SONUÇ VE ÖNERİLER

Aqui estão presentes os propulsores de maior importância para uma embarcação marítima. Esses propulsores são o objetivo de todo o sistema de propulsão diesel-elétrico, ou seja, todos os equipamentos que aqui foram demonstrados têm como objetivo principal produzir e distribuir energia limpa e correta para que os propulsores possam impulsionar o navio na direção desejada.

Esses propulsores estão presentes na parte traseira da embarcação, apresentam potências de motores elétricos altas dependendo do tamanho do navio e apresentam modelos desde o mais simples até um mais complexo.

O modelo mais simples para se conseguir propulsão na popa é o que as hélices estão dispostas direcionadas no sentido de impulsionar o navio à frente ou à ré. Essas hélices podem se apresentar sem nenhuma proteção nas laterais ou apresentar um cilindro para proteção.

Na grande maioria dos casos, o sistema de leme do navio está localizado logo após as hélices.

Figura 28 - Propulsores de popa mais simples (INOVACAOTECNOLOGICA, 2011)

Nas embarcações de propulsão diesel-elétrica, os propulsores presentes apresenta a mais alta tecnologia. Esses propulsores são conhecidos como propulsores azimutais (do inglês, Azimuthal Thrusters) que o próprio nome já indica a maior qualidade desses propulsores, eles podem atuar em qualquer direção horizontal.

Os propulsores azimutais apresentam uma configuração de hélices que permitem serem giradas em qualquer direção horizontal.

Os navios que possuem os propulsores azimutais apresentam melhor manobrabilidade do que uma hélice fixa e sistema de leme. As principais vantagens são a eficiência elétrica, a melhor utilização do espaço do navio e menores custos de manutenção.

Navios com esse tipo de propulsor não precisam de rebocadores para atracar, embora eles ainda exijam rebocadores para manobrar em lugares muito difíceis.

O propulsor apresenta dois conjuntos de hélices, o que o torna muito mais eficiente do que os demais sistemas. Sua forma de construção permite rotações em torno de um eixo horizontal, permitindo assim que as hélices possam girar em todos os sentidos horizontais.

Figura 29 - Propulsor Azimutal (SIEM ENS)

Como pode ser observado, o propulsor azimutal apresenta três áreas principais: sala do propulsor, módulo azimutal e o módulo de propulsão.

Como o sistema apresenta dois conjuntos de hélices, a eficiência é muito maior que qualquer outro tipo de sistema propulsor e com isso o esforço mecânico em cada hélice é muito menor do que se fosse apenas um sistema de hélices.

O motor elétrico nesse sistema é posicionado horizontalmente, na sala de propulsão e através de acoplamentos mecânicos a rotação no motor elétrico é transmitida para as hélices do navio, para que o impulsionamento possa ser realizado.

Figura 30 - Propulsores azimutais instalados em uma embarcação (WIKIPEDIA, 2012)

Os motores para a propulsão de popa são motores robustos que apresentam potências bem variadas, que podem partir de 1500 kW até potências grandes como 7500 kW. Isso sempre dependerá do tamanho do navio e aplicação do mesmo. A tensão para esses motores é a tensão principal, que para PSVs fica em 690 V, porém para AHTS (que são maiores) essa tensão pode ser em média tensão, até 6600 V.

Nos propulsores de popa existem ainda dois tipos de construção de hélices. A seguir é comentado como funciona cada sistema.

O Propulsor de Passo Fixo (do inglês, Fixed Pitch Propeller) mais conhecido como FPP apresenta um passo de hélice constante, ou seja, a forma construtiva da hélice do propulsor será sempre a mesma, sendo que a força e velocidade de propulsão só pode ser modificada através do controle feito pelo inversor de frequência que alimenta o motor principal para a propulsão.

Já o Propulsor de Passo Controlável (do inglês, Controlled Pitch Propeller) conhecido como CPP, apresenta um passo de hélice variável. Esse passo é controlado através de motores elétricos presentes em cada pá da hélice que torna possível a rotação da pá da hélice, com o objetivo de se ter mais torque ou menos torque na rotação do conjunto.

O CPP é muito utilizado por muitos fabricantes, porém o FPP ainda é preferível dentro da indústria naval pela menor complexidade, sendo que apesar de ser mais simples, é capaz de desempenhar a função de maneira eficiente.

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Para que a teoria possa ser visualizada, a seguir será demonstrado como se pode calcular o sistema de proteção de um sistema elétrico de uma embarcação Oil Spill Recovery Vessel, cujo projeto é real e com produção sendo realizada.

Primeiramente para o projeto ser feito deve-se saber qual será a função da embarcação. Nesse estudo, foi considerado um navio de recuperação de óleo derramado, ou do inglês OSRV.

Depois de ser estipulada a finalidade do navio, todos os equipamentos dentro do navio devem ser dimensionados de maneira a atender todas as necessidades da embarcação.

Nesse passo, os principais consumidores de energia são os motores azimutais (motores de popa), os motores de proa (motores de proa) e os transformadores de distribuição, que pode ser considerado um consumidor, pois leva energia do painel principal para os painéis auxiliares.

Determinado os equipamentos da embarcação, o próximo passo é o dimensionamento dos grupos moto-geradores. Esses grupos devem ser pensados não somente na potência dos mesmos, mas também a quantidade, pois somente um gerador com uma potência muito grande teria um custo muito grande que inviabilizaria o projeto.

Considera-se ainda que um sistema de controle de energia deve ser instalado dentro do navio, de maneira a dispor da melhor maneira possível como a energia será distribuída no navio, portanto, não é necessário que a soma das potências dos geradores seja igual à soma das potências dos consumidores, visto o fato de que os equipamentos geralmente não funcionam a 100% da sua capacidade a todo o momento.

Após todo o sistema elétrico ter sido pensado e dimensionado, o diagrama unifilar do sistema em estudo deverá ficar disposto da seguinte maneira.

Figura 31 - Diagrama unifilar de um OSRV (SIEM ENS)

Observa-se na Figura 31 que esse navio apresenta 3 geradores com 1667 kVA de potência a 1800 rpm, 4 transformadores de distribuição, sendo que 2 são de 150 kVA de potência e os outros 2 são de 160 kVA. Observa-se ainda a presença de 2 motores azimutais de 1500 kW de potência e por fim, 2 motores de proa, com 600 kW de potência.

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Para que a comparação entre os sistemas de propulsão convencional e o diesel- elétrico, deve-se tomar como base, os principais precursores do consumo de combustível do navio, que são os motores de propulsão.

No sistema convencional o motor de propulsão é o motor a diesel, que por ser um elemento que t ransforma energia química (combustível) em energia mecânica, apresenta uma quantidade de perdas grande.

A maior parte das perdas é devido à perda térmica. Isso é inerente em qualquer sistema onde o principal consumidor é um mot or à combustão.

Na Figura 32 é apresentado um balanço de energia de um motor a diesel com 68,64 kW de potência e suas perdas de energia durante o funcionamento do motor.

Apesar de apresentar muitas perdas, muito desses gases de exaustão são recuperados e utilizados em processos de aquecimento dentro do navio, porém isso não significa um ganho

muito grande de energia comparando com o sistema diesel-elétrico que utiliza também energia recuperada.

Uma grande perda também dentro do sistema convencional é também as perdas por conta dos eixos e acoplamentos mecânicos, que quanto maiores e mais robustos, apresentam perdas maiores devido ao atrito dos eixos, que reduzem o torque utilizado do motor, e as perdas térmicas devido ao atrito são iminentes.

Figura 32 - Balanço de energia motor à diesel (SANKEY, 2009)

Portanto, analisando a Figura 32 e as características do sistema, pode-se dizer que a eficiência desse sistema é em torno de 45%, sendo que o motor apresenta valor aproximado de eficiência de 49% e as perdas e os ganhos de energia na embarcação se mantém ou podem diminuir a eficiência total do sistema.

O sistema diesel-elétrico apresenta em todo sistema consumidores de energia, porém que apresentam eficiência muito mais elevada que o sistema a diesel. Os principais equipamentos de consumo são os geradores e os motores, que como visto apresentam construções semelhantes. Para que seja possível demonstrar a eficiência do sistema, será em um primeiro momento é apresentado à eficiência de um motor elétrico generalizado.

A eficiência do motor de indução trifásico pode ser obtida através de um gráfico de eficiência por carga utilizada, tal qual a Figura 33.

Figura 33 - Eficiência versus carga (NRCAN, 2010)

Pode-se observar que cada motor apresenta um faixa de carga utilizada mais adequada, de maneira a alcançar a maior eficiência possível.

Após a análise da eficiência total de um motor, é possível também a percepção de como que a energia dentro de um motor é dissipada através das perdas.

Os motores elétricos podem chegar a até 98% de eficiência energética, ou seja, apenas 2% são dissipadas por perdas, por conta do atrito e a iminente dissipação térmica dentro do equipamento.

Sendo que um motor elétrico apresenta uma construção semelhante a um gerador elétrico é possível então se concluir que um gerador também apresenta uma eficiência em torno de 95% (dependendo da potência).

Visualizando o sistema de propulsão diesel-elétrica como um todo dentro da embarcação, leva-se em conta que as perdas por gases de exaustão e a utilização da energia produzida pelos geradores elétricos é distribuída por toda a embarcação realizando todos os processos necessários, principalmente o aquecimento de água para se produzir vapor e o condicionamento do ar dentro da embarcação com o propósito de manter um conforto térmico no mesmo.

Na Figura 35, um balanço de energia dentro de uma embarcação é apresentado, esse balanço é baseado em um artigo da MAN, 2012.

Figura 35 - Balanço de energia no sistema diesel-elétrico (M AN, 2012)

Como dito, o sistema utiliza a geração de energia proveniente dos geradores para suprir todas as necessidades dos navios, sejam eles utilizados aonde forem.

Para embarcações de apoio marítimo, a grande quantidade de energia produzida é orientada para os motores de propulsão, sendo que o resto da energia é para aplicações de apoio às plataformas.

Observa-se que da energia produzida pelos geradores, apenas 27% é perdido (soma de 15% de perdas por gases de exaustão e 12% de perdas por resfriamento pela água do mar). Aqui as perdas mecânicas devido ao acoplamento já estão sendo consideradas no balanço.

Isso leva a conclusão de que o sistema de propulsão diesel-elétrico apresenta uma eficiência energética entorno de 73%.

Comparando os dois sistemas, chega-se a conclusão de que o sistema de propulsão diesel-elétrico apresenta uma eficiência total em torno de 30% maior que o sistema de propulsão convencional.

Levando em consideração os custos de cada sistema de propulsão, vale a ressalva de que o sistema de propulsão convencional apresenta um custo menor em relação ao sistema de propulsão diesel-elétrica.

Em um sistema de propulsão diesel-elétrica pode-se dimensionar os custos aproximados dos equipamentos da seguinte maneira:

- Geradores: variam de R$ 130.000,00 até R$ 300.000,00 de acordo com a potência demandada;

- Transformadores de distribuição: são os que apresentam o menor custo, de R$ 10.000,00 até R$ 50.000,00.

- Transformadores de propulsão: apresentam custos da ordem de R$ 100.000,00 até R$ 400.000,00.

- Inversores de frequência: têm o maior custo, dependendo da construção do inversor, podem chegar a R$ 2.000.000,00.

- Painéis elétricos: dependem da tensão do painel, podem chegar a R$ 3.000.000,00. - Motores de propulsão: até R$ 600.000,00.

No caso do navio de recuperação de óleo derramado apresentado no item 4, o custo total da embarcação é de aproximadamente R$ 8.000.000,00. Há embarcações, como um navio de apoio ao manuseio de âncoras e reboque, que podem chegar ao valor de R$ 20.000.000,00, isso somente o sistema de propulsão diesel-elétrica.

Em navios de propulsão convencional é difícil se dizer quanto que é o custo do equipamento de propulsão, mas esse custo gira em torno de 20% a 30% do custo de um sistema diesel-elétrico.

Sendo assim, o sistema de propulsão convencional apresenta um custo menor em relação ao sistema de propulsão diesel-elétrica, porém o último apresenta uma eficiência energética maior em relação ao sistema convencional.

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A busca por novas alternativas de energia sustentável que possuam uma maior eficiência energética, sempre se apresenta como um desafio para a sociedade que tem intensificado a pesquisa para que novas tecnologias sejam criadas e disponibilizadas.

Analisar um sistema elétrico completo é um processo demorado e minucioso, que se for feito em seus mínimos detalhes podem surpreender até o mais experiente conhecedor de tecnologias.

Esse trabalho teve como objetivo a demonstração de cada equipamento elétrico, uma análise de um sistema completo e uma comparação entre dois sistemas diferentes, porém muito utilizados, o sistema de propulsão a diesel convencional e o sistema de propulsão diesel-elétrico. Foi demonstrado que cada equipamento tem uma função essencial dentro do sistema elétrico completo, trazendo para si uma grande importância para o todo.

O sistema diesel-elétrico já está presente no mercado mundial há algum tempo e mostra que está crescendo e evoluindo para que a tecnologia esteja implementada em grande parte das embarcações marítimas.

Conclui-se após a realização desse trabalho que o objetivo foi alcançado e que o sistema diesel-elétrico é um elemento tecnológico no mundo que apresenta uma solução energética eficiente, limpa e que se tornará a cada dia mais presente em embarcações marítimas.

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