Este trabalho apresenta um procedimento simples e robusto para avaliação e análise do desempenho de instalações propulsoras de embarcações de pesca operando no Estado do Espírito Santo. O objetivo é verificar se as embarcações estão operando com baixa eficiência propulsiva, portanto, com consumo de combustível maior do que o desejável, e identificar possíveis ações de melhoria desta eficiência que poderiam ser implementadas com baixo custo. Tendo em vista as condições artesanais da construção e operação das embarcações de pesca no Espírito Santo, o procedimento foi desenvolvido de forma a poder ser aplicado com relativa facilidade pelas pessoas envolvidas na atividade pesqueira artesanal neste Estado. O procedimento envolve o levantamento de informações sobre a geometria do casco, as características da instalação propulsora existente e sobre alguns aspectos do desempenho das embarcações. Para este levantamento são propostos métodos e técnicas suficientemente simples para que possam ser facilmente aplicadas nos estaleiros. Com base nestes dados levantados implementou-se no procedimento proposto diversos algoritmos que permitem determinar o coeficiente propulsivo das embarcações de pesca e a perda de energia útil que ocorre tanto no motor, por conta de condições inadequadas de operação, quanto na transmissão desta energia para o hélice. Para a validação dos métodos e técnicas envolvidos neste procedimento e dos resultados fornecidos por ele, o mesmo foi aplicado em alguns cascos de embarcações de pesca disponíveis em estaleiros visitados no Estado. Para uma destas embarcações o procedimento foi aplicado em sua totalidade, permitindo identificar a baixa eficiência da instalação propulsora e algumas das possíveis causas que provocam a perda de energia útil no sistema. Finalmente, com base nesse exemplo de aplicação, um estudo de possíveis melhorias na instalação propulsora é apresentado ao final do trabalho. / This study presents a simple and robust procedure to the performance evaluation and analysis of propulsion systems of fishing vessels operating in the Espírito Santo State. The goals are to verify if the vessels are operating at low propulsive efficiency, therefore, with a fuel consumption greater than desired, and identify possible actions to improve this efficiency that could be implemented at a low cost. The procedure was developed in view of the conditions of construction and operation of fishing vessels in Espírito Santo, so that it can be applied with relative ease by the people involved in artisanal fishing activity in this State. The procedure involves the collection of information about the geometry of hull, the characteristics of existing propulsion plant and some aspects of the performance of the vessels. To do this data collection, this paper proposes methods and techniques simple enough to be easily applied in the shipyards. Based on these data collected, the proposed procedure implemented several algorithms to ascertain the propulsive coefficient of fishing vessels and the energy loss which may occur due to the inadequate operating conditions and in energy transmission to propeller. It has been applied in some fishing vessel hulls available on sites visited to validate the methods and techniques involved in this procedure and its results. The procedure was applied, in its entirety, in one of this vessels, that allowed to identify the low efficiency of the propulsion plant and some of the possible causes that justify this energy loss in the system. Finally, based on this application example, a study of possible improvements in propulsion plant is presented at the end of work.

Este trabalho apresenta um procedimento simples e robusto para avaliação e análise do desempenho de instalações propulsoras de embarcações de pesca operando no Estado do Espírito Santo. O objetivo é verificar se as embarcações estão operando com baixa eficiência propulsiva, portanto, com consumo de combustível maior do que o desejável, e identificar possíveis ações de melhoria desta eficiência que poderiam ser implementadas com baixo custo. Tendo em vista as condições artesanais da construção e operação das embarcações de pesca no Espírito Santo, o procedimento foi desenvolvido de forma a poder ser aplicado com relativa facilidade pelas pessoas envolvidas na atividade pesqueira artesanal neste Estado. O procedimento envolve o levantamento de informações sobre a geometria do casco, as características da instalação propulsora existente e sobre alguns aspectos do desempenho das embarcações. Para este levantamento são propostos métodos e técnicas suficientemente simples para que possam ser facilmente aplicadas nos estaleiros. Com base nestes dados levantados implementou-se no procedimento proposto diversos algoritmos que permitem determinar o coeficiente propulsivo das embarcações de pesca e a perda de energia útil que ocorre tanto no motor, por conta de condições inadequadas de operação, quanto na transmissão desta energia para o hélice. Para a validação dos métodos e técnicas envolvidos neste procedimento e dos resultados fornecidos por ele, o mesmo foi aplicado em alguns cascos de embarcações de pesca disponíveis em estaleiros visitados no Estado. Para uma destas embarcações o procedimento foi aplicado em sua totalidade, permitindo identificar a baixa eficiência da instalação propulsora e algumas das possíveis causas que provocam a perda de energia útil no sistema. Finalmente, com base nesse exemplo de aplicação, um estudo de possíveis melhorias na instalação propulsora é apresentado ao final do trabalho. / This study presents a simple and robust procedure to the performance evaluation and analysis of propulsion systems of fishing vessels operating in the Espírito Santo State. The goals are to verify if the vessels are operating at low propulsive efficiency, therefore, with a fuel consumption greater than desired, and identify possible actions to improve this efficiency that could be implemented at a low cost. The procedure was developed in view of the conditions of construction and operation of fishing vessels in Espírito Santo, so that it can be applied with relative ease by the people involved in artisanal fishing activity in this State. The procedure involves the collection of information about the geometry of hull, the characteristics of existing propulsion plant and some aspects of the performance of the vessels. To do this data collection, this paper proposes methods and techniques simple enough to be easily applied in the shipyards. Based on these data collected, the proposed procedure implemented several algorithms to ascertain the propulsive coefficient of fishing vessels and the energy loss which may occur due to the inadequate operating conditions and in energy transmission to propeller. It has been applied in some fishing vessel hulls available on sites visited to validate the methods and techniques involved in this procedure and its results. The procedure was applied, in its entirety, in one of this vessels, that allowed to identify the low efficiency of the propulsion plant and some of the possible causes that justify this energy loss in the system. Finally, based on this application example, a study of possible improvements in propulsion plant is presented at the end of work.

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.