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Prof. Luiz Minioli Estimativas Preliminares do Peso do Aço Projetos de Navios I 1 Estimativa do Peso do Aço Para cada navio, há uma tabela de "equilíbrio de pesos“. Abaixo o exemplo dos valores reais para de navio cargueiro geral com 128 m de comprimento entre perpendiculares (LBP). 2 Estimativa do Peso do Aço O engenheiro naval deve sempre tentar manter o navio o mais leve possível, sem comprometer a segurança e a resistência da nova embarcação. A Agência Nacional de Transportes Aquaviários, a Marinha Nacional e a Organização Marítima Internacional (IMO) se preocupam com as normas de segurança, enquanto as Sociedades Classificadoras estão mais preocupadas com as considerações da resistência estrutural. 3 Estimativa do Peso do Aço Fatores que mais afetam o peso de aço dos navios: Dimensões – L, B, D, H Coeficiente de bloco Proporções – L/B, B/H, L/H, etc. Convés Comprimento da superestrutura Cabine de comando Número de decks Deck sheer Número de anteparas Berço do motor 4 Estimativa do Peso do Aço Peso líquido do escantilhonamento: Este é o peso de aço que é realmente solicitado pelo estaleiro. A espessura das chapas possuem uma margem de laminação de - 2,5% a + 2,5% da espessura nominal Peso de Nota Fiscal: É o peso de aço total comprado pelo estaleiro 5 Estimativa do Peso do Aço Peso líquido de aço: Este é o peso de aço usado no novo navio. O aço perdido nos cortes pode ser de 8 -10% da placa entregue. A Figura abaixo mostra o layout de corte de uma chapa com regiões de material desperdiçado 6 Métodos de Estimativa do Peso do Aço Existem vários métodos para a obtenção do peso de aço de um novo navio, sendo alguns deles: 1. Método do Número Cúbico 2. Método do Peso por Metro 3. Método Slog-slog 4. Método das Diferenças 5. Técnicas Computacionais. 7 Método do Número Cúbico Método do Número Cúbico Ele somente deve ser usado nas avaliações preliminares ou na tentativa de estima Pontal 8 Método do Número Cúbico Se em navios semelhantes as dimensões principais variarem na proporção de L, os pesos irão variar na proporção de L ao cubo. Isso só é verdadeiro se B, D e a espessura das chapas variarem na mesma proporção em que L. Isto raramente ocorre. 9 Exemplo - Método do Número Cúbico Seja um navio básico de 121,95 m x 16,46 m x 9,15 m de pontal moldado com um peso total de aço “Ws”. Um novo projeto semelhante possui 131,1 m x 17,07 m x 10,06 m de pontal moldado. Demonstre o método para a obtenção do peso de aço para o novo navio de 131,1 m. 131,1 121,95 = 1,075 16,46 × 1,075 = 17,70 9,15 × 1,075 = 9,84 10 Exemplo - Método do Número Cúbico Assim, O peso do aço para o novo projeto = 𝑊𝑆 x 131,10 121,95 3 Porém, com uma dedução de 0,63 m na boca e um acréscimo de 0,23 m no pontal. O quarto método irá demostrar como os ajustes são feitos para esta dedução e esta adição. 11 Método do Peso por Metro Neste método, é necessário ter as seções de meia nau do navio base e do novo navio. Os cálculos são feitos para se obter o peso por metro corrido a meia nau para ambos os navios. Nestes cálculos, apenas o chapeamento longitudinal e os enrijecedores longitudinais são considerados. As estruturas de aço transversais são ignoradas. 12 Exemplo - Método do Peso por Metro O peso por metro corrido (𝑊𝑏 ) de um navio básico é 13,12 toneladas / m. LBP é de 118 m e peso de aço é 2.350 toneladas. A partir da seção mestra preliminar para o novo projeto, o peso por metro corrido (𝑊𝑑) é 13,76 toneladas / m. LBP é de 124 m. Estimar o peso de aço para o novo design. Peso do aço do navio base = 𝑊𝑏 Peso do aço para o novo projeto = 𝑊𝑑 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝐴ç𝑜2= 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝐴ç𝑜1 x 𝑊𝑑 𝑊𝑏 × 𝐿2 𝐿1 13 Método do Peso por Metro Note-se que esta é apenas uma primeira aproximação e deve sempre ser tratado como tal. Existem certos pressupostos com este método: • Um é que as várias partes dos dois navios têm as mesmas proporções entre si ao longo do seu comprimento, da mesma forma como suposto a meia nau. • Supõe-se também que os navios mantêm proporcionalidades, de sheer line, na extensão dos decks, nas aberturas dos decks, etc. • Além disso, presume-se que a graduação das bitolas dos escantilhões em direção às extremidades de cada navio é igualmente proporcional à espessura de aço de meia nau. Modificações ou correções de não-conformidade com estes pressupostos devem ser feitas. Diferenças nas medidas gerais de ambos os navios devem igualmente ser tidas em conta. Devido a essas premissas, será necessário então, fez ajustes para a primeira estimativa de 2.590 toneladas calculadas no exemplo anterior. 14 Método Slog-Slog Este método é utilizado quando um navio base não está disponível. Ele exige um conjunto preliminar dos planos de aço para o novo projeto. O comprimento, a largura e a espessura das chapas de aço e reforços são multiplicados juntos e em seguida, somados para obtenção do volume total de aço. Quaisquer aberturas no aço têm de ser deduzidas deste volume. Considerando-se o peso específico do aço de cerca de 7,85 t/m³ com volume pode-se calcular o peso de aço total. Sendo muito repetitivo, este processo é muito tedioso. Ele pode levar um longo tempo para se obter o peso de aço final. É por isso que é conhecido como método 'slog-slog'! 15 Método das Diferenças 16 Exemplo 1 - Método das Diferenças 17 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Exemplo 1 - Método das Diferenças Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básico, também são usados para o novo projeto. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações podem ser positivas, nulas ou mesmo negativas. 18 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Exemplo 2 - Método das Diferenças 19 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Exemplo 2 - Método das Diferenças 20 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Método das Diferenças Depois de modificar os pesos considerando apenas as dimensões principais, é necessário ajustar ainda mais o peso do aço, considerando outras diferenças nas estruturas entre o navio base e o novo navio, como: Ajustes devido ao CB Ajustes devido ao escantilhonamento Ajuste devido ao Deck Sheer 21 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Método das Diferenças – Ajustes Devido ao CB A correção é de 1 2 % para cada 0.010 de mudança no CB da linha dágua de verão carregada (SLWL).Reconsiderar o exemplo anterior, onde o aço, segundo as estimativas preliminares de pesos por grupo para um novo projeto após correção para dimensões foi 3.005 toneladas. Suponha que os respectivos valores de CB em suas respectivas SLWLs foram 0,725 para o navio básico e 0.740 para o novo projeto. 22 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Método das Diferenças – Ajustes Devido Escantilhonamento 23 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Método das Diferenças – Ajustes Devido ao Escantilhonamento Refazendo o resultado final do Exemplo 1 – Método das Diferenças onde os ajustes calculados foram +169, +57 e +79 toneladas: 24 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Método das Diferenças – Ajustes Devido ao Deck Sheer Sf1 Sf2 Sf2 25 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Método das Diferenças – Ajustes Devido ao Deck Sheer Suponha, por exemplo, que o primeiro navio básico tenha à ré, sheer de 1,27 m, e à vante de 2,75 m. Consideremos o novo projeto com sheer de 1,38 m à ré, e de 3,5 m para à vante. Calcular correção devido a altura da sheer line em toneladas. 26 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Método das Diferenças – Ajustes Totais Tabela de correções ou modificações no peso de aço do navio base de 2700 toneladas. 27 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Método das Técnicas Computacionais Muitas fórmulas têm foram sugeridas por pesquisadores para estimar o peso de aço acabado. Três deles foram J. M. Murray, I. Buxton e S. Sato. Elas foram derivadas de análises dos pesos de aço dos navios superpetroleiros já construídos e em serviço. Estes pesos foram achados por digitação e plotagem dos detalhes referentes as quantidades de aço nos navios. 28 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Método das Técnicas Computacionais 29 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Método das Técnicas Computacionais Essas fórmulas servem apenas para dar as primeiras aproximações do peso de aço. Como as principais proporções navio têm mudado ao longo dos anos e como aço de alta resistência tornou-se mais utilizado nestes superpetroleiros, os coeficientes também mudaram com o tempo. Dos cinco métodos discutidos, o "Método das Diferenças“ é o que apresenta resultados mais precisos. 30 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Estimativa de Pesos - Alternativa Deslocamento: ∆= 𝑊 = 𝑊𝐿 + 𝐷𝑊𝑇 ∆ = deslocamento; 𝑊 = somatória das massas a bordo; 𝑊𝐿 = peso leve; 𝐷𝑊𝑇 = porte bruto. 31 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 175) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso leve Peso Leve: 𝑊𝐿 = 𝑊𝐻 +𝑊𝑀 + 𝑅 𝑊𝐿 = peso leve; 𝑊𝐻 = massa do casco; 𝑊𝑀 = massa do maquinário; 𝑅 = margem residual. 32 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 175) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Massa do casco Massa do casco: 𝑊𝐻 = 𝑊𝑆𝑇 +𝑊𝑂𝑇 𝑊𝐻 = massa do casco; 𝑊𝑆𝑇 = massa do aço; 𝑊𝑂𝑇 = massa de outfitting. 33 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 176) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 Inclui a massa de todos os elementos de aço da estrutura. Além disso, a base de montagem do motor, superestrutura e deckhouses, mesmo se forem construídos em outros materiais, mastros, lemes, eixos dos motores, abas sobressalentes do acesso aos porões de carga, borda-falsa do costado, etc. 34 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 176) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos 1) Métodos simplificados: a) Método de Harvald e Jensen, 2002. - Baseado em informações de embarcação dinamarquesas construídas nas décadas de 80 e início de 90. - Utiliza o valor VC como a aproximação do volume fechado da estrutura de aço, que inclui o casco, superestrutura e deckhouses. - Além disso, emprega o coeficiente da densidade estrutural em aço CS. 35 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 186) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos VC ≈ LBD + Volume das superestruturas e deckhouses e WD ≡ DWT, CS = 𝑊𝑆/VC , 𝑊𝑆 ≡ 𝑊𝑆𝑇 36 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 186) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos 37 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 187) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos 38 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 188) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Pesoem aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos 39 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 189) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos 40 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 186) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos 1) Métodos simplificados: b) Método de Watson e Gilfillan, 1976. - Baseado no numeral E (Equipment Numerical) do navio conforme a definição da Lloyd’s Register (LR): onde 41 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 190) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos Com base no gráfico a seguir: Hipóteses: - 𝑊𝑆𝑇 é apresentado em função de 𝐸𝑁; - O peso em aço definido em um coeficiente de bloco padrão 𝐶𝐵* com a altura igual a 0,8D e com valor igual a 0,7, pode ser encontrado diretamente pelo uso do gráfico. Caso contrário (𝐶𝐵* ≠ 0,7) poderá ser feita a correção: e 42 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 191) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos 43 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 191) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos 44 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 192) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Peso em aço 𝑊𝑆𝑇 - Métodos 45 (Fonte: Papanikolaou, 2014, p. 192) Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Exercícios 46 Observe como as três taxas de toneladas / m para o navio básica, também são usados para o novo design. Também deve ser compreendido que qualquer uma ou todas as três modificações um ser positiva, nula ou mesmo negativa. Exercícios 47
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