4140

0,4160

- 5,0 10,0 15,0 20,0

Coeficientedeesteira(w)


w


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Grf. 3 Eficincia do casco pela Velocidade de servio.

Grf. 4 Eficincia Rotativa Relativa e Coef. de Esteira pela Velocidade de servio.

1,3600

1,3650

1,3700

1,3750

1,3800

1,3850

1,3900

1,3950

1,4000

- 5,0 10,0 15,0 20,0

Eficinciadocasco(nh

)


nh

-

0,2000

0,4000

0,6000

0,8000

1,0000

1,2000

- 5,0 10,0 15,0 20,0

Eficinciarotativarelativa(nrr)eCoeficiente

de

reduodaforapropulsiva(t)


nrr

t


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Alguns softwares, como o hlice, tentam estimar os parmetros do

propulsor que permitam a maior eficincia possvel para o caso. Utilizam dados

de entrada, entre eles, coeficientes de esteira e coeficiente de reduo da fora

propulsiva. Ainda que eles sejam retirados com base na planilha Holtrop

importante visualizar que em um primeiro momento (dados de entrada) a planilha

calcula w e t com os dados do propulsor no otimizado. Isso acarretaria umaentrada de dados inadequada no software. O resultado apresentado pode no

ser o ideal. Vrios testes foram feitos com o hlice para as trs acima, porm,

os resultados no foram satisfatrios.

O mtodo de otimizao utilizando o Solver, mostrou-se mais adequado,

pois atribui valores aos parmetros propulsivos at encontrar a combinao que

represente a maior eficincia. Aps apresentarem-se os resultados, os

coeficientes de esteira e de reduo da fora propulsiva esto adequados. Alm

disso, todo o clculo, bem como as otimizaes, podem ser feitas sem

abandonar a planilha e migrar para outro software, o que traz mais comodidadepara o projetista.

CONCLUSO

A planilha baseada no mtodo de Holtrop mostrou-se eficiente para a

estimativa dos parmetros e da potncia propulsiva, alm de ser uma ferramenta

de fcil manuseio.

A otimizao por meio do pacote Solver do Excel confirmou a necessidade

de se estabelecer parmetros geomtricos adequados, de modo a encontrar a

melhor eficincia possvel, o que caracteriza um verdadeiro projeto de

engenharia.

Os grficos de resistncia esto de acordo com o tipo de embarcao.

Para embarcaes com casco de deslocamento, a resistncia de onda tende a

ser metade da resistncia total. Os grficos dos coeficientes esto coerentes,

tendo sua variao de velocidade esperada.

A metodologia mostrou-se adequada para os estudos da propulso deembarcaes e, por fim, o presente relatrio encontrou resultados satisfatrios.

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