[pt] Este trabalho apresenta uma aplicação prática do roteamento de navios com coleta-e-entrega e janelas de tempo para o alívio de plataformas de petróleos para exportação. Especificamente para este caso, os navios aliviadores fazem o transporte do petróleo de plataformas offshore diretamente para um terminal de transbordo, onde a carga será transferida para outro navio para ser exportado. Foram propostas adaptações a um modelo de programação linear inteira mista já existente, buscando descrever as peculiaridades deste processo e facilitar a sua resolução pelo método exato. O modelo foi testado com dados realísticos de uma empresa petrolífera e pode fornecer soluções de alta qualidade para testes com períodos de até 30 dias em um tempo de processamento computacional inferior a 10 minutos, estando assim adequado ao uso na rotina do programador de navios desta empresa. / [en] This study presents a practical application of ship routing with pickup-anddelivery and time windows for offloading operations in offshore oil platforms. Specifically in this case, the shuttle tankers transport crude oil from the offshore platforms directly to an onshore terminal, where the cargo will be transferred to another vessel to be exported. Adaptations to an existing mixed-integer linear programming model are proposed to better represent this process and facilitate its resolution by the exact method. The model was tested with realistic data from an oil and gas company and it can provide high-quality solutions for tests with periods up to 30 days, in a processing time of less than 10 minutes, thus being suitable for use in the routine of the company s ship programmer.

Este trabalho trata da questão da redução de consumo de combustível fóssil em instalações de máquinas de navios. É um tema de grande interesse no momento, devido ao alto custo operacional e à emissão de poluentes decorrentes do processo da combustão desses derivados de petróleo. Apresenta-se, inicialmente o cenário atual e tendências futuras das instalações propulsoras convencionais que usam óleo pesado ou Diesel. Em seguida, são examinadas alternativas propostas para redução de consumo de combustíveis fósseis nos navios, que são enquadradas em três categorias. A primeira delas envolve possíveis melhorias de projeto para redução da demanda de energia. As outras categorias se referem ao emprego de fontes alternativas de energia, que introduzem uma força propulsora adicional, reduzindo o empuxo requerido do hélice, ou uma potência suplementar no eixo propulsor. Em ambos os casos há também uma redução de demanda de potência requerida do motor Diesel. Na seqüência, são apresentados e discutidos fundamentos termodinâmicos, com ênfase nas análises energética e exergética, como ferramentas para avaliação das máquinas dos navios. A análise exergética, diferentemente do enfoque apenas energético, é a ferramenta mais apropriada para tratar as questões ligadas ao meio ambiente, pois a própria definição de exergia está relacionada com o ambiente de referência. Finalmente, utilizando dados de um navio porta contêineres da frota nacional, é exercitado um exemplo de aplicação com as análises termodinâmicas do motor de propulsão; são também avaliadas e simuladas as diversas alternativas de melhorias e novas fontes de energia, que visam a redução de consumo de combustível fóssil. / This work addresses the issue of reduction of fossil fuel use on ship machinery. Presently it is an interesting topic due to high operational cost and the pollution emissions generated by the combustion process. Initially, it is introduced the present scenario and future trends regarding conventional ship machinery that use heavy or diesel fuel oil. In the sequence, the proposed alternatives for reducing the use of fossil fuel on ships are presented and examined. These alternatives are classified into three categories. The first category comprises possible improvements to the design of ships for reduction of total energy demand. The other categories refer to the use of alternative energy sources, that produce and additional force on the ship reducing the required propeller thrust; or a supplementary power added to the propulsion shaft. For both cases there is also a reduction in the power required from the Diesel engine. Afterwards, the pertaining thermodynamics theory is revised and discussed with focus on the energy and exergy analysis as aid tools for evaluation of ship machinery. The energetic analysis, different from the sole energetic focus, is the most applicable tool to be employed for environmental issues as the self definition of exergy relates to an environment reference. Finally, using data from a typical container ship belonging to the national fleet, an application example using the thermodynamic analysis is performed to the propulsion main engine; as well as it is also simulated several alternative conditions for improvements and new energy sources, aiming to the reduction of fossil fuel consumption.

Este trabalho trata da questão da redução de consumo de combustível fóssil em instalações de máquinas de navios. É um tema de grande interesse no momento, devido ao alto custo operacional e à emissão de poluentes decorrentes do processo da combustão desses derivados de petróleo. Apresenta-se, inicialmente o cenário atual e tendências futuras das instalações propulsoras convencionais que usam óleo pesado ou Diesel. Em seguida, são examinadas alternativas propostas para redução de consumo de combustíveis fósseis nos navios, que são enquadradas em três categorias. A primeira delas envolve possíveis melhorias de projeto para redução da demanda de energia. As outras categorias se referem ao emprego de fontes alternativas de energia, que introduzem uma força propulsora adicional, reduzindo o empuxo requerido do hélice, ou uma potência suplementar no eixo propulsor. Em ambos os casos há também uma redução de demanda de potência requerida do motor Diesel. Na seqüência, são apresentados e discutidos fundamentos termodinâmicos, com ênfase nas análises energética e exergética, como ferramentas para avaliação das máquinas dos navios. A análise exergética, diferentemente do enfoque apenas energético, é a ferramenta mais apropriada para tratar as questões ligadas ao meio ambiente, pois a própria definição de exergia está relacionada com o ambiente de referência. Finalmente, utilizando dados de um navio porta contêineres da frota nacional, é exercitado um exemplo de aplicação com as análises termodinâmicas do motor de propulsão; são também avaliadas e simuladas as diversas alternativas de melhorias e novas fontes de energia, que visam a redução de consumo de combustível fóssil. / This work addresses the issue of reduction of fossil fuel use on ship machinery. Presently it is an interesting topic due to high operational cost and the pollution emissions generated by the combustion process. Initially, it is introduced the present scenario and future trends regarding conventional ship machinery that use heavy or diesel fuel oil. In the sequence, the proposed alternatives for reducing the use of fossil fuel on ships are presented and examined. These alternatives are classified into three categories. The first category comprises possible improvements to the design of ships for reduction of total energy demand. The other categories refer to the use of alternative energy sources, that produce and additional force on the ship reducing the required propeller thrust; or a supplementary power added to the propulsion shaft. For both cases there is also a reduction in the power required from the Diesel engine. Afterwards, the pertaining thermodynamics theory is revised and discussed with focus on the energy and exergy analysis as aid tools for evaluation of ship machinery. The energetic analysis, different from the sole energetic focus, is the most applicable tool to be employed for environmental issues as the self definition of exergy relates to an environment reference. Finally, using data from a typical container ship belonging to the national fleet, an application example using the thermodynamic analysis is performed to the propulsion main engine; as well as it is also simulated several alternative conditions for improvements and new energy sources, aiming to the reduction of fossil fuel consumption.

[pt] O aumento da produção de petróleo brasileiro e o consequente aumento na demanda por transporte marítimo levaram a PETROBRAS a buscar ferramentas para aumentar a eficiência de seu transporte marítimo. Neste sentido, a atividade de programação de navios busca alocar os navios a um conjunto de cargas definido a priori, respeitando as restrições comerciais e operacionais, a fim de transportá-las com o menor custo possível. Com o intuito de auxiliar o programador nesta atividade, esta dissertação propõe um sistema de suporte à decisão (SSD) baseado em otimização para a programação de navios. O SSD proposto foi desenhado especificamente para a atividade de longo curso de navios de petróleo da PETROBRAS, sendo este gerado a partir da adaptação de modelos disponíveis na literatura acadêmica. Os testes comparativos realizados com o protótipo do SSD na atividade de longo curso de navios de petróleo mostraram que a ferramenta tem um significativo potencial de redução de custo. O SSD proposto se apresentou como uma opção viável para auxiliar a programação de navios da companhia na busca pela redução de custos de transporte marítimo. / [en] The increasing production of Brazilian oil and the consequent increase in the demand for shipping, led PETROBRAS to seek tools to increase the efficiency of its shipping. In this sense, the activity of ship scheduling seeks to assign vessels to a set of cargos, respecting business and operational restrictions in order to transport them with the lowest possible cost. To assist the ship scheduling planner in this activity, this dissertation proposes an optimization based decision support system (DSS) for ship scheduling. The proposed DSS was designed specifically for the long-term tanker scheduling activity at PETROBRAS and it was implemented based on models available in the academic literature. The comparative tests using the DSS prototype proposed in this dissertation showed that it has a potential for significant cost reduction. The proposed DSS was considered a viable tool to assist the ship scheduling planners in reducing shipping costs.

Devido à constante necessidade de construções de novas embarcações, quer seja pela demanda do mercado, quer seja pela renovação da frota, o desenvolvimento de programas computacionais que auxiliem na fase inicial de projeto torna-se bastante útil. Assim, o desenvolvimento de um procedimento de análise que permita obter formas de melhor desempenho vem a agregar valor nesta etapa de conceituação da geometria do navio. O trabalho aqui apresentado tem como objetivo discorrer sobre um método capaz de otimizar a geometria de um casco de deslocamento conhecido em relação a sua resistência ao avanço, sem perder, porém, as suas características principais, como corpo paralelo médio, por exemplo. Para tanto, dentro deste processo de otimização já estão inseridas algumas restrições que garantem a viabilidade da solução final, tais como variação máxima no comprimento, no volume total e na estabilidade do navio. A modelagem da embarcação pode ser feita através de funções B-Splines cúbicas de superfície, cujos pontos de controle (parâmetros inerentes à função) podem ser modificados de tal sorte a atingir um valor ótimo para a resistência ao avanço. Esta, por sua vez, será obtida através da soma de duas parcelas, sendo uma referente ao atrito e outra à geração de ondas pelo casco. Como a maior parte da resistência provém desta segunda parcela para a velocidade de projeto a ser considerada (alto número de Froude), a redução da resistência total pode ser assumida como conseqüência da diminuição da resistência devido à geração de ondas, a qual pode ser obtida através da formulação apresentada por Michell, em 1898. O cálculo das propriedades hidrostáticas como deslocamento, estabilidade ( KM transversal) e superfície molhada, usada para cálculo da resistência ao avanço, pode ser encontrado fazendo-se uso do cálculo vetorial. O procedimento a ser descrito foi desenvolvido em linguagem C++ (modelagem do casco) e com o auxílio do MATLAB® (método de otimização). Este trabalho foi realizado no Dep. de Eng. Naval e Oceânica da USP. / Due to an increasing necessity of building new vessels, whether by new orders or fleet renewal, the development of computational programs that could allow optimization of hull shapes is always helpful, saving project time and ensuring better performance at sea. Thus, the development of a synthesis procedure that allows obtaining shapes with better performance adds value to the initial phase of the ship geometry concept. The work to be presented herein objectives the presentation of a methodology to achieve optimal shapes for displacement hulls in relation to the total resistance, starting from an initial geometry given, describing hull form and applying specific constraints to optimization problem with the purpose of guarantee a reliable solution. Therefore, inside this optimization process there are included some constraints that ensure a feasible final solution, as maximum variation of ship length, total volume and stability. Hull geometry is described by using B-Spline surface functions and the ship wave resistance is calculated using Michell\'s formulation as a first approximation of the total resistance for high Froude numbers. Once vessel surface is well defined, B-Spline parameters are varied until an optimal form is attained and the minimum resistance is achieved. It can take a little time to calculate, depending on ship definition (number of buttocks and waterlines) and the problem complexity (number of constraints and variables). Ship displacement and other hydrostatic properties as stability, given by transversal KM , wetted surface, used for calculating ship resistance, can be obtained using the vectorial calculus. This work has been developed using C++ language, except the optimization process which makes use of a MATLAB® function called fmincon. This study has been held at the Department of Naval and Ocean Engineering of the University of São Paulo, Brazil.

A presente pesquisa aborda o problema de dimensionamento de frota de navios rebocadores do tipo AHTS, que são utilizados essencialmente nas tarefas de operações de apoio à exploração e produção de petróleo offshore (em alto mar). Essas atividades se caracterizam pela requisição simultânea de múltiplos navios de classes diferentes, e possuem parâmetros como: compatibilidade de classes de navios com as tarefas, duração em dias, local de execução e instante desejado de atendimento. Para representar este problema foi desenvolvido um modelo de simulação com parâmetros estocásticos, cuja programação é orientada para minimização dos custos totais da operação, que englobam custos fixos, custos de penalidade por atraso no atendimento das tarefas, e penalidade por falta de cumprimento de tarefas. A abordagem de solução do modelo é a busca exaustiva onde são comparados cenários de simulação de eventos discretos. Adicionalmente, foram comparadas 2 modos de escolhas de tarefas na fila de tarefas, o primeiro é o modo FIFO (First In First Out), o segundo modo é a priorização de tarefas com maior custo de penalidade associado para o dimensionamento de frota. / This research addresses a fleet sizing problem of anchor and handling and tug supply vessels (AHTS), which support the exploration and production of oil at the sea. The support activities are characterized by simultaneous request of multiple vessels of one or more classes. Other characteristics of the research problem are:: the compatibility between vessels and tasks, task duration (in days), a place of execution the task and a desired instant to be attended. A simulation model with stochastic parameters was developed to represent this problem, aiming to minimize the total operational cost that includes fixed costs,penalty costs if tasks are delayed and penalty costs with not completed tasks. The strategy to solve this problem was the exhausted search through discrete-event simulation. Aditionally, 2 methods of approach for the queue were analyzed: the first one is the FIFO (First In First Out) and the second one is the priority according the highest penalty cost to size the fleet.

Modelos de Simulador de Manobras de Navios em Tempo Real vem se tornando cada vez mais comuns e necessários na análise de viabilidade de portos e canais de acesso. O aumento do porte das embarcações, não acompanhado por equivalente aumento das dimensões dos portos, faz com que cada vez mais os efeitos de águas rasas e interação com margens e estruturas portuárias se tornem relevantes durante uma manobra. Com o intuito de aumentar a gama de aplicação desse tipo de simulador, o presente trabalho aborda uma modelagem matemática para estimar as forças hidrodinâmicas de interação com as margens e outros navios para aplicação em simuladores de manobras. O modelo usa, como base, dados oriundos de um método numérico validado experimentalmente, o Método dos Elementos de Contorno. Baseado nesse método, alguns casos tipo foram selecionados para gerar um banco de dados e um modelo matemático foi desenvolvido para estimar as forças de interação, extrapolando as respostas obtidas para casos não previstos anteriormente. A obtenção das forças através do modelo é baseada em alguns parâmetros de entrada, tais como velocidade de avanço da embarcação e as distâncias relativas entre o navio e o meio. Assim, aplica-se uma série de medidas para determinar geometrias aproximadas do meio e/ou posição de outros navios em um dado instante. Foi realizada uma verificação do modelo para casos não previstos, avaliando os erros associados à modelagem e sua aplicabilidade. Os erros foram considerados aceitáveis para as condições impostas, visto as aplicações existentes em simuladores de manobras. Além disso, o modelo desenvolvido foi executado no simulador de manobras, no qual foram realizados alguns testes de sensibilidade ao movimento, além de algumas comparações com outros trabalhos, quando possível. / Real-time Ship Maneuvering Simulator models are becoming more common and necessary in the feasibility analysis of ports and access channels. The constant increase in the length and draught of vessels, not followed by equivalent ports development, makes the effects of shallow water, ship-bank and ship-port interaction with other structures more relevant during a maneuver. In order to increase the application range of this kind of simulator, the present work develops a mathematical model to estimate ship-bank and ship-ship hydrodynamic interaction forces and moments during a maneuver. The model uses, as a reference, data derived from an experimentally validated numerical method, the Boundary Element Method (BEM). Based on this method, some reference cases were selected to generate a database which would be used by our mathematical model to extrapolate results and estimate the interaction forces for any unexpected scenario. The forces obtained through the model are based on some input parameters, such as the vessel forward speed and the relative distances between the ship and bank and other ships. Thus, a series of measurements were developed to determine approximate geometries of the port and/or position of other ships at a given time slot. A model verification was performed for some unexpected scenarios, evaluating the errors associated with the model and its application. By taking similar works developed in maritime simulators as a comparison point, the errors obtained in our mathematical model were considered acceptable. The developed model was implemented in the ship maneuvering simulator located at TPN-USP, where some movement sensitivity tests were performed as well as some comparisons with other works, whenever possible.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-03-16T12:25:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstruturasPortuariasDistribuicao.pdf: 4967384 bytes, checksum: eb4c928c4c4bdabdcc2b47345e650682 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-17T16:36:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstruturasPortuariasDistribuicao.pdf: 4967384 bytes, checksum: eb4c928c4c4bdabdcc2b47345e650682 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-17T16:36:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstruturasPortuariasDistribuicao.pdf: 4967384 bytes, checksum: eb4c928c4c4bdabdcc2b47345e650682 (MD5) Previous issue date: 2015-03-26 / O presente trabalho apresenta um estudo sobre as ações de projeto a serem consideradas no dimensionamento e análise de estruturas portuárias, no tocante às solicitações devidas à amarração e atracação de embarcações. O estudo buscou fazer um levantamento sobre o assunto na literatura nacional e internacional, com ênfase nas normas técnicas, em especial a NBR 9782/1987, a norma inglesa BS 6349 e a norma alemã EAU 2004, além das recomendações da Permanent International Association of Navigation Congresses (PIANC 2002) e de Mason (Jayme, 1982) em sua publicação Obras Portuárias. Foram estudados os métodos de cálculo dos esforços devido à amarração e atracação de embarcações segundo as diversas referências. Posteriormente realizou-se uma análise comparativa entre os resultados dos esforços obtidos com cada método de cálculo em um estudo de caso de uma estrutura, para o qual é analisada a sua infraestrutura. Os resultados demostraram uma notável dispersão entre os métodos utilizados nos cálculos, evidenciando uma grande influência do código normativo utilizado para as análises no dimensionamento de estruturas portuárias. / This work presents a study on the design loads due to mooring and berthing of vessels, regarding the design and analysis of port structures. A literature review was conducted, with emphasis on technical standards and codes, encompassing both national and international publications. More specifically, this study considered design recommendations of the Brazilian Standard NBR 9782/1987, the British Standard BS 6349 and the German Standard EAU 2004, in addition to the recommendations of the Permanent International Association of Navigation Congresses (PIANC 2002) and the analysis procedure proposed on the book “Port Works” by Jayme Mason (1982). The design procedures proposed by these different references regarding the computation of forces due to mooring and berthing of vessels where evaluated in this work. Later, a case study of a port’s substructure was carried on, and a comparative analysis of the results, obtained with each recommendation of the aforementioned publications, was performed. Results showed a remarkable dispersion, revealing a strong influence of the standard to be used in the design loads of port structures.

Este estudo tem como objetivo introduzir um debate sobre as questões relacionadas à legislação voltada para o trabalhador de enfermagem aquaviário, com ênfase na proteção da saúde deste trabalhador de enfermagem inserido em plataformas e navios de exploração de petróleo da costa brasileira. O método utilizado é a análise documental. É característica da pesquisa documental definir a fonte de coleta de dados, que deve estar restrita a documentos, escritos ou não, constituindo o que se denomina de fontes primárias. Analisou-se, inicialmente, como fonte primária, os seguintes documentos jurídicos da legislação trabalhista: as Normas Regulamentadoras do Trabalho Urbano (NR 30 e NR 32), a Resolução COFEN-146 e o Decreto N 2.671, DE 15 DE JULHO DE 1998 do COFEN e a NORMAM. Ainda, como fontes internacionais, destacam-se as Convenções 164 e 147 da OIT. Constatou-se que dezesseis das normas estudadas (72,7%) têm sua vigência definida a partir dos anos noventa, embora existam desde 1910, conforme a Convenção Internacional para Unificação de Certas Regras em Matéria de Abalroamento, Assistência e Salvamento Marítimo Bruxelas (23 de setembro de 1910). Contudo, a maioria absoluta destes dispositivos não se refere ao trabalhador de enfermagem aquaviário, à exceção do Código Brasileiro de Ocupações, uma norma complementar que define apenas algumas competências do enfermeiro de bordo. Concluiu-se que existe escassez de instrumentos legais para este setor e a necessidade de mobilização para a criação de normas mais específicas para o enfermeiro aquaviário e, conseqüentemente, relativas à proteção da saúde deste profissional. / This study aims to introduce a debate on issues related to legislation focused on the worker of nursing aquaviário, with emphasis on the protection of the health of workers in nursing inserted into platforms and ships of oil exploration of the Brazilian coast. The method used is the document analysis. It is characteristic of desk research to define the source of collecting data, which should be limited to documents, written or not, is what is called primary sources. Examined is, initially, as primary source, the following legal documents labor legislation: the Rules Regulamentadoras Labor Urban (NR-30 and NR-32), the resolution COFEN-146 and Decree No. 2671, of 15 July 1998 of COFEN and NORMAM. Still, as international sources, it is the Conventions 164 and 147 of the ILO. It was noted that sixteen of the standards studied (72.7%) have defined his life from the nineties, although there since 1910, according to the International Convention for Unification of Certain Rules in Respect of Abalroamento, Assistance and Rescue Marine-Brussels ( on September 23, 1910). However, the absolute majority of these devices does not refer to the worker of nursing aquaviário, with the exception of the Brazilian Code of Occupations, a standard that defines only a few complementary skills of the nurses board. It is concluded that there is a shortage of legal instruments to this sector and the need to call for the creation of more specific rules for the nurses aquaviário and, consequently, on the protection of the health of this training.

Este estudo tem como objetivo introduzir um debate sobre as questões relacionadas à legislação voltada para o trabalhador de enfermagem aquaviário, com ênfase na proteção da saúde deste trabalhador de enfermagem inserido em plataformas e navios de exploração de petróleo da costa brasileira. O método utilizado é a análise documental. É característica da pesquisa documental definir a fonte de coleta de dados, que deve estar restrita a documentos, escritos ou não, constituindo o que se denomina de fontes primárias. Analisou-se, inicialmente, como fonte primária, os seguintes documentos jurídicos da legislação trabalhista: as Normas Regulamentadoras do Trabalho Urbano (NR 30 e NR 32), a Resolução COFEN-146 e o Decreto N 2.671, DE 15 DE JULHO DE 1998 do COFEN e a NORMAM. Ainda, como fontes internacionais, destacam-se as Convenções 164 e 147 da OIT. Constatou-se que dezesseis das normas estudadas (72,7%) têm sua vigência definida a partir dos anos noventa, embora existam desde 1910, conforme a Convenção Internacional para Unificação de Certas Regras em Matéria de Abalroamento, Assistência e Salvamento Marítimo Bruxelas (23 de setembro de 1910). Contudo, a maioria absoluta destes dispositivos não se refere ao trabalhador de enfermagem aquaviário, à exceção do Código Brasileiro de Ocupações, uma norma complementar que define apenas algumas competências do enfermeiro de bordo. Concluiu-se que existe escassez de instrumentos legais para este setor e a necessidade de mobilização para a criação de normas mais específicas para o enfermeiro aquaviário e, conseqüentemente, relativas à proteção da saúde deste profissional. / This study aims to introduce a debate on issues related to legislation focused on the worker of nursing aquaviário, with emphasis on the protection of the health of workers in nursing inserted into platforms and ships of oil exploration of the Brazilian coast. The method used is the document analysis. It is characteristic of desk research to define the source of collecting data, which should be limited to documents, written or not, is what is called primary sources. Examined is, initially, as primary source, the following legal documents labor legislation: the Rules Regulamentadoras Labor Urban (NR-30 and NR-32), the resolution COFEN-146 and Decree No. 2671, of 15 July 1998 of COFEN and NORMAM. Still, as international sources, it is the Conventions 164 and 147 of the ILO. It was noted that sixteen of the standards studied (72.7%) have defined his life from the nineties, although there since 1910, according to the International Convention for Unification of Certain Rules in Respect of Abalroamento, Assistance and Rescue Marine-Brussels ( on September 23, 1910). However, the absolute majority of these devices does not refer to the worker of nursing aquaviário, with the exception of the Brazilian Code of Occupations, a standard that defines only a few complementary skills of the nurses board. It is concluded that there is a shortage of legal instruments to this sector and the need to call for the creation of more specific rules for the nurses aquaviário and, consequently, on the protection of the health of this training.