Para explorar campos de petróleo offshore em águas profundas, o uso de plataformas offshore (FPSO - do inglês Floating Production Storage and Offloading) e navios aliviadores, nas últimas décadas, tornou-se uma alternativa economicamente e tecnicamente viável. A FPSO é um tipo de navio petroleiro transformado para a exploração, e armazenamento petróleo. O escoamento da produção é usualmente realizado por um navio tanque aliviador, conectado em tandem, ou por dutos. Porém o transporte marítimo realizado pelos navios petroleiros está sendo cada vez mais aceito, chegando a ser o principal meio para escoar a produção em águas profundas. Entretanto, como contrapartida desta viabilidade técnica, passou-se a executar operações de transbordo entre unidades flutuantes em ambientes mais agressivos, causando um aumento do risco associado com estas operações. Este trabalho, visando garantir a segurança das operações de transferência em alto mar, apresenta a aplicação de técnicas de análise de risco para a avaliação de operações de offloading entre unidades de produção tipo FPSO e navios aliviadores. É aplicado um método indutivo para a identificação de riscos baseado no princípio de que os acidentes acontecem como consequência do desenvolvimento de um evento de perigo durante a operação, que pode durar cerca de 24 horas. No contexto deste trabalho de pesquisa, a análise de risco é entendida como quatro processos sequenciais: (i) identificação dos cenários de perigos, (ii) estimação da probabilidade de ocorrência de falhas para cada cenário, (iii) avaliação das consequências, e, (iv) tomada de decisão. Para melhorar a avaliação da probabilidade é proposto o uso de técnicas bayesianas. Para fazer uma análise mais abrangente das consequências de falha é proposto utilizar o processo markoviano para modelar a probabilidade de mudanças do sistema FPSO-navio aliviador durante a operação de offloading que podem causar mudanças no perfil de risco. A tomada de decisão é usada para avaliar a possibilidade de desconexão de emergência durante a operação. O método é aplicado para avaliar o risco de uma operação de offloading na Bacia de Campos (Brasil), entre uma plataforma tipo FPSO e um navio aliviador tipo Suezmax. Verifica-se que as condições ambientais e a forma de realização da amarração exercem significativa influencia no perfil de risco. / To explore offshore oil fields in deep water the use of a Floating Production Storage and Offloading (FPSO) unit coupled to a shuttle tanker is economically and technically feasible. The FPSO unit normally consists of a ship shaped hull, with an internal or external turret, and production equipment on the deck. The unit is also equipped for crude oil storage. Oil transportation systems required for supporting this infrastructure are pipelines or shuttle tankers. Shuttle tankers are increasingly being accepted as a preferred transportation method for remote and deepwater offshore developments. The offloading operation is considered one of the most risky operations in offshore environments. This dissertation presents a risk-based analysis method aiming at defining the risk profile associated with an offloading operation. For offloading operations the risk profile is usually evaluated considering that the environmental condition could suffer changes during offloading that has an approximate duration of 24 hours. The method follows four basic steps: identification of hazard (using PHA technique), definition of failure scenarios and their probability of occurrence (using cause-consequence diagram and FTA) and evaluation of failure consequences. To improve the evaluation of failure consequences a more comprehensive analysis is proposed aiming at using the Markovian process to model the probability of changes during offloading operation that could cause changes in the risk profile developed in step two. The decision method is used to evaluate the possibility of emergency disconnection during the operation. The method is applied to evaluate the risk profile of an offloading operation in Campos Basin, Brazil, considering o FPSO. The analysis shows that the environmental conditions and the way that the tanker is moored have great influence on the risk profile.

Para explorar campos de petróleo offshore em águas profundas, o uso de plataformas offshore (FPSO - do inglês Floating Production Storage and Offloading) e navios aliviadores, nas últimas décadas, tornou-se uma alternativa economicamente e tecnicamente viável. A FPSO é um tipo de navio petroleiro transformado para a exploração, e armazenamento petróleo. O escoamento da produção é usualmente realizado por um navio tanque aliviador, conectado em tandem, ou por dutos. Porém o transporte marítimo realizado pelos navios petroleiros está sendo cada vez mais aceito, chegando a ser o principal meio para escoar a produção em águas profundas. Entretanto, como contrapartida desta viabilidade técnica, passou-se a executar operações de transbordo entre unidades flutuantes em ambientes mais agressivos, causando um aumento do risco associado com estas operações. Este trabalho, visando garantir a segurança das operações de transferência em alto mar, apresenta a aplicação de técnicas de análise de risco para a avaliação de operações de offloading entre unidades de produção tipo FPSO e navios aliviadores. É aplicado um método indutivo para a identificação de riscos baseado no princípio de que os acidentes acontecem como consequência do desenvolvimento de um evento de perigo durante a operação, que pode durar cerca de 24 horas. No contexto deste trabalho de pesquisa, a análise de risco é entendida como quatro processos sequenciais: (i) identificação dos cenários de perigos, (ii) estimação da probabilidade de ocorrência de falhas para cada cenário, (iii) avaliação das consequências, e, (iv) tomada de decisão. Para melhorar a avaliação da probabilidade é proposto o uso de técnicas bayesianas. Para fazer uma análise mais abrangente das consequências de falha é proposto utilizar o processo markoviano para modelar a probabilidade de mudanças do sistema FPSO-navio aliviador durante a operação de offloading que podem causar mudanças no perfil de risco. A tomada de decisão é usada para avaliar a possibilidade de desconexão de emergência durante a operação. O método é aplicado para avaliar o risco de uma operação de offloading na Bacia de Campos (Brasil), entre uma plataforma tipo FPSO e um navio aliviador tipo Suezmax. Verifica-se que as condições ambientais e a forma de realização da amarração exercem significativa influencia no perfil de risco. / To explore offshore oil fields in deep water the use of a Floating Production Storage and Offloading (FPSO) unit coupled to a shuttle tanker is economically and technically feasible. The FPSO unit normally consists of a ship shaped hull, with an internal or external turret, and production equipment on the deck. The unit is also equipped for crude oil storage. Oil transportation systems required for supporting this infrastructure are pipelines or shuttle tankers. Shuttle tankers are increasingly being accepted as a preferred transportation method for remote and deepwater offshore developments. The offloading operation is considered one of the most risky operations in offshore environments. This dissertation presents a risk-based analysis method aiming at defining the risk profile associated with an offloading operation. For offloading operations the risk profile is usually evaluated considering that the environmental condition could suffer changes during offloading that has an approximate duration of 24 hours. The method follows four basic steps: identification of hazard (using PHA technique), definition of failure scenarios and their probability of occurrence (using cause-consequence diagram and FTA) and evaluation of failure consequences. To improve the evaluation of failure consequences a more comprehensive analysis is proposed aiming at using the Markovian process to model the probability of changes during offloading operation that could cause changes in the risk profile developed in step two. The decision method is used to evaluate the possibility of emergency disconnection during the operation. The method is applied to evaluate the risk profile of an offloading operation in Campos Basin, Brazil, considering o FPSO. The analysis shows that the environmental conditions and the way that the tanker is moored have great influence on the risk profile.

A necessidade de redução do consumo de combustíveis fósseis, devido ao cenário atual de tentar frear os efeitos do aquecimento global e de reduzir a poluição atmosférica, vem ditando uma série de transformações no setor de transporte naval. Este trabalho apresenta, inicialmente, as mudanças no âmbito normativo na questão do controle de emissões de poluentes e de eficiência de consumo de combustíveis em navios mercantes. Em seguida, com foco nas embarcações existentes, são apresentadas as principais técnicas operacionais com grande potencial de redução de consumo de combustível, destacando o método da redução da velocidade de navegação que, corretamente aplicado, tem impacto positivo tanto na redução dos custos operacionais, quanto no aumento expressivo de eficiência energética. Foi realizada uma análise numérica da variação do consumo de combustível em função da velocidade de um navio petroleiro Suezmax, adaptado para operações de alívio em plataformas do tipo FPSO em águas brasileiras. Com isso, estimou-se o potencial de aumento da eficiência energética da embarcação a partir de pequenas reduções de velocidade, e discutiu-se as possíveis aplicações desta melhoria, a partir do perfil operacional característico do navio tipo, de modo a não causar impacto econômico na operação. O estudo, ainda, avaliou a aplicação de duas metodologias numéricas diferentes, uma baseada apenas em equações de regressão, semi-empírica, e outra utilizando simulações de CFD para a estimativa de parâmetros sensíveis a forma do casco e de grande relevância para a determinação dos consumos característicos, analisando imprecisões e impactos no resultado final. / The need to reduce fossil fuels consumption due to the current scenario of trying to restrain global warming effects and reduce air pollution is dictating a series of transformations in shipping. This study introduces, at first, the changes of the regulatory framework concerning gas emissions control and fuel consumption efficiency on merchant ships. Secondly, the main operational procedures with high potential reduction of fuel consumption are discussed, with focus on existing vessels, using ship speed reduction procedure. This procedure shows the positive impacts on both operating costs reduction and also on energy efficiency increase if correctly applied. Finally, a numerical analysis of the fuel consumption variation with the speed was carried out for a Suezmax class oil tanker, which has been adapted to oil offloading operations for FPSOs in Brazilian offshore oil production systems. In this analysis, the discussions about the variations of vessel energy efficiency from small speed rate reductions and the possible applications of this improvement, taking into account the typical operating profile of the vessel in such a way to have significant economic impacts on the operation. This analysis also evaluated the application of two different numerical methods: one based only on regression equations produced by existing data, semi empirical method, and another using a CFD simulations for estimating the hull shape parameters that are most relevant for determining fuel consumption, analyzing inaccuracies and impact on the final results.

A necessidade de redução do consumo de combustíveis fósseis, devido ao cenário atual de tentar frear os efeitos do aquecimento global e de reduzir a poluição atmosférica, vem ditando uma série de transformações no setor de transporte naval. Este trabalho apresenta, inicialmente, as mudanças no âmbito normativo na questão do controle de emissões de poluentes e de eficiência de consumo de combustíveis em navios mercantes. Em seguida, com foco nas embarcações existentes, são apresentadas as principais técnicas operacionais com grande potencial de redução de consumo de combustível, destacando o método da redução da velocidade de navegação que, corretamente aplicado, tem impacto positivo tanto na redução dos custos operacionais, quanto no aumento expressivo de eficiência energética. Foi realizada uma análise numérica da variação do consumo de combustível em função da velocidade de um navio petroleiro Suezmax, adaptado para operações de alívio em plataformas do tipo FPSO em águas brasileiras. Com isso, estimou-se o potencial de aumento da eficiência energética da embarcação a partir de pequenas reduções de velocidade, e discutiu-se as possíveis aplicações desta melhoria, a partir do perfil operacional característico do navio tipo, de modo a não causar impacto econômico na operação. O estudo, ainda, avaliou a aplicação de duas metodologias numéricas diferentes, uma baseada apenas em equações de regressão, semi-empírica, e outra utilizando simulações de CFD para a estimativa de parâmetros sensíveis a forma do casco e de grande relevância para a determinação dos consumos característicos, analisando imprecisões e impactos no resultado final. / The need to reduce fossil fuels consumption due to the current scenario of trying to restrain global warming effects and reduce air pollution is dictating a series of transformations in shipping. This study introduces, at first, the changes of the regulatory framework concerning gas emissions control and fuel consumption efficiency on merchant ships. Secondly, the main operational procedures with high potential reduction of fuel consumption are discussed, with focus on existing vessels, using ship speed reduction procedure. This procedure shows the positive impacts on both operating costs reduction and also on energy efficiency increase if correctly applied. Finally, a numerical analysis of the fuel consumption variation with the speed was carried out for a Suezmax class oil tanker, which has been adapted to oil offloading operations for FPSOs in Brazilian offshore oil production systems. In this analysis, the discussions about the variations of vessel energy efficiency from small speed rate reductions and the possible applications of this improvement, taking into account the typical operating profile of the vessel in such a way to have significant economic impacts on the operation. This analysis also evaluated the application of two different numerical methods: one based only on regression equations produced by existing data, semi empirical method, and another using a CFD simulations for estimating the hull shape parameters that are most relevant for determining fuel consumption, analyzing inaccuracies and impact on the final results.