Slides - Tanque de Provas Numérico

Transcrição

ESCOLA POLITÉCNICA
DA USP
O procedimento de projeto portuário brasileiro adequado à nova
recomendação da PIANC
Prof. Dr. Eduardo A. Tannuri
Prof. Associado, Dept. Eng. Mecatrônica e Sistemas Mecânicos
Coordenador do Centro de Simulações do TPN-USP
AGOSTO 2014
Resumo das palestras
Porto de Santana (AP)
Palestras técnicas e estudos de casos
Porto de Suape (PE)
Porto de Salvador (BA)
Terminal da Barra do Riacho
(Portocel - ES)
Porto de Paranaguá (PR)
Porto de São Francisco do Sul (SC)
TPN-USP
Cap .1
Introdução e Conceitos
Pianc 117
Uso de informações hidro-meteorológicas
para projeto e operação portuário
Cap. 2
Projeto Vertical – Conceitual e Detalhado
Cap. 3.1
Projeto Horizontal – Conceitual
Largura de Canal, Diâmetro de Bacia, Curvas,
Área de Fundeio.
Cap. 2
Projeto Vertical – Detalhado
Uso de Ferramentas Experimentais
Comissão ABNT
Descrição dos trabalhos da comissão para
atualização da norma ABNT de projetos portuários
Prof. Dr. Paolo Alfredini
1º Dia
Eng. Naval MSc. Rodrigo Lavieri
Eng. Naval MSc. Felipe Ruggeri
Argonáutica Engenharia
Eng. Mec. Felipe R. Masetti
Technomar Engenharia
Eng. Civil MSc. José Carlos M. Bernardino
CTH-USP
Prof. Dr. Edson Mesquita
CIAGA
TPN-USP
ZP-01
A Praticagem e as Normas sobre Desenhos
de Canais de Acesso Portuário - impactos
sobre a navegação e as manobras, Estudo de
Caso: O porto de Santana/AP
PRT Ricardo Falcão
1º Dia
ZP-12
Estudo de Caso – Influência do projeto
do abrigo portuário no acesso náutico –
Porto de Salvador
PRT Alexandre Takimoto
ZP-14
Estudo de caso com embarcações de
maior porte no Terminal de Barra do
Riacho (Portocel)
PRT Rafael Moulié
TPN-USP
Modelagem de manobras e validação de
simuladores
Cap. 3.2
Aplicação de Simuladores
Cap. 4.1
Análise de Risco
Cap. 4.3
Restrições operacionais e Limites Ambientais
– incluindo Amarração e Abrigo de Ondas
Cap. 3
Projeto Horizontal – Detalhado
Uso de Ferramentas Experimentais
Adaptação das operações náuticas às
mudanças climáticas em curso
Eng. Naval MSc. Felipe Rateiro
Technomar Engenharia
2º Dia
PRT Siegberto Rodolfo Schenk
Eng. Naval MSc. Rodrigo Lavieri
Eng. Naval MSc. Felipe Ruggeri
Argonáutica Engenharia
Eng. Civil MSc. José Carlos M. Bernardino
CTH-USP
Prof. Dr. Paolo Alfredini
TPN-USP
Petrobras
Aplicação do estudo completo para
realização de operação de STS atracado a
contrabordo nos berços 3-A e 3-B de SUAPE.
ZP-09
O novo canal de acesso ao Porto de
Suape
Comde Franscisco Haranaka
2º Dia
PRT Hans Hutzler
ZP-18
A Praticagem São Francisco na
adequação dos novos parâmetros
operacionais da ZP-18 à PIANC
PRT Márcio Pessoa F. de Souza
ZP-17
Novos navios em canais antigos: Os
casos de Paranaguá e Antonina
PRT Gustavo Martins
TPN-USP
Organização do Evento
1º Dia
Palestras
Coffe-break
12:00
Almoço
13:45
Palestras
Coffe-break
17:30
Coquetel
19:00
19:00 Micro-ônibus para região
Hotéis (Paulista e Faria Lima)
TPN-USP
2º Dia
09:00
Palestras
Coffe-break
12:00
Almoço FEA-USP
13:15 Visita ao Centro de Simulação do
TPN-USP (Grupo 3)
13:45
Palestras
Coffe-break
17:00
15:30 Visita ao Centro de Simulação do
TPN-USP (Grupo 4)
17:00 Micro-ônibus para
1. Hotéis (Paulista e Faria Lima)
2. Aerop. Congonhas
3. Aerop. Guarulhos
TPN-USP
•
Equipe do TPN-USP para apoiar os participantes no guichê de entrada do auditório
•
Realizar inscrição/reserva para os micro-ônibus e para as visitas ao Simulador;
•
Obter um taxi na USP a partir das 16:30 pode ser complicado.
TPN-USP
Introdução
Relatório PIANC 121-2014
– Substitui o PIANC PTC II-30 (2007)
– Elaborado em cooperação
• PIANC
• IAPH (Int. Assoc. of Ports &
Harbours)
• IMPA (Int. Maritime Pilots Assoc.)
• IALA (Int. Assoc. of Marine Aids to
Navigation and Lighthouse
Authorities)
TPN-USP
Introdução
Relatório PIANC 121-2014 – Objetivos
Projeto de dimensões horizontais de canais de
acessos, áreas de manobra e de fundeio.
Largura, diâmetro, distâncias, raios
TPN-USP
Introdução
Projeto de dimensões verticais de canais de
acessos, áreas de manobra e de fundeio.
Dragagem, Profundidade, Calado máximo
TPN-USP
Introdução
Definição de calado aéreo e altura de vão de
pontes
TPN-USP
Introdução
Definição de restrições para navegação.
Condição ambiental limite, uso de rebocadores,
navegação noturna, riscos
TPN-USP
Introdução
Relatório PIANC 121-2014 –
Documento associado
PIANC Report No.117 Use of
Hydro/Meteo Information to
Optimise Safe Port Access
2012
Palestra 14/08 – 11:00
Prof. Paolo Alfredini
TPN-USP
Definições e Conceitos
A área portuária é composta por:
TPN-USP
1) Áreas de navegação e
manobra – canais e
bacias de evolução
Canal de Acesso
Porto de Tubarão
Demarcados por sinalização náutica.
TPN-USP
Tipos de canais de acesso
Canal de acesso ao Porto de Suape
Canal de acesso ao TECON
Baía de Guanabara
Interior: área parcialmente abrigada,
ondas não influenciam a navegação
Desabrigado: ondas induzem movimentos
verticais durante navegação
TPN-USP
1) Áreas de navegação e
manobra - entrada de
portos
Final do Canal de Acesso
Entrada de Portocel
TPN-USP
2) Áreas estacionárias
(áreas de fundeio,
berços)
Áreas de Fundeio (BTS)
Berço de Atracação
(Porto de Salvador)
TPN-USP
Critério Básico de Projeto
Critérios de segurança
Autoridade /
Administrador
portuário
Demanda
(carga, tipo de navio...)
-Folga sob a quilha mínima
-Largura mínima de canal
-Ângulo máximo de deriva
-Área mínima de giro
-....
Armador
Projetistas e
Apoios Técnicos
Alternativa A
Alternativa B
Alternativa C
Todas as
alternativas
devem respeitar
os critérios de
segurança
Alternativa D
TPN-USP
Seleção da melhor alternativa: análise econômica
Alternativa A
100%
$$
75%
Alternativa B
100%
$$$
80%
Alternativa C
100%
$$$$
89%
Alternativa D
100%
$$$$$
98%
A decisão é feita baseada no
compromisso entre
investimentos e
disponibilidade portuária /
eficiência
MAS NÃO entre investimento
e risco (a segurança deve
sempre ser mantida)
TPN-USP
Exemplo: a definição da profundidade para dragar um canal, em função da
maré e ondas, deve ser feita baseado em fatores econômicos e ambientais.
A consequência da decisão deve ser variações no tempo em que o canal poderá
operar com segurança, mas NÃO em variações no nível de segurança (folga sob
a quilha).
Esta deve ser mantida dentro dos valores de segurança em qualquer cenário
avaliado.
TPN-USP
O Navio
Cascos e projeto naval voltado para para
eficiência ao longo da navegação.
Não são otimizados
para manobras
portuárias em
águas restritas.
Canais de acesso e áreas confinadas
devem prover meios para garantir
segurança – dimensões adequadas,
auxílios à navegação e rebocadores
TPN-USP
Navio Tipo
Tankers
TPN-USP
Navio Tipo
Graneleiros
TPN-USP
Navio Tipo
Conteineiros
TPN-USP
Navio Tipo
A PIANC refere-se também:
•Tabelas de classes mais detalhadas da ROM
(norma espanhola)
•Regressão estatística do MLIT Japão
Cada dimensão representa 95% de não
excedência – dados da Lloyds
TPN-USP
Navio Tipo
A definição do(s) navio(s) tipo é um passo fundamental do projeto.
Escolher navio com maiores
dimensões.....
Mas qual dimensão??
Projeto Vertical:
•Maior Calado
•Maior movimento em onda
(depende do GM)
Projeto Horizontal:
•Pior manobrabilidade
•Maior Boca / Área vélica
Portanto, muitas vezes mais de um navio tipo deve
ser selecionado
TPN-USP
Navio Tipo
Dimensões Principais
- Navio com maiores dimensões (navio real existente);
- Se apenas a classe for definida, usar tabela MLIT Japão para selecionar
dimensões (navio não existente, escalar navio semelhante);
Navio classe X com maiores dimensões L, B, T
Navio real classe X
TPN-USP
Navio Tipo
Manobrabilidade – como definir a manobrabilidade “tipo”?
Passo 1) Selecionar o navio com menor conjunto/eficiência de equipamentos de
manobra dentre os navios a serem considerados
- thrusters
- leme de alto desempenho
- propulsão azimutal x convencional
Passo 2) Verificar se a manobrabilidade do navio tipo é representativa da classe em
análise. Usar dados de provas de mar de navios da classe.
Se não for, degradar modelo de simulação.
-Zig-zag
-Manobra de giro
-Crash-stop
-outras....
Banco de dados da IMO
TPN-USP
Limites operacionais
Dia 16/04/2013 – Porto de Rio Grande
Ondas de 3~4m
Estes fatores afetam a manobrabilidade do
UKC navio, capacidade do prático em controlar
Vento, Correnteza e a
o navio, a operação deOndas,
rebocadores,
possibilidade de atracação
Visibilidade
Estados de avaria
TPN-USP
Fatores que afetam o valor dos limites operacionais
-Tipo de navio (forma do casco)
-Recursos de manobra (tipo de leme, propulsor, thruster)
-Equipamentos de navegação e sistemas
-Tipo de carga
Quanto mais estudos, engenharia e recursos de monitoração
instalados no porto, os limites podem ser definidos de forma
mais precisa, garantindo a segurança e maior eficiência
(disponibilidade)
TPN-USP
Exemplo: definição do calado máximo em um acesso portuário
Enfoque 1 – Limite a favor da segurança (pouco estudo sobre o local)
Para garantir segurança
em TODOS os casos,
muitas vezes o navio
operará em calado bem
menor do que poderia!!!
Qualquer tipo e porte de navio
Qualquer condição ambiental
Valor máximo X m (único)
TPN-USP
Engenharia e análise de movimentos
de diferentes navios tipos
$
$
$
Sistemas de monitoração e previsão
ambiental
Enfoque 2 – Limite variável (dinâmico)
Exemplos:
Valor máximo definido para cada
condição ambiental e cada navio
1) Sistemas de
calado dinâmico
2) Sistemas para alocação
de rebocadores baseado
no porte do navio e
condição ambiental
Segurança garantida e
maior aproveitamento do
porto
TPN-USP
Dados físicos
O projeto do acesso náutico só é possível com o conhecimento das
condições ambientais:
•Vento
•Ondas
•Correntes e correntes de maré
•Ciclos de marés e elevações
•Batimetria
•Dados Geotécnicos
•Assoreamento
•Salinidade
•Visibilidade
•Gelo
TPN-USP
Dados físicos
•Vento e correnteza de través – afetam a navegação pois causam ângulos de deriva
Força hidrodinâmica
(efeito asa)
COG
Vento
Trajetória
2800
2600
2400
2200
1.9kn 0
2.1kn 200
2.2kn 400
2.1kn 600
2.2kn 800
2000
-0.43kn 2400
2kn 1000
-0.25kn 2200
1800
2kn 1200
2.1kn 1400
-0.51kn1.4kn
2000 1600
0.18kn 1800
1600
1400
1200
1000
1500
2000
2500
TPN-USP
3000
3500
Dados físicos
•Ondas – causam movimentos verticais que
definem a profundidade requerida. Monitoração
de direção e período são fundamentais pois
definem a resposta do navio.
Período de onda = 10s
Mov. Roll = ±8o
TPN-USP
Dados físicos
Mov. Roll = ±4o
TPN-USP
Dados físicos
Mov. Total quase NULO
TPN-USP
Dados físicos
Definição das dimensões verticais (profundidade, necessidade de dragagem,
calado máximo, janela de maré)
•Ciclos de marés e elevações
•Dados Geotécnicos
•tipo de fundo, as consequências do toque no fundo são maiores se o fundo é duro
Fundo arenoso
Fundo rochoso
TPN-USP
Dados físicos
Definição das dimensões verticais (profundidade, necessidade de dragagem,
calado máximo, janela de maré)
•Batimetria
•Assoreamento
Desenho 3D da batimetria do canal
do TECON-RJ.
Quanto maior a intervenção na
batimetria natural, maiores as
preocupações com dragagem de
manutenção e assoreamento.
TPN-USP
Dados físicos
•Visibilidade
TPN-USP
Dados físicos/Modelagem
Analítica
Numérica
Experiência
prática do local
Física
Medições no
local
TPN-USP
Metodologia de Projeto
• Projeto em 2 estágios
• Projeto Conceitual
• Projeto Detalhado
TPN-USP
•Ferramentas básicas de cálculo
(profundidade, largura de canal,
Alinhamento)
Experiência
de práticos e
usuários
•Estudos de simulação são aceitos
para comparações
Requisitos Básicos
Navio(s) Tipo(s)
Locação
Registros batimétricos
Caracterização ambiental
(projetos anteriores
em locação próxima
ou específico)
Projeto
Conceitual
•Alternativa 1
•Alternativa 2
•Alternativa 3
•Alternativa 4
•...
•Melhor Alternativa (1 ou 2)
•Sinalização náutica básica
• Investimentos necessários
TPN-USP
Exemplo de
Projeto
Conceitual
Aplicação das tabelas e ábacos para
definição da largura do canal.
Avaliação de 2 arranjos de quebra-mar
Layout 15
Layout 17
Trajetória
Trajetória
2600
2800
2400
2600
1.9kn 0
2.1kn 200
Simulações em tempo
real para identificação
de riscos
2.2kn 400
2200
2400
2.3kn 600
0.16kn 3200
-0.62kn 3000
1.9kn 0
2200
1800
2.3kn 1200
-1.3kn 2600
1800
2.8kn 600
1.1kn 3000
2kn 1400
2.7kn 800
1.4kn 2800
2.4kn 1000
-0.93kn 2800
2.5kn 400
-0.72kn 3800
-0.31kn 3600
0.16kn 3400
0.89kn 3200
2000
2.4kn 800
2000
2.4kn 200
1.8kn 1600
-1.6kn 2400
1.6kn 1800
2.6kn 1000
0.058kn1.1kn
22002000
1.5kn 2600
1600
3.1kn 1200
0.45kn 2200
1.2kn 2400
1kn 2000
3.1kn 1400
1600
0.97kn 1800
2.5kn 1600
1400
1400
1200
1200
1000
1000
1000
500
1000
1500
2000
2500
3000
1500
2000
2500
3500
TPN-USP
3000
3500
Experiência de
práticos e
usuários
1 ou 2 alternativas de
arranjo
Maior aprofundamento
nos dados ambientais
Projeto
Detalhado
•Otimização
•Refinamento
•Validação
•Simulação de manobras
•Cálculo de movimentos verticais
•Ensaios em escala reduzida
•Sinalização náutica detalhada
•Concordâncias, curvas,
detalhes
•Regras operacionais
(rebocadores, limites
ambientais, porte máximo...)
TPN-USP
Projeto
Conceitual
Projeto
Detalhado
Projeto
simultâneo
Dimensão
vertical
Projeto
independente
6
x 10
Águas profundas
Águas rasas
H/T=1.2
7.477
7.4768
7.4766
7.4764
7.4762
7.476
Dimensão
horizontal
7.4758
500m
7.4756
7.4754
6.88
6.885
6.89
6.895
6.9
5
x 10
TPN-USP
Projeto Portuário no Brasil
• Fluxograma lógico de etapas desenvolvido pela
Praticagem do ES em coerência à legislação brasileira
de como deve encaminhar um estudo de acesso
náutico, envolvendo os seguintes participantes:
–
–
–
–
Autoridade Marítima (AM)
Autoridade ou Administrador Portuário (AP)
Praticagem (como consultor técnico da AM)
Usuário (armador, administrador de terminal)
TPN-USP
TPN-USP
1. Nova Demanda
Maior Navio
Maior Calado
Menores Restrições
Nova sinalização
....
-Usuário envia
requerimento formal à
AP
2. Elaboração da Proposta
-Necessidades comerciais
-Navio(s) Tipo(s)
-Dados Ambientais e Batimétricos
-AP prepara proposta a
ser enviada à AM com,
no mínimo , os itens
acima
TPN-USP
3. Definição dos estudos
AM analisa o pleito e
identifica os fatores que
deverão ser estudados
dentro das alterações
propostas
4. Verificação de acordo com
PIANC e/ou ABNT
-Nível Conceitual
-Aplicação de tabelas e ábacos
-2 opções (decisão da AM):
-AM realiza esta verificação
com auxílio da Praticagem
- AP realiza o estudo com apoio
(ou não) de consultoria técnica
contratada
TPN-USP
-novos parâmetros dentro dos níveis definidos pela
PIANC/ABNT (nível conceitual)
-claro entendimento e aceitação dos dados de entrada
- nenhum novo risco associado
- operação próxima da executada atualmente
Proposta aprovada (Tipo A)
AM (com
consultoria da
Praticagem)
avalia aplicação
PIANC/ABNT
(nível
conceitual)
Limites rotineiramente aplicados
(por exemplo, por meio de
autorizações provisórias), em
tempo representativo, sem
registros de acidentes, possível
aprovação Tipo B)
AM deve solicitar Estudos
Detalhados à AP
TPN-USP
Aprovada (Tipo A).
Pré-Aprovada (Tipo B)
Estudos Detalhados AP
Dados ambientais
mais detalhados e
previsões de
fatores ambientais
mais elaboradas
Projeto Detalhado
-Simulação
-Experimentos em
escala reduzida
-Análise numérica
de movimentos
Consulta a
usuários (práticos
e comandantes)
TPN-USP
Aprovada (Tipo A).
Estudos Detalhados AP
Alguns fatores ou pleitos estão além dos critérios
de segurança
AM indica ajustes e novos estudos para AP
AM avalia
resultados dos
estudos
detalhados
Claramente não respeita normas
de segurança
Alterações indeferidas
Estudos e avaliações indicam que
segurança da navagação é garantida
Alterações pré-aprovada (Tipo C)
TPN-USP
Aprovada (Tipo A).
Pré-Aprovada (Tipo C)
Análise Formal de Risco (AP)
-Riscos (Colisão, encalhe,
abalroamentos...)
-Probabilidades
-Consequências
Suporte da
Praticagem
Regras Operacionais para
minimização de riscos (AM)
-Rebocadores adicionais
-2 práticos na manobra;
-Manobras restritas a determinadas
condições de correntes de maré;
-Manobras restritas ao período diurno;
-Necessidade de observação da
vacância de berços adjacentes;
-Uso de canal de acesso de forma
monoviária;
-Necessidade de realização de
experiência(s) prática(s) com os limites
propostos.
TPN-USP
Aprovada (Tipo A)
Pré-Aprovada (Tipo C)
Implementação dos novos
limites operacionais
Acompanhamento
contínuo pela AM
TPN-USP
TPN-USP

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