Este trabalho apresenta um processo racional para a seleção das dimensões e coeficientes de forma ótimos para um navio petroleiro usando a técnica dos algoritmos genéticos. É proposto um procedimento para balanceamento em função do peso e espaço disponível de carga, determinando sua viabilidade e permitindo balancear navios de peso ou de volume. A elaboração de um procedimento e sua implementação em um programa eficiente é muito importante no dimensionamento preliminar de um navio, assim, esta pesquisa é uma divulgação da técnica dos algoritmos genéticos como uma técnica robusta para o projeto preliminar do navio. Duas funções de mérito são usadas para avaliar cada projeto: custo e vazamento médio de óleo. Estes atributos são conflitantes entre si, isto é, um baixo custo corresponde a um alto vazamento e vice-versa. O vazamento médio de óleo é avaliado com a metodologia probabilística proposta pela INTERTANKO (INTERTANKO, 2002). A avaliação do vazamento médio, através de um adimensional, considera a possibilidade de ocorrência de eventos de encalhes e/ou colisão resultando, respectivamente, em dano ao fundo e ao costado. Para a estimativa do custo são utilizados dois modelos, apresentando-se uma comparação dos seus efeitos nos valores finais das dimensões principais. Além disso, para o procedimento de balanceamento, cinco modelos de peso do casco são testados e analisados os impactos na forma e distribuição da fronteira de Pareto. Um algoritmo genético é implementado para buscar os parâmetros de projeto ótimos e identificar a fronteira não-dominada de Pareto. O algoritmo é testado com quatro funções encontradas na literatura técnica. As funções de teste são convexas, não-convexa, descontínua e uma com quatro restrições funcionais. A implementação mostra resultados similares com os apresentados na literatura. Um navio Suezmax, um Aframax e um Panamax são usados como estudo de casos para comparar os resultados obtidos com o programa implementado. Um objetivo adicional deste trabalho é expor à comunidade naval a utilidade e efetividade dos algoritmos genéticos nos problemas de projeto multiobjetivo. O enfoque desta pesquisa está na metodologia implementada e na sua recomendação para o projeto preliminar de navios. / This paper shows the rational process of selecting the optimal dimensions and forms coefficients of tanker ships using the technique of genetic algorithm. It is proposed a procedure to balance designs in weight and useful space and assesses their feasibility so that weight and volume limited tankers can be balanced. The elaboration of a procedure and its implementation in an efficient program is so important in the preliminary dimension of a ship, so this paper is a divulgation of the genetic algorithm as robust technique for the preliminary ship design. Two objective attributes are used to evaluate each design: Total Cost and Mean Oil Outflow. This attributes are conflicting between them, that is, a low cost correspond a high outflow and vice versa. The Mean Oil Outflow is evaluated with the probabilistic methodology proposed by the INTERTANKO to IMO. The assessment of mean oil outflow, by a non dimensional parameter, supposes the event of grounding and/or collision resulting in bottom and side damage respectively. In estimating the cost two models are used performing a comparison of their effects on the final values of principal dimension. In addition, for the balance procedure, five hull weight models are tested and analyzed the impact on the form and distribution of Pareto frontier. A genetic algorithm is implemented to search the optimal design parameters and identify non-dominated frontier of Pareto. The algorithm is tested with four test functions found in the technical literature. The test functions selected are convex, non convex, discontinuing and one with four restrictions. The implementation shows similar results with those showed in others papers. A Suezmax, an Aframax, and a Panamax ships are used as case study in order to compare the gotten results by the implemented program. One additional goal of this work is to expose to naval community the usefulness and effectiveness of the genetic algorithm in the Multi-Objective design. The emphasis of this paper is on methodology of design implemented and is suggested for preliminary ship design.

[pt] O transporte marítimo de petróleo e derivados é componente fundamental da cadeia de suprimento da indústria do petróleo, integrando fornecedores e clientes localizados em regiões geográficas distintas. Neste contexto, os valores de fretes praticados possuem grande impacto no comércio internacional destes bens. O objetivo deste trabalho é verificar o desempenho de modelos de Regressão Dinâmica em previsões de frete marítimo de curto prazo do mercado spot de uma rota de exportação de petróleo do oeste da África para a China, comparar a capacidade preditiva do modelo com métodos tradicionais, vastamente discutidos na literatura, como Amortecimento Exponencial e modelos ARIMA e projetar cenários para avaliar como as variáveis explicativas presentes no modelo de Regressão Dinâmica proposto neste estudo afetam o frete marítimo. O produto desenvolvido nesta dissertação mostrou a viabilidade de os modelos univariados e causais serem utilizados como ferramenta de previsão da taxa frete de navios petroleiros. Como forma de validação, os resultados foram comparados aos obtidos com a metodologia vigente em uma grande empresa de petróleo do Brasil. O protótipo de sistema de previsão proposto, via Regressão Dinâmica, apresentou resultados satisfatórios e desempenho superior ao obtido através da metodologia da empresa de petróleo. / [en] Crude oil and oil products seaborne transportation is a key component of the petroleum industry supply chain, integrating suppliers and customers located in different geographic regions. In this context, the freight rates practiced have a great impact on the international trade of these goods. This work aims to verify the performance of Dynamic Regression models in short-term maritime freight forecasts of the spot market of an oil export route from West Africa to China, to compare the predictive capacity of the model with traditional methods, widely discussed in the literature, such as Exponential Smoothing and ARIMA models and to design scenarios to evaluate how the explanatory variables present in the Dynamic Regression model proposed in this study affect freight rate. The product developed in this dissertation showed the viability of the univariate and causal models being used as a forecasting tool for the oil tankers freight rate. As a form of validation, the results were compared to those obtained with the methodology of a large Brazilian oil company. The proposed prediction system prototype, through Dynamic Regression model, presented satisfactory results and performance superior to that obtained through the methodology of the oil company.

Este trabalho apresenta um processo racional para a seleção das dimensões e coeficientes de forma ótimos para um navio petroleiro usando a técnica dos algoritmos genéticos. É proposto um procedimento para balanceamento em função do peso e espaço disponível de carga, determinando sua viabilidade e permitindo balancear navios de peso ou de volume. A elaboração de um procedimento e sua implementação em um programa eficiente é muito importante no dimensionamento preliminar de um navio, assim, esta pesquisa é uma divulgação da técnica dos algoritmos genéticos como uma técnica robusta para o projeto preliminar do navio. Duas funções de mérito são usadas para avaliar cada projeto: custo e vazamento médio de óleo. Estes atributos são conflitantes entre si, isto é, um baixo custo corresponde a um alto vazamento e vice-versa. O vazamento médio de óleo é avaliado com a metodologia probabilística proposta pela INTERTANKO (INTERTANKO, 2002). A avaliação do vazamento médio, através de um adimensional, considera a possibilidade de ocorrência de eventos de encalhes e/ou colisão resultando, respectivamente, em dano ao fundo e ao costado. Para a estimativa do custo são utilizados dois modelos, apresentando-se uma comparação dos seus efeitos nos valores finais das dimensões principais. Além disso, para o procedimento de balanceamento, cinco modelos de peso do casco são testados e analisados os impactos na forma e distribuição da fronteira de Pareto. Um algoritmo genético é implementado para buscar os parâmetros de projeto ótimos e identificar a fronteira não-dominada de Pareto. O algoritmo é testado com quatro funções encontradas na literatura técnica. As funções de teste são convexas, não-convexa, descontínua e uma com quatro restrições funcionais. A implementação mostra resultados similares com os apresentados na literatura. Um navio Suezmax, um Aframax e um Panamax são usados como estudo de casos para comparar os resultados obtidos com o programa implementado. Um objetivo adicional deste trabalho é expor à comunidade naval a utilidade e efetividade dos algoritmos genéticos nos problemas de projeto multiobjetivo. O enfoque desta pesquisa está na metodologia implementada e na sua recomendação para o projeto preliminar de navios. / This paper shows the rational process of selecting the optimal dimensions and forms coefficients of tanker ships using the technique of genetic algorithm. It is proposed a procedure to balance designs in weight and useful space and assesses their feasibility so that weight and volume limited tankers can be balanced. The elaboration of a procedure and its implementation in an efficient program is so important in the preliminary dimension of a ship, so this paper is a divulgation of the genetic algorithm as robust technique for the preliminary ship design. Two objective attributes are used to evaluate each design: Total Cost and Mean Oil Outflow. This attributes are conflicting between them, that is, a low cost correspond a high outflow and vice versa. The Mean Oil Outflow is evaluated with the probabilistic methodology proposed by the INTERTANKO to IMO. The assessment of mean oil outflow, by a non dimensional parameter, supposes the event of grounding and/or collision resulting in bottom and side damage respectively. In estimating the cost two models are used performing a comparison of their effects on the final values of principal dimension. In addition, for the balance procedure, five hull weight models are tested and analyzed the impact on the form and distribution of Pareto frontier. A genetic algorithm is implemented to search the optimal design parameters and identify non-dominated frontier of Pareto. The algorithm is tested with four test functions found in the technical literature. The test functions selected are convex, non convex, discontinuing and one with four restrictions. The implementation shows similar results with those showed in others papers. A Suezmax, an Aframax, and a Panamax ships are used as case study in order to compare the gotten results by the implemented program. One additional goal of this work is to expose to naval community the usefulness and effectiveness of the genetic algorithm in the Multi-Objective design. The emphasis of this paper is on methodology of design implemented and is suggested for preliminary ship design.

This thesis defines and applies a methodology for analyzing the possibility of extending the operating sector of DP shuttle tankers for offloading operations in Spread Moored FPSO Platforms. Extending the operating sector is beneficial to increase operations\' availability and to reduce DP power demand under certain environmental conditions. This study is important, since several emergency disconnections have occurred during offloading in Santos Basin because the shuttle tanker was pushed out of the green sector by environmental resultants that pointed to the West. However, this proposal has to be carefully analyzed in order to guarantee the operations\' safety and not to increase the risks of collision between FPSO and shuttle tanker, of oil pollution and of personnel safety. The methodology consists in five basic steps: Preliminary Risk Analysis to assess the potential hazards associated with the new sector; evaluation of the uptime gain through static analysis; evaluation of DP power demand inside the original and extended sector; real time simulations to evaluate the operation in a realistic environment; and, finally, field tests to validate the proposal. This thesis presents the contextualization of the problem, a bibliographical research, theoretical concepts, the detailed methodology and results of each step. The results show that the average uptime gain is significant both in Campos and Santos Basins - up to 9% and 13% respectively - and that the additional risks created by the sector extension are well mitigated if some recommendations are put into place. The conclusion of this thesis is that extending the operating sector is not only beneficial but also safe. / Esta dissertação define e aplica uma metodologia para analisar a possibilidade de extensão do setor operacional de navios aliviadores DP para operações de offloading em plataformas FPSO ancoradas em Spread-Mooring. Esta proposta apresenta como vantagens o aumento da disponibilidade das operações e redução na demanda de energia do navio DP em certas condições ambientais. O estudo é importante tendo em vista que várias desconexões de emergência já ocorreram durante operações de alívio na Bacia de Santos, porque o navio-tanque foi empurrado para fora do setor verde por resultantes ambientais que apontavam para oeste. No entanto, a proposta deve ser cuidadosamente analisada para garantir que o novo setor não aumenta os riscos de colisão, de poluição ambiental e de segurança às pessoas. A metodologia consiste em cinco etapas básicas: Análise Preliminar de Riscos (APR); avaliação do ganho de disponibilidade da operação; avaliação da demanda de energia do sistema DP nos setores original e estendido; simulações de manobra em tempo real; e, finalmente, testes em campo para validação da proposta. Esta dissertação apresenta a contextualização do problema, pesquisa bibliográfica, conceitos teóricos, a metodologia detalhada e os resultados de cada etapa. Os resultados mostram que o ganho médio de disponibilidade é significativo nas bacias de Campos e de Santos - até 9% e 13%, respectivamente - e que os riscos adicionais criados pela extensão do setor são devidamente mitigados se as recomendações levantadas na APR forem implementadas. A conclusão desta dissertação é que estender o setor operacional é, não somente benéfico, mas também seguro.

Sistemas de transporte marítimo são essenciais para o Comércio Global, em especial, navios-tanques e seus centros de carga e descarga de produtos líquidos ou gasosos inflamáveis; portanto, é crucial entender como estes sistemas podem falhar, para que seus operadores sejam capazes de manter a sua capacidade de operação. É preciso que cada e toda análise quantitativa de risco compreenda algumas das atividades básicas que devem ser desenvolvidas, para permitir a quantificação dos riscos envolvidos e associados, na operação do sistema ou do processo. Basicamente, devem ser calculadas as probabilidades de ocorrência dos eventos indesejados identificados, bem como a magnitude de suas consequências. O objetivo deste trabalho é aferir se a técnica denominada Rede Bayesiana RB é a mais adequada, comparando-a com as técnicas de árvores de falhas e de eventos, para realizar uma Análise de Risco da operação ou processo de descarga de líquidos inflamáveis, como etanol anidro e/ou produtos petrolíferos, de um naviotanque para um terminal portuário específico Terminal de Granéis Líquidos TGL com foco na interface entre dois sistemas: o navio e o porto, observado o elemento humano, ou seja, o erro humano (Análise da Confiabilidade Humana). Além disso, será realizado um estudo das consequências do vazamento de um líquido inflamável transportado pelo navio, olhando para o pior cenário, a partir da ruptura da tubulação ou do compartimento do navio-tanque. A análise tem por base as recomendações da Organização Internacional Marítima OIM (em inglês, IMO). A OIM tem adotado a Avaliação Formal da Segurança AFS (em inglês, Formal Safety Assessment FSA), como seu modo oficial de receber as sugestões de seus membros para criar ou modificar qualquer regulamentação correlacionada. Este processo é composto de cinco passos que a OIM descreve na guia AFS (IMO, 2002). Este trabalho irá mostrar todas as etapas, mas irá focar, com especial atenção, a segunda etapa Risk Assessment, porque será aplicada ao caso sob análise, envolvendo o comportamento humano. Existem muitas técnicas e muito trabalho envolvido na estimação das probabilidades dos eventos. O mesmo ocorre para a avaliação de suas consequências. Uma vez definida a quantidade total de vazamento, um software poderá ser usado para calcular as consequências. O mesmo será feito para na Análise de Risco, utilizando RB, e, neste ponto, o trabalho apresenta uma nova contribuição. / Maritime transportation systems are essential for World Trade, in special, Tankers ships and yours loading and unloading facilities; therefore, it is crucial to understand how these systems may fail, to be able to maintain their capacity. It need that each and every quantitative risk assessment comprises some basic activities that have to be developed to allow the quantification of the risks involved in the operation of a system or process. Basically, it must be estimated the likelihood of the identified undesired events as well as the magnitude of their consequences. The objective of this study is to assess if the technique called Bayesian Networks BN is the best suited, with respect to the Fault Tree Analysis FTA and the Event Tree Analysis ETA, to perform an Risk Analysis of the operation or process of unloading of flammable bulk liquids, such as anhydrous ethanol and/or oil products, from a Tanker to a port terminal specified the Bulk Liquid Terminal BLT, focusing on the interface between the two systems: ship and port with the inclusion of the human factor, i.e., human error: Human Reliability Analysis HRA. Furthermore, a consequence analysis of a specific liquid bulk leakage will be performed, looking at the worst scenario case, from the rupture of a pipeline or tank from a Tanker. The analysis came from based on the recommendations of the International Maritime Organization IMO. The IMO has adopted the FSA (Formal Safety Assessment) as its official way of receiving suggestions of its members to create or modify any regulation correlated. It is a process composed by five steps that IMO has described in its Guidelines for FSA (IMO, 2002). This thesis will to show all steps, but will look carefully to step two (Risk Assessment) because it will be applied in the example situation, involving human behavior (HRA). There are many techniques and much work involved in the estimation of the likelihood of the events. The same occurs for the evaluation of their consequences. Once defined the total leaked quantity, software will be used to calculate the consequences. The same will be done to Risk Analysis, using BN, and at this point, the work is a new contribution.

Sistemas de transporte marítimo são essenciais para o Comércio Global, em especial, navios-tanques e seus centros de carga e descarga de produtos líquidos ou gasosos inflamáveis; portanto, é crucial entender como estes sistemas podem falhar, para que seus operadores sejam capazes de manter a sua capacidade de operação. É preciso que cada e toda análise quantitativa de risco compreenda algumas das atividades básicas que devem ser desenvolvidas, para permitir a quantificação dos riscos envolvidos e associados, na operação do sistema ou do processo. Basicamente, devem ser calculadas as probabilidades de ocorrência dos eventos indesejados identificados, bem como a magnitude de suas consequências. O objetivo deste trabalho é aferir se a técnica denominada Rede Bayesiana RB é a mais adequada, comparando-a com as técnicas de árvores de falhas e de eventos, para realizar uma Análise de Risco da operação ou processo de descarga de líquidos inflamáveis, como etanol anidro e/ou produtos petrolíferos, de um naviotanque para um terminal portuário específico Terminal de Granéis Líquidos TGL com foco na interface entre dois sistemas: o navio e o porto, observado o elemento humano, ou seja, o erro humano (Análise da Confiabilidade Humana). Além disso, será realizado um estudo das consequências do vazamento de um líquido inflamável transportado pelo navio, olhando para o pior cenário, a partir da ruptura da tubulação ou do compartimento do navio-tanque. A análise tem por base as recomendações da Organização Internacional Marítima OIM (em inglês, IMO). A OIM tem adotado a Avaliação Formal da Segurança AFS (em inglês, Formal Safety Assessment FSA), como seu modo oficial de receber as sugestões de seus membros para criar ou modificar qualquer regulamentação correlacionada. Este processo é composto de cinco passos que a OIM descreve na guia AFS (IMO, 2002). Este trabalho irá mostrar todas as etapas, mas irá focar, com especial atenção, a segunda etapa Risk Assessment, porque será aplicada ao caso sob análise, envolvendo o comportamento humano. Existem muitas técnicas e muito trabalho envolvido na estimação das probabilidades dos eventos. O mesmo ocorre para a avaliação de suas consequências. Uma vez definida a quantidade total de vazamento, um software poderá ser usado para calcular as consequências. O mesmo será feito para na Análise de Risco, utilizando RB, e, neste ponto, o trabalho apresenta uma nova contribuição. / Maritime transportation systems are essential for World Trade, in special, Tankers ships and yours loading and unloading facilities; therefore, it is crucial to understand how these systems may fail, to be able to maintain their capacity. It need that each and every quantitative risk assessment comprises some basic activities that have to be developed to allow the quantification of the risks involved in the operation of a system or process. Basically, it must be estimated the likelihood of the identified undesired events as well as the magnitude of their consequences. The objective of this study is to assess if the technique called Bayesian Networks BN is the best suited, with respect to the Fault Tree Analysis FTA and the Event Tree Analysis ETA, to perform an Risk Analysis of the operation or process of unloading of flammable bulk liquids, such as anhydrous ethanol and/or oil products, from a Tanker to a port terminal specified the Bulk Liquid Terminal BLT, focusing on the interface between the two systems: ship and port with the inclusion of the human factor, i.e., human error: Human Reliability Analysis HRA. Furthermore, a consequence analysis of a specific liquid bulk leakage will be performed, looking at the worst scenario case, from the rupture of a pipeline or tank from a Tanker. The analysis came from based on the recommendations of the International Maritime Organization IMO. The IMO has adopted the FSA (Formal Safety Assessment) as its official way of receiving suggestions of its members to create or modify any regulation correlated. It is a process composed by five steps that IMO has described in its Guidelines for FSA (IMO, 2002). This thesis will to show all steps, but will look carefully to step two (Risk Assessment) because it will be applied in the example situation, involving human behavior (HRA). There are many techniques and much work involved in the estimation of the likelihood of the events. The same occurs for the evaluation of their consequences. Once defined the total leaked quantity, software will be used to calculate the consequences. The same will be done to Risk Analysis, using BN, and at this point, the work is a new contribution.

This thesis defines and applies a methodology for analyzing the possibility of extending the operating sector of DP shuttle tankers for offloading operations in Spread Moored FPSO Platforms. Extending the operating sector is beneficial to increase operations\' availability and to reduce DP power demand under certain environmental conditions. This study is important, since several emergency disconnections have occurred during offloading in Santos Basin because the shuttle tanker was pushed out of the green sector by environmental resultants that pointed to the West. However, this proposal has to be carefully analyzed in order to guarantee the operations\' safety and not to increase the risks of collision between FPSO and shuttle tanker, of oil pollution and of personnel safety. The methodology consists in five basic steps: Preliminary Risk Analysis to assess the potential hazards associated with the new sector; evaluation of the uptime gain through static analysis; evaluation of DP power demand inside the original and extended sector; real time simulations to evaluate the operation in a realistic environment; and, finally, field tests to validate the proposal. This thesis presents the contextualization of the problem, a bibliographical research, theoretical concepts, the detailed methodology and results of each step. The results show that the average uptime gain is significant both in Campos and Santos Basins - up to 9% and 13% respectively - and that the additional risks created by the sector extension are well mitigated if some recommendations are put into place. The conclusion of this thesis is that extending the operating sector is not only beneficial but also safe. / Esta dissertação define e aplica uma metodologia para analisar a possibilidade de extensão do setor operacional de navios aliviadores DP para operações de offloading em plataformas FPSO ancoradas em Spread-Mooring. Esta proposta apresenta como vantagens o aumento da disponibilidade das operações e redução na demanda de energia do navio DP em certas condições ambientais. O estudo é importante tendo em vista que várias desconexões de emergência já ocorreram durante operações de alívio na Bacia de Santos, porque o navio-tanque foi empurrado para fora do setor verde por resultantes ambientais que apontavam para oeste. No entanto, a proposta deve ser cuidadosamente analisada para garantir que o novo setor não aumenta os riscos de colisão, de poluição ambiental e de segurança às pessoas. A metodologia consiste em cinco etapas básicas: Análise Preliminar de Riscos (APR); avaliação do ganho de disponibilidade da operação; avaliação da demanda de energia do sistema DP nos setores original e estendido; simulações de manobra em tempo real; e, finalmente, testes em campo para validação da proposta. Esta dissertação apresenta a contextualização do problema, pesquisa bibliográfica, conceitos teóricos, a metodologia detalhada e os resultados de cada etapa. Os resultados mostram que o ganho médio de disponibilidade é significativo nas bacias de Campos e de Santos - até 9% e 13%, respectivamente - e que os riscos adicionais criados pela extensão do setor são devidamente mitigados se as recomendações levantadas na APR forem implementadas. A conclusão desta dissertação é que estender o setor operacional é, não somente benéfico, mas também seguro.