Capacidade · 03 / 09 · Hidrodinâmica

Otimização Hidrodinâmica

Name: Otimização Hidrodinâmica
Availability: InStock
Author: Sérgio Ribeiro e Silva

Refinamento de casco e propulsor por CFD.

Prazo · 6–10 semanasHonorário fixo, âmbito fixoLiderado por sócioAutor · Sérgio Ribeiro e Silva, PhDÚltima revisão · 2026-05-23

✦ Em breve

A otimização hidrodinâmica é o refinamento por CFD de casco, apêndices e propulsor para reduzir resistência, consumo e emissões em todo o perfil operacional real — não a uma única velocidade de projeto. A KDS Offshore usa STAR-CCM+, OpenFOAM e WAMIT, valida contra dados de tanque ou de provas de mar, e publica os resíduos em todos os relatórios.

Visão geral

O que é este serviço

O desempenho hidrodinâmico é o que a maioria dos operadores sente como uma fatura de combustível. Usamos teoria de fluxo potencial para varreduras rápidas e CFD com Reynolds médio para os casos que importam, validados contra campanhas de ensaios em modelo, quando existem.

Cargas de onda, corrente e vento em estruturas offshore são avaliadas pela formulação de Morison e por métodos de painéis tridimensionais. O resultado é um conjunto numérico de coeficientes de carga de vento e corrente que o projetista pode defender.

Resultados típicos: 10–20% de redução de consumo de combustível em cruzeiro, melhoria mensurável da margem de estabilidade ao balanço, e um relatório CFD (~80 páginas) que tanto a sociedade classificadora como o operador conseguem ler.

Os nossos métodos →

Resultados

Números que esperamos defender

−18%

consumo de combustível em cruzeiro

barco de pilotos SeaPower 12 m, 2022 (validado por CFD)

8–9%

combustível poupado em caso atlântico sintético

programa SOOS, publicado no IMDC 2024 e ICCAS 2024

3–5%

resíduo típico contra provas de mar

malha validada na previsão de resistência

~80 pp

relatório CFD por estudo

pronto para sociedade classificadora, com configuração de solver documentada

Entregáveis

O que recebe

Relatório CFD (~80 pp)

Otimizações de forma de casco

Curvas de resistência e projeto do sistema propulsor

Cálculo do fator de esteira e superfície livre

Coeficientes de carga de vento e corrente

Configuração do solver documentada (reproduzível)

Projeto dos robaletes com CFD

Adequação

Quando faz sentido

✓ Quando usar

Estudo paramétrico com 10+ variantes de casco para triagem rápida (CFD bate o tanque por ordens de magnitude).
Briefing de poupança de combustível em retrofit — o operador quer saber quanto custa 1° de trim ou 0,5 nó de velocidade.
Projeto de propulsor onde a interação com a esteira importa e os dados de tanque estão incompletos.
Coeficientes de carga de vento, onda e corrente de qualquer tipo de embarcação de mar, para uso em software de weather routing, podem ser submetidos pela KDS Offshore a uma sociedade classificadora para revisão externa e respetivo processo de acreditação.

✗ Quando não usar

Um único casco validado com dados de tanque já abundantes — voltar a correr CFD acrescenta pouco.
Previsão de cavitação a velocidade total de propulsor sem campanha dedicada em túnel de cavitação.

Metodologia

Como conduzimos um projeto

01 / 04
Avaliação de baseline
Geometria existente, dados de desempenho e perfil operacional. O perfil operacional é a entrada mais importante — a maior parte do combustível é queimada a uma ou duas velocidades, não em todo o envelope.
02 / 04
Campanha de simulação
STAR-CCM+ ou OpenFOAM aos números de Froude relevantes. Validação contra dados de tanque ou de provas de mar sempre que existam.
03 / 04
Modificações de projeto
Refinamentos de casco, apêndices e propulsor propostos e quantificados. Cada alteração é acompanhada de uma estimativa de poupança de combustível e de um intervalo de confiança.
04 / 04
Validação & entrega
Configuração final do solver, malha e scripts de pós-processamento entregues. O modelo é vosso após o projeto.

Ferramentas e métodos

Stack de software que usamos

STAR-CCM+
OpenFOAM
WAMIT (fluxo potencial / método de painéis)
MITCHELL1 · resistência de formação de ondas (teoria do navio fino)
DAWSON0 · resistência de formação de ondas (superfície livre linear)
Ansys Aqwa
AUTOHYDRO
Maxsurf
Ship@Sea (proprietário KDS, FORTRAN)

Contexto regulatório

Quadros que ajudamos a cumprir

EEDI / EEXI (IMO MEPC.328(76))Os dados hidrodinâmicos por CFD alimentam os índices de eficiência de projeto e de navio existente.
CII (Indicador IMO de Intensidade de Carbono)Consumo operacional modelado por CFD informa a previsão e a melhoria do rating CII.
FuelEU MaritimeAconselhamento de trim e velocidade validado por CFD reduz a intensidade GEE well-to-wake para conformidade.
Manual de qualidade da ITTCProtocolos V&V seguidos em cada relatório CFD; resíduos publicados, não escondidos.

Tipos de embarcação

Onde esta disciplina se aplica

Lanchas-piloto e embarcações portuárias
Barcos de trabalho, embarcações de apoio, OSVs
Porta-contentores, graneleiros, tankers (trabalho operacional de trim e velocidade)
Cruzeiros e navios de passageiros
Estruturas offshore (cargas de vento e corrente)
Embarcações navais e de patrulha

Trabalhos selecionados

Onde esta disciplina foi usada

·01Barco de pilotos SeaPower 12 m — −18% de consumo em cruzeiroSeaPower2022↗·02CFD preliminar para barco de trabalho OneOceanOneOcean2021↗

Perguntas frequentes

Dúvidas comuns

Quando é que o CFD é melhor do que um ensaio em tanque de reboque?

Quando o espaço paramétrico é grande (estão a explorar 20 variantes de casco, não a validar uma), quando o número de Reynolds não pode ser reproduzido à escala do modelo, ou quando o orçamento para tempo de tanque já não existe. O CFD nem sempre é mais barato, mas é sempre mais rápido para iterar.

Qual a precisão do vosso CFD comparado com provas de mar?

Para resistência, normalmente dentro de 3–5% numa malha validada. Para propulsão, 5–8% consoante a modelação do hélice. Publicamos os resíduos em todos os relatórios.

Cobrem comportamento no mar para além de resistência?

Sim — Ansys Aqwa para comportamento linear, Ship@Sea (o nosso código interno) para simulação não-linear no domínio temporal quando a resposta é grande.

Investigação

Publicações de referência

[1]Ribeiro e Silva, S., Varela, J. M. (2022). Ship Gyroscopic Roll Stabilisation. 41ª International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (OMAE 2022), ASME, Hamburgo. Paper OMAE2022-7953.
[2]Ribeiro e Silva, S., Bento Moreira, M. (2024). An optimisation-based approach to reduce fuel consumption and emissions from shipping navigation. IMDC 2024, Amsterdão. ↗
[3]Ribeiro e Silva, S., Bento Moreira, M. (2024). An integrated real-time Ship Operation Optimisation System (SOOS). ICCAS 2024, RINA, Génova.

Outras capacidades

Oito outras disciplinas, um gabinete de engenharia

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