Henrique Mauler - T1 - HIDRODINÂMICA II

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Henrique Mauler Borges
Relatório de otimização de eficiência propulsiva
Brasil
2019, Belém
Henrique Mauler Borges
Relatório de otimização de eficiência propulsiva
Relatório de otimização de eficiência propul-
siva e cálculo de resistência de uma embarca-
ção para a obtenção de conceito na matéria
de Hidrodinâmica do navio.
Universidade Federal do Pará
Faculdade de Engenharia naval
Programa de Graduação
Brasil
2019, Belém
Resumo
O dimensionamento do sistema propulsivo é de extrema importância por fatores de eficiência
e de economia. Desenvolver boas características do hélice requer conhecimento acerca de
diversos fatores que afetam a hidrodinâmica do navio. Levando isto em consideração, as
planilha desenvolvidas por J. Holtrop e G. Mennen nos permite determinar as dimensões
de nosso sistema de propulso de maneira mais simples através de técnicas de otimização
denominadas Solver. Para este trabalho, foi utilizada a técnica evolucionary que utiliza
algoritmos genéticos para a busca do valor ótimo para a eficiência propulsiva. O cálculo de
resistência fora realizada por meio da técnica desenvolvida pelos autores desta planilha.
A partir da resistência definida e a velocidade de operação tem-se a potência necessária
para se manter a embarcação sobre uma velocidade uniforme, que é o que se busca neste
trabalho. Além disso, busca-se também a eficiência máxima possível para o projeto da
embarcação em questão. Outras informações, como o empuxo fornecido pela hélice também
nos é fornecido. Somados a isso, considerando a relação entre o dimensionamento correto do
sistema propulsivo e das características do casco e das condições de trabalho, é importante
definirmos corretamente a presença de apêndice na embarcação em questão.
Palavras-chaves: Otimização, Embarcação, Resistência, Sistema propulsivo
Lista de ilustrações
Figura 1 – Apresentação da logo do Software Excel . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figura 2 – Informações de entrada das características da embarcação inseridas na
planilha de J.Holtrop e G.G. Mennen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figura 3 – Parte da planilha adaptada de Holtrop para a obtenção da característica
da popa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Figura 4 – Modelo obtido a partir do banco de dados software Delfship. . . . . . . 18
Figura 5 – Características do modelo obtido no Delfship utilizado como referência 19
Figura 6 – Imagem do gráfico das séries sistemas utilizadas projeto desenvolvida
por Wageningen. Fonte: Universidade politécnica de São Paulo . . . . . 21
Figura 7 – Diagrama de Burrill. Fonte: Universidade politécnica de São Paulo . . . 22
Figura 8 – Tabela com os resultados de eficiência propulsiva . . . . . . . . . . . . 25
Figura 9 – Resultado final da otimização realizada, incluindo os valores de resis-
tência calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Lista de símbolos
CFD Cinematic Fluid Dynamic
B Boca
D Calado
L Comprimento total da embarcação
Cb Coeficiente de bloco da embarcação
σ Número de cavitação
ρ massa específica
V0 velocidade de referência correspondente à cavitação
P Pressão
P0 Pressão inicial
ηrr eficiência rotativa-relativa
ηh eficiência do casco
η0 eficiência em águas abertas
Pe potência efetiva
Pd potência entregue
Rf Resistencia friccional de acordo com o estabelecido com ITTC 1957
Rw Resistência devido as ondas
Rb Resistência de onda devido ao bulbo
Rtr Resistência adicional devido ao espelho de popa.
Abt Seção transversal do bulbo
Fn Número de Froude
Raleme Razão de área do leme
Aleme Área do leme
Va Velocidade do empuxo
Lleme altura do leme
Sumário
Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Materiais e métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
0.1 Visualização global do problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
0.2 Definição das características da embarcação . . . . . . . . . . . . . . 14
0.3 Estudo das planilha Holtrop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
0.3.1 Inserção dos dados de entradas antes da aplicação do solver . . . . . . . . 17
0.3.1.1 Desenvolvimento do casco para a obtenção do Lpp e Lcb . . . . . . . . . . . . 17
0.3.1.2 Definição dos valores de apêndice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
0.3.2 Determinação da resistência total da embarcação . . . . . . . . . . . . . . 19
0.3.3 Definição do rendimento total do sistema propulsivo . . . . . . . . . . . . 20
0.3.4 Critério de cavitação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
0.3.5 Restrições . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
0.4 Definição do modelo de solução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Resultados25 Conclusão27
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
9
Introdução
O sistema propulsivo de uma embarcação é responsável por permitir com que a mesma
se movimente, garantindo que uma dada velocidade seja alcançada. Portanto, a escolha correta
do propulsor é de extrema importância (Tonacio, 2014), visto que um propulsor com uma
potência abaixo da mínima requisitada não permitirá o curso da embarcação, assim como uma
potência demasiadamente grande pode causar outros prejuízos como econômicos, seja pela
manutenção ou por desgastes. Além disso, um bom dimensionamento significa atender critérios
não apenas de eficiência, mas também de desempenho e critérios de cavitação, que nos permite
uma melhor operação da embarcação em seu trajeto (Trindade, 2012).
O método utilizado para o dimensionamento do sistema propulsivo e para o cálculo
de resistência é por meio de séries sistemáticas e cálculos empíricos. Considerando que nos é
fornecida formulações empíricas para o cálculos da geometria da hélice com base em testes
realizados em laboratório com modelos. O estudo empírico e as equações desenvolvidas nos
ajudam a estimar com mais precisão e sem recorrer a métodos computacionais mais robustos
como CFD. Todavia, a análise das equações e a relação entre as variáveis ainda deve ser
analisada com calma, para que alguns parâmetros possam ser bem definidos em função do
conhecimento técnico do engenheiro ou projetista do projeto de dimensionamento, mesmo
com o uso dos recursos computacionais que foram utilizados. Vale mencionar que, uma analise
global da embarcação sempre deve ser realizada, visto que todo o dimensionamento propulsivo
será em função das características dadas pelas não apenas geometria do casco, mas a condição
a qual a embarcação irá operar; em outras palavras: cada projeto deverá ter seu próprio
dimensionamento.
Dimensionar um bom propulsor naval deve ser considerado uma das etapas mais
importantes do projeto naval. Dimensionar os componentes a este incluso é de suma importância
para a operação da embarcação. Maximizar a eficiência nos garantia um menor custo da
embarcação para o armador, por mais pequenas ou grandes que possam ser; maximizando a
eficiência, e melhorando a escolha dos recursos funcionais e maquinários mais adequados. Apesar
de citar a palavra ”pequena” neste parágrafo, devemos considerar que o consumo elevado
de potência de combustível faz com que se torne praticamente obrigatório um estudo para a
diminuição desta parcela para economia. Além de diminuir a manutenção, como supracitado.
Levando estes fatores em consideração, este relatório mostrará a metodologia do
dimensionamento de uma embarcação genérica, com as dimensões principais definidas pelo
orientado deste relatório, Prof. Msc. Lucca Soares. Outras características relacionadas a
embarcação estão a critério do projetista. Essas informações serão melhor citadas nas sessões
conseguintes. A saber,o tipo de embarcação não foi definido, visto que o objetivo do trabalho
10 Introdução
desenvolvido a pedido do Prof. Msc Lucca Soares busca apenas exigir o conhecimento da
planilha e entender seu funcionamento, assim como os critérios e restrições impostas.
O presente relatório foi feito a partir de um trabalho solicitado pelo Prof. Msc. Lucca
Soares para os alunos de Engenharia naval da universidade federal do Pará. Cada aluno recebeu
uma embarcação com características distintas de comprimento, boca, calado e coeficiente de
bloco, assim como outras informações que serão citadas. Os resultados obtidos serão mostrados
a partir do dimensionamento da embarcação utilizando o software Gratuito Excel e outros
plugins neste presente, assim como os critérios de otimização que foram definidos.
11
Objetivo
Realizar o cálculo de resistência total da embarcação modelo deste trabalho utilizando
os métodos de J. Holtrop e G.G.J Mennen. Além de definir a potência requerida para a
embarcação operar a uma velocidade definida pelo armador, com a maior eficiência possível e
atendendo os critérios de cavitação, utilizando diagrama de Burrill, e o empuxo de operação.
13
Materiais e métodos
0.1 Visualização global do problema
A explicação detalhada do cálculo do dimensionamento propulsivo não é prático neste
trabalho, visto que envolve o cálculo de diversos coeficientes e variáveis de uma forma geral,
que fugiria do escopo deste documento. Logo, será explicado de forma resumida a etapa para
o desenvolvimento deste trabalho.
O nosso o objetivo é calcular a maior eficiência propulsiva. Existem algumas maneiras
distintas de se obter esta informação. O detalhe das equações será definida nas próximas
sessões. A eficiência total é definida pela relação com as eficiências em águas abertas, que
define a eficiência do propulsor em testes realizados longe dos efeitos do casco para o mesmo,
além da eficiência do casco, que dita a relação de energia entre as potências EHP e THP. e por
último, a eficiência rotativa-relativa que correlaciona a eficiência da hélice em águas abertas
para sua eficiência logo a ré do casco. uma melhor eficiência nos fornecerá uma menor potência
necessária para uma dada velocidade requisitada.
Analisando sob um aspecto global, se tem a definição de potência efetiva e a potência
entregue, separados por uma eficiência de transmissão, que nos declara as perdas fornecidas
pela transmissão da energia da iteração motor-barco. Considerando, de uma forma generalizada,
temos a seguinte equação:
Pinstalada =
Pdhp
ηt
+Mmar +Mmotor +Mhelice (1)
Observando a expressão acima podemos observar que, aumentando a eficiência ηt
podemos diminuir a potência instalada e garantir uma mesma potência entregue, o que justifica
nos preocuparmos tanto com este termo.
Para o presente trabalho, utilizando-se da planilha Holtrop, nossa função objetivo fica
definida como:
max ηt(Z,
Ae
A0
, Passe,D) (2)
As restrições impostas para esta equação é definida pela série B e pelos limites de
cavitação e geométricos do casco. Tendo isto em mente, podemos considerar:
a) Z ≥ 2
b) Z ≤ 7
c) P
D
≤ 1, 4
d) P
D
≥ 0, 5
14 Materiais e métodos
e) Ae
A0
≥ 0, 3
f) Ae
A0
≤ 1, 05
g) Ktcasco = Kthelice
h) Cavitação < Limite de Cavitação
As características geométricas do casco também serão responsáveis pelas limitações,
tanto nas características do leme e do diâmetro do hélice.
0.2 Definição das características da embarcação
A definição das dimensões principais de uma embarcação possui um importante papel
nas características de operação da mesma, afetando assim suas características hidrodinâmicas,
devido seus efeitos à resistência.
As dimensões podem ser determinadas pelo armador ou não. No presente trabalho, já
foram definidas as dimensões de operação o que limita a otimização do projeto exclusivamente
pelas características propulsivas. Para o presente trabalho foram fornecidas as seguintes
informações:
a) L : 329 metros
b) B : 42 metros
c) D : 13,17 metros
d) P : 19 metros
e) Cb : 0,78
0.3. Estudo das planilha Holtrop 15
Estas informações foram fornecidas individualmente para cada aluno do trabalho. Outras
informações se tornaram genérica para o desenvolvimento do projeto para todos os alunos, a
saber:
a) Vs : 13 Nós
b) Lwl : 1,01 x Lpp
c) Trim : 0mm
d) A embarcação não deve ter bulbo
e) Csm : 0,9
f) Cwl : 0,8
g) ηt : 0,97
h) Margem de rotação : -5,0 %
i) Margem do motor: 5,0%
j) Margem de mar: 10,0%
k) Considerar a navegação em água salgada
Apenas a título de esclarecimento, a margem e mar é definida considerando que as
condições de mar e seus efeitos na embarcação. Sabe-se que a embarcação raramente irá
operar em mares calmos e levando isto em consideração o casco apresentará um maior nível de
rugosidade com o passar do tempo. Então se deve considerar, para mar agitado, por um casco
mais rugoso ou encrustado, um acréscimo na margem de potência instalada. Para a margem de
motor, é apenas uma questão de folga, visto que não podemos operar o motor com a máxima
potência, para que o motor opere, neste caso, com 95% de sua capacidade.
0.3 Estudo das planilha Holtrop
Todo o desenvolvimento deste trabalho foi realizado sobre os recursos fornecidos pela
planilha Holtrop, exposta em formato .xlsx. O trabalho em questão utilizou o software de
código aberto LibreOffice Calc para o uso da planilha desenvolvida, assim como sua ferramenta
solver, do Excel.
A primeira informação que se buscou entender é que o método numérico de resolução
deste problema envolve um conjunto de iterações que busca otimizar uma função com base em
suas variáveis dependentes, sob certas restrições, impostas pelas condições operacionais da
embarcação, da geometria do próprio casco e também das restrições importas pela Serie B
utilizada.
Para uma melhor categorização das informações e de sua análise, a planilha holtrop foi
dividida em três principais partes para estudo neste trabalho: A primeira referente ao cálculo de
16 Materiais e métodos
Figura 1 – Apresentação da logo do Software Excel
resistência ao avanço, O segundo referentes ao cálculo de potência e eficiência, e por últimos,
o cálculo referente aos critérios de cavitação. Cada um destes serão detalhados em sessões
conseguintes deste relatório.
0.3. Estudo das planilha Holtrop 17
0.3.1 Inserção dos dados de entradas antes da aplicação do solver
De todas as variáveis utilizadas para o cálculo, observou-se que a planilha Holtrop não
permite a inserção do coeficiente de bloco, sendo, dados de uma célula de função dependentes
de outras variáveis. Logo, aplicou-se o teste de hipótese, da função "atingir objetivo"para se
obter um deslocamento tal qual o coeficiente de bloco possa ser o exigido para este trabalho.
Figura 2 – Informações de entrada das características da embarcação inseridas na planilha
de J.Holtrop e G.G. Mennen
Cb =
∆
Lwl ∗B ∗D (3)
0.3.1.1 Desenvolvimento do casco para a obtenção do Lpp e Lcb
Como pode ser visto na imagem acima, outras informações referentes ao casco devem
ser obtidas. Considerando as informações que fora imposta para o desenvolvimento neste
relatório. Neste trabalho se considerou um modelo pronto do Delfship com dimensões iguais as
requisitadas para o trabalho, com a diferença de um coeficiente de bloco um pouco maior (cerca
de 0,0085 a mais para o modelo do software). Objetivou-se obter o valor de Lpp da embarcação
ao criar o modelo. Além disso, o modelo obtido no delfship nos auxiliou para determinar a
posição do centro de flutuação LCB. Isto foi feito considerando-se que a embarcação não
tem trim. O valor de Lpp fora obtido considerando o valor de Lwl já é definido pelo Delfship,
bastando ser utilizando a expressão fornecida pelo professor, obter o valor do Lpp. O valor de
área Transom e também fora obtidano Delship e a de forma de popa foi obtida considerando
as definições impostas na planilha Holtrop adaptada por Fábio L. Almeida
Lwl = 1, 02Lpp (4)
18 Materiais e métodos
Figura 3 – Parte da planilha adaptada de Holtrop para a obtenção da característica da
popa
Figura 4 – Modelo obtido a partir do banco de dados software Delfship.
O casco desenvolvido possui as seguintes características:
0.3.1.2 Definição dos valores de apêndice
Por determinações empíricas com base em séries históricas. A área do leme pode ser
definida pela expressão abaixo. Raleme varia entre 0,00117 a 0,00143. Considerando que Lpp
e Lleme será definido, temos a área do leme para sua inserção. A altura do leme foi definida
0.3. Estudo das planilha Holtrop 19
Figura 5 – Características do modelo obtido no Delfship utilizado como referência
como o tamanho do diâmetro do propulsor
Aleme = Raleme ∗ Lpp ∗ Lleme (5)
Algumas informações foram consideradas para a facilidade da inserção dos dados:
a) Existe simetria tanto transversal quanto longitudinal.
b) O leme está totalmente protegido
c) O parâmetro de forma de popa será considerado zero
d) desconsidera-se o bulbo
0.3.2 Determinação da resistência total da embarcação
A resistência total que a embarcação deve ter ira influenciar no valor de empuxo que se
deve obter; considerando que desejamos manter a embarcação sob uma velocidade constante,
tem-se que a força de empuxo gerada deve, obrigatoriamente ser igual a força gerada no sentido
contrário da resistência total, que envolvem os fatores do casco e ambiente como condições
de mar e condições de vento. Por definição, as resistências totais presentes no sistema e
consideradas neste relatórios são:
20 Materiais e métodos
Rtotal = (1 +K1) ∗Rf +Rw +Rb +Rtr +Rapp +Ra (6)
O cálculo de todas as resistências, assim como o fator de forma K1 é feita pelas
expressões matemáticas fornecidas por Holtrop e Mennen.Todo o cálculo referente a essas
variáveis são realizadas automaticamente pela planilha deste trabalho, bastando que o usuário
realize a inserção das variáveis principais das características da embarcação e velocidade de
operação.
O método de Holtrop utilizada estimativas de resistência ao avanço por meio de
regressões lineares com embarcações modelos em um tanque de prova.
O fator de forma é definido por:
1 + k1 = f(
L
B
,
L
T
, LCB,
∆
L3
, Cp) (7)
A resistência produzida por ondas é definida por:
Rw
∆ρg = f(Fn, Cm,
∆
L3
,
L
M
,
B
T
,
Abt
BT
, Tf , hb, Cp) (8)
A Correlação de tolerância
Ra =
1
2
2
SCa (9)
Algumas outras resistências não foram mostradas pois foram desconsideradas.
0.3.3 Definição do rendimento total do sistema propulsivo
Sabe-se que, o rendimento total do sistema propulsivo pode ser explicado pela expressão
abaixo:
ηtotal = ηHη0ηrr (10)
Todas as três eficiências são obtidas de diferentes maneiras dentro da planilha Holtrop.
O coeficiente do casco é obtido pela seguinte relação:
ηH =
1− t
1− w (11)
O coeficiente de águas abertas é obtidos sobremaneiramente a partir dos valores dos
coeficientes Kt KQ e J e indiretamente pelas séries sistemáticas da série B. A eficiência
rotativa-relativa também é obtida pelos métodos empíricos. Vale lembrar que as variáveis t e
w também são obtidas por formulações de origem estatística.
0.3. Estudo das planilha Holtrop 21
Figura 6 – Imagem do gráfico das séries sistemas utilizadas projeto desenvolvida por
Wageningen. Fonte: Universidade politécnica de São Paulo
0.3.4 Critério de cavitação
A velocidade elevada do escoamento de água em uma hélice são os responsáveis
pelo desenvolvimento de uma região de baixa pressão em determinados pontos do mesmo.
Considerando as características do estado da matéria como uma função da temperatura e
pressão, temos, devido a grande variação de pressão, a transformação de parte do fluido em
estado gasoso, criando bolhas que rapidamente se tornarão jatos d’água quando a mesma se
desloca para um ambiente de maior pressão. Esses jatos d’águas provenientes do gradiente de
pressão serão responsáveis por danos causados nas pás das hélices (Trindade, 2012).
O fenômeno da cavitação não é desejável e deve ser evitado. Logo, simplesmente
dimensionar um sistema propulsivo não é o suficiente, é necessário se verificar se a embarcação
passa pelos critérios de cavitação, causados por efeitos mecânicos do fluido, que são responsáveis
por vibração e ruído. O critério de cavitação é normalmente definido pelo armador do projeto.
No presente trabalho, não foi definido um critério de cavitação, deixando esta tarefa como
uma análise de engenharia para o projetista. O Critério de cavitação pode ser obtido a partir
do diagrama de Burrill.
Para a definição do critério de cavitação, a primeira variável a ser calculada (realizada
automaticamente dentro da planilha holtrop) é o número de cavitação, que nos fornece a
probabilidade do fenômeno de cavitação ocorrer em um escoamento específico.
22 Materiais e métodos
Figura 7 – Diagrama de Burrill. Fonte: Universidade politécnica de São Paulo
σ = P0 − P1
2ρV
2
0
(12)
A seguinte variável utilizada no cálculo é o Coeficiente de Burril. Com as duas variáveis
em mãos, pode-se, pela intersecção de retas nos eixos do Diagrama, se definir se a embarcação
passará ou não no critério de cavitação. O número de Burrill é definido abaixo:
τc =
T
Q0,7RAp
(13)
Realizando um estudo acerca dos fenômenos físicos que envolvem a cavitação, conclui-
se que o fenômeno da cavitação é predominantemente dominado pelo campo de pressão do
escoamento em consideração com o plano de hélice. Logo, podemos agora explicar o porquê
o critério de cavitação é uma restrição para o objetivo deste trabalho que é garantir a maior
eficiência, pois pode nos limitar à otimização devido as critérios como área expandida (Ae
A0
) e
diâmetro.
A título de informação, o documento Holtrop conta com uma planilha para estudo de
cavitação. Nesta planilha, é verificada para diferentes valores de número de cavitação, para um
dada porcentagem de cavitação, o resultado visual do diagrama e Burrill.
0.3. Estudo das planilha Holtrop 23
0.3.5 Restrições
Devemos ter em mente que a Potência instalada deve ser tal que, considerando as
perdas do sistema propulsivo como um todo e as margens de mar, motor, e rotação, devem
ser de igual ou maior valor que a potência requerida para se atingir uma dada velocidade. A
potência requerida é uma função da velocidade de avanço e da resistência obtida, que no caso
deste relatório, é pelos métodos de Holtrop e Mennen.
Pe = Rt ∗ Vs (14)
Assim como, a potência dada pela hélice para o fluido pode ser definida como uma
função do empuxo.
Pd = T ∗ V a (15)
Como estamos considerando que a embarcação navega a velocidade constante, sabe-se
que a velocidade de empuxo e a resistência são vetores que devem ter a mesma magnitude
e em sentidos opostos. E levando este fato em consideração, a planilha holtrop contem em
uma de suas células um campo "diferença de forças propulsivas que podem ser vista, e que,
obrigatoriamente deve ser iguais. Considerando então:
Pe = Pd (16)
Logo, este fator é um critério de restrição para o solver que deve levado em consideração.
Além deste, devemos ter em mente que as dimensões da popa da embarcação também
são fatores restritivos para o problema. Dentre estes fatores a área do leme, e principalmente
o diâmetro do propulsivo são fatores importantes a serem considerados para o cálculo. O
diâmetro é importante para o cálculo da eficiência em águas abertas, e considerar isto significar
impor esta restrições de diâmetro máximo ao solver de acordo com a estrutura da popa, fora
definida o diâmetro máximo para 6 metros.
24 Materiais e métodos
0.4 Definição do modelo de solução
Primeiramente, devemos ter em mente que o método de otimizaçãodificilmente
encontrará a eficiência máxima possível em termos matemáticos, utilizando o método de
resolução padrão GRG não linear presente no Excel ou no LibreOffice. A razão para isto é
que no processo iterativo, há muitas variáveis correlacionadas de forma não - linear com o
nosso objetivo, e em muito dos dados, nosso solver poderá se prender a um valor máximo local,
achando que encontrou a solução ideal, quando na verdade apenas está cercando por regiões
cujos gradientes fornecem um valor negativo (TANCREDO, 2008). Para evitar este problema o
solver utilizado para este relatório foi o "evolucionary"que utilizada técnicas de programação
genéticas para aumentar o campo de buscar da região para um valor ideal. Com este método,
não é necessária auxiliar o solver com iterações manuais, como é feito em trabalhos semelhantes,
agilizando a obtenção do valor ótimo.
Levando isto em consideração, o solver será responsáveis por nos definir o diâmetro
ideal do propulsor, o número de pás, rotação, Razão de área Ae/A0 razão passe diâmetro e
rotação. Todas estas variáveis são funções dos coeficientes citados neste trabalho.
25
Resultados
Todos os resultados solicitados para este relatório podem ser mostrados abaixo:
Pode-se observar que a eficiência propulsiva máxima foi de 0,67 o que é considerado
aceitável considerando análises de outras embarcações. Como já citado neste relatório, podemos
considerar que dentre as eficiências da distribuição de energia de todo o sistema propulsivo, a
eficiência em águas abertas é considerada a mais importante neste caso, para a definição da
eficiência máxima, visto que as outras, como a ηrr e ηh são dependentes das séries históricas a
regressões realizadas pela série B e dependente do casco, como já comentado.
Para a embarcação se manter em movimento retilíneo uniforme, as potências restritas
a valores iguais no solver. Todavia, é importante lembrar que uma das variáveis sobre controle
do solver eram o diâmetro da hélice. Considerando a precisão da técnica computacional, temos
que um dimensionamento final de diâmetro com precisões na casa de 1e-6, algo em termos de
engenharia que não são considerado, mas como a eficiência possui uma grande sensibilidade a
este fator, uma pequena aproximação é realizada para duas casas demais, deixando, no final,
um potência disponível um pouco maior que a potência requerida, resultando em uma leve
aceleração da embarcação.
Figura 8 – Tabela com os resultados de eficiência propulsiva
26 Resultados
Figura 9 – Resultado final da otimização realizada, incluindo os valores de resistência
calculados
27
Conclusão
Durante o desenvolvimento deste trabalho, a aplicação do solver fora realizadas algumas
vezes, e com isso pode-se avaliar algumas correlações presente entre as variáveis. Dentre as
quais de destacaram o diâmetro com hélice e a rotação. Percebeu-se que, quanto maior for
o diâmetro do hélice, maior será o empuxo fornecido (desconsiderando limitações do motor),
porém, menor será a eficiência. Apesar disso, não se pode simplesmente diminuir o diâmetro
de operação, pois este fator afeta de sobremaneira forma a potência entregue.
Uma outra maneira de se obter uma maior eficiência é diminuindo a rotação do motor,
todavia uma rotação muito pequena não se torna prático visto que isto irá afetar no empuxo,
e nos deparamos com o mesmo problema que temos com a escolha do diâmetro do hélice.
As outras variáveis como razão de área das pás com a área de disco, razão passe
diâmetro e número de pás não se correlacionam de forma linear com a eficiência. Apesar disto,
algumas considerações podem ser feitas em cima destes fatores. O primeiro é que, quanto maior
a razão passo-diâmetro do hélice, maior o valor de J requerido para se ter uma boa eficiência.
Considerando que o número de rotações é baixo, nós temos um rendimento relativamente menor
com o mesmo para uma mesma quantidade de número de pás. Pode-se também considerar
uma relação inversamente proporcional entre a rotação n e P
D
.
Pode-se concluir que o uso de ferramentas computacionais nos auxilia de sobremaneira
forma para o dimensionamento propulsivo.
29
Referências
Sschoeping, Djonatan. Projeto preliminar de sistema propulsivo de uma embarcação de
apoio offshore do tipo platform supply vessel. Trabalho de conclusão de curso. Joinville, 2014.
Chicrala, Antônio. Automatização do processo de selação de propulsores navais da série
B. Rio de janeiro, 2018.
Trindate, Jorge. Hidrodinâmica e Propulsão. ENIDH, 2012.
Mendes, Elisa. Procedimento para seleção otimizada de um propulsor da serie B.
Universidade Federal de Santa Catarina, 2015.
TONACIO, V. Avaliação de propulsores navais em relação à eficiência e excitação de
vibração. 109 f. 2014. Dissertação (Mestrado). Departamento de Engenharia Naval e Oceânica.
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo. 2014.
	Folha de rosto
	Resumo
	Lista de ilustrações
	Lista de tabelas
	Lista de símbolos
	Sumário
	Introdução
	Objetivo
	Materiais e métodos
	Visualização global do problema
	Definição das características da embarcação
	Estudo das planilha Holtrop
	Inserção dos dados de entradas antes da aplicação do solver
	Desenvolvimento do casco para a obtenção do Lpp e Lcb
	Definição dos valores de apêndice
	Determinação da resistência total da embarcação
	Definição do rendimento total do sistema propulsivo
	Critério de cavitação
	Restrições
	Definição do modelo de solução
	Resultados
	Conclusão
	Referências