ELECTRIC DIESEL PROPULSION IN PIPE TYPE VESSELS LAYING SUPPORT VESSELS
REGISTRO DOI:10.5281/zenodo.10205158
¹Marcelo Musci
²Gisele Duarte Caboclo Antolin
³Mauricio Quelhas Antolin
4Carlos Vitor de Alencar Carvalho
5Renata Couto Vista
6Giancarlo Cordeiro da Costa
7Edmilson Monteiro de Souza
RESUMO
As embarcações de apoio a plataformas (offshore) de petróleo surgiram para fornecer auxílio especializado na logística petrolífera. Dentre estas embarcações de apoio offshore estão às embarcações do tipo Platform Supply Vessel (PSV). Nesta logística petrolífera, um navio que possui um sistema propulsivo ineficaz ocasionará apoio deficiente, trazendo prejuízos para a cadeia produtiva do setor. Sendo a utilização das propulsões diesel elétricas amplamente difundida no setor offshore. Possibilitando o comando preciso e eficiente nas operações de posicionamento dinâmico através das propulsões elétricas. Esse trabalho tem como objetivo principal mostrar ao leitor conhecimentos referentes às principais tecnologias em embarcações offshore.
PALAVRAS-CHAVE: Propulsão diesel elétrica, Pipe laying support vessels, Offshore.
ABSTRACT
The vessels that support offshore oil platforms emerged to provide specialized assistance in petroleum logistics. Among these offshore support vessels are Platform Supply Vessels (PSVs). In this petroleum logistics, a ship with an inefficient propulsion system will result in inadequate support, causing losses to the sector’s production chain. The use of diesel-electric propulsion is widely spread in the offshore sector, enabling precise and efficient control in dynamic positioning operations through electric propulsion. This work aims to provide the reader with knowledge regarding the primary technologies in offshore vessels.
KEYWORDS: Electric diesel propulsion, Pipe laying support vessels, Offshore.
1. Introdução
Como uma fonte energética de suma importância, o combustível fóssil, em especial o petróleo possui grande relevância no século XXI, compondo cerca de 81% da matriz energética mundial. A questão da segurança energética consiste em uma preocupação dos setores econômicos que se atém a emissão excessiva de gases na atmosfera que consistem em um dos elementos causadores do efeito estufa. Dessa forma, estudos relacionados a conservação da energia compreendem que a necessidade de conservação destes recursos deve se pautar na racionalização dos procedimentos para que se possa prolongar o uso de fontes que não são renováveis. Em meio ao setor naval, a questão energética que afeta também a questão ambiental, em especial com a formulação de diretrizes a partir da Organização Marítima Internacional, que compõe as Nações Unidas (Losekann & Tavares, 2021).
Com o avanço da tecnologia é possível observar o desenvolvimento de diferentes sistemas de propulsão. Dessa forma, percebe-se a consequente redução no consumo de combustível, do impacto ambiental, em razão da simplificação tanto do projeto quanto da construção, que usa dos espaços a bordo de uma melhor forma, além de possibilitar melhorias junto a equipe que se encontra na embarcação (Jesus & Gitahy, 2021).
Os Pipe Laying Support Vessel (PLSVs), são embarcações que lançam e coletam dutos no mar para conectar plataformas a sistemas de produção de petróleo. A embarcação também realiza diversas operações auxiliares na construção e manutenção de infraestrutura submarina. Possui uma variedade de equipamentos de içamento e manuseio nos quais existe um compensador de afundamento ativo que estabiliza a posição da carga durante o içamento submarino, independentemente do movimento do navio.
O presente artigo tenciona elucidar os benefícios do uso da propulsão diesel elétrica em embarcações do tipo pipe laying support vessels tanto para a saúde dos indivíduos que trabalham em embarcações, como para o meio ambiente que acaba sendo menos poluído pela questão de combustíveis fósseis.
2. Tipos de embarcações offshore
As plataformas de petróleo requerem um comando de logística operacional que funcione de maneira eficiente. Essas construções logísticas possuem características ímpares, que são enquadradas a partir dos serviços prestados, que necessitam de estudos que englobam deste o âmbito da geologia até a forma correta de realizar o fechamento de poços. Além disso, as embarcações de apoio offshore, realizam o fornecimento de suporte logístico às unidades de exploração e produção de petróleo. Neste sentido o apoio logístico pode ser realizado por intermédio do ar, com a utilização de helicópteros para realizar o transporte de pessoas ou cargas que possuem um peso menor. Contudo, é pela via marítima aonde ocorre a concentração da maior parte dos transportes que levam às unidades de exploração e de produção dos insumos que são necessários para operacionalização do serviço.
Além de todas as propriedades necessárias para a estruturação de uma embarcação de apoio offshore, estas, precisam de um sistema de manobra que possibilite a sua manutenção em uma mesma posição da plataforma com o intuito de que sejam realizadas suas operações de forma eficiente e tranquila. O nome dado a este sistema de manobra é de posicionamento dinâmico, sendo um dos requisitos primordiais para que funcione de forma adequada.
A seguir serão apresentados os principais tipos de embarcações offshore, especificando quais as suas características elementares e funções.
2.1 Pipe Line Suport Vessel (PLSV)
O Pipe Line Suport Vessel (PLSV) é a embarcação que detém a responsabilidade do lançamento e da instalação de linhas flexíveis ou rígidas, em conjunto com os equipamentos necessários em poços de petróleo que se situam no fundo do mar. Como já mencionado, existem diferentes tipos de embarcações, que individualizam o seu tipo de lançamento, o cabo que será lançado e como deve se dar o armazenamento de linhas (Pintado, 2019).
A contratação de embarcações offshore engloba inúmeras despesa, sendo de suma importância que seja analisada a estrutura do objeto contratado com a compatibilidade do trabalho necessário. Dessa forma, a possibilidade de se deparar com torres de lançamento e carretéis acaba por ser um dos elementos que caracteriza este tipo de navio.
As “linhas” são compreendidas como dutos que se encontram nos submarinos. Nestas estruturas é possível realizar o tráfego de produtos, tais como: óleos, gás, água, dentre quaisquer outros que sejam necessários. A prática do assentamento dos dutos no fundo do mar reproduz uma diversidade de desafios, em especial, se a instalação de tais estruturas se encontrar em águas de grande profundidade. Quanto aos tipos, estas linhas podem ser encontradas como flexíveis ou rígidas: as primeiras possibilitam um armazenamento mais fácil, em razão da sua flexibilidade e da existência de um raio para armazenamento menor, em contraponto as segundas, que se armazenam em cestas ou bobinas, com maiores dificuldades em contenção, bem como, com maiores capacidades devido ao alto raio não causar deformidades na linha em razão do armazenamento (Ferreira, 2013).
As embarcações do tipo PLSV, podem ser tidas como navios de construção que podem ser utilizados para os lançamentos de dutos que possuem propriedade flexíveis e umbilicais, possuindo condições para empreender o armazenamento de superfícies ou nos porões de carretéis extensos no seu interior. Ainda, na região do convés, é possível encontrar equipamentos que possuem a capacidade de realizar o lançamento dos dutos existentes na rota estabelecida entre a plataforma e o poço de recolhimento do petróleo com o objetivo de oferecer a produção, o controle e a intervenção em ambientes que realizem a produção ou a injeção do material.
Um adendo de suma importância diz respeito ao fato de que para que não ocorra uma tração muito forte nas linhas no momento do lançamento, podendo chegar até mesmo ao rompimento do mesmo, consiste no fato de que a velocidade ao qual ocorra o avanço da embarcação deve ser igual a velocidade ao qual a linha é lançada da embarcação.
Na Figura 1, é possível observar as estruturas que compõem as embarcações PLSV e na Figura 2(a) uma embarcação PLSV da empresa Subsea 7.
Figura 1 – Estruturas de embarcação do tipo PLSV
Fonte: Ferreira (2013)
Ademais, em meio ao processo de extração do petróleo, os dutos que se encontram submersos, podem ser classificados de três formas especificas, a partir da função que exercem: os risers, os flowlines e os jumpers, que podem se utilizar de três métodos específicos. O método S-Lay permite o transporte e o manuseio de dutos, além da criação de estações de alinhamento e soldagem dos passes de raiz e de enchimento, entrega de máquinas de tração, estações de inspeções radiográficas, de revestimento e de rampas de lançamento. Os equipamentos do Método J-Lay, consistem em um sistema que trabalha com a elevação para que ocorra a verticalização do tramo pré-fabricado. Ainda, este sistema transfere da região do tramo para a torre de lançamento, equipamentos que são utilizados para o alinhamento, solda, inspeção com uso de ultrassons e revestimentos. Os equipamentos do método Reel-Lay, consiste em tambores de armazenamento, equipamentos para retificação, máquinas de tração, estações que empreendem montagens do ânodo de sacrifício, estações de corte, alinhamento, solda, inspeção e revestimento, na ocorrência eventual de juntas de campo, estruturas de suporte da linha e da rampa utilizada para o lançamento (Leão et al., 2014).
2.2 Navio sísmico
O navio utilizado para a realização da pesquisa sísmica no meio marítimo, consiste no primeiro elemento para que as reservas de petróleo sejam encontradas. Dessa forma, esta embarcação permite que seja realizado o mapeamento e o reconhecimento das camadas presentes no solo do mar (Andriolo et al, 2015). A Figura 2(b) ilustra esse tipo de embarcação, o Ramform Titan.
Dessa forma, a realização de mapeamentos e reconhecimentos de áreas submersas com o objetivo de buscar informações primordiais que possam indicar a existência de formações rochosas que possuam poços de petróleo ou gás natural. Para empreender este tipo de pesquisa, as embarcações se encontram equipadas com cabos que possuem canhões de ar comprimido em conjunto com sensores sísmicos (Blackwell et al, 2015).
Uma embarcação sísmica possui vários ambientes que podem funcionar como espaço de armazenamento, hangar, oficinas, áreas de operação, além de laboratórios aos quais são realizadas as pesquisas cientificas e coleta de dados. A tripulação do navio sísmico possui três tipos de indivíduos: os tripulantes de segurança, os tripulantes cientistas e os técnicos especialistas (Bartolo, 2021).
Ainda, para oferecer o suporte adequado aos navios sísmicos, existem pequenas embarcações que oferecem a assistência devida, com a orientação dos barcos de pesca presentes na região para que evitem acidentes, já que no decorrer dos procedimentos, existe uma restrição da capacidade de manobra do navio, o que resulta em risco para outros navios de pesca que estejam, porventura, em sua rota (Blackwell et al, 2015).
2.3 Plattform Supply Vessel (PSV)
Conforme Abeam (2015) o Brasil, mas também os demais países que possuem empreendimento neste sentido, afirma que as embarcações do tipo Plattform Supply Vessel (PSV) correspondem ao tipo de navio mais comum do tipo de apoio offshore. Esse tipo de embarcação pode ser observado na Figura 2(c) o navio Sapura Onix.
A PSV consiste em um tipo de embarcação no qual existe o transporte de suprimentos, que são levados as plataformas que atuam em águas rasas. Estes navios possuem um convém livre para que seja armazenado a maior quantidade possível de cargas (Sousa, 2018).
Essas embarcações possibilitam o manuseio de cargas, sendo utilizados para o transporte de materiais e suprimentos para abastecer as plataformas de perfuração dos poços de petróleo, navios que auxiliam no processo de sondagem e embarcações com proporções maiores, que operam no interior das bacias petrolíferas. Estes navios também oferecem suporte as construções, manutenções e trabalhos submarinos no mar, além de remover os resíduos que são gerados nos procedimentos realizados na base de apoio (Montenegro, 2015).
Nos navios PSV, é possível encontrar equipamentos que podem ser utilizados para detectar, conter, sugar e armazenar suprimentos e bens consumíveis, em recipientes adequados ou segregados que se encontram a bordo do navio. Ainda, sobre o convés, foram realizados o carregamento de equipamentos e tubulações, além de arranjar cargas que se encontram soltas ou contêiners (Montenegro, 2015).
2.4 Anchor Handling Tug Supply (AHTS)
As embarcações Anchor Handling Tug Supply (AHTS) consistem em estruturas robustas que possuem um projeto direcionado para exercer o trabalho em operações para o reboque e âncoras presentes nas plataformas. Devido ao fato dos navios AHTS possuírem uma grande complexidade, sendo necessário que seu convés seja equipado com equipamentos que auxiliam nas tarefas necessárias, tais como: guinchos para realizar manuseios e reboques, guinchos auxiliares, coroas de barbotin, guindastes, paiols de amarras, guinchos de manobra, cabrestante, pinos de reboque, shark jaws, dentre outros (Cavalcanti, 2021). Figura 2(d) ilustra esse tipo de embarcação.
O AHTS pode ser compreendida como uma embarcação polivalente que é utilizada em operações que realizam manobras de ancoras, além do posicionamento das plataformas, dos reboques em meio ao oceano, ofertas de socorro e salvamento, combates a incêndios nas plataformas e poços de perfuração, transporte de suprimentos e cargas diversas, equipamento para a perfuração, tubos, containers, correntes, tanques para combustíveis, água, drill ater, cimento, barita, slops, dentre outros (Sousa, 2018).
O reboque existente neste tipo de embarcação tem como função empreender a ação de puxar ou empurrar uma unidade flutuante que precise ser deslocada, neste sentido, os navios que necessitam ser manuseados por intermédio de âncoras, se tornam necessário que esta estrutura se utilize do reboque, em especial diante de estruturas que se entrelacem com procedimentos que possuam grande movimentação ou ancoragem (Sousa, 2018).
As operações que se utilizam do reboque são muito arriscadas, sendo necessários, que antes de cada procedimento seja realizado um levantamento preliminar das condições que se encontram as águas marítimas, a força de tração que será exercida no processo e os critérios de segurança que devem ser adotados (Cavalcanti, 2021).
2.5 Rov Support Vessel (RSV)
Os navios construídos para realizar a inspeção das linhas de ancoragem e dutos, além de oferecerem o suporte para que ocorra o lançamento de dutos rígidos, necessitam ter de forma obrigatória um sistema de posicionamento dinâmico, bem como, guinchos de alta capacidade e guindastes, conforme o trabalho subaquático necessário. Na Figura 2(e) pode ser observado um RSV típico.
O conjunto de equipamentos possibilita que a embarcação realização a operação de inspeção visual das estruturas dos dutos, das linhas de ancoragem, da intervenção dos dutos, além de auxílio na instalação dos dispositivos que se encontram submersos.
Essa embarcação consegue se orientar nas profundezas do oceano, possuindo uma câmera e um sonar, a partir da construção de um sistema hidroacústico, O veículo carrega consigo um transponder, que emite sinais acústicos e possibilita que o profissional de operação possa saber as localizações exatas no ambiente marítimo.
Uma importante informação, é que as atividades realizadas por este tipo de embarcação são minuciosas, em especial, devido a necessidade de controle dos equipamentos robóticos.
Figura 2 – Principais tipos de embarcações offshore
Fonte: Sapura (2020)
2.6 Oil Spill Recovery Vessel (OSRV)
Dentre os principais tipos de embarcações offshore, é possível evidenciar o Oil Recovery Vessel (OSRV), que consiste em um navio que atua em situações de vazamento da plataforma.
Este navio é equipado para detectar um derramamento de líquidos oleosos em um raio de cerca de vinte quilômetros, conseguindo dimensionar qual seria a espessura da mancha, diante da existência de um sistema de posicionamento dinâmico com inteligência tecnológica. A Figura 2(f) ilustra esse tipo de embarcação.
3. Sistema de navegação marítima na atualidade
São inúmeros estudos que apontam a sustentabilidade como um fator significativo para a inovação e investimento. Pois com a redução de matérias primas e menos emissão de substancias poluentes, as empresas teriam um grande avanço quanto aos indicadores financeiros e empresas que não acompanharem o ritmo, nos próximos anos terão dificuldades em se manter no mercado competitivo. As organizações que adotarem medidas ecologicamente corretas, terão vantagens e diferenciação do mercado ligados a sua imagem. Além disso, a busca da sustentabilidade atualmente está sendo mais importante, do que a utilização da matéria prima natural. O que torna esse ponto de vista, extremamente estratégico (Paz e Kipper, 2016).
Embora o comércio marítimo represente cerca de 90% das trocas comerciais em todo o planeta, percebe-se que o setor também é o responsável por uma grande parcela da poluição atmosférica que se interliga a presença de Dióxido de Carbono (CO2) na atmosfera.
De forma adicional, as embarcações realizam trânsitos em uma velocidade abaixo do que era permitido por volta do ano de 2010, já que a legislação reduziu de 20 nós para 16 nós, o limite de velocidade, o que gerou uma consequente redução do consumo de combustível e da emissão de gases poluentes na atmosfera. Outrossim, quando se observa a legislação, a Internacional Maritime Organization (IMO), empreende os meios normativos que buscam garantir a segurança da navegação, reconhecendo que as ações no meio marítimo resultam em consequências ambientais.
No ano de 2018, a partir da posição do IMO, fora publicada uma resolução que propôs o estabelecimento de objetivos, em um período de curto, médio e longo prazo, com a diminuição da emissão de CFC´s de, ao menos, 50% até o ano de 2050, quando comparado ao ano de 2008, que determinou a implementação de medidas mandatórias, como por exemplo, a emenda do dia 1 de janeiro de 2020, publicado devido a Convenção Internacional para a Prevenção da Poluição dos Navios do Mar (MARPOL).
Dessa forma, tal disposto normativo, busca estabelecer estratégias, para reduzir ao menos em 40% as emissões dos gases poluentes até o ano de 2030, redução para metade das emissões até o ano de 2050, atingir o estado neutro de poluição até o ano de 2100. Ainda resta esclarecer que estas metas foram determinadas de acordo com os dados angariados no ano de 2008, para alinhar as políticas de transportes marítimos com o combate ao aquecimento global (Koumentakos, 2019).
Ainda mais, os gases poluentes que são emitidos na atmosfera apresentam efeitos negativos no oceano, já que a presença de CO2 em excesso. Um exemplo seria a queima do Heavy Fuel Oil, que consiste em um combustível pouco refinado, e é considerado um dos principais elementos responsáveis pela acidificação das águas marítimas, já que com a liberação de um gás que apresente alta solubilidade em meio aquoso, tal como o dióxido de enxofre (SO2), já que ele apresenta uma reação com as moléculas da água produzindo ácidos que diminuem o pH, tanto da água, quanto do solo (Bastos, 2019).
Dessa forma, se torna de suma importância o desenvolvimento de tecnologias que possam auxiliar no cuidado do meio ambiente. Nestes termos, a presente seção se preocupará em apresentar como funciona um sistema de propulsão diesel elétrica e como este sistema se adequa em embarcações do tipo PLSV (Koumentakos, 2019).
O sistema de propulsão a diesel se baseia na transformação da energia química que está presente no combustível inserido na máquina em energia mecânica que se apresenta a partir do movimento do eixo. Este sistema pode ser compreendido como aquele que apresenta propulsores que são acionados de forma direta pela transmissão que ocorre mecanicamente e que se encontra acoplada em um ou mais motores de diesel, devendo ser utilizados em embarcações que possuem uma velocidade média. No quesito do acoplamento, as instalações podem ser dividias em duas: propulsão direta e propulsão indireta com engrenagem redutora.
A propulsão direta se utiliza de motores e hélice que operam com um bom rendimento com a mesma velocidade de rotação, os motores se encontram acoplados junto a hélice, sem que seja necessária uma caixa redutora. Desse modo, percebe-se que os motores que possuem baixa velocidade pode vir a acionar o eixo, resultando em um menor consumo de combustível e uma maior velocidade (Koumentakos, 2019).
A propulsão indireta com engrenagem redutora seria quando o sistema opera com um bom rendimento com uma velocidade que ultrapassa a da que é emitida pela hélice, sendo necessário usar a caixa redutora. Uma das principais funções advindas da caixa redutora consiste em fixar uma velocidade e o sentido ao qual a hélice irá rodar, além de possibilitar também o movimento inverso, o acoplamento, a interrupção da transmissão de potência que ocorre entre o motor e a hélice, compatibilização entre a rotação do motor com a rotação menor, além da absorção do impulso que é recebido da hélice (Bastos, 2019).
Dentre as vantagens de uso deste sistema, percebe-se que a propulsão diesel, quando se compara a sistema que utilizam o vapor, consiste na grande economia de peso e de espeço de instalação, já que ele não utiliza caldeira e condensador, além do fato de que existe a dispersão de água de alimentação o que resulta em menos consumo de combustível.
O sistema de propulsão elétrico puro pode ser compreendido como um conjunto de baterias que detém a construção da energia para abastecer um motor elétrico. Essas baterias são carregadas a partir do contato da mesma na rede elétrica ou a partir de uma fonte de energia alternativa, que se localize em terra ou a bordo da embarcação.
3. Propulsão em embarcações do tipo pipe laying support vessels
O uso de embarcações offshore a partir do sistema de propulsão diesel elétrico compreende benefícios que abarcam a qualidade do serviço prestado devido a diminuição da quantidade de vibrações na estrutura naval, bem como, na diminuição de gases poluentes que são emitidos na atmosfera.
A demanda que versa acerca de navios da classe offshore vem aumentando desde do período dos anos 2000 em razão da expansão da atividade petroleira, em especial no Brasil devido a descoberta da faixa pré-sal.
Souza (2018) afirma que as estruturas presentes na construção de um projeto devem conversar entre si, para que elas possam atender a funcionalidade da embarcação.
A propulsão Diesel Elétrica é normalmente utilizada em embarcações em que aspectos como alto grau de manobrabilidade e a necessidade do sistema de DP (Dynamic Positioning) fazem com que a escolha de um sistema não convencional seja o melhor, caso típico de PLSV’s. O sistema é composto basicamente por Gerador Diesel Elétrico, painéis de distribuição, cabos de transmissão além de propulsores do tipo azimutais. Tal sistema apresenta as seguintes vantagens: Flexibilidade na organização da sala de máquinas; Eliminação das linhas de eixo; Manutenção menor para os Motores Diesel; Menor Consumo de Combustível; Alta confiabilidade; Maior disponibilidade; Menor nível de vibração e ruído; Redução de emissão de gases poluentes (CO2, NOx).
Dentre as vantagens que podem ser elencadas é possível evidenciar: “flexibilidade na organização da sala de máquinas; descarte das linhas de eixo; manutenção menor para os motores diesel; menos consumo de combustível; alta confiabilidade; maior disponibilidade; menor nível de vibração e ruído; redução de emissão de gases poluentes.
O Sistema de Propulsão elétrica apresenta características importantes que podem diferenciá-los dos demais, em especial, em tipos de operações específicos. A disponibilidade energética, flexibilidade de projetos e implementação de estruturas de Azipods podem ser vantajosos em embarcações de guerras, que necessitem realizar missões específicas (Bastos, 2019).
Um sistema elétrico de propulsão diesel-elétrico pode ser subdivido em três partes: power generation, power distribution e electric propulsion. A primeira, power generation, que em uma tradução livre seria algo relacionado a geração de energia, corresponde a um ramo aonde existem grupos de geradores, que possuem motor diesel e alternador, e que detém a responsabilidade de produzir a energia do sistema (Feijoó, 2012).
A segunda seria a power distribution, que em tradução livre significa distribuição de energia, contendo elementos que são responsáveis por distribuir a energia que é produzida pela zona de geração de energia. Neste sentido, existe uma área que possui painéis de distribuição e de controle de energia. É necessário mencionar que nestes painéis existe a divisão entre o painel principal, que tem como objetivo primordial realizar a propulsão e as tarefas que gastam mais energia ou são mais complexas, e painéis auxiliares, que se dedicam a equipamentos de menor porte e que possuem uma distribuição de energia com uma baixa tensão (Feijoó, 2012).
Já o terceiro, que compreender a electric propulsion, diz respeito a demanda principal de energia, que corresponde ao sistema de propulsão elétrica propriamente dito que integra os mecanismos de propulsão mecânica da embarcação. Neste interím, todos os equipamentos que são responsáveis por realizar a transmissão de energia para os motores estão nesta classificação, sendo que por ordem, a questão dos transformadores de propulsão, bem como, os inversores de frequência integram os motores (Feijoó, 2012).
No caso do sistema de propulsão diesel elétrico, percebe-se que este é formado por um gerador elétrico, que é acionado a partir de um dispositivo principal que fornece a energia para um motor que funciona a partir desta energia, e passa a exercer um movimento de rotação em relação a hélice. Na Figura 3 é possível observar tal descrição.
Nesse tipo de propulsão existe um motor que se interliga a um conversor, este primeiro acionamento ocorre a partir do diesel, que em grande parte dos casos é ativado a partir de uma combustão interna alimentada pelo combustível. Dessa forma, necessita-se de um gerador elétrico, painéis de distribuição, cabos de transmissão, motor elétrico, conversor, e também propulsores azimutais.
Conforme Feijoó (2012) existe a divisão do sistema de propulsão diesel elétrico em três áreas: geração de energia, que é responsável por gerar a energia e acionar o motor diesel e os geradores, que são fonte de energia do sistema, a distribuição de energia, que detém a responsabilidade de distribuir a energia produzida pelo grupo de geradores até o local aonde esta será consumida, sendo composta pelo painel de distribuição e controle da energia e a propulsão elétrica que possui como função apresentar os equipamentos que são responsáveis por realizar a transmissão da energia da melhor forma para as hélices.
Figura 3 – Diagrama em blocos de um sistema de propulsão elétrica
Fonte: Amarante (2015)
Neste tipo de sistema, são eliminadas as conexões mecânicas entre o motor de combustão interna e o eixo propulsor. Assim, o controle da velocidade da embarcação é feito pelo controle da rotação do motor elétrico, onde o motor diesel gira em uma velocidade fixa e as variações na frequência ocorrem na saída do conversor. Portanto, a propulsão diesel elétrica pode ser descrita de forma mais precisa como a transmissão elétrica de potência entre a relativamente alta velocidade e baixo torque do motor diesel para a baixa velocidade e elevado torque requerido para girar os propulsores (Bastos, 2019).
4.1 Especificações para o sistema de propulsão elétrica
AS disposições de propulsão elétrica para o PLSV precisam atender a alguns requisitos estabelecidos pelas sociedades de classificação e pela IMO. Além disso, para definir o equipamento elétrico para cada arranjo, algumas considerações adicionais serão estabelecidas como condições de projeto.
4.1.2 Emissões de gases de escape
Levando em consideração que o transporte marítimo é uma fonte significativa de poluição do ar e um fator contribuinte para as mudanças climáticas globais (Corbett e Koehler, 2003; IMO, 2010), a IMO estabeleceu regulamentações para a prevenção da poluição do ar por navios (MARPOL 73/78 Anexo VI), as quais são obrigatórias para cada navio construído após 2005.
O Anexo VI do MARPOL 73/78 restringe principalmente as emissões de óxidos de nitrogênio e enxofre (NOx e SOx) liberadas por navios. Em relação às emissões de NOx, as restrições foram divididas em Tiers, cada Tier com uma data diferente para entrar em vigor; atualmente, o Tier II está em vigor desde 2011, limitando as emissões de NOx de acordo com a velocidade de rotação dos motores a diesel marítimos.
Em relação às emissões de SOx, o Anexo VI do MARPOL 73/78 regula o teor de enxofre dos combustíveis marítimos. O teor máximo de enxofre permitido para qualquer óleo combustível utilizado a bordo de navios não deve exceder 3,5% após 1º de janeiro de 2012.
4.1.3 Sistema de Posicionamento Dinâmico
É necessário que a embarcação possua um sistema de posicionamento dinâmico classificado como classe 2. De acordo com a IMO (1994), para um sistema de posicionamento dinâmico classe 2, “uma perda de posição não deve ocorrer no caso de uma única falha em qualquer componente ou sistema ativo”; os critérios de falha única incluem:
1. Qualquer componente ou sistema ativo (geradores, propulsores, quadros de distribuição, etc.)
2. Quaisquer componentes normalmente estáticos (cabos)
Para atender aos critérios de falha única para um sistema de DP classe 2, é necessária a redundância de todos os componentes ativos. Isso implica o seguinte:
1. O sistema de energia deve ser divisível em dois ou mais sistemas, de modo que, no caso de falha de um sistema, pelo menos o outro sistema permanecerá em operação. O sistema de energia pode ser operado como um durante a operação, mas deve ser organizado por disjuntores de interligação para se separar automaticamente em caso de falhas, incluindo sobrecarga e curtos-circuitos.
2. O sistema de propulsão deve ser conectado ao sistema de energia de tal forma que um impulso adequado nas direções longitudinal e lateral possa ser fornecido mesmo após a falha de um dos sistemas de energia constituintes e dos propulsores conectados a esse sistema.
Os requisitos mencionados acima implicam que todos os arranjos de propulsão elétrica devem ser divididos em duas seções, que podem operar como uma unidade com disjuntores protegendo um sistema do outro. Além disso, os propulsores destinados a operar como propulsores laterais para posicionamento dinâmico devem ser duplicados juntamente com seu equipamento associado.
As sociedades de classificação têm emitido regulamentações para complementar aquelas publicadas pela IMO para embarcações de apoio offshore com sistema de DP classe 2; as condições mais importantes com aplicabilidade em arranjos de propulsão elétrica são as seguintes (ABS, 2011, 2013):
Condição 1 – O número e capacidade dos conjuntos geradores devem ser suficientes sob condições normais de navegação, com qualquer gerador como reserva, para suportar as cargas elétricas para serviços essenciais e para as condições mínimas confortáveis de habitabilidade (ABS, 2013 p. 480).
Condição 2 – Quando a energia elétrica é normalmente fornecida por mais de um conjunto gerador simultaneamente em operação paralela, o sistema deve ser organizado de modo que, no caso da perda de qualquer um dos geradores em serviço, o fornecimento elétrico aos equipamentos necessários para propulsão e direção, e para garantir a segurança da embarcação, será mantido pelos geradores restantes em serviço (ABS, 2013 p. 483).
Condição 3 – Geradores e seus sistemas de distribuição devem ser dimensionados e organizados de modo que, no caso da perda de qualquer seção da barra coletora por qualquer motivo, energia suficiente deve permanecer disponível para fornecer as cargas de serviços essenciais da embarcação, as cargas operacionais críticas e para manter a posição da embarcação dentro das especificações operacionais estipuladas e sob as condições ambientais máximas especificadas (ABS, 2011 p. 488).
Condição 4 – Para embarcações com um sistema integrado de propulsão elétrica, sob condições normais de navegação, quando um gerador está fora de serviço, a capacidade do gerador remanescente deve ser suficiente para suportar todas as cargas de serviços da embarcação e as cargas de propulsão para proporcionar uma velocidade de não menos que 7 nós ou a metade da velocidade de projeto, o que for menor (ABS, 2013 p. 572).
Analisando as condições, deve-se observar que as condições 1 e 2 são casos particulares da condição 4. Portanto, se a condição 4 for atendida, as condições 1 e 2 também serão.
4. Considerações finais
À medida que a produção de petróleo se afasta da costa, a demanda por embarcações do tipo PLSV’s propulsadas eletricamente aumenta. Nesse sentido, uma das principais contribuições do presente trabalho foi mostrar o sistema de propulsão diesel elétrica e seus benefícios tanto ambientais quanto operacionais, em razão da própria funcionalidade da embarcação.
O uso de um sistema de propulsão diesel elétrica em embarcações do tipo PLSVs trazem benefícios tanto para a saúde dos indivíduos que trabalham em embarcações, como para o meio ambiente o que acaba sendo menos poluído pela questão de combustíveis fósseis.
Referências
ABEAM – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DAS EMPRESAS DE APOIO MARÍTIMO. Frota de embarcações de apoio marítimo no Brasil. Rio de Janeiro, ago. 2015. http://www.abeam.org.br/
ABS. (2011). Guide for Building and Classing Offshore Support Vessels – Part 4, Vessel Systems and Machinery. Houston: American Bureau of Shipping.
ABS. (2013). Guide for Building and Classing Offshore Support Vessels – Part 4, Vessel Systems and Machinery. Houston: American Bureau of Shipping.
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¹Doutor em Engenharia Elétrica Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
²Doutora em Ciência dos Materiais Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
³Doutor em Engenharia Nuclear Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
4Doutor em Engenharia Civil Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
5Doutora em Modelagem Computacional Instituição: Universidade do Estado do Rio de
Janeiro (UERJ)
6Doutor em Engenharia Mecânica Computacional Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
7Doutor em Engenharia Nuclear Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ).