Modelo de Síntese e Otimização Para o Projeto Conceitual de Navios de Apoio à Plataforma, Incluindo Parâmetros do Bulbo

Abstract

O avanço da tecnologia e dos computadores permite que engenheiros e projetistas repensem a forma como desenvolvem seus projetos. Portanto, neste trabalho é apresentado um modelo de síntese e otimização para o projeto conceitual de navios de apoio à plataforma, incluindo a modelagem preliminar e simplificada do bulbo baseado em otimização multiobjetivo. A vantagem deste procedimento sobre os métodos convencionais de projeto é que ele permite explorar todo o espaço de soluções viáveis, e com isto obter a solução (ou soluções) ótima do ponto de vista dos critérios de projeto estabelecidos. A principal contribuição do presente trabalho, que se distancia dos trabalhos anteriores, é a utilização de dois conjuntos de variáveis de projeto. Uma vez definido os requisitos do armador que são a velocidade do navio e a capacidade de carga mínima a ser transportada, a metodologia considera como o primeiro conjunto de variáveis do projeto: o comprimento (L), boca (B), calado (T) e coeficiente de bloco (CB). O segundo utiliza o comprimento da embarcação (L), o coeficiente de bloco (CB) e os adimensionais L/B e B/T como variáveis de projeto. Além disso, a metodologia considera como variáveis de projeto do bulbo a área da seção transversal (ABT) e a altura do centro dessa área (hB). Os objetivos estabelecidos para o modelo de otimização foram a busca pela máxima capacidade de carga e mínima a resistência ao avanço. Desta forma são apresentados e comparados os resultados de ambos os modelos de otimização quanto ao esforço computacional necessário e também do ponto de vista de projeto de navios. Também são apresentados os resultados do processo de otimização hierarquizado (primeiro otimiza-se o casco, para depois otimizar o bulbo) e a otimização global. Por fim, os resultados são comparados com navios PSVs atualmente em operação e são propostas equações empíricas para navios de apoio à plataforma que permitem determinar as dimensões principais e o coeficiente de bloco em função da capacidade de carga requerida.

The advancement of technology and computers allows engineers and designers to rethink the way they develop their projects. Therefore, this thesis presents a synthesis and optimization model for the conceptual design of platform supply vessels, including a preliminary and simplified bulb modeling based on multi-objective optimization. The advantage of this method over conventional design methods is that it allows to explore all the design space solutions, and thereby obtain the optimum solution (or solutions) based on the established design criteria. The main contribution of this thesis, which differs from previous scientific papers and thesis’, is the use of two sets of design variables. Once defined the owner requirements that are the ship's speed and the minimum deadweight, the methodology considers as a first set of design variables: the length (L), breadth (B), draft (T) and block coefficient (CB). The second set of design variables are: the length of the vessel (L), the block coefficient (CB), the ratios L/B and B/T. Further, the methodology considers as the bulb design variables the cross-sectional area (ABT), and the height of the center of this area (hB). The objectives set for the optimization model were the search for the maximum deadweight and the minimum total ship resistance. Thus, the results of the two optimization models are presented and compared on the computational effort required and also from the standpoint of ship design. The results for hierarchical optimization process (first the hull is optimized, and then the bulb) and a global optimization process are also presented and compared. Finally, the results are compared with ships currently in operation and it is proposed empirical equations that allows to calculate the principal particulars and the block coefficient of a platform supply vessel based on its required deadweight.