ESTUDO TÉCNICO-ECONÔMICO COMPARATIVO ENTRE OS SISTEMAS DE PROPULSÃO MECÂNICA, DIESEL ELÉTRICO E HÍBRIDO PARA NAVIO AHTS

MARINHA DO BRASIL
CENTRO DE INSTRUÇÃO ALMIRANTE GRAÇA ARANHA
CURSO DE APERFEIÇOAMENTO PARA OFICIAL DE MÁQUINAS – APMA.1
ANDRÉ JORGE DE AMORIM ANDRADE
ESTUDO TÉCNICO-ECONÔMICO COMPARATIVO ENTRE OS SISTEMAS DE
PROPULSÃO MECÂNICA, DIESEL ELÉTRICO E HÍBRIDO PARA NAVIO AHTS
RIO DE JANEIRO
2017

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao
Curso de Aperfeiçoamento para Oficiais de
Máquinas do Centro de Instrução Almirante Graça
Aranha como parte dos requisitos para obtenção
de Certificado de Competência Regra III/2 de
acordo com a Convenção STCW 78 Emendada.
Orientador: Eng. Paulo Roberto Batista Pinto, M.
Sc.
RIO DE JANEIRO
2017

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao
Curso de Aperfeiçoamento para Oficiais de
Máquinas do Centro de Instrução Almirante Graça
Aranha como parte dos requisitos para obtenção
de Certificado de Competência Regra III/2 de
acordo com a Convenção STCW 78 Emendada.
Data da Aprovação: ____/____/____
Orientador: Eng. Paulo Roberto Batista Pinto, M. Sc.
___________________________________________________
Assinatura do Orientador
NOTA FINAL:____________

À Deus por me manter fiel aos meus princípios e
me dar força e coragem para seguir em frente nos
momentos que eu achei que não conseguiria. À
minha esposa Patrícia Elias pela paciência e ajuda
na revisão deste trabalho. As minhas filhas Anna
Júlia Elias Andrade e Gabriella Elias Andrade que
com um sorriso e um abraço carinhoso me
ajudaram a relaxar nos momentos difíceis.

AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar, quero dirigir os meus agradecimentos ao meu orientador, o
Eng. Paulo Roberto Batista Pinto, pela sua disponibilidade e pelo acompanhamento
exercido durante a execução do trabalho.
Quero também deixar uma palavra de agradecimento à Primeira-Tenente
(RM2-T) Raquel da Costa Apolaro, pela ajuda, orientação e paciência nas questões
referentes a normas e apresentação final do trabalho.

“Algumas pessoas não gostam de
mudanças, mas você precisa aceitar a
mudança, mesmo se a alternativa for o
desastre. ”
(Elon Musk – CEO da Tesla e da SpaceX)

RESUMO
A grande pergunta hoje na Marinha Mercante é qual tipo de propulsão as
embarcações de apoio offshore irão adotar de agora em diante. Hoje temos três
cenários possíveis com a possibilidade da utilização dos seguintes sistemas:
 Propulsão Mecânica (largamente utilizada pela indústria atualmente);
 Propulsão Diesel-elétrica (estado da arte);
 Propulsão Hibrida (misto das duas tecnologias).
Baseada nas informações levantadas na sala de aula durante a disciplina de Análise
de Vibrações com o professor Hermann Regazzi Gerk1
houve uma ligeira inclinação
dos alunos do APMA-1/2017 a eleger o sistema de propulsão mecânico como o melhor
sistema para ser utilizado pela indústria offshore. Trazendo uma luz sobre essa
discussão tecnológica, neste trabalho foram sintetizadas as informações referentes a
aplicação dos três tipos de propulsão levando em consideração os seguintes
aspectos:
 Avaliação dos diferentes tipos de Sistemas Propulsivos;
 Principais características e suas especificidades;
 Comparação da eficiência energética quanto ao consumo de combustível de
acordo com seu perfil operacional;
 Os impactos em seu custo operacional diário e anual.
Sabendo que o sistema propulsivo de uma embarcação é de suma importância, pois
é o elemento funcional responsável por promover o deslocamento da embarcação
além de influenciar na viabilidade econômica da mesma, uma vez que está
intimamente ligada ao custo operacional.
Para análise da proposta utilizaremos para modelagem do estudo a embarcação
AHTS Anchor Handling Tug Supply (utilizado como reboque e ancoragem de unidades
flutuantes). A escolha do sistema propulsivo está ligada diretamente a dois fatores, as
atividades que a embarcação está sujeita a realizar (perfil operacional) e a área
geográfica de atuação (contexto geográfico).
1
Hermann Regazzi Gerk é engenheiro químico e professor do CIAGA (Centro de Instrução Almirante Graça
Aranha com atuação na área conhecida como “Mecânica Mole”, onde se inclui a Mecânica dos Fluidos nos cursos
de formação da EFOMM Escola de Formação de Oficiais da Marinha Mercante e PREPOM Programa do Ensino
Profissional Marítimo.

Palavras-chave: Propulsão diesel elétrico. Propulsão mecânica. Propulsão hibrida.
Viabilidade econômica. Eficiência energética.

ABSTRACT
The big question today in the Merchant Marine is what kind of propulsion offshore
support vessels will take from now on. Today we have three possible scenarios with
the possibility of using the following systems:
 Mechanical propulsion (widely used by industry today);
 Diesel-electric propulsion (state of the art);
 Hybrid propulsion (mixed of the two technologies).
Based on the information gathered in the classroom during the Vibration Analysis
discipline with teacher Hermann Regazzi Gerk2
there was a slight inclination of APMA-
1/2017 students to elect the mechanical propulsion system as the best system to be
used by the offshore industry. Bringing a light on this technological discussion, in this
work were synthesized the information regarding the application of the three types of
propulsion taking into consideration the following aspects:
 Evaluation of the different types of Propulsive Systems;
 Main characteristics and their specificities;
 Comparison of fuel efficiency according to its operational profile;
 The impacts on your daily and annual operating cost.
Knowing that the propulsive system of a vessel is of paramount importance, since it is
the functional element responsible for promoting the displacement of the vessel,
besides influencing the economic viability of the vessel, since it is closely linked to the
operational cost.
To analyze the proposal, we will use the AHTS Anchor Handling Tug Supply (used as
towing and anchoring of floating units) to model the study. The choice of propulsive
system is directly related to two factors, the activities that the vessel is subject to
(operational profile) and the geographic area of operation (geographic context).
Keywords: Diesel-electric propulsion. Mechanical propulsion. Hybrid propulsion.
Economic viability. Energy efficiency.
2
Hermann Regazzi Gerk is a chemical engineer and professor at the CIAGA (Admiral Graça Aranha
Instruction Center with a role in the area known as "Mole Mechanics", where Fluid Mechanics is included
in EFOMM training courses for Merchant Navy Officers Training School PREPOM Program of Maritime
Professional Education.

LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - O Tamanho do Desafio do Pre-sal (Fonte:
http://www.jornalgrandebahia.com.br/2012/11/depois-de-aprovado-no-senado-e-
camara-projeto-dos-royalties-do-petroleo-volta-a-causar-polemica/) 18
Figura 2 - Infraestrutura Submarina do Pré-sal (Fonte:
http://tnpetroleo.com.br/noticia/petrobras-lanca-programas-de-desenvolvimento-da-
cadeia-de-oleo-e-gas/ ) 19
Figura 3 - AHTS Far Sirius (Fonte: https://www.solstadfarstad.com/fleet/ahts-
vessels//far-sirius) 21
Figura 4 - PSV Far Sygna (Fonte: https://www.solstadfarstad.com/fleet/psv-
vessels//far-sygna) 22
Figura 5 - ALVARENGA, B., MÁXIMO, A. Curso de Física Volume 1. São Paulo, Ed.
Scipione,2000 (Fonte:
http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20021/Angelisa/mecanica.html) 23
Figura 6 - Propulsão Diesel Mecânica (Fonte:
http://www.wartsila.com/en/marinesolutions/products/products 25
Figura 7 - Esquema Sistema Diesel Mecânico (Fonte:
http://docplayer.com.br/4858474-Universidade-federal-do-rio-de-janeiro-escola-
politecnica-engenharia-naval-e-oceanica.html) 25
Figura 8 - Diagrama em blocos de um Sistema de Propulsão Elétrica Fonte: (ALVES,
2007, p.13) 27
Figura 9 - Propulsão Diesel Elétrica Fonte: (SOUZA, 2013, p.12) 27
Figura 10 - Diagrama de automação de navios Diesel Elétrico (Fonte:
http://www.weg.net/institutional/BR/pt/news/produtos-e-solucoes/sistema-weg-de-
automacao-para-navios) 28
Figura 11 - Arranjo da praça de máquinas propulsão diesel elétrico Fonte: (WEG,
2016, p.5) 30
Figura 12 - Equipamentos Sistema Propulsivo Hibrido Fonte:
http://www.deno.oceanica.ufrj.br/deno/prod_academic/relatorios/2011/Tatiana_Mathe
us/relat2/Corpo_arquivos/image163.jpg 31
Figura 13 - Sistema Propulsivo Híbrido Fonte: (SOUZA, 2013, p. 14) 32

Figura 14 - Esquema Sistema Híbrido Fonte:(SOUZA, 2013, p.14) 32
Figura 15 - Tipos de Operação para Sistemas Híbridos Fonte: (SOUZA, 2013, p.15)
33
Figura 16 - Sistema de Acionamento Elétrico Integrado Fonte: (ALVES, 2007, p. 12)
34
Figura 17 - Comparação da potência do eixo (hélice de passo controlável com
velocidade fixa (CPP) e Velocidade variável com hélice de passo fixo (FPP) Fonte:
(SOUZA, 2013, p. 16) 35
Figura 18 - Consumo de combustível por kWh de energia produzida Fonte: (SOUZA,
2013, p. 17) 36
Figura 19 - Perdas no sistema de transmissão Fonte: (SOUZA, 2013, p. 17) 37
Figura 20: Perfil operacional e a influência no consumo de combustível na comparação
entre Diesel Mecânico e Diesel Elétrico Fonte: (SOUZA, 2013, p. 18) 38
Figura 21 - Equipamentos Sistema Híbrido Fonte: (SOUZA, 2013, p. 21) 41
Figura 22 - Gerador Auxiliar 1 Wartsila modelo 9L26 (Fonte:
https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines/ms-
engine/product-guide-o-e-w26.pdf?sfvrsn=13 ) 44
Figura 23 - Motor diesel Wartsila modelo 9L32 (Fonte:
engine/brochure-o-e-w32.pdf?sfvrsn=4) 46
Figura 25 - Equipamentos utilizados em Bollard Pull Fonte: (SOUZA, 2013, p. 41) 48
Figura 26 - Equipamentos utilizados em Velocidade de Serviço Fonte: (SOUZA, 2013,
p. 42) 49
Figura 27- Equipamentos utilizados em DP Fonte: (SOUZA, 2013, p 42) 49
Figura 28 - Equipamentos utilizados em Porto Fonte: (SOUZA, 2013, p. 43) 50
Figura 29 - Preço Marine Diesel Oil Fonte: (Bunker Index, 2017) 53
Figura 30 - Motor Diesel 2 Wartsila Modelo 6L32 (Fonte:

Figura 31 - Gerador Auxiliar Wartsila Modelo 8L26 (Fonte:
engine/wartsila-o-e-w-26-tr.pdf?sfvrsn=5)) 56
Figura 32 - MCP Wartsila Modelo 8L32 (Fonte: https://cdn.wartsila.com/docs/default-
source/product-files/engines/ms-engine/brochure-o-e-w32.pdf?sfvrsn=4) 58
Figura 33 - Equipamentos utilizados em Bollard Pull Fonte: (SOUZA, 2013, p.49) 59
Figura 34 - Equipamentos utilizados em Velocidade de Serviço Fonte: (SOUZA, 2013,
p.49) 59
Figura 35 - Equipamentos utilizados em DP Fonte: (SOUZA, 2013, p.50) 60
Figura 36 - Equipamentos utilizados em Porto e Carga/Descarga Fonte: (SOUZA,
2013, p.50) 60
Figura 37 - Equipamentos Sistema Diesel Elétrico Fonte: (SOUZA, 2013, p.53) 64
Figura 38 - Gerador Auxiliar Wartsila Modelo 16V32 (Fonte:
http://www.wpowerproducts.com/prodImages/prod1964/Wartsila%2032%20Technical
%20Product%20Guide.pdf) 67

LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Dimensões e características da embarcação AHTS Fonte: (SOUZA, 2013,
p. 21) 42
Tabela 2 – Especificações Técnicas do MCA1 (Fonte:
engine/product-guide-o-e-w26.pdf?sfvrsn=13) 44
Tabela 3 - Características MCP (Fonte: https://cdn.wartsila.com/docs/default-
Tabela 4 - Características MCA2 (Fonte: https://cdn.wartsila.com/docs/default-
Tabela 5 - Calculo de Consumo em cada Operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.44) 51
Tabela 6 - Custo médio diário de combustível Fonte: (SOUZA, 2013, p.45) 52
Tabela 7 - Características MCP Wartsila Modelo 6L32 (Fonte:
Tabela 8 - Características MCA Wartsila Modelo 8L26 (Figura:
engine/wartsila-o-e-w-26-tr.pdf?sfvrsn=5) 56
Tabela 10 - Calculo de Consumo em cada Operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.52) 62
Tabela 12 - Seleção do Propulsor Diesel Elétrico Fonte: (SOUZA, 2013, p. 54) 65
Tabela 13 - Características MCA Wartsila Modelo 8L26 Fonte:
engine/wartsila-o-e-w-26-tr.pdf?sfvrsn=5) 66
Tabela 14 - Características MCA Wartsila Modelo 16V32 (Fonte:
%20Product%20Guide.pdf) 67
Tabela 15 - Cálculo do consumo em cada operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.58) 69

Tabela 17 - Resultados Navio AHTS 70
Tabela 18 - Custos ao longo de um ano (AHTS) 70

LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Perfil Operacional da Embarcação Fonte: (SOUZA, 2013, p. 20) 40
Gráfico 2 -MCA 1 Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA,
2013, p. 43) 50
Gráfico 3 - MCA 2 Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA,
2013, p.43) 51
Gráfico 4 - MCP Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA,
2013, p.44) 51
Gráfico 5 - MCP1 Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA,
2013, p.51) 61
Gráfico 6 - MCP2 Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA,
2013, p.51) 61
Gráfico 7 - MCA Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA,
2013, p.51) 61
Gráfico 8 - Potência do MCA1 em cada operação Fonte: (SOUZA, 2013, p. 57) 68
Gráfico 9 - Potência dos MCA2 em cada operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.57) 68
Gráfico 10 - Consumo médio diário de combustíveis Fonte: (SOUZA, 2013, p. 84) 72
Gráfico 11 - Custo médio diário de combustíveis Fontes: (SOUZA, 2013, p. 84) 72

LISTA DE PLANILHAS
Planilha 1 - Cálculo do método de estimativa de potência propulsiva por J. Holtrop e
GGJ. Mennem e seleção de propulsor Fonte: (SOUZA, 2013, p. 22) 42

SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 18
1.1 Navio AHTS – Anchor Handling Tug Supply 20
1.2 Navio PSV – Plataform Supply Vessel 21
2 Sistemas de Propulsão de Navios 23
2.1 Sistema de Propulsão Diesel Mecânico 24
2.2 Sistema de Propulsão Diesel Elétrico 26
2.3 Sistema Híbrido (Diesel Mecânico + Diesel Elétrico) 30
3 COMPARAÇÃO ENTRE OS SISTEMAS PROPULSIVOS 34
4 CÁLCULO DE CONSUMO DE COMBUSTÍVEL: NAVIO AHTS 40
4.1 Sistema propulsivo híbrido 41
4.1.1 Condição de velocidade de serviço 43
4.1.2 Condição de Bollard Pull 45
4.2 Sistema propulsivo diesel mecânico 54
4.2.1 Condição de velocidade de serviço: 54
4.2.2 Condição de Bollard Pull: 56
4.3 Sistema propulsivo diesel elétrico 64
4.3.1 Condição de velocidade de serviço: 65
4.3.2 Condição de Bollard Pull: 66
5 RESULTADOS ENCONTRADOS UTILIZANDO OS TRES SISTEMAS
PROPULSIVOS 71
REFERÊNCIAS 74

18
1 INTRODUÇÃO
Segundo (TERRA, FERREIRA e NASCIMENTO, 2014), a exploração de
petróleo é a principal atividade econômica do país e as previsões da escassez desse
recurso que assombra a economia brasileira como a economia mundial fez com que
o país buscasse formas alternativas de exploração desse recurso. O petróleo
existente na camada Pré-Sal, em ambiente off-shore, é uma dessas alternativas e os
desafios de exploração no Brasil fizeram com que fosse necessária uma evolução
tanto nos aparatos tecnológicos de produção e suporte ligados a ela, quanto de
modelos inovadores de administração desses recursos.
Os serviços de apoio logístico de produção devem ter a capacidade de dar
respostas rápidas ao sistema de cadeia de produção, minimizando ao máximo
possível os custos desse serviço e assim desonerando a cadeia produtiva. A
exploração do petróleo na zona Pré-sal é uma tarefa difícil, devido a sua localização
geográfica a 300 km da costa, o dobro de distância que possui a Bacia de Campos.
Outro desafio a ser vencido refere-se à perfuração dos poços a mais de 7000 metros
de profundidade. Isso exige uma gigantesca infraestrutura submarina como gasodutos
e oleodutos mais resistentes onde nessa profundidade a agressividade do ambiente
devido à pressão, baixas temperaturas e agentes corrosivos são mais severos.
Figura 1 - O Tamanho do Desafio do Pre-sal (Fonte:
http://www.jornalgrandebahia.com.br/2012/11/depois-de-aprovado-no-senado-e-camara-
projeto-dos-royalties-do-petroleo-volta-a-causar-polemica/)

19
Figura 2 - Infraestrutura Submarina do Pré-sal (Fonte:
http://tnpetroleo.com.br/noticia/petrobras-lanca-programas-de-desenvolvimento-da-cadeia-de-
oleo-e-gas/ )
Diante deste enorme desafio vê-se a necessidade de superar as limitações
tecnológicas e econômicas e encontrar a melhor maneira para transportar não só o
petróleo e gás, mas também os materiais e equipamentos de suporte a toda cadeia
de produção através da navegação de apoio marítimo.
(FERREIRA, 2015) Classifica a modalidade de navegação de apoio marítimo,
como a navegação realizada para o apoio logístico a embarcações e instalações em
águas territoriais nacionais e na Zona Econômica, que atuem nas atividades de
pesquisa e lavra de minerais e hidrocarbonetos. É essencialmente uma operação de
prestação de serviços de apoio, reservada a empresas brasileiras de navegação e
embarcações de bandeira brasileira. Os principais serviços oferecidos são:
 Reboque e posicionamento de plataformas;
 Suprimento de insumos para a exploração de petróleo;
 Abastecimento de combustíveis, lubrificantes, sobressalentes, água
potável, víveres;
 Transporte de passageiros (petroleiros);
 Manobra de espias3
;
3
Manobra de espias são cabos que servem para amarrar o navio ao cais ou a outro navio.

20
 Apoio a operações de socorro e salvamento (“Stand-by”).
Em 2014 a ANTAQ (Agencia Nacional de Transporte Aquaviário) registrou 558
embarcações operando no Apoio Marítimo, porém para operações mais complexas,
são empregadas embarcações sofisticadas (cerca de 300), de alto custo de obtenção,
onde cerca de 10% delas é estrangeira operada a casco nu4
com suspensão de
bandeira. Dentro deste universo de embarcações operando no pré-sal temos as
embarcações AHTS e PSV responsáveis pelo apoio as operações de apoio logístico.
1.1Navio AHTS – Anchor Handling Tug Supply
(MAX, 2017) Define as embarcações AHTS (Anchor Handling Tug Supply
Vessels) como navios de apoio marítimo offshore que exercem operações de
manuseio de âncoras, reboque e suprimento de plataformas, onde podem transportar
uma grande variedade de cargas, desde cargas líquidas e a granel, transportadas em
tanques abaixo do convés principal, até cargas gerais, como tubulações e peças
diversas, alocadas no seu vasto convés principal. Além destes serviços principais, os
AHTS exercem atividades suplementares como resgate de pessoas em caso de
acidentes, combate a incêndio, recolhimento de óleo entre outros, de acordo com os
equipamentos presentes em cada embarcação.
Os AHTS são normalmente identificados pelo tamanho de seu motor, em
termos de potência efetiva (brake horsepower5
), ou sua força de tração estática, ou
capacidade de reboque (Bollard Pull6
). O tamanho dos navios varia de acordo com a
4
Contratos de afretamento a casco nu são aqueles que se caracterizam pela utilização (arrendamento)
do navio, por um tempo determinado, no qual o proprietário dispõe de seu navio ao afretador a casco
nu, o qual assume a posse e o controle do mesmo, mediante uma retribuição – hire – pagável em
intervalos determinados durante o período do contrato.
5
O cavalo-força indicado (IHP) é definido como "a potência desenvolvida nos cilindros de um motor,
calculada a partir da pressão média do fluido de trabalho, da área do pistão, do curso e do número de
movimentos de trabalho por minuto". Isso basicamente significa o poder teórico assumindo que não há
perdas de fricção no motor. Como isso não tem implicações para a vida real, ninguém a usa. O Brake
Horsepower (BHP) foi criado para atender a essas perdas, e é o resultado real, medido do motor.
Existem padrões na indústria automotiva que determinam quais acessórios devem estar no motor ao
medir BHP. O "freio" vem quando a máquina usada para medir a potência é freqüentemente um
dinamômetro de freio.
6
O Bollard Pull é um critério de projeto tradicional usado para a escolha de hélices para rebocadores.
É a propulsão teórica atingida a uma velocidade zero de avanço e plena RPM do motor. O Bollard Pull
é um estado abstrato, um tanto acadêmico, que não pode ser alcançado em operação real.

21
localização geográfica de suas operações. Os navios AHTSs caracterizam-se por
terem convés de ré curtos em relação aos PSVs, possuindo equipamentos
especializados no manuseio de âncoras, tais como guinchos de reboque, e acessórios
especiais.
Figura 3 - AHTS Far Sirius (Fonte: https://www.solstadfarstad.com/fleet/ahts-vessels//far-sirius)
1.2Navio PSV – Plataform Supply Vessel
Os Navios de Suprimento à Plataformas (Platform Supply Vessels ou PSVs)
caracterizam-se por seus amplos espaços de convés e grande capacidade de
manuseio de carga. Estes navios são utilizados no transporte de materiais,
suprimentos e funcionários para, e a partir de, sondas e plataformas de perfuração em
alto mar. Suas principais tarefas são: transporte de suprimentos e equipamentos em
geral, sendo sobre o convés: carregamento de contêineres, equipamentos e tubos, e
abaixo do convés: transporte de líquidos como lama, cimento, água, combustível e
produtos químicos, em tanques apropriados e separados, atendimento a instalações
de perfuração e produção, com unidades flutuantes de exploração, armazenamento e
escoamento (FPSOs) e suporte à construção, manutenção e trabalho submarino em
alto-mar. O principal serviço oferecido pelos PSVs está relacionado a trabalhos de
carga oferecidos para empresas de petróleo e gás que operam no Brasil. São navios
destinados ao apoio para grandes locais de produção devido à ampla área de convés
e à capacidade de carga abaixo do convés.

22
Figura 4 - PSV Far Sygna (Fonte: https://www.solstadfarstad.com/fleet/psv-vessels//far-sygna)

23
2 Sistemas de Propulsão de Navios
(CLEBSCH, 2004) Define como propulsão naval a movimentação de uma
embarcação na água explicada segundo a Lei de Isaac Newton, conhecida como Lei
da ação e reação. "Se um corpo A exerce uma força sobre um corpo B, o corpo B
reage sobre A com uma força de mesmo módulo, mesma direção e de sentido
contrário." Logo, num barco a remo, o condutor do barco, empurra a água para trás.
A água reage, exerce uma força nos remos igual e contrária, fazendo com que o barco
vá para frente.
No caso de barcos a motor a propulsão mecânica é feita pela rotação de uma
hélice, promovida por um motor a diesel, como pode ser visto na Erro! Fonte de
referência não encontrada.. A hélice empurra a água para trás, a água reage e
empurra a hélice para a frente, fazendo com que o barco se movimente. Nos barcos
à vela a propulsão mecânica é feita através do vento que infla as velas, cuja área pode
ser variável de acordo com a intensidade do vento (CLEBSCH, 2004).
Figura 5 - ALVARENGA, B., MÁXIMO, A. Curso de Física Volume 1. São Paulo, Ed.
Scipione,2000 (Fonte: http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20021/Angelisa/mecanica.html)

24
2.1 Sistema de Propulsão Diesel Mecânico
(FONSECA, 2005) Nos navios de propulsão mecânica, a energia mecânica
necessária à propulsão é fornecida por motores de combustão interna. As máquinas
transmitem um movimento de rotação a uma linha de eixos, na extremidade da qual é
fixado um hélice. A força de propulsão exercida pela água sobre o hélice em
movimento é transmitida ao navio por meio de um mancal de escora que é rigidamente
ligado ao casco. Entre o eixo do hélice e o mancal de escora pode haver um ou mais
eixos intermediários, conforme a distância entre a máquina e o hélice. Estas seções
de eixo são ligadas entre si por meio de flanges, e a estanqueidade do casco na
passagem do eixo do hélice é assegurada por meio de uma bucha com gaxetas.
(SOUZA, 2013) A propulsão Diesel Mecânica é o sistema propulsivo mais
utilizado em embarcações que necessitam de “força bruta”, ou seja, que necessitam
de grande potência propulsiva e que produzam a tração estática (Bollard Pull)
necessária para atividades como reboque de unidades flutuantes e/ou outras
embarcações, além da fixação de âncoras em solo marinho, caso típico de AHTS’s.
A configuração de tal sistema propulsivo é caracterizada pela presença de duas
linhas de eixo, com caixas redutoras de dupla entrada e saída única, além de dois
motores Diesel por linha de eixo, em um arranjo conhecido como father-and-son, no
qual os motores possuem potências distintas. Em cada caixa redutora há geralmente
uma tomada de força com um gerador de eixo. Devido a isso cada linha de eixo pode
então ser servida por cada um dos motores, individualmente ou simultaneamente. Na
Erro! Fonte de referência não encontrada. pode ser verificada uma ilustração
esquemática do Sistema Propulsivo Diesel Mecânica.

25
Figura 6 - Propulsão Diesel Mecânica (Fonte:
http://www.wartsila.com/en/marinesolutions/products/products
Na Erro! Fonte de referência não encontrada. podemos ver o esquema do
arranjo do sistema diesel mecânico proposto pela empresa Asea Brown Boveri (ABB).
Figura 7 - Esquema Sistema Diesel Mecânico (Fonte: http://docplayer.com.br/4858474-
Universidade-federal-do-rio-de-janeiro-escola-politecnica-engenharia-naval-e-oceanica.html)

26
2.2 Sistema de Propulsão Diesel Elétrico
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)7
fazem com que a escolha de um sistema não convencional
seja o melhor, caso típico de PSV’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)
Segundo (ALVES, 2007) a propulsão elétrica pode ser descrita de forma mais
precisa como a transmissão elétrica de potência entre o dispositivo de acionamento
principal e a carga representada pelos propulsores do navio (Erro! Fonte de referência
não encontrada.). Este sistema de propulsão consiste essencialmente na transmissão
elétrica para a mudança entre a relativamente alta velocidade e baixo torque do
dispositivo de acionamento principal para a baixa velocidade e elevado torque
requerido para girar os propulsores.
7
(Posicionamento Dinâmico, 2013) Define o sistema de posicionamento dinâmico (Dynamic
Positioning) como um sistema que controla automaticamente a posição e o aproamento de uma
embarcação por meio de propulsão ativa. Os sistemas de propulsão utilizados devem possuir
especificações especiais, que os diferem dos propulsores comumente utilizados em navegação.

27
Figura 8 - Diagrama em blocos de um Sistema de Propulsão Elétrica Fonte: (ALVES, 2007, p.13)
A Erro! Fonte de referência não encontrada. pode mostra uma ilustração
esquemática do Sistema Propulsivo Diesel Elétrico.
Figura 9 - Propulsão Diesel Elétrica Fonte: (SOUZA, 2013, p.12)
(KNIHS, 2009) O sistema de propulsão diesel elétrico tem no sistema de
automação o “estado da arte8
” e o ponto crítico para a operação. O sistema de
automação é composto de computadores, monitores, redes de comunicação e
software (certificados) e é extremamente flexível, permitindo que o usuário monitore e
controle diversos equipamentos da embarcação com simples toques no computador.
8
O estado da arte é o nível mais alto de desenvolvimento, seja de um aparelho, de uma técnica ou de
uma área científica.

28
Figura 10 - Diagrama de automação de navios Diesel Elétrico (Fonte:
http://www.weg.net/institutional/BR/pt/news/produtos-e-solucoes/sistema-weg-de-automacao-
para-navios)
Para evitar surpresas, uma rede redundante de comunicação troca dados com
os diversos controladores da embarcação, colhendo informação de status de cada
equipamento e executando comandos. A função de “hot back-up9
” destas redes
garante a confiabilidade do sistema: no caso de uma falha no link de comunicação, o
outro link assume automaticamente, de forma transparente, para o usuário. Uma única
falha no sistema de comunicação não causará a perda de qualquer uma das funções
do sistema de automação do navio.
O sistema de Gerenciamento de Energia PMS (Power Management System)
permite dar partida ou interromper cada grupo gerador de acordo com a necessidade,
otimizando o consumo de combustível. Além disso, o sistema é anti-blackout, já que
tem autonomia em procedimentos que evitam que o navio fique sem energia, além de
circuitos redundantes. Para que isso aconteça, o sistema de gerenciamento de
Energia interage com todas os grupos geradores a fim de garantir que sempre haja
carga suficiente para manter o navio em pleno funcionamento.
9
Hot back-up (back-up dinâmico) é um ponto de recuperação obtido em tempo real sem interromper a
operação do sistema no computador.

29
Enquanto isso, o sistema de Monitoramento de Alarme verifica o status de cada
equipamento e fornece relatórios em tempo real que podem ser acessados de
estações de trabalho instaladas em lugares estratégicos a bordo do navio. Toda
informação pode ser impressa para análise futura a bordo ou na sede da empresa.
O sistema de Controle de Carga gerencia válvulas, bombas, tanques e
compressores para fornecer à tripulação um modo mais fácil para carregar e
descarregar o navio. O sistema de automação tem muitas opções para integrar-se
com outros sistemas a bordo do navio, permitindo total conexão com todas as suas
funções principais.
O pacote elétrico combina sistemas que trabalham integrados num novo
conceito de propulsão diesel-elétrica para navios. A solução diesel-elétrica permite
que a energia embarcada seja garantida por geradores a diesel, mas a propulsão é
elétrica, proporcionando uma economia significativa no consumo de combustível,
ampla faixa de rotações, maior flexibilidade operacional, redução da poluição
ambiental, redução da vibração geral causada pelas linhas de eixo da propulsão
mecânica e do tempo de docagem10
.
Além de motores e geradores, o sistema possui painéis de comando, de
distribuição e chaves de partida (soft-starters) para controlar e proteger os grupos
geradores e os principais motores elétricos do sistema. O soft-starters são
responsáveis por acionar os motores, acionando tanto uma simples hélice quanto um
grande compressor ou bomba; as partidas são efetuadas de modo muito suave, o que
evita oscilações de tensão e corrente bruscas em toda embarcação.
Inversores de frequência resfriados a água são responsáveis pelo acionamento
das hélices principais através dos motores elétricos do túnel-propulsor (tunnel
thrusters). Para fornecer a potência necessária, utilizam-se sistemas de tensão
elevada, da ordem de 6.000 kV ou mais, em conjunto com correntes de alguns kA.
Podemos observar na Figura 11 que o sistema de propulsão diesel elétrico
deixa o arranjo da praça de máquinas limpo e com menos equipamentos quando
comparado com o sistema de propulsão mecânico.
10
É o período em que a embarcação para a fim de realizar a manutenção.

30
Figura 11 - Arranjo da praça de máquinas propulsão diesel elétrico Fonte: (WEG, 2016, p.5)
2.3 Sistema Híbrido (Diesel Mecânico + Diesel Elétrico)
(SOUSA, JORGE ANTONIO DE; MARTINS, GEOMAR MACHADO, 2014) Em
navios de suporte a plataforma a capacidade total do motor deve ser dimensionada
para atingir a velocidade de serviço solicitada pela embarcação, ou a capacidade de
posicionamento dinâmico, nas piores situações meteorológicas possíveis. Como a
maioria das novas embarcações supply são classificadas como DP 2, ou seja, com
necessidade de redundância de seus equipamentos, a potência total instalada pode
ser muito maior que a requerida para cargas médias.
O sistema hibrido veio como solução para atender ao perfil operacional tão
diverso dessas embarcações. O fator de custo de construção mais alto compensa os
custos operacionais mais baixos, propiciados pela economia de combustível nesse
tipo de configuração. Outra vantagem é que esse sistema permite versatilidade na
geração de energia, atendendo todas as faixas de consumo dentro das faixas de

31
operação dos motores e geradores do sistema, e trabalhar a maior parte do tempo
dentro da faixa de operação de projeto resulta em maior eficiência energética.
A Figura 12 representa o diagrama esquemático do sistema de propulsão
híbrido.
Figura 12 - Equipamentos Sistema Propulsivo Hibrido Fonte:
http://www.deno.oceanica.ufrj.br/deno/prod_academic/relatorios/2011/Tatiana_Matheus/relat2/
Corpo_arquivos/image163.jpg
O sistema (Figura 13) é composto pela parte mecânica, com motor diesel,
caixas de redução, geradores de eixo e pela parte elétrica, com geradores principais
e auxiliares capazes de suprir a demanda elétrica da embarcação juntamente com os
geradores de eixo.
O sistema hibrido é caracterizado por ter os sistemas Diesel Mecânico e Diesel
Elétrico operando em conjunto e de acordo com a conveniência operacional colhendo
o melhor de cada sistema, e por isso possibilitando grande economia de combustível.

32
Figura 13 - Sistema Propulsivo Híbrido Fonte: (SOUZA, 2013, p. 14)
Figura 14 - Esquema Sistema Híbrido Fonte:(SOUZA, 2013, p.14)
Existem três maneiras de operar uma embarcação com sistema propulsivo
híbrido (Figura 15):
 Propulsão elétrica pura para manobras de baixa velocidade, trânsito e
DP;
 Propulsão mecânica pura para operações de reboque e trânsito de alta
velocidade;
 Propulsão elétrica e mecânica híbrida, onde equipamentos elétricos
podem ser utilizados como um “reforço” para o sistema de propulsão
mecânica no intuito de atingir os requisitos de tração estática.

33
Figura 15 - Tipos de Operação para Sistemas Híbridos Fonte: (SOUZA, 2013, p.15)

34
3 COMPARAÇÃO ENTRE OS SISTEMAS PROPULSIVOS
Agora que conhecemos os três tipos de propulsão existentes, vamos
estabelecer uma comparação entre os três sistemas utilizando como base o trabalho
de (SOUZA, 2013) e (ALVES, 2007).
A propulsão elétrica ao longo dos anos tem demonstrado uma substancial
redução de consumo de combustível em comparação com a propulsão direta
mecânica em navios de apoio. A economia de combustível, muitas vezes, varia de 15
a 25 por cento em perfis normais de operação, e de 40 a 50 por cento em operações
com posicionamento dinâmico (DP). A redução no consumo de combustível em
sistemas diesel elétrico pode ser atribuído a dois elementos essenciais:
I. O primeiro é a possibilidade de variação na velocidade dos propulsores,
o que reduz as perdas nos hélices para um mínimo quando comparado
com os de velocidades fixas e passo controlável da propulsão diesel
mecânica;
II. O segundo elemento é a partida e parada automática dos motores
diesel, o que assegura que a carga do motor seja mantida próxima ao
ponto ótimo, dentro do limite operacional.
Segundo as informações contidas no documento de (ALVES, 2007), o conceito
de Propulsão Elétrica Integrada (Figura 16), utilizando o acionamento elétrico, é a
tecnologia mais promissora nos desenvolvimentos da engenharia naval atual, desde
o advento dos reatores nucleares e das turbinas a gás surgidas há 50 anos.
Figura 16 - Sistema de Acionamento Elétrico Integrado Fonte: (ALVES, 2007, p. 12)

35
Segundo (SOUZA, 2013), a concepção clássica de navios de apoio offshore
incluindo embarcações AHTS e PSV usa velocidades fixas com hélices de passo
controlável, que quando comparado com hélices de velocidade variável se mostra
uma maneira muito ineficiente de controlar o hélice devido às perdas em condições
“Idle Run" (sem carga). Isso por si só contribui para economia em propulsão elétrica
quando aplicada a embarcações offshore. Além disso, quando em DP a utilização da
capacidade do propulsor é muito baixa para maior parte do tempo que o navio está
em operação, o que pode acarretar em um desperdício de potência pelo fato do
sistema propulsivo não se adequar ao perfil operacional da embarcação.
A figura 12 mostra a comparação de gasto de energia quando o hélice está em
passo fixo e em passo variável. A curva vermelha representa o hélice com passo
controlável e velocidade fixa, caso do sistema Diesel Mecânico e a curva azul o
contrário, com passo fixo, caso sistema Diesel Elétrico. Percebe-se uma nítida
economia de energia no sistema elétrico. Isso se explica, pois em passo zero as pás
do hélice, no mecânico, apesar de paletar no vazio, sem gerar empuxo, consomem
de 15 a 20% da potência total instalada para propulsão.
Figura 17 - Comparação da potência do eixo (hélice de passo controlável com velocidade fixa
(CPP) e Velocidade variável com hélice de passo fixo (FPP) Fonte: (SOUZA, 2013, p. 16)

36
A propulsão elétrica também oferece o potencial para o carregamento ótimo
dos motores diesel através do uso de um menor número de motores, quando
comparado com uso de unidades maiores. Dependendo da carga, o acionamento
automático dos motores diesel produz melhor carga e ainda reduz o consumo de
combustível, como ilustra a Figura 18.
Figura 18 - Consumo de combustível por kWh de energia produzida Fonte: (SOUZA, 2013, p.
17)
Em contrapartida esta redução no consumo de combustível é, em certa medida,
neutralizada pelas perdas elevadas no sistema de transmissão entre os motores
diesel e os propulsores no sistema Diesel Elétrico. Enquanto as perdas inerentes às
linhas de eixo e às caixas redutoras de um sistema convencional são da ordem de
3%, as perdas de transmissão em sistema diesel elétrico estão na faixa de 8-10%. A
Figura 19 figura abaixo ilustra as perdas relacionadas a cada um dos sistemas citados.

37
Figura 19 - Perdas no sistema de transmissão Fonte: (SOUZA, 2013, p. 17)
O perfil operacional da embarcação é de suma importância na seleção do
sistema propulsivo, tendo em vista que o potencial de economia de combustível é mais
elevado para navios com um perfil operacional, onde grande parte do tempo é gasto
em DP, espera ou manobra, enquanto os benefícios são menos evidentes ou
ausentes, quando o modo de funcionamento prioritário é navio em deslocamento com
velocidade de serviço alta. A Figura 20 observamos as relações mencionadas em
navios AHTS.

38
Figura 20: Perfil operacional e a influência no consumo de combustível na comparação entre
Diesel Mecânico e Diesel Elétrico Fonte: (SOUZA, 2013, p. 18)
Devemos levar em consideração que em navios AHTS a potência máxima é
determinada a partir do Bollard Pull requerido pela embarcação, que na maioria dos
casos, é bem superior às potências das outras condições operacionais. O estudo de
caso feito mostra que a um AHTS de 200 toneladas de tração estática, o consumo de
combustível é de 1,9 toneladas menor, quando comparado à propulsão elétrica.

39
No seu trabalho (SOUZA, 2013) alerta que embora haja um crescente interesse
no uso da propulsão Diesel Elétrica pra embarcações do tipo AHTS, a maioria desses
navios ainda utilizam o sistema convencional Diesel Mecânico, apesar do óbvio
potencial de economia de combustível.
Um fator que pode contribuir para isso é o fato dos fretadores desse setor
possuírem um foco maior no cumprimento da exigência de tração estática em
detrimento do menor consumo de combustível. Uma solução para esse problema é a
utilização da união dos dois sistemas, conhecido como sistema híbrido, que em
termos de custos de instalação são mais econômicas do que sistemas puramente
elétricos. Inicialmente, a solução híbrida ganha mais na eficiência energética nas
operações de carga baixa, devido à utilização de propulsores de velocidade variável
e ao motor diesel ideal para essas operações, e ao mesmo tempo reduz as perdas de
transmissão relativas ao sistema elétrico. Por essas razões, novos projetos de navios
AHTS tem sido aprovados com soluções hibridas, especialmente aqueles com alta
capacidade de tração estática (Bollard Pull). No entanto, o aumento da complexidade
mecânica de tais sistemas híbridos faz com que a tripulação da embarcação tenha
papel fundamental para selecionar manualmente o funcionamento ideal para os
diferentes modos e condições verificando qual deve prevalecer.
Em sistemas de propulsão elétrica pura, é muito mais fácil para o sistema de
gestão de potência otimizar a configuração da alimentação automaticamente, e obter
uma redução no consumo de combustível, além de minimizar as emissões de
poluentes para o ambiente, especialmente de NO e CO2. Com a adoção da propulsão
elétrica por PSV’s e agora também em embarcações AHTS, o consumo de
combustível, emissões de poluentes e custos operacionais estão sendo drasticamente
reduzidos.

40
4 CÁLCULO DE CONSUMO DE COMBUSTÍVEL: NAVIO AHTS
Nesta etapa do desenvolvimento do trabalho não está no objetivo realizar os
cálculos de projeto de cada parâmetro que influenciam na escolha de cada
equipamento do sistema, e consequentemente os valores do cálculo de consumo de
cada propulsão. Serão adotados e utilizados os valores contidos no trabalho (SOUZA,
2013) de agora em diante para a finalização dos estudos.
A primeira etapa para se iniciar os cálculos de consumo de combustível para
os diferentes tipos de sistema propulsivo foi a escolha de um perfil operacional típico
para a embarcação em questão atuando na Bacia de Campos. Como se trata de um
navio AHTS, as atividades típicas, bem como o tempo em cada uma, podem ser
observadas no Gráfico 1. Pode-se perceber que a embarcação em questão
permanece 10% de seu tempo em reboque, 40% em viagem, 45% em DP (atividades
de ancoragem) e 5% no porto e em atividades de carga e descarga.
Gráfico 1 - Perfil Operacional da Embarcação Fonte: (SOUZA, 2013, p. 20)

41
4.1 Sistema propulsivo híbrido
Uma vez definido o perfil operacional da embarcação podemos, agora, definir
os equipamentos que constituem nosso sistema propulsivo híbrido. O Sistema Híbrido
será composto por duas linhas de eixo, sendo que cada uma delas possui um
propulsor de passo controlável e uma caixa redutora. Há duas entradas para esta
caixa redutora, uma com um motor diesel (MCP), e outra com um motor elétrico. Há
ainda um gerador de eixo ligado diretamente ao motor principal e geradores auxiliares
(MCA), responsáveis pela geração de energia nas diferentes operações. A Erro!
Fonte de referência não encontrada. ilustra os equipamentos citados acima.
Figura 21 - Equipamentos Sistema Híbrido Fonte: (SOUZA, 2013, p. 21)
Definidos os equipamentos que farão parte do sistema propulsivo, devemos
possuir as dimensões e características da embarcação que queremos trabalhar. As
dimensões principais do AHTS estão estabelecida na Tabela 1.

42
Características Principais da Embarcação AHTS
Loa 88 m
Comprimento perpendicular (Lpp) 79,5 m
Boca moldada (B) 21,5 m
T 7 m
D 9 m
Bollard Pull 250 t
DWT 3000 t
Cb 0,7
Velocidade de serviço 12 nós
Tabela 1 - Dimensões e características da embarcação AHTS Fonte: (SOUZA, 2013, p. 21)
Com as dimensões da embarcação é preciso determinar a resistência ao
avanço que o sistema propulsivo deve ser capaz de vencer quando navegando em
velocidade de serviço, ou seja, 12 nós. O cálculo deste parâmetro se faz importante
uma vez que o consumo de combustível é diretamente relacionado à Resistência ao
Avanço. A Planilha 1 apresenta os parâmetros utilizados, bem como o valor da
Resistencia ao Avanço da embarcação, que foi calculada através do Método de
Estimativa de Potência Propulsiva proposto em 1984 por J. Holtrop e G.G.J. Mennem.
Planilha 1 - Cálculo do método de estimativa de potência propulsiva por J. Holtrop e GGJ.
Mennem e seleção de propulsor Fonte: (SOUZA, 2013, p. 22)

43
Podemos perceber que a Resistência ao Avanço encontrada para embarcação
foi de 133,5 KN. Esse valor será utilizado para a seleção do propulsor e potência
requerida para propelir o navio.
A próxima etapa consiste da escolha do propulsor que será utilizado na
embarcação e, com ele, selecionar o motor necessário, que atenda a condição de
tração estática definida de 250 toneladas, que é o equivalente a 1225,6 KN para cada
propulsor. Esse valor mostra que, ao atender a condição de tração estática, a condição
de velocidade de serviço será satisfeita, isto devido ao fato do Bollard Pull Requerido
(250 t) ser muito maior que o Empuxo Requerido em viagem.
Para seleção do Propulsor devemos satisfazer dois critérios:
 Empuxo Requerido ≥ Empuxo Disponível;
 Satisfazer o Critério de Cavitação;
 Avaliação da capacidade de tração estática (Bollard Pull11
). Os propulsores
selecionados deverão ser capazes de fornecer, 250 toneladas de Bollard
Pull em total, ou seja, cada propulsor deverá fornecer 125 toneladas.
Com os resultados dos cálculos anteriores podemos selecionar os
equipamentos do sistema propulsivo hibrido, para isso devemos avaliar a embarcação
nas atividades críticas em seu perfil operacional.
4.1.1 Condição de velocidade de serviço
a) Potência Requerida em Velocidade de Serviço: 4.324,6KW;
b) Demanda Elétrica Requerida (Balanço Elétrico): 1.175,52KW.
OBS: Em condição de velocidade de serviço a embarcação utilizará a
configuração do Sistema Propulsivo Diesel Elétrico.
Como o sistema é diesel elétrico devemos corrigir a Potência Requerida em
Velocidade de Serviço devido às perdas na transmissão:
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞 = 4.326,6 𝑘𝑊 + 10% 𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 𝑛𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠ã𝑜 = 4.757,07 𝑘𝑊
Então:
𝑃𝑜𝑡. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 4.757,07 𝑘𝑊 + 1.175,52 𝑘𝑊 = 5.932,58 𝑘𝑊
11
É a propulsão teórica atingida a uma velocidade de avanço nula (Va = 0) e uma rotação (RPM) plena
do motor.

44
Os Geradores de Eixo selecionados foram dois de 600kW cada, e
funcionarão através do acionamento dos motores elétricos acoplados a caixa
redutora. Com essa potência total requerida nessa condição de velocidade de
serviço podemos selecionar os geradores auxiliares (MCA1), necessários para
suprir essa demanda. Os MCA’s selecionados foram da marca Wartsila.
A Tabela 2 abaixo mostra os geradores selecionados.
Seleção MCA 1
(Modelo)
Quantidade Potência (kW) Pot. Total
(kW)
SFC (g/KWh) Consumo
(g/h)
9L26 2 3.060 6.120 187 1.144.440
Tabela 2 – Especificações Técnicas do MCA1 (Fonte: https://cdn.wartsila.com/docs/default-
source/product-files/engines/ms-engine/product-guide-o-e-w26.pdf?sfvrsn=13)
https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines/ms-engine/product-guide-o-
e-w26.pdf?sfvrsn=13 )

45
4.1.2 Condição de Bollard Pull
Potência Requerida em Bollard Pull: 13.647,72 kW
Devemos lembrar que em condição de Bollard Pull a embarcação utilizará tanto
a configuração Diesel Elétrica quanto a Diesel Mecânica, e os Motores Elétricos serão
responsáveis por gerar uma parte dessa potência requerida. Essa potência será igual
a necessária na condição de velocidade de serviço a qual foram dimensionados.
Potência fornecida pelos Motores Elétricos: 4.324,6KW, então a potência
requerida nos Motores Diesel (MCP) é:
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞.𝑀𝐶𝑃 = 13.647,72 𝑘𝑊 − 4.324,60 𝑘𝑊 = 9.323,12 𝑘𝑊
Como o sistema é diesel mecânico devemos corrigir essa Potência Requerida
devido às perdas na transmissão:
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞 = 9.323,12 𝑘𝑊 + 3% 𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 = 9.602,81 𝑘𝑊
Com essa potência total requerida nessa condição podemos selecionar os
motores diesel (MCP), necessários para suprir essa demanda. Os MCP’s
selecionados foram também da marca Wartsila. A Tabela 3 abaixo mostra os motores
selecionados.
Seleção MCP
(Modelo)
(kW)
SFC (g/KWh) Consumo
(g/h)
9L32 2 5.220 10.440 176 1.837.440
Tabela 3 - Características MCP (Fonte: https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-
files/engines/ms-engine/brochure-o-e-w32.pdf?sfvrsn=4)

46
Figura 23 - Motor diesel Wartsila modelo 9L32 (Fonte: https://cdn.wartsila.com/docs/default-
source/product-files/engines/ms-engine/brochure-o-e-w32.pdf?sfvrsn=4)
Demanda Elétrica Requerida (Balanço Elétrico): 4.251,1KW
Como os Geradores de Eixo fornecem ao todo 1.200KW, temos que os
geradores auxiliares restantes necessários para suprir essa demanda elétrica
devem ter no mínimo a seguinte potência:
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞.𝑀𝐶𝐴2 = 4.251,10 𝑘𝑊 − 1.200 𝑘𝑊 = 3.051,10 𝑘𝑊
Os MCA2’s selecionados foram da marca Wartsila. A Tabela 4 abaixo mostra os
motores selecionados.
Seleção MCA 2
(Modelo)
(kW)
SFC (g/KWh) Consumo
(g/h)
9L20 2 1.665 3.330 187 622.710
Tabela 4 - Características MCA2 (Fonte: https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-
files/engines/ms-engine/brochure-o-e-w20.pdf?sfvrsn=7)

47
As especificações técnicas do MCA 2 fabricado pela Wartsila modelo 9L20
encontra-se no link: https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-
files/engines/ms-engine/brochure-o-e-w20.pdf?sfvrsn=7
https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines/ms-engine/brochure-o-e-
w20.pdf?sfvrsn=7)
Selecionados todos os equipamentos, podemos calcular agora a porcentagem
da potência necessária em cada equipamento em cada atividade. Essa porcentagem
é calculada da seguinte forma:
𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑡𝑎𝑔𝑒𝑚 =
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎
Porém para saber o quanto é utilizado do equipamento em determinada
atividade, devemos saber a configuração do sistema hibrido em cada operação:

48
 Bollard Pull:
 Os 2 Motores Principais acoplados (2xMCP);
 Os 2 Motores Elétricos acoplados;
 Os 2 Geradores de Eixo ligados;
 Os 4 Geradores Auxiliares ligados (2xMCA1, 2xMCA2)
Figura 25 - Equipamentos utilizados em Bollard Pull Fonte: (SOUZA, 2013, p. 41)
Velocidade de Serviço (Sistema Diesel Elétrico):
 Os 2 Motores Principais desligados (0xMCP);
 Geradores Auxiliares acionados (2 x MCA1).

49
Figura 26 - Equipamentos utilizados em Velocidade de Serviço Fonte: (SOUZA, 2013, p. 42)
 Posicionamento Dinâmico (DP):
 Os 2 Motores Principais desligados (0 x MCP);
 Os 2 Geradores de Eixo desligados;
 Geradores Auxiliares ligados (2 x MCA1).
Figura 27- Equipamentos utilizados em DP Fonte: (SOUZA, 2013, p 42)

50
 Porto/ Carga e Descarga:
 Apenas 2 Geradores Auxiliares ligados (2xMCA2)
Figura 28 - Equipamentos utilizados em Porto Fonte: (SOUZA, 2013, p. 43)
Definido a configuração em cada operação temos as seguintes potências
em cada equipamento:
Gráfico 2 -MCA 1 Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.
43)

51
Gráfico 3 - MCA 2 Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA, 2013,
p.43)
Gráfico 4 - MCP Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.44)
A Tabela 5 abaixo apresenta o cálculo do Custo Médio Diário de Combustível
e consequentemente o Custo Operacional Diário da embarcação em questão. O
cálculo de Consumo em cada operação foi feito levando-se em consideração o tempo
que a embarcação fica naquela determinada atividade, bem como a porcentagem de
potência necessária de cada equipamento para cada operação.
MCP MCA 1 MCA 2 % Tempo Consumo em cada perfil (g/h)
Bollard Pull (Reboque) 92% 97% 92% 10% 337.004,46
Velocidade de serviço 0% 97% 0% 40% 443.757,19
DP 0% 67% 0% 45% 343.270,23
DP (passo zero) 14% 12% 0% 0% 0,00
Porto 0% 0% 48% 5% 14.966,26
Tabela 5 - Calculo de Consumo em cada Operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.44)

52
Na condição de DP, em passo zero, não há consumo dos motores principais
porque os propulsores são acionados pelos motores elétricos.
O consumo em cada perfil foi feito da seguinte maneira:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐵𝑃 = (92% × 10% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃) + (97% × 10% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1)
+ (92% × 10% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴2) = 337.004,46 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑉𝑆 = (0% × 40% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃) + (97% × 40% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1)
+ (0% × 40% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴2) = 443.757,19 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐷𝑃 = (0% × 45% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃) + (67% × 45% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1)
+ (0% × 45% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴2) = 343.270 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑃𝑡 = (0% × 5% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃) + (0% × 5% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1)
+ (48% × 5% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴2) = 14.966,26 𝑔/ℎ
Onde:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃 = 176𝑔/𝐾𝑊ℎ × 10440𝑘𝑊 ( 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝐶𝑃′
𝑠) = 1.837.440 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1 = 187𝑔/𝐾𝑊ℎ × 6120𝑘𝑊 ( 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝐶𝐴1) = 1.144.440 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴2 = 187𝑔/𝐾𝑊ℎ × 3330𝑘𝑊 ( 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝐶𝐴2′
𝑠) = 622.710𝑔/ℎ
Com esses valores podemos calcular o Custo Médio Diário de Combustível
como o representado abaixo:
Consumo médio diário de combustível 27,3 [t]
Preço de combustível 466 US$/t
Dias em operação 350 Dias
Custo médio diário de combustível 12.198,99 US$
Tabela 6 - Custo médio diário de combustível Fonte: (SOUZA, 2013, p.45)

53
Onde o preço do óleo diesel utilizado nos motores foi obtido através
(Bunkering Index, 2010), e o valor que será considerado para todos os cálculos em
questão, será o do dia da pesquisa (23/06/2017), conforme mostra a Figura 29.
Figura 29 - Preço Marine Diesel Oil Fonte: (Bunker Index, 2017)
Os cálculos da tabela acima foram feitos da seguinte maneira:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐶𝑜𝑚𝑏. 𝐷𝑖á𝑟𝑖𝑜 = (∑ 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝐵𝑃 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝑉𝑆 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝐷𝑃 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝑃𝑡) ×
24
106
= 27,3𝑡
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 = 27,3𝑡 × 466 ×
350
365
= 12.198,99 𝑈𝑆$

54
4.2 Sistema propulsivo diesel mecânico
Diferentemente do Sistema Propulsivo Hibrido o Diesel Mecânico não
possui os motores elétricos em sua composição. Esse sistema é composto
motores diesel (MCP), acoplados a caixas redutoras, ligados aos propulsores
através de linhas de eixo. Possuem ainda os geradores de eixo e geradores
auxiliares que são responsáveis por suprir a demanda elétrica da embarcação.
O navio em questão é o mesmo, com mesmo perfil operacional e mesmas
dimensões principais do caso estudado anteriormente. Possui todas as mesmas
características do navio estudado no sistema hibrido, diferenciando justamente em
seu sistema propulsivo.
Para selecionar os equipamentos necessários nesse novo sistema
devemos avaliar a embarcação nas atividades críticas em seu perfil operacional.
4.2.1 Condição de velocidade de serviço:
Potência Requerida em Velocidade de Serviço: 4.324,6KW
Como o sistema é diesel mecânico devemos corrigir a Potência Requerida
em Velocidade de Serviço, devido às perdas na transmissão:
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞 = 4.324,6 𝑘𝑊 + 3% 𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 = 4.454,34 𝑘𝑊
𝑂𝑛𝑑𝑒: 𝑃𝑜𝑡. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 4.454,34 𝑘𝑊 + 1.175,52 𝑘𝑊 = 5.629,86 𝑘𝑊
Os Geradores de Eixo selecionados foram dois de 600KW cada, e
funcionarão através do acionamento dos motores diesel acoplados a caixa
redutora.
Com essa potência total requerida nessa condição de velocidade de serviço
podemos selecionar os motores diesel (MCP2), que serão utilizados quando a
embarcação estiver em viagem. Os MCP2’s selecionados foram também da marca
Wartsila. A Tabela 7 abaixo mostra os motores selecionados:

55
Seleção MCP2
(Modelo)
(kW)
SFC (g/KWh) Consumo
(g/h)
6L32 2 3.000 6.000 176 1.056.000
https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines/ms-engine/brochure-o-
e-w32.pdf?sfvrsn=4)
Figura 30 - Motor Diesel 2 Wartsila Modelo 6L32 (Fonte: https://cdn.wartsila.com/docs/default-

56
4.2.2 Condição de Bollard Pull:
Como os Geradores de Eixo nessa condição estão desligados, os geradores
auxiliares (MCA) são os responsáveis por suprir a demanda elétrica nessa
atividade.
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞𝑀𝐶𝐴 = 4.251,1 𝑘𝑊
Os MCA’s selecionados foram da marca Wartsila. A Tabela 8 abaixo mostra
os geradores selecionados
Seleção MCA
(Modelo)
(kW)
SFC (g/KWh) Consumo
(g/h)
8L26 2 2600 5200 187 972400
Tabela 8 - Características MCA Wartsila Modelo 8L26 (Figura:
https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines/ms-engine/wartsila-o-e-w-
26-tr.pdf?sfvrsn=5)
Figura 31 - Gerador Auxiliar Wartsila Modelo 8L26 (Fonte:
26-tr.pdf?sfvrsn=5))

57
Potência Requerida em Bollard Pull: 13.647,72KW
Uma parte da potência para tração estática é fornecida pelos motores diesel
selecionados anteriormente para condição de velocidade de serviço (MCP2), que
possuem uma potência de 6.000KW somados. Então a potência requerida nos
outros dois Motores Diesel (MCP1):
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞𝑀𝐶𝑃1 = 13.647,72𝐾𝑊 − 6.000 𝑘𝑊 = 7.647,72𝐾𝑊
Novamente, como o sistema é diesel mecânico devemos corrigir essa
Potência Requerida devido às perdas na transmissão:
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞𝑀𝐶𝑃1 = 9.323,12𝐾𝑊 + 3% 𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 = 7.877,16𝐾𝑊
Com essa potência total requerida nessa condição podemos selecionar os
motores diesel (MCP1), necessários para suprir essa demanda. Os MCP1’s
selecionados foram da marca Wartsila. A Tabela 9 - Características MCP Wartsila
Modelo 8L32tabela abaixo mostra os motores selecionados:
Seleção MCP
(Modelo)
(kW)
SFC (g/KWh) Consumo
(g/h)
8L32 2 4.000 8.000 176 1.408.000
https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines/ms-engine/brochure-o-e-
w32.pdf?sfvrsn=4)

58
Figura 32 - MCP Wartsila Modelo 8L32 (Fonte: https://cdn.wartsila.com/docs/default-
Com todos os equipamentos já selecionados anteriormente, podemos
calcular agora a porcentagem da potência necessária em cada equipamento para
cada atividade. Para isso devemos saber a configuração do sistema Diesel
Mecânico em cada operação.
 Bollard Pull:
 Os 4 Motores Principais ligados (2xMCP1, 2xMCP2);
 Os 2 Geradores de Eixo desligados;
 Os 2 Geradores Auxiliares ligados (2xMCA).

59
Figura 33 - Equipamentos utilizados em Bollard Pull Fonte: (SOUZA, 2013, p.49)
 Velocidade de Serviço:
 Motores Principais ligados (2xMCP2);
 Motores Principais desligados (0xMCP1);
 Os 2 Geradores Auxiliares desligados (0xMCA).
Figura 34 - Equipamentos utilizados em Velocidade de Serviço Fonte: (SOUZA, 2013, p.49)

60
 Apenas os Geradores Auxiliares ligados (2xMCA).
Figura 35 - Equipamentos utilizados em DP Fonte: (SOUZA, 2013, p.50)
 Porto/ Carga e Descarga:
 Apenas um Gerador Auxiliar ligado (1xMCA).
Figura 36 - Equipamentos utilizados em Porto e Carga/Descarga Fonte: (SOUZA, 2013, p.50)

61
Definido a configuração em cada operação temos as seguintes potências
em cada equipamento:
Gráfico 5 - MCP1 Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.51)
Gráfico 6 - MCP2 Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.51)
Gráfico 7 - MCA Potência de cada Equipamento em cada Operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.51)

62
Com todos os dados acima devemos calcular o Custo Médio Diário de
Combustível e consequentemente o Custo Operacional Diário da embarcação em
questão. O cálculo de Consumo em cada operação foi feito levando-se em
consideração o tempo que a embarcação fica naquela determinada atividade, bem
como a porcentagem de potência necessária de cada equipamento para cada
operação. O cálculo foi efetuado com auxílio da ferramenta Excel e pode ser
visualizado na Tabela 10 abaixo:
MCP1 MCP2 MCA % Tempo Consumo em cada perfil (g/h)
Bollard Pull (Reboque) 98% 100% 82% 10% 323.733,59
Velocidade de serviço 0% 94% 0% 40% 396.342,18
DP 0% 0% 78% 45% 343.270,23
DP (passo zero) 15% 11% 0% 45% 146.498,21
Porto 0% 0% 31% 5% 14.966,26
Tabela 10 - Calculo de Consumo em cada Operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.52)
Diferente do Sistema Propulsivo Híbrido, o Diesel Mecânico quando em
condição de DP possui absorção de potência pelo propulsor quando este se
encontra em condição de “passo zero”, e apesar de não estar gerando empuxo, o
propulsor está absorvendo em torno de 15 a 20% da potência máxima contínua do
equipamento. A condição em vermelho representa esse caso onde o propulsor
está em passo zero. Foram considerados 15% da potência entregue ao propulsor
por cada conjunto de motor principal.
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐵𝑃 = (98% × 10% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃1) + (100% × 10% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃2)
+ (98% × 10% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴) = 323.733,59 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑉𝑆 = (0% × 40% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃1) + (94% × 40% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃2)
+ (0% × 40% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴) = 396.342,18 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐷𝑃 = (0% × 45% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃1) + (0% × 45% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃2)
+ (78% × 45% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴) = 343.270,23 𝑔/ℎ

63
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐷𝑃𝑃𝑂
= (15% × 98% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃1) + (15% × 100% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃2)
+ (0% × 45% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴) = 146.498,21 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑃𝑡 = (0% × 5% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃1) + (0% × 5% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃2)
+ (31% × 5% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴) = 14.966,26 𝑔/ℎ
Onde:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃1 = 176𝑔/𝐾𝑊ℎ × 8000𝑘𝑊 ( 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝐶𝑃1′
𝑠) = 1.408.000 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝑃2 = 176𝑔/𝐾𝑊ℎ × 6000𝑘𝑊 ( 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝐶𝑃2′
𝑠) = 1.056.000 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴 = 187𝑔/𝐾𝑊ℎ × 5200𝑘𝑊 ( 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝐶𝐴`𝑠) = 972.400𝑔/ℎ
como o representado na Tabela 11 abaixo:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐶𝑜𝑚𝑏. 𝐷𝑖á𝑟𝑖𝑜 = (∑ 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝐵𝑃 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝑉𝑆 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝐷𝑃 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝐷𝑃𝑃𝑂 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝑃𝑡) ×
24
106
= 29,4𝑡
355
365
= 𝑈𝑆$ 13.137,37

64
4.3 Sistema propulsivo diesel elétrico
Diferentemente do Sistema Propulsivo Hibrido e do Diesel Mecânico, o
Diesel Elétrico não possui os motores diesel com linhas de eixo ou geradores de
eixo. Seu sistema é composto por motores diesel, acoplados a geradores (MCA)
que através de cabos elétricos de transmissão acionam motores elétricos que
acionam os propulsores, que normalmente são do tipo Azimutais. Essa
configuração pode ser visualizada na figura abaixo:
Figura 37 - Equipamentos Sistema Diesel Elétrico Fonte: (SOUZA, 2013, p.53)
O navio em questão é o mesmo com mesmo perfil operacional e mesmas
dimensões principais dos dois primeiros casos. Possui todas as mesmas
características do navio estudado no sistema hibrido e mecânico, diferenciando
apenas nos equipamentos de seu sistema propulsivo.
A potência requerida na condição de Bollard Pull continua a mesma que nos
dois primeiros casos estudados (𝑃𝑜𝑡 𝑅𝑒𝑞𝐵𝑃 = 13.647,72 ). Porem como no Sistema
Diesel Elétrico o passo do propulsor é fixo e não mais controlado, como nos dois
primeiros casos, a potência requerida em condição de velocidade de serviço é outra.
Para propulsores de passo fixo a razão Passo/Diâmetro é fixa e o que varia é
a rotação. Então para saber a potência requerida em viagem foi fixado o passo e
variado a rotação do propulsor. A Tabela 12 abaixo representa os cálculos efetuados.

65
Tabela 12 - Seleção do Propulsor Diesel Elétrico Fonte: (SOUZA, 2013, p. 54)
O propulsor selecionado foi aquele com maior eficiência em águas abertas, e
foi aplicada uma margem de mar, de 15% a potência em questão.
O novo BHP foi calculado de acordo com seguinte expressão:
𝐵𝐻𝑃 𝑀𝑀 = (1 + 𝜎 𝑀𝑀) × 𝐵𝐻𝑃=1.776,93 HP× (1,15) = 2.043,48 𝐻𝑃 = 1.523,8 𝐾𝑊
Portanto a Potência Requerida para os dois propulsores em Velocidade de
Serviço no Sistema Diesel Elétrico é: 𝑃𝑜𝑡 𝑅𝑒𝑞.𝑉𝑆 = 2 × 1.523,8 𝐾𝑊 = 3.047,6 𝐾𝑊
Para selecionar os equipamentos necessários nesse novo sistema devemos
avaliar a embarcação nas atividades críticas em seu perfil operacional:
4.3.1 Condição de velocidade de serviço:
Potência Requerida em Velocidade de Serviço: 3.047,6KW
Como o sistema é diesel elétrico devemos corrigir a Potência Requerida em
Velocidade de Serviço, devido às perdas na transmissão:
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞 = 3.047,6 𝐾𝑊 + 10% 𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 = 3.352,41 𝐾𝑊
Então: 𝑃𝑜𝑡. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3.352,4 𝐾𝑊 + 1.175,52 𝐾𝑊 = 4.527,92 𝐾𝑊
Com essa potência total requerida nessa condição de velocidade de serviço
podemos selecionar o primeiro grupo de geradores auxiliares (MCA1), que serão
utilizados quando a embarcação estiver em viagem. Os MCA1’s selecionados foram
da marca Wartsila.

66
A Tabela 13 abaixo mostra os geradores selecionados:
Seleção MCA
(Modelo)
(kW)
SFC (g/KWh) Consumo
(g/h)
8L26 2 2600 5200 187 972400
Tabela 13 - Características MCA Wartsila Modelo 8L26 Fonte:
26-tr.pdf?sfvrsn=5)
As especificações técnicas do MCA fabricado pela Wartsila modelo 8L26 Figura
31 encontra-se no link: https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-
files/engines/ms-engine/wartsila-o-e-w-26-tr.pdf?sfvrsn=5
4.3.2 Condição de Bollard Pull:
Potência Requerida em Bollard Pull: 13647,72KW
Demanda Elétrica Requerida (Balanço Elétrico): 4251,1KW
Como o sistema é diesel elétrico devemos corrigir a potência requerida em
Bollard Pull, devido às perdas na transmissão:
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞 = 13.647,72 + 10% 𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 = 1.5012,5 𝐾𝑊
Então: 𝑃𝑜𝑡. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 15.012,5 𝐾𝑊 + 4.251,1 𝐾𝑊 = 19.263,6 𝐾𝑊
Então a potência requerida para o grupo de geradores auxiliares restantes deve
ser:
𝑃𝑜𝑡. 𝑅𝑒𝑞.𝑀𝐶𝐴2 = 19.263,6 𝐾𝑊 − 5.200 𝐾𝑊( 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝐶𝐴1) = 14.063,6 𝐾𝑊
Com essa potência podemos selecionar o segundo grupo de geradores
auxiliares (MCA2) do sistema diesel elétrico. Os MCA2’s selecionados foram da marca
Wartsila. A tabela abaixo mostra os geradores selecionados:

67
Seleção MCA2
(Modelo)
(kW)
SFC (g/KWh) Consumo
(g/h)
16V32 2 7.680 15.360 176 2.703.360
Tabela 14 - Características MCA Wartsila Modelo 16V32 (Fonte:
http://www.wpowerproducts.com/prodImages/prod1964/Wartsila%2032%20Technical%20Produ
ct%20Guide.pdf)
As especificações técnicas do MCA fabricado pela Wartsila modelo 16V32
encontra-se no link:
%20Product%20Guide.pdf
Figura 38 - Gerador Auxiliar Wartsila Modelo 16V32 (Fonte:
http://www.wpowerproducts.com/prodImages/prod1964/Wartsila%2032%20Technical%20Produ
ct%20Guide.pdf)
Com os equipamentos selecionados, podemos calcular agora a porcentagem
da potência necessária em cada equipamento para cada atividade. Para isso devemos
saber a configuração do sistema Diesel Elétrico em cada operação.

68
 Bollard Pull:
 Os 2 Geradores Auxiliares 1 ligados (2xMCA1);
 Os 2 Geradores Auxiliares 2 ligados (2xMCA2).
 Velocidade de Serviço:
 Os 2 Geradores Auxiliares 2 desligados (0xMCA2).
 Os 2 Geradores Auxiliares 2 desligados (0xMCA2).
 Porto/Carga e Descarga
 Apenas 1 Gerador Auxiliar 1 ligado (1xMCA1)
Definido a configuração em cada operação temos as seguintes potências nos
Geradores Auxiliares:
Gráfico 8 - Potência do MCA1 em cada operação Fonte: (SOUZA, 2013, p. 57)
Gráfico 9 - Potência dos MCA2 em cada operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.57)

69
Podemos agora com todos os dados acima calcular o Custo Médio Diário de
Combustível e consequentemente o Custo Operacional Diário da embarcação em
questão. O cálculo foi efetuado com auxílio da ferramenta Excel e pode ser visualizado
na Tabela 15 abaixo:
MCA1 MCA2 % Tempo Consumo em cada perfil (g/h)
Bollard Pull (Reboque) 100% 92% 10% 344.759,38
Velocidade de serviço 87% 0% 40% 338.688,68
DP 78% 0% 45% 343.270,23
Porto 31% 0% 5% 14.966,26
Tabela 15 - Cálculo do consumo em cada operação Fonte: (SOUZA, 2013, p.58)
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐵𝑃 = (100% × 10% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1) + (92% × 10% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1)
= 344.759,38 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑉𝑆 = (87% × 40% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1) + (0% × 40% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴2)
= 338.688,68 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐷𝑃 = (78% × 45% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1) + (0% × 45% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴2)
= 343.270,23 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑃𝑡 = (31% × 5% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1) + (0% × 5% × 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴2)
= 14.966,26 𝑔/ℎ
Onde:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴1 = 187𝑔/𝐾𝑊ℎ × 5200𝑘𝑊 ( 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝐶𝐴1) = 972.400 𝑔/ℎ
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝐶𝐴2 = 176𝑔/𝐾𝑊ℎ × 7680𝑘𝑊 ( 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝐶𝐴2) = 2.703.360 𝑔/ℎ
como o representado abaixo:

70
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐶𝑜𝑚𝑏. 𝐷𝑖á𝑟𝑖𝑜 = (∑ 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝐵𝑃 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝑉𝑆 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝐷𝑃 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝐷𝑃𝑃𝑂 + 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝑃𝑡) ×
24
106
= 25,0𝑡
355
365
= 𝑈𝑆$ 11.171,23
De posse de todos os cálculos referentes ao Consumo Médio Diário de
Combustível e consequentemente o Custo Médio Diário com Combustível para os três
tipos de configuração de sistema propulsivo (Diesel Mecânico, Diesel Elétrico e
Híbrido), temos os seguintes resultados apresentados na Tabela 17:
NAVIO AHTS
Consumo Médio Diário de
Combustível (ton)
Custo Médio Diário de
Combustível (US$)
Sistema Híbrido 27,30 12.198,99
Sistema Diesel Mecânico 29,40 13.137,37
Sistema Diesel Elétrico 25,00 11.171,23
Tabela 17 - Resultados Navio AHTS
Os resultados acima foram obtidos levando-se em consideração o perfil
operacional da embarcação, as perdas relativas às transmissões em cada
configuração (3% na transmissão mecânica e 10% na transmissão elétrica), e as
potências requeridas de cada equipamento em cada operação do navio.
Para melhor quantificar o custo com combustível, é válida a avaliação dos
sistemas ao longo de um ano de operação das embarcações. Abaixo os resultados
calculados com os valores diários da Tabela 17 podem ser visualizados na Tabela 18:
NAVIO AHTS
Custo com Combustível em um Ano (US$)
Sistema Híbrido 4.452.631,35
Sistema Diesel Mecânico 4.795.140,05
Sistema Diesel Elétrico 4.077.498,95
Tabela 18 - Custos ao longo de um ano (AHTS)

71
5 RESULTADOS ENCONTRADOS UTILIZANDO OS TRES SISTEMAS
PROPULSIVOS
De posse dos resultados apresentados na Tabela 17 e Tabela 18, analisando
os resultados obtidos verifica-se que dentro do perfil operacional traçado para o navio
AHTS, o sistema propulsivo com menor consumo médio diário de combustível e
consequentemente menor custo, foi a Propulsão Diesel Elétrico. A diferença de
consumo médio diário de combustível em toneladas foi de 4,40 toneladas (15%) a
menos em relação ao Diesel Mecânico e de 2,30 toneladas (9%) a menos que o
Híbrido.
Boa parte desta economia em adotar a propulsão diesel elétrica se deve ao fato
da embarcação em questão ficar 45 % do tempo operando no sistema de
posicionamento dinâmico. Mesmo o sistema de propulsão diesel elétrico possuir uma
maior perda em seu sistema de transmissão (10%), devido às múltiplas
transformações de energia no sistema, ainda sim, é sem dúvida a melhor e mais
confiável configuração para embarcações que operem por longos períodos em regime
de DP.
Na comparação do Sistema Mecânico com Híbrido percebe-se que o consumo
médio diário de combustível é de 2,20 toneladas (7%) a menos no híbrido. Uma
explicação para essa economia é evidenciada nas operações em posicionamento
dinâmico. O Diesel Mecânico quando em DP possui absorção de 15 a 20% da
potência máxima dos motores principais, pelo propulsor quando este se encontra em
“passo zero” (sem produção de empuxo), enquanto que no hibrido, quando o propulsor
está em passo zero, são os motores elétricos que acionam os hélices, não havendo
com isso consumo nos motores principais.
Nos Gráficos 10 e 11 são apresentados os comparativos para cada tipo de
propulsão (mecânica, elétrica e híbrida) quanto ao consumo e custo médio diário de
combustível.

72
Gráfico 10 - Consumo médio diário de combustíveis Fonte: (SOUZA, 2013, p. 84)
Gráfico 11 - Custo médio diário de combustíveis Fontes: (SOUZA, 2013, p. 84)

73
6 CONCLUSÕES
Passados três meses da aula do professor Hermann Regazzi Gerk e do
questionamento colocado em discussão, chegamos à conclusão com base nos
estudos desenvolvidos, que a propulsão diesel elétrica é a mais eficiente do ponto de
vista de consumo de combustível durante as atividades de operação de um navio
AHTS. Podemos perceber a real influência, quantitativa e qualitativamente da escolha
adequada do sistema propulsivo em embarcações de apoio marítimo do tipo AHTS.
Através dos cálculos desenvolvidos usando como referência o trabalho
(SOUZA, 2013) foi possível notar que para uma mesma embarcação, com o mesmo
perfil operacional, com as mesmas dimensões, o custo com combustível pode ser
completamente diferente, variando de acordo com a configuração do sistema
propulsivo e da potência empregada por seus equipamentos em cada atividade do
navio.
Ao comparar-se os três tipos de sistemas propulsivos, (Diesel Elétrico, Diesel
Mecânico e Híbrido) pode-se notar que para embarcações que passam a maior parte
do tempo em regime de posicionamento dinâmico a melhor configuração para seu
sistema propulsivo é o Diesel Elétrico, pois nessa configuração o passo do propulsor
é fixo não havendo, portanto, consumo de combustível quando o hélice está em
“passo zero”, ou seja, sem produzir empuxo.
Este trabalho não esgota o assunto, mas abre a possibilidade para que novos
estudos possam ser elaborados. Novos trabalhos deverão confrontar os resultados
numéricos encontrados com os resultados experimentais de navios reais que operam
com o mesmo perfil operacional e as mesmas configurações do sistema propulsivo.
Com isso, poder-se-ia comprovar a eficiência do método utilizado para encontrar os
valores de consumo e custo de combustível e consequentemente de custo
operacional para essas embarcações.
Conclui-se que um estudo preliminar de escolha de sistema propulsivo levando-
se em consideração a missão da embarcação AHTS, área de atuação e perfil de
operacional da mesma se mostra de grande utilidade na diminuição de custos
operacionais, tornando-a mais lucrativa e competitiva frente ao mercado de
afretamento no mercado de apoio marítimo.

74
REFERÊNCIAS
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AUGUSTO, C. Depois de aprovado no Senado e Câmara, projeto dos ‘royalties’ do
petróleo volta a causar polêmica. Jornal Grande Bahia, 2007. Disponivel em:
<http://www.jornalgrandebahia.com.br/2012/11/depois-de-aprovado-no-senado-e-
camara-projeto-dos-royalties-do-petroleo-volta-a-causar-polemica/>. Acesso em: 13
Junho 2017.
BUNKERING Index. Bunkering Index, 2010. Disponivel em:
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CLEBSCH, A. B. A Física nas Embarcações. A Física nas Embarcações, Abril 2004.
Disponivel em: <http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20021/Angelisa/mecanica.html>.
Acesso em: 07 Abril 2017.
FERREIRA, A. D. P. Transporte Aquaviário: A Interveção do Estado. Escola
Superior de Guerra. Rio de Janeiro, p. 34 e 35. 2015.
FONSECA, M. M. Arte Naval Volume I. In: FONSECA, M. M. Arte Naval Volume I. 7.
ed. Rio de Janeiro: [s.n.], v. I, 2005. Cap. 3, p. 127 e 128.
KNIHS, V. WEG. WEG Automação para Navios, 26 Março 2009. Disponivel em:
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