A Becker Marine ajuda os proprietários de navios a obter até 6% de economia anual de combustível usando o Simcenter STAR-CCM+.
Becker Marine Systems
A Becker Marine Systems é líder de mercado em lemes de alto desempenho, soluções de manobra e dispositivos de economia de energia (ESD – Energy Saving Devices) para todos os tipos e tamanhos de embarcações, incluindo iates, porta-contêineres e grandes navios de cruzeiro. Com sede em Hamburgo, Alemanha, a empresa emprega mais de 200 especialistas em todo o mundo em escritórios localizados na Alemanha, China, Cingapura, Coréia, Noruega e Estados Unidos.
Sede: Hamburgo, Alemanha
Produtos: Produtos Simcenter, Simcenter STAR-CCM+
Setor industrial: Marinho
Desafios
✅ Desenvolver dispositivos de economia de energia (ESDs) que satisfaçam as demandas de eficiência
✅ Atender aos requisitos de regulamentos ambientais em aplicações marítimas
✅ Aderir a cronogramas rígidos para o desenvolvimento
Chave para o sucesso
Resultados
A partir do momento em que recebemos um novo pedido, normalmente temos seis semanas para encontrar a economia de energia necessária. Esta é uma escala de tempo estrita, pois o espaço do tanque de reboque é reservado com bastante antecedência e não pode ser movido.
Steve Leonard, Chefe de CFD e Pesquisa e Desenvolvimento
IBMV/Becker Marine
Dispositivos de economia de energia na indústria naval
A eficiência energética é uma preocupação importante para construtores e operadores de navios. A indústria naval busca reduzir os custos operacionais das embarcações e atender aos regulamentos de emissões de CO₂ e NOₓ. Embora designs de casco modernos e aerodinâmicos possam ajudar na economia de combustível em novos projetos, a maioria dos navios em operação são mais antigos e não contam com essas vantagens. Para enfrentar esse desafio, as empresas utilizam dispositivos personalizados de economia de energia (Energy Saving Devices – ESDs) em suas embarcações antigas. Esses dispositivos são posicionados perto da hélice e podem melhorar o desempenho da propulsão, inclusive em projetos de casco mais recentes.
Para entender o potencial de economia, uma embarcação listada com uma tonelagem de peso morto (DWT) de 55.000 usará cerca de 160 toneladas de combustível por dia em velocidade normal de cruzeiro. Ao longo de um ano, uma melhoria de 5% no consumo de combustível economizaria mais de 2.000 toneladas de combustível e resultaria em economia de custos de aproximadamente US$ 500.000, portanto é fácil entender por que as empresas marítimas estão ansiosas para aplicar medidas que melhorem a eficiência energética.
O Becker Mewis Duct® para maior eficiência hidrodinâmica
Um ESD amplamente utilizado é o Becker Mewis Duct®, desenvolvido para navios mais lentos de forma completa. Distribuído pela Becker Marine Systems GmbH & Co. KG, esse dispositivo oferece economia de combustível em uma determinada velocidade ou permite que a embarcação viaje mais rápido com a mesma potência. O Becker Mewis Duct consiste em um ESD com aletas angulares integradas, que produzem um impulso para a frente, endireitam e aceleram o fluxo de água na hélice. Essas aletas reduzem as perdas no fluxo de ar da hélice, resultando em maior impulso propulsivo. Para obter os melhores resultados, as propriedades do duto e o design das aletas são otimizados para cada forma de casco, aproveitando a energia da camada limite de fricção do casco para melhorar a eficiência hidrodinâmica geral da embarcação.
A economia de energia proporcionada pelo Becker Mewis Duct depende do coeficiente casco-bloco e da carga de empuxo da hélice. Em média, a economia de combustível pode variar de 3% para navios polivalentes a até 8% para petroleiros e graneleiros. Quando combinado com um leme Becker, essa economia pode chegar a até 8% para navios em geral. Além disso, o uso de um ESD como o Becker Mewis Duct pode reduzir as emissões de NOₓ e CO₂, independentemente do calado e da velocidade do navio.
Usando o Simcenter STAR-CCM+ para projetar o Duto Becker Mewis
A IBMV Maritime Innovationsgesellschaft mbH (IBMV), subsidiária da Becker Marine, desenvolve soluções tecnológicas inovadoras para o mercado marítimo. A equipe liderada por Steve Leonard, chefe de CFD e pesquisa e desenvolvimento da IBMV, utilizou o software Simcenter STAR-CCM+® para projetar o Becker Mewis Duct.
O uso do Simcenter STAR-CCM+ permitiu à equipe descobrir designs melhores de forma mais rápida. O Duto Becker Mewis foi introduzido no mercado em 2008 e a primeira instalação em grande escala ocorreu em 2009. A economia de energia estimada para essa embarcação foi de aproximadamente 6%.
“O sucesso do Duto Becker Mewis depende muito do processo Simcenter STAR-CCM+ CFD que usamos para definir o ESD”, diz Leonard. “Sem simulações CFD precisas, não podemos ajustar cada ESD às condições de fluxo específicas de um casco específico. Para cada cenário, usamos o STAR-CCM+ para ajustar cuidadosamente mais de 40 parâmetros de projeto para criar um ESD exclusivo. Embora existam semelhanças, a conduta que desenhamos para cada embarcação é absolutamente única. Não há dois ESDs iguais.”
A indústria naval é conhecida por sua abordagem conservadora, onde os testes de autopropulsão são usados como referência para avaliar o desempenho das embarcações. Apesar disso, a equipe da IBMV realiza intensivos cálculos de dinâmica de fluidos computacional (CFD) para projetar e ajustar o Duto Becker Mewis específico de cada embarcação. Esses esforços são voltados para garantir a eficiência energética e minimizar o consumo de combustível durante os testes de modelo.
A maioria dos cálculos de CFD é realizada em escala de modelo, mas a equipe da IBMV também executa cálculos finais em escala real para garantir a precisão e o desempenho de cavitação do projeto. Embora um processo de otimização automatizado pareça adequado, não é viável para o Duto Becker Mewis devido à complexidade do fluxo ao redor do duto, que não pode ser reduzida a parâmetros numéricos simples. Portanto, uma equipe de especialistas inspeciona visualmente os dados gerados pelo Simcenter STAR-CCM+ para identificar características adversas e sugerir melhorias para as próximas iterações do projeto.
A experiência acumulada ao longo dos estudos anteriores permitiu à equipe da IBMV definir um projeto inicial que serve como base para melhorias futuras, buscando a economia de energia ideal em cerca de 10 iterações de projeto. Essa abordagem resulta em cascos bem projetados, reduzindo o desperdício de energia e proporcionando oportunidades significativas de economia de combustível por meio do Duto Becker Mewis. Leonard lembra de um projeto em particular em que a primeira iteração do projeto alcançou a economia de energia necessária, uma vitória para a IBMV.
Conclusão
A IBMV entregou mais de 1.000 Dutos Becker Mewis, demonstrando claramente o valor da simulação de engenharia, em particular CFD, no processo de projeto marítimo. O uso do CFD pode ajudar as empresas a tomar decisões, ao mesmo tempo em que fornece um fluxo constante de dados para ajudar os construtores navais a melhorar o desempenho das embarcações no mundo real.
Sem a exploração intensiva do projeto conduzida por engenheiros experientes usando o Simcenter STAR-CCM+, seria impossível para a Becker Marine fornecer dispositivos de economia de energia bem ajustados que oferecem desempenho garantido enquanto cumprem um cronograma estritamente controlado. Ao usar os dutos Becker Mewis, os clientes perceberam milhões de dólares em economia de combustível. O ESD também desempenhou um papel significativo na redução das emissões nocivas de CO₂ e NOₓ na indústria naval como um todo. Por exemplo, quando um Becker Mewis Duct foi desenvolvido para o AS Valeria, um graneleiro que pesa 57.000 DTW, a equipe do IBMV usou os recursos de simulação do Simcenter STAR-CCM+ para prever economias de combustível de 5%, o que foi confirmado em testes no mar; e usaram recursos adicionais de CFD para ajudar a alcançar uma redução de 1.002 toneladas de CO₂ por ano.
Para cada cenário, usamos o Simcenter STAR-CCM+ para ajustar cuidadosamente mais de 40 parâmetros de projeto para criar um ESD exclusivo.
Steve Leonard, Chefe de CFD e Pesquisa e Desenvolvimento
IBMV/Becker Marine
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