RELATÓRIO 1 - PROJETO DE UMA BARCAÇA GRANELEIRA

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RELATÓRIO 1 - PROJETO DE UMA BARCAÇA GRANELEIRA
Francisco Xavier de Carvalho Neto
Nádia Letícia do Nascimento Soares
Relatório referente à disciplina de Projeto
Naval I, ministrada pelo professor Ricardo
Homero Ramíres Gutiérrez, do curso de
Engenharia Naval da Escola Superior de
Tecnologia, Universidade do Estado do
Amazonas, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de
Engenheiro Naval.
Manaus - AM
Abril de 2022
AGRADECIMENTOS
Ao prof. Ricardo Homero Ramirez Gutierrez por todo o apoio concedido para
realização do projeto.
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Resumo do projeto apresentado ao departamento de engenharia naval da Escola Superior de
Tecnologia, EST-UEA, para obtenção de nota na disciplina de Projeto Naval I.
PROJETO DE UMA BARCAÇA GRANELEIRA
Francisco Xavier de Carvalho Neto
Nádia Letícia do Nascimento Soares
Abril/2022
Orientador: Ricardo Homero Ramírez Gutiérrez
Departamento: Engenharia Naval
Neste relatório foi desenvolvido o projeto de uma barcaça graneleira, destinada ao
transporte de granéis sólidos, mais especificamente de soja e milho. A escolha destes grãos
ocorreu após a realização de um levantamento de mercado, onde foi visto que esta atividade
se tornou extremamente atrativa.
Este trabalho irá apresentar os itens necessários em um projeto naval de uma balsa,
que são: dimensionamento da embarcação , plano de linhas, curvas cruzadas, hidrostáticas, de
bonjean, além de apresentar também as análises de estabilidade intacta da embarcação
juntamente com suas curvas.
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Abstract of the project submitted to the naval engineering department of the Escola Superior
de Tecnologia, EST-UEA, to obtain a grade in the discipline of Naval Project I.
PROJECT OF A BULK BARGE
Francisco Xavier de Carvalho Neto
Nádia Letícia do Nascimento Soares
April/2022
Advisor:: Ricardo Homero Ramírez Gutiérrez
Department: Naval Engineering
In this report, the project of a bulk barge was developed to transport solid bulk, more
specifically soy and corn. The choice of these grains occurred after carrying out a market
survey, where it was seen that this activity has become extremely attractive.
This work will present the necessary items in a naval project of a ferry, which are:
vessel sizing, line plan, crossed, hydrostatic, bonjean curves, as well as presenting the
analysis of intact of the vessel along with your curves.
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ÍNDICE
1. Introdução __________________________________________________________6
1.1. Justificativa______________________________________________________6
1.2. Objetivos________________________________________________________6
2. Dimensões principais preliminares _______________________________________7
3. Modelagem _________________________________________________________9
4. Plano de linhas______________________________________________________10
5. Curvas hidrostáticas__________________________________________________11
6. Curvas cruzadas_____________________________________________________12
7. Curvas de Bonjean___________________________________________________13
8. Estabilidade intacta __________________________________________________14
9. Conclusões_________________________________________________________19
10. Referências bibliográficas_____________________________________________20
11. Anexos ___________________________________________________________ 21
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1. INTRODUÇÃO
No Brasil, a produção da soja e do milho aumentou consideravelmente nos últimos
anos, o país hoje é o líder global na produção e exportação de soja e é o segundo maior
exportador de milho.
Com a expansão do agronegócio, e o consequente crescimento do transporte
aquaviário de grãos, a indústria da construção naval vivencia um aumento significativo na
demanda pela fabricação de barcaças graneleiras, principalmente na Região Amazônica, onde
seus rios representam um papel fundamental no escoamento de grãos. O transporte de grãos
pelos rios ocorre, em sua maioria, por meio de comboios, que são um conjunto de barcaças
não propulsionadas combinadas e empurradas por uma outra embarcação propulsionada,
denominada empurrador.
1.1. JUSTIFICATIVA
O crescimento no transporte fluvial de milho e soja na Região Norte.
A Alta na demanda de construção de balsas graneleiras.
1.2. OBJETIVOS
Desenvolver o projeto de uma barcaça graneleira destinada ao transporte de grãos
(soja e milho), capaz de navegar em segurança pelos rios da Região Amazônica atendendo
todos os requisitos e normas necessárias.
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2. DIMENSÕES PRINCIPAIS PRELIMINARES
Para definir as dimensões iniciais da embarcação, primeiramente, foi montado um
banco de dados com as características principais das barcaças para transporte de grãos
construídas em estaleiros da região, que pode ser observado na tabela abaixo:
Tabela 1: Banco de dados
Com relação ao tipo, são produzidos dois tipos de barcaças graneleiras que são
normalmente combinadas para formar comboios: o tipo Box e o tipo Racked. A diferença
entre elas está no formato da proa onde, o modelo Racked possui a proa curvada, o que
permite uma melhor hidrodinâmica e por isso são usualmente colocadas na proa e/ou na popa
do comboio, já o modelo Box, possui a forma de um paraleleípedo e é colocada no centro do
do comboio. Essa combinação gera um comboio totalmente integrado e de melhor eficiência.
Figura 1: Tipos de comboio de barcaças
Com relação às dimensões das barcaças, foi observado a predominância do padrão
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jumbo hopper ou, como é conhecido, padrão Mississippi. Este padrão é o mais comum
utilizado no Rio Mississippi, nos Estados Unidos. A imagem abaixo mostra o desenho
esquemático de uma barcaça graneleira tipo racked do padrão Mississipi, cujo as dimensões
são de 59,4 m de comprimento, 10,7 m de boca e 3,66 m de calado, respeitando as restrições
daquela hidrovia.
Figura 2: modelo de balsa padrão Mississipi
A preferência por barcaças no padrão Mississippi na Amazônia, se deve ao fato de
que essas dimensões permitem a operação em todas as instalações portuárias da região, sem
limitações quanto ao tamanho.
Dessa maneira, tendo em vista a importância da escolha das dimensões da
embarcação, pensando não apenas na capacidade de carga mas também em não restringir a
sua operação na região, optou-se por seguir o padrão Mississipi. As dimensões e o tipo da
barcaça a ser projetada foram definidas de acordo com o modelo 7 do nosso banco de dados,
ficando estabelecidas as seguintes características:
● Tipo: Racked;
● Comprimento: 60,96 m;
● Boca moldada: 10,67 m;
● Pontal Moldado: 4,27 m;
● Calado de projeto: 3,63 m;
● Capacidade de carga: 1850 t.
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3. MODELAGEM
Inicialmente, a modelagem do casco foi realizada utilizando o software Delftship. Os
pontos foram inseridos manualmente de acordo com as restrições preestabelecidas para as
dimensões da embarcação, que são:
● comprimento total de 60,96 m;
● boca moldada de 10,67 m;
● pontal moldado de 4,27 m;
Uma vez que as três principais dimensões estavam definidas, então utilizando os
requisitos previstos na NORMAM-02 foi possível determinar os valores de comprimento
entre perpendiculares, que corresponde a 96% do comprimento total da balsa e do calado de
projeto, dado por 85% do pontal da embarcação. Com isso, obtivemos que:
● Comprimento entre perpendiculares = 58,52 m;
● Calado de projeto = 3,63 m.
Figura 3: Casco da barcaça modelado no software
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4. PLANO DE LINHAS
O procedimento para elaboração do plano de linhas se deu da seguinte forma:
Já com o casco projetado no Delftship, foi possível exportar para o software
AutoCAD um modelo preliminar do plano de linhas, onde era possível observar os planos das
linhas de alto e das linhas de água, entretanto a vista das balizas não era fornecida e esta foi
obtida através do “método das intersecções”, onde são traçadas linhas considerando as balizas
e as linhas d’água presente no plano de linhas e assim são projetadas para o plano de balizas.
Algumas restrições previstas na NORMAM-02 foram adotadaspara elaboração de
itens do plano de linhas, entre eles o espaçamento entre as balizas e o espaçamento entre as
linhas d’água.
De acordo com a norma o intervalo entre as balizas não pode ser superior a 10% do
comprimento total da embarcação e a quantidade mínima delas deve ser de 11, sabendo disso
foi adotado um de intervalo de 5000 mm entre as onze balizas para que se adequasse.
E se tratando do espaçamento entre as linhas d’água este valor não pode ser superior
a um quinto do pontal, por isso foi adotado um valor de 726 mm e a quantidade de linhas foi
6, já levando em conta a linha de base.
Figura 4: plano de linhas da barcaça graneleira
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5. CURVAS HIDROSTÁTICAS
As curvas hidrostáticas possuem a finalidade de mostrar o comportamento das
propriedades hidrostáticas da embarcação para diferentes condições de operação.
Os elementos hidrostáticos da embarcação foram calculados por meio do software
Delftship e exportados para uma planilha no excel. A partir dos valores calculados, as curvas
hidrostáticas foram plotadas em duas ferramentas, no Excel e no Autocad.
Tabela de propriedades hidrostáticas ver anexo 01.
Figura 5: Curvas hidrostáticas plotadas no Microsoft Excel
Figura 6: Curvas hidrostáticas plotadas no AutoCad
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6. CURVAS CRUZADAS
Para obter as curvas cruzadas, primeiramente foram selecionados valores de
deslocamento e de ângulo de banda, seguindo a Normam-02, e então calculados os braços de
endireitamento para cada um dos ângulos.
A realização de cálculos foi feita com o auxílio do programa Delftship, e exportados
para o Excel em forma de tabela, onde foi possível traçar as curvas.
Tabela de curvas cruzadas de estabilidade ver anexo 02.
Figura 7: Curvas cruzadas plotadas no Microsoft Excel
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7. CURVAS DE BONJEAN
As curvas de bonjean representam a variação das áreas das balizas para os diferentes
calados da embarcação. Dessa forma, foi realizado o cálculo das áreas das seções transversais
da barcaça para as diferentes alturas de calado e os valores foram colocados em uma planilha
no excel.
Tabela 2: Área das balizas em relação ao calado
Com os valores obtidos, as escalas foram adaptadas e as curvas foram plotadas no Autocad
em cada baliza, empregada no plano de linhas, para melhor visualização:
Figura 8: Curvas de Bonjean plotadas nas balizas
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8. ESTABILIDADE INTACTA
No estudo da estabilidade intacta da embarcação, tendo em vista que ela é destinada
a carregar granéis, alguns itens de estabilidade não foram calculados, como por exemplo o
efeito de superfície livre já que na barcaça não há compartimentos destinados ao transporte de
líquidos. Além deste, também não foram calculados braço e momento de emborcamento
devido ao agrupamento de passageiros, já que não há transporte de pessoas no convés.
A análise foi feita seguindo os requisitos e passos presentes na NORMAM-02 e
utilizando o software Microsoft Excel para realizar os devidos cálculos.
O primeiro critério de estabilidade presente está relacionado com o cálculo de GMr
(altura metacêntrica requerida), onde se obtém um valor mínimo para este item através da
fórmula presente na norma.
Figura 9: Fórmula para cálculo da altura metacêntrica requerida
Realizando os devidos procedimentos, os valores para cada um dos termos da
fórmula são descritos na seguinte tabela
Figura 10: Dados utilizados para obtenção de GMr
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Por fim, o valor obtido para a altura metacêntrica requerida foi de 0,00576 m, que
corresponde a 5,76 mm.
Após a obtenção de GMr, dá-se início ao cálculo dos momentos e braços de
emborcamento e de GZ (braço de endireitamento) para plotagem das curvas de estabilidade
intacta.
De acordo com a NORMAM-02, os braços de emborcamento devem ser calculados
devido aos seguintes fatores:
● agrupamento de passageiros;
● vento de través;
● guinadas;
● reboque;
Entretanto, já que a barcaça é destinada exclusivamente ao transporte de grãos e não
há fluxo de pessoas, os valores de braço e momento emborcador devido ao agrupamento de
passageiros não foram calculados. Os outros itens foram calculados seguindo as formulações
presentes na norma.
Figura 11: Fórmula utilizada para o cálculo do momento emborcador devido ao vento de
través
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Figura 12: Fórmula utilizada para o cálculo do momento emborcador devido à guinadas
Figura 13: Fórmula utilizada para o cálculo do momento emborcador devido ao reboque
Os braços de emborcamento são dados a partir da divisão dos momentos pelo
deslocamento na condição considerada, que neste estudo foi a de plena carga e corresponde a
um deslocamento de 2179,63 ton.
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Figura 14: Fórmulas utilizada para o cálculo dos braços de emborcamento
O cálculo de GZ ( braço de endireitamento se dá da seguinte maneira:
● GZ = GM x sen (θ), onde θ é o ângulo de inclinação da embarcação
Por fim, elaborou-se uma tabela com os dados gerais para plotar o gráfico com as
curvas de estabilidade intacta. Importante destacar que os braços variam com o ângulo θ de
inclinação da embarcação, exceto o devido à guinadas já que em sua formulação prevista na
norma, não há a presença de θ e então ele possui um comportamento linear no gráfico.
Figura 15: Dados gerais de braços de emborcamento e endireitamento
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E, por fim, o gráfico:
Figura 16: curvas de estabilidade intacta
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9. CONCLUSÕES
Tendo em vista os tópicos mencionados acima, após o levantamento de um banco de
dados, concluiu-se que a barcaça teria as dimensões padrão que normalmente são adotadas
para barcaças graneleiras: 60,96 m de comprimento, 10,67 m de boca e 4,27 m de pontal.
Levando em conta o levantamento de mercado feito ao longo do estudo, ela se destinará a
transportar granéis como soja e milho.
O plano de linhas deste projeto foi realizado de acordo com os requisitos presentes
na norma e está em pleno acordo com todas as regras impostas. Com a obtenção das curvas
hidrostáticas, cruzadas e de bonjean foi possível observar que o casco projetado estava
condizente com o comportamento esperado para o mesmo.
Após ser realizado o estudo de estabilidade intacta, analisando todos os braços, tanto
de emborcamento como de endireitamento, pôde-se afirmar que a embarcação fornece
condições seguras de navegação, uma vez que está obedecendo a todos os requisitos previstos
na NORMAM-02.
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10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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www.marinha.mil.br.
SALRUA, César. Estabilidade em avarias - Departamento de engenharia mecânica -
área de Engenharia Naval - Universidade Federal de Pernambuco, Recife - 2019.
FONSECA, Maurílio. Arte Naval. Marinha do Brasil, 2019.
CHARNAUX, Pedro Paulo - Mecânica do navio. Estática.
“Cresce fluxo das hidrovias do Brasil na região norte”. Revista Portos e
Navios. Rio de Janeiro - RJ, 03 de Setembro de 2019.
THADANI, Ramesh Mohan. Modelo de custos de transporte fluvial de soja entre
Miritituba e os portos exportadores do Arco Norte. 2020. 172 f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia de Produção) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2020.
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Implantação de Novas Tecnologias na Linha de Montagem de Balsas Graneleiras. Revista
Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Edição 04. Ano 02, Vol. 01. pp
755-776, Julho de 2017. ISSN:2448-0959
MORAES, André Amâncio. Metodologia de suporte ao projeto informacional e
conceitual de embarcações de recreio a motor de pequeno porte. 2017 - Universidade Federal
de Santa Catarina (UFSC).
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http://www.marinha.mil.br
11. ANEXOS
ANEXO 01
Tabela de curvas hidrostáticas
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ANEXO 02
Tabela de curvas cruzadas de estabilidade.
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