Esta dissertação tem como enfoque principal abordar o tema de esforços nas amarras das embarcações durante o processo de eclusagem. A principal motivação foi a busca em atender a legislação brasileira, a qual vem incentivando a utilização do transporte hidroviário e a construção de novas eclusas, tendo em vista a atratividade econômica deste meio de transporte. O estudo foi desenvolvido a partir da modelagem e elaboração de um sistema de medição de esforços, almejando a verificação de sua aplicabilidade na previsão de esforços sobre as amarrações das embarcações. A investigação dos esforços hidrodinâmicos sofridos pela embarcação durante o enchimento e esvaziamento das eclusas de alta queda foi possível com a construção deste sistema de medição em um modelo reduzido de uma eclusa de alta queda. Foram realizados 42 ensaios para diferentes situações iniciais, variando a composição e o peso total da embarcação, bem como a velocidade de abertura da comporta dos condutos de enchimento e esvaziamento da eclusa. A realização destes ensaios permitiu a confirmação das relações existentes entre esforços máximos medidos com o aumento da velocidade de abertura das comportas de enchimento e esvaziamento e entre os esforços máximos com o peso deslocado e área ocupada pela embarcação na eclusa. Possibilitou, também, a constatação de que os valores dos esforços máximos durante o processo de enchimento são superiores àqueles verificados no esvaziamento da câmara da eclusa. A partir destes resultados, foram propostas duas equações que relacionam a razão da força máxima pelo peso da embarcação com a razão das áreas da embarcação com a da câmara da eclusa e com o próprio peso da embarcação, evidenciando a relação existente entre a força máxima com o peso e a área da embarcação. / This piece of work disserts about the hawser forces in the vessels during the lock operational. The main motivation was the quest to attend the Brazilian legislation, which has encouraged the use of the hydroways and construction of new locks, in view of the economic attractiveness of this transportation medium. The study was developed from the modeling and development of a measurement system of hawser forces, aiming to verify its applicability in forecasting the vessels mooring forces. The investigation of hydrodynamics forces suffered by the vessel during the process of filling and emptying high lift locks became possible with construction of this measuring system in a reduced scaled model of a generic high lift lock. There was realized 42 tests with different initial conditions, varying the vessel´s size and its total weight, as well, varying the gate´s opening velocity localized in the conducts of the filling and emptying system. This tests made it possible to confirm the existence of relationship between maximum hawser forces and this gate´s opening speed and the vessel´s size and its total weight. With this tests, it became viable to find out that the values of maximum hawser forces during the lock´s chamber filling process are greater than during its emptying process. From these results, it was proposed two formulas relating the ratio of maximum hawser force with the vessel´s weight and the ratio of the area occupied by the vessel with the lock chamber area and, as well, the vessel´s weight. This showed the existence of relationship between the maximum hawser forces and the vessel´s weight and its area.

Esta dissertação tem como enfoque principal abordar o tema de esforços nas amarras das embarcações durante o processo de eclusagem. A principal motivação foi a busca em atender a legislação brasileira, a qual vem incentivando a utilização do transporte hidroviário e a construção de novas eclusas, tendo em vista a atratividade econômica deste meio de transporte. O estudo foi desenvolvido a partir da modelagem e elaboração de um sistema de medição de esforços, almejando a verificação de sua aplicabilidade na previsão de esforços sobre as amarrações das embarcações. A investigação dos esforços hidrodinâmicos sofridos pela embarcação durante o enchimento e esvaziamento das eclusas de alta queda foi possível com a construção deste sistema de medição em um modelo reduzido de uma eclusa de alta queda. Foram realizados 42 ensaios para diferentes situações iniciais, variando a composição e o peso total da embarcação, bem como a velocidade de abertura da comporta dos condutos de enchimento e esvaziamento da eclusa. A realização destes ensaios permitiu a confirmação das relações existentes entre esforços máximos medidos com o aumento da velocidade de abertura das comportas de enchimento e esvaziamento e entre os esforços máximos com o peso deslocado e área ocupada pela embarcação na eclusa. Possibilitou, também, a constatação de que os valores dos esforços máximos durante o processo de enchimento são superiores àqueles verificados no esvaziamento da câmara da eclusa. A partir destes resultados, foram propostas duas equações que relacionam a razão da força máxima pelo peso da embarcação com a razão das áreas da embarcação com a da câmara da eclusa e com o próprio peso da embarcação, evidenciando a relação existente entre a força máxima com o peso e a área da embarcação. / This piece of work disserts about the hawser forces in the vessels during the lock operational. The main motivation was the quest to attend the Brazilian legislation, which has encouraged the use of the hydroways and construction of new locks, in view of the economic attractiveness of this transportation medium. The study was developed from the modeling and development of a measurement system of hawser forces, aiming to verify its applicability in forecasting the vessels mooring forces. The investigation of hydrodynamics forces suffered by the vessel during the process of filling and emptying high lift locks became possible with construction of this measuring system in a reduced scaled model of a generic high lift lock. There was realized 42 tests with different initial conditions, varying the vessel´s size and its total weight, as well, varying the gate´s opening velocity localized in the conducts of the filling and emptying system. This tests made it possible to confirm the existence of relationship between maximum hawser forces and this gate´s opening speed and the vessel´s size and its total weight. With this tests, it became viable to find out that the values of maximum hawser forces during the lock´s chamber filling process are greater than during its emptying process. From these results, it was proposed two formulas relating the ratio of maximum hawser force with the vessel´s weight and the ratio of the area occupied by the vessel with the lock chamber area and, as well, the vessel´s weight. This showed the existence of relationship between the maximum hawser forces and the vessel´s weight and its area.

Esta dissertação tem como enfoque principal abordar o tema de esforços nas amarras das embarcações durante o processo de eclusagem. A principal motivação foi a busca em atender a legislação brasileira, a qual vem incentivando a utilização do transporte hidroviário e a construção de novas eclusas, tendo em vista a atratividade econômica deste meio de transporte. O estudo foi desenvolvido a partir da modelagem e elaboração de um sistema de medição de esforços, almejando a verificação de sua aplicabilidade na previsão de esforços sobre as amarrações das embarcações. A investigação dos esforços hidrodinâmicos sofridos pela embarcação durante o enchimento e esvaziamento das eclusas de alta queda foi possível com a construção deste sistema de medição em um modelo reduzido de uma eclusa de alta queda. Foram realizados 42 ensaios para diferentes situações iniciais, variando a composição e o peso total da embarcação, bem como a velocidade de abertura da comporta dos condutos de enchimento e esvaziamento da eclusa. A realização destes ensaios permitiu a confirmação das relações existentes entre esforços máximos medidos com o aumento da velocidade de abertura das comportas de enchimento e esvaziamento e entre os esforços máximos com o peso deslocado e área ocupada pela embarcação na eclusa. Possibilitou, também, a constatação de que os valores dos esforços máximos durante o processo de enchimento são superiores àqueles verificados no esvaziamento da câmara da eclusa. A partir destes resultados, foram propostas duas equações que relacionam a razão da força máxima pelo peso da embarcação com a razão das áreas da embarcação com a da câmara da eclusa e com o próprio peso da embarcação, evidenciando a relação existente entre a força máxima com o peso e a área da embarcação. / This piece of work disserts about the hawser forces in the vessels during the lock operational. The main motivation was the quest to attend the Brazilian legislation, which has encouraged the use of the hydroways and construction of new locks, in view of the economic attractiveness of this transportation medium. The study was developed from the modeling and development of a measurement system of hawser forces, aiming to verify its applicability in forecasting the vessels mooring forces. The investigation of hydrodynamics forces suffered by the vessel during the process of filling and emptying high lift locks became possible with construction of this measuring system in a reduced scaled model of a generic high lift lock. There was realized 42 tests with different initial conditions, varying the vessel´s size and its total weight, as well, varying the gate´s opening velocity localized in the conducts of the filling and emptying system. This tests made it possible to confirm the existence of relationship between maximum hawser forces and this gate´s opening speed and the vessel´s size and its total weight. With this tests, it became viable to find out that the values of maximum hawser forces during the lock´s chamber filling process are greater than during its emptying process. From these results, it was proposed two formulas relating the ratio of maximum hawser force with the vessel´s weight and the ratio of the area occupied by the vessel with the lock chamber area and, as well, the vessel´s weight. This showed the existence of relationship between the maximum hawser forces and the vessel´s weight and its area.

[pt] A partir do final dos anos 90, a utilização de estações terrenas a bordo de embarcações (ESVs) tornou-se usual. Estas estações encontram-se instaladas numa variedade de navios e em plataformas móveis que operam em todas as regiões do globo. Em geral, elas operam utilizando o segmento espacial do serviço fixo por satélite (FSS) em partes das bandas C e Ku e, muitas vezes, compartilham faixas de frequência com o Serviço Fixo Terrestre (FS). Com base em resultados dos estudos realizados no período 2000-2003, a Conferência Mundial de Radiocomunicações de 2003 (WRC 03) avaliou as condições sob as quais ESVs poderiam operar nas redes FSS sem produzir interferências inaceitáveis aos serviços de radiocomunicações operando de acordo com o Regulamento como, por exemplo, o FS. Esta avaliação resultou numa resolução que estabelece provisões técnicas e regulamentares para a operação de estações terrenas a bordo de embarcações operando em faixas das bandas C e Ku. Esta resolução impõe duas limitações à operação das ESVs: (i) sua distância à costa marítima e (ii) a densidade de e.i.r.p. transmitida na direção do horizonte. Estudos posteriores indicaram ser mais adequada a imposição de restrições que tivessem como base a densidade de fluxo de potência produzida pela ESV em receptores do FS localizados na costa, o que permitiria a operação das ESVs mesmo com distâncias à costa inferiores à distância mínima estabelecida pela resolução da WRC 03. Este fato motivou a proposição de metodologias para determinar novas distâncias mínimas à costa que permitissem a operação das ESVs sem prejuízo dos enlaces terrestres. No presente trabalho, um procedimento baseado numa destas metodologias é utilizado para determinar as distâncias mínimas de operação em relação à costa marítima brasileira. Este procedimento permite determinar as distâncias à costa brasileira em função da posição orbital do satélite utilizado e da densidade de e.i.r.p. transmitida pela ESV em direção ao satélite. / [en] Since the end of the 90s the use of Earth Stations on board Vessels (ESVs) became usual. These stations are installed in variety of ships and mobile platforms operating in all regions of the world. Generally they operate using the space segment of Fixed Satellite Service (FSS) in either the C or the Ku bands, and usually share frequencies with terrestrial Fixed Service systems (FS). Based on results of studies that were conducted in the period 2000-2003 the 2003 World Radiocommunication Conference (WRC 03) evaluated the conditions under which ESVs could operate in FSS networks without producing unacceptable interference to radiocommunications services operating under the Radio Regulations as, for example, FS systems. Based on this assessment, the WRC03 produced a resolution containing technical and operational provisions for ESVs transmitting in the C and Ku bands. This resolution imposes two constraints on the operation of the ESVs: a minimum operating distances from the low-water mark and, a maximum value for the e.i.r.p spectral density toward the horizon. Later studies have indicated that constraints based on the power flux density produced by ESV at the FS receiver located at the coastline could be more appropriate and flexible. This approach would allow for the operation of ESVs at closer distances than those established by the WRC’03 resolution. This fact has motivated studies that proposed methodologies do determine new minimum ESV distances to the coast. In the present work, a procedure based on one of these methodologies is used to determine minimal ESV operating distances to the Brazilian coast as a function of orbital position of the satellite being used and of the e.i.r.p. density transmitted by the ESV towards the satellite.

[pt] Empresas de exploração de petróleo e gás offshore frequentemente precisam lidar com problemas relacionados ao uso eficiente de seus recursos. Neste trabalho, abordamos um problema de programação de navios associado à logística offshore de petróleo e gás – O Problema de Programação de Embarcações do tipo Pipe-Laying support Vessel (PLSVSP). Essas embarcações são especialmente projetadas para realizar conexões de dutos entre poços de petróleo submarinos e plataformas de produção. A conexão de dutos é a última etapa a ser executada para permitir a drenagem do óleo e iniciar a produção em um poço. No PLSVSP, o objetivo é antecipar a conclusão de poços mais produtivos. O problema pode ser visto como uma variante de um problema de programação de lotes com máquinas paralelas idênticas e tempos de configuração não antecipados por família para minimizar o total weighted completion time. Nessa analogia, embarcações são as máquinas, poços são as tarefas e lotes são as viagens executadas por PLSVs, definindo quais poços devem ser conectados a cada saída do porto. Foram desenvolvidas diversas abordagens de otimização para resolver as variantes determinística e estocástica do problema. Para a variante determinística, desenvolvemos métodos híbridos e uma metaheurística capazes de melhorar as soluções desenvolvidas por formulações MIP puras e lidar com o PLSVSP. Para a variante estocástica, foi desenvolvida uma simheurística utilizando simulação de Monte Carlo incorporada, considerando incertezas nas durações das conexões e nas datas de chegada dos oleodutos no porto. Os resultados mostram uma melhora significativa no custo das soluções quando lidam com incertezas em comparação com soluções geradas por um método determinístico. O uso da simulação em uma estrutura metaheurística mostrou-se uma abordagem promissora, capaz de lidar com o problema estocástico, com pouco esforço computacional extra necessário. / [en] Offshore oil and gas exploration companies frequently need to deal with problems related to the efficient use of their resources. In this work, we address a ship scheduling problem associated with offshore oil and gas logistics – The Pipe Laying Support Vessel Scheduling Problem (PLSVSP). These vessels are specially designed to perform pipeline connections between sub-sea oil wells and production platforms. The connections are the last step to be performed to allow the oil draining, starting production in a well. The PLSVSP objective is to anticipate the completion of the most productive wells. The problem can be seen as a variant of a batch scheduling problem with identical parallel machines and non-anticipatory family setup times to minimize the total weighted completion time. In this analogy, vessels are machines, wells are jobs, and batches are voyages executed by PLSVs, defining which wells to connect each time it leaves the port. We developed several optimization approaches to solve the deterministic and stochastic variants of the problem. For the deterministic problem, we developed hybrid methods and a metaheuristic that outperformed the pure MIP formulations, being practical to deal with the PLSVSP. A simheuristic using embedded Monte Carlo simulation was developed for the stochastic variant of the problem, considering uncertainties in the connection duration and the arrival dates of pipelines at the port. The results show a significant improvement in the solutions dealing with uncertainties compared to solutions generated by a deterministic method. The use of simulation within a metaheuristic framework proved to be a promising approach, being able to deal with the stochastic problem, with little extra computational effort required.