Teza-Doctorat-Laurentiu-OANCEA.pdf

7/23/2019 Teza-Doctorat-Laurentiu-OANCEA.pdf

1/171

UNIVERSITATEA MARITIMCONSTANA

Facultatea de ElectromecanicNaval

coala DoctoralInginerie Mecanici Mecatronic

TEZDE DOCTORAT

Ing. Laureniu OANCEA

Conductor tiinific:

Prof. Univ. Dr. Ing. Dumitru DINU

Constana 2015


2/171


3/171

UNIVERSITATEA MARITIMCONSTANA

Facultatea de ElectromecanicNaval

coala DoctoralInginerie Mecanici Mecatronic

MODELAREA FLUXULUI DECONTAINERE PRINTR-UN TERMINALN ANALOGIE CU MECANICA

FLUIDELOR

Doctorand: Ing. Laureniu OANCEA

Conductor tiinific: Prof. Univ. Dr. Ing. Dumitru DINU

Constana 2015


4/171


5/171

5

CuprinsCapitolul 1. Introducere................................................................................................................ 7

1.1 Importana i oportunitatea lucrrii.................................................................................... 8

1.2 Obiectivele lucrrii.................................................. ............................................................ 10

1.3 Gratitudine..................................................................................................... ...................... 14

Capitolul 2. Situaia transportului containerizat la nivel mondial.......................................... 15

2.1 Context actual..................................................................................................... ................ 15

2.2 Transportul intermodal..................................................................................................... .. 16

2.3 Traficul de containere n Europa...................................................................................... 19

2.4 Concluzii.............................................................................................................................. 21

Capitolul 3. Terminale de containere la Marea Neagr......................................................... 23

3.1 Situaia transportului intermodal la Marea Neagr........................................................ 23

3.2 Transportul intermodal n Romnia................................................................................. 27

3.3 Concluzii.............................................................................................................................. 32

Capitolul 4. Metode de cercetare utilizate n tez.................................................................. 35

4.1 Metoda grafurilor................................................................................................................ 35

4.1.1 Exemple de algoritmi................................................................................................. 36

4.1.2 Posibilitatea de aplicare a teoriei grafurilor n cazul terminalelor de containere......................................................................................................................................... 38

4.2 Metoda elementului finit.................................................................................................... 40

4.3 Platforme de analizCFD................................................................................................. 42

4.4 Concluzii.............................................................................................................................. 44

Capitolul 5. Optimizare structur proces pe baza Teoriei Constructale.......................... 45

5.1 Prezentare general.......................................................................................................... 45

5.1.1 Structuri mecanice...................................................................................................... 46

5.1.2 Structuri termice.......................................................................................................... 47

5.1.3 Structuri ramificate..................................................................................................... 50

5.2 Abordarea constructaln probleme de acces volum-punct, punct-volum............... 51

5.3 Soluii geometrice ale teoriei constructale n transporturi............................................ 54

5.4 Concluzii.............................................................................................................................. 58

Capitolul 6. Analogia hidraulic transport containerizat..................................................... 61

6.1 Mecanica fluidelor.............................................................................................................. 65

6.1.1 Prezentare general.................................................................................................. 65

6.1.2 Determinarea componentelor necesare din aparatul matematic al hidraulicii.. 69


6/171

6

6.2 Soluii ale teoriei constructale n hidraulic.................................................................... 85

6.3 Parametrii de analogie..................................................................................................... .. 91

6.4 Dezvoltarea analogiei........................................................................................................ 92

6.5 Concluzii.............................................................................................................................. 98

Capitolul 7. Analiza mobilitii containerelor n terminalul Constana Sud....................... 1017.1 Date disponibile 2015...................................................................................................... 101

7.2 Date disponibile 2008...................................................................................................... 102

7.3 Analiza fluxurilor din terminal.......................................................................................... 106

7.4 Concluzii............................................................................................................................ 111

Capitolul 8. Modelarea fluxului de containere ntr-un terminal........................................... 115

8.1 Definirea studiilor de caz................................................................................................. 115

8.2 Transpunerea studiului de caz n aplicaia de analiz................................................ 121

8.3 Analiza studiului de caz cu ajutorul metodelor de element finit................................ 1228.3.1 Discretizare (mesh).................................................................................................. 122

8.3.2 Analiza cu element finit............................................................................................ 125

8.4 Concluzii............................................................................................................................ 130

Capitolul 9. Analiza terminalului de containere Constana Sud......................................... 133

9.1 Transpunerea geometriei n aplicaia de analiz........................................................ 134

9.1.1 Determinarea erorilor de msur........................................................................... 134

9.1.2 Extragerea dimensiunilor constructive.................................................................. 137

9.1.3 Analiza cu element finit............................................................................................ 139

9.2 Analiza comparativa rezultatelor................................................................................ 141

9.3 Concluzii............................................................................................................................ 142

Capitolul 10. Contribuii personale i direcii de continuare a cercetrilor.......................... 147

10.1 Contribuii personale........................................................................................................ 147

10.2 Direcii de continuare a cercetrilor............................................................................... 151

10.2.1 Conceptul e-transport i transport inteligent........................................................ 151

10.2.2 Planificare urban.................................................................................................... 153

10.2.3 Perspective n utilizarea modelelor hidraulice n problemele de transport...... 156

Capitolul 11. Concluzii finale...................................................................................................... 157

Bibliografie......................................................................................................................................... 163


7/171

Modelarea fluxului de containere printr-un terminal n analogie cu Mecanica luidelor

7

Capitolul 1. Introducere

Transportul este o parte integranta economiei, facilitnd accesul la resurselenaturale, aflndu-se la baza schimburilor comerciale locale, regionale i internaionale.Transportul s-a dezvoltat odatcu necesitatea omului de a deplasa dintr-un loc n altul

bunurile i/sau persoanele, ducnd la apariia unor moduri de transport ce au oferitposibilitatea depirii limitelor fizice umane.

Transporturile ocupun loc primordial n dezvoltarea unei economii, o mare partedin preul produsului finit, fiind reprezentat de costurile cu transportul. Nevoia de aminimiza aceste costuri, precum i necesitatea de a efectua transporturi ntr-un modoptim, au dus la o serie de abordri asupra acestui sector n vederea modificrii unorfactori importani, cum ar fi creterea eficienei energetice i economice, scdereaemisiilor de gaze cu efect de ser, n asentimentul tratatului de la Kyoto, minimizareatimpilor de transport prin alegerea de rute optime sau mbuntirea infrastructurii detransport i a dimensionrii optime a acesteia, n vederea eliminrii blocajelor.

n ultimii ani, s-a observat o cretere accentuata fluxurilor de mrfuri ctre idinspre China, aceasta fiind la ora actual principalul exportator de mrfuri din lume.Acest fapt se datoreaz investiiilor majore ce au fost efectuate n regiune, din pricinacosturilor sczute a proceselor implicate n producie, ct i a forei de munc. Pe lngfaptul c a devenit un mare productor, China acioneaz ca principal hub pentrumrfurile din rile asiatice.

n ultimul deceniu, s-a introdus ideea de intermodalism, n vederea transportriimrfurilor n container cu mai multe moduri de transport, fiind recunoscute beneficiilemodurilor de transport fluvial i feroviar, n detrimentul celui rutier, din punct de vedere aleficienei i emanaiilor de gaze cu efect de ser. Majoritatea statelor europene au ajuns

la un punct n care transportul rutier este suprasaturat, necesitnd absorbirea unei pridin aceste mrfuri de ctre transportul feroviar i, acolo unde este posibil, de transportulfluvial.

Dificultile ntmpinate, au constat n dezvoltarea unor terminale specializatei/sau a unor centre logistice plasate strategic, necesare prelurii eficiente a mrfurilortransportate rutier, n vederea atragerii unor volume ct mai mari de mrfuri i implicit decretere a cifrei de afaceri. Acest aspect a fost observat n special n dezechilibrulexistent ntre Europa vestic, puternic dezvoltatdin acest punct de vedere, i estic,unde sistemul de transport, pe lng faptul cnu este suficient de dezvoltat, se aflintr-o avansatstare de degradare.

n aceste cazuri, se pune problema dezvoltrii de metode matematice pentruconceperea unor sisteme de transport, care surmreasctrendul viitor de dezvoltare amodurilor de transport i a logisticii. Acestea ns, vor putea fi implementate n viitor,deoarece aplicarea pe sistemele existente ntmpin dificulti majore, modificareasistemului existent din punct de vedere logistic, financiar sau a impactului asupraactivitilor curente din sistem fiind foarte dificil.


8/171

!auren"iu #ancea

8

1.1 Importana i oportunitatea lucrrii

Ca absolvent al Academiei Navale Mircea cel Btrn din Constana, domeniultransportului naval a reprezentat pentru mine un punct de plecare n alegerea subiectuluicentral din aceast lucrare. n decursul anilor de studiu am dobndit o serie decunotine teoretice, nsexperiena practicmi-a artat o altrealitate a transportuluide mrfuri, mult mai complexla nivel mondial. n vederea obinerii unei eficiene globalea lanului de transport, aceast realitate nu poate exista din perspectiva unui singuroperator, ci este necesaro viziune asupra ntregului sistem.

Din punct de vedere social i economic, sistemele de transport joac un rolesenial n dezvoltarea uman. Pe de o parte, acestea sunt principalele conexiuni ntrediferite tipuri de localiti, iar pe de alt parte, efectueaz legturi importante ntrecentrele de producie la nivel mondial.

De-a lungul timpului, s-a observat faptul c rile cu un sistem de transportdezvoltat au cunoscut o mai mare dezvoltare economic dect cele care nu pun un

accent major pe dezvoltarea, optimizarea i ntreinerea acestuia. Acest lucru se poateobserva foarte uor n Europa, lund n considerare densitatea i calitatea rutelor detransport, n sensul crile dezvoltate din vestul Europei sunt mult mai vascularizatedect rile n curs de dezvoltare din regiunea sud-estic. Aceast dezvoltare a fostasociati cu prezena unui sistem bine pus la punct de transport fluvial pentru vestulEuropei.

Figura 1-1: Transportul rutier de mrfuri n Europa [berntbergman.com]

n Romnia este vizibil aceast problem, datorit faptului c majoritateainvestiiilor au fost dezvoltate n apropierea rutelor principale de transport i a centrelorindustriale importante. Dup cum se poate observa n Figura 1-2, rutele principale detransport european prin Romnia sunt Coridoarele IV, VII i IX. Doudintre ele trec naproprierea sau prin municipiile Bucureti i Constana (coridoarele IV si IX), iar cel de-al


9/171

Modelarea fluxului de containere printr-un terminal n analogie cu Mecanica Fluidelor

9

3-lea trece relativ aproape de aceste orae (coridorul VII). Legtura Portului Constanacu Dunrea se realizeazprin intermediul canalului Dunre - Marea Neagr.

Figura 1-2: Coridoarele de transport Pan-europene n Romnia [ro.wikipedia.org]

Legtura oraului Bucureti cu Dunrea se realizeazn principal pe cale rutier,cu toate cntre 1986 i 1989, au fost efectuate lucrri de realizare a canalului Dunre Bucureti n proporie de 70%, lucrrile fiind n acest moment sistate, iar canalul fiindtrecut n conservare [Antoniu G, 2005].

Datoritmai multor factori, dintre care prezena sistemelor de transport este unuldin cei mai importani, regiunea dintre Bucureti i Constana a cunoscut o importantdezvoltare n ultimii ani.

Municipiul Bucureti, ca centru administrativ al Romniei, a atras investiii majoren domeniul industrial. n regiunea de est, Constana s-a dezvoltat datorit prezeneiPortului Constana i a poziiei geografice a acestuia n sud-estul Europei i n bazinulMrii Negre.

Datorit aceste poziionri strategice, n acest moment Portul Constanareprezint unul dintre cei mai importani factori de dezvoltare ai Romniei, dar i ai

Europei Centrale i de Sud-Est, n principal din prisma dezvoltrii transporturilor fluvialede-a lungul Dunrii.

n acest cadru, prin creterea fluxurilor de transport intermodal, n PortulConstana s-a realizat una din cele mai importante investiii n anul 2004, i anumedezvoltarea terminalului de containere Constana Sud (CSCT Constana SouthContainer Terminal). n prezent, capacitatea terminalului este de 1,2 milioane TEU,existnd planuri de expansiune pentru viitor. [www.dpworld.ro]


10/171

!auren"iu #ancea

10

Oportunitatea lucrrii de fa const n posibilitatea efecturii unei analize dinpunct de vedere al optimizrii unui terminal de containere, lund n considerare situaiaexistent, precum i posibilitile de utilizare a aparatului matematic din mecanicafluidelor, dar i a noilor abordri dezvoltate n cadrul Teoriei Constructale.

1.2 Obiectivele lucrrii

Complexitatea sistemelor de transport intermodal a cunoscut o cretere majorncontextul utilizrii acestuia pentru transportul mrfurilor, datoritavantajelor oferite fade transportul clasic. Graie importanei pe care o au, n aceastlucrare voi ncerca sabordez unul dintre cele mai importante aspecte ale sistemului i anume modelareazonei de stocare a unui terminal de containere, care ssatisfaccerinele de eficientenergetici de minimizare a timpilor de transport n interiorul terminalului, precum ioptimizarea accesului la spaiile de depozitare sau de ncrcare n mijloacele detransport i a spaiilor anexe. Rezultatul urmrete creterea eficienei terminalelor iimplicit a ntregului lan de transport, prin optimizarea aspectelor de baz aleterminalului, care i dau acestuia calitatea de hub de transport intermodal.

Pentru realizarea analizei, este necesar dezvoltarea unui studiu amnunit alsistemelor de transport n general, dar i a transportului intermodal n particular, pentru aevidenia statutul pe care l au aceste hub-uri specializate n cadrul lanului de transport.

Aceast modelare va fi fcut pe baza analogiei transport-hidraulic,considernd sistemul intern al terminalului ca un sistem hidraulic. Noua teorieconstructal aparinnd Prof. Adrian Bejan, ofer cteva nie interesante pentruconceperea sistemelor de transport, pe care voi ncerca sle dezvolt i sle analizez, nparalel cu aparatul matematic al hidraulicii.

Teza a fost structuratastfel nct sabordeze urmtoarele obiective principale:

1. Analiza lanului de transport intermodal i importana terminalelor de containere

Pentru abordarea obiectivului, va fi realizat o analiz general a situaieieconomice internaionale i vor fi evideniate principalele poluri de cretere economic,la nivel global. Acesta este un aspect foarte important n analiza sistemelor de transport,deoarece aceste poluri, n funcie de caracteristica fiecruia (import i/sau export dematerie primi produse) determindezvoltarea unui anumit tip de transport.

Spre exemplu, rile asiatice au devenit n ultimele decenii mari productoare deproduse. Datorit necesitii de materie prim, transportul n vrac a cunoscut creterisemnificative. Produsele obinute sunt exportate ctre ri din Europa, America de Nordi de Sud. Pentru a minimiza manipularea produselor la fiecare schimbare a modului detransport, dar i a controalelor vamale aferente, aceste fluxuri se realizeazcu ajutorultransportului intermodal.

n cadrul lanului de transport intermodal, regiunea Mrii Negre prin intermediulterminalului de containere Constana Sud, joac un rol important prin oferirea uneialternative avantajoase de transport ctre Europa Central i de Sud-Est. n acelai


11/171


11

timp, dimensiunile constructive i pescajele maxime obinute n Portul Constana, permitterminalului de containere s joace rolul de centru de distribuie a containerelor nbazinul Mrii Negre.

Pnla criza economicdin 2008, facilitile oferite de Portul Constana l plasauprintre hub-urile principale de transfer a mrfurilor, acesta cptnd denumirea de

poartestic a Uniunii Europene. Terminalul de containere era n plinexpansiune, iarplanificarea investiiilor pentru terminal i triplau capacitatea anual a acestuia. nprezent, aceste investiii au fost oprite, iar capacitatea terminalului a rmas la cifreleanilor 2007-2008.

Aceast situaie a permis celorlali actori din bazinul Mrii Negre s-iconsolideze poziia n lanul de transport intermodal i smute o parte din fluxurile caren mod normal treceau prin Portul Constana.

2. Dezvoltarea analogiei dintre sistemele de transport i mecanica fluidelor

n prezent, existo serie de teorii pentru analiza sistemelor de transport, dar carenu reuesc srezolve dect parial problemele de optimizare. Majoritatea algoritmilor deanalizau fost mprumutai din ramuri ale tehnologiilor informatice. Aceti algoritmi audiferite obiective, n funcie de necesitile aplicaiei: de a gsi drumul cel mai scurt ntredou sau mai multe puncte, drumurile minime ntre mai multe puncte etc. Cei maiimportani algoritmi vor fi descrii n cadrul tezei.

Abordarea din aceastlucrare, ncearcrealizarea unei analogii ntre sistemelede transport i curgerea fluidelor, ambele fiind guvernate de ecuaiile de micare dinmecanica clasic. Motivul principal al acestei alegeri l reprezint existena aparatuluiriguros de analizexistent n mecanica fluidelor.

Trebuie subliniat faptul c n lucrarea de fase dorete dezvoltarea doar uneiasemnri ntre cele dou sisteme. Dezvoltarea unei similitudini riguroase ntresistemele de transport i sistemele hidraulice nu este posibildatoritmai multor factori,cum ar fi dimensiunea i numrul obiectelor/particulelor care sunt n micare,interaciunea dintre acestea, precum i fenomenele fizice care sunt foarte diferite de lascarmacro, la scarnano sau la nivel cuantic.

Dup cum va fi artat pe parcursul lucrrii, exist o serie de posibiliti pentrudezvoltarea unei asemnri ntre cele dou sisteme. Experiena acumulat demecanica fluidelor ofer o viziune unic asupra fluxurilor existente n sistemele de

transport i utilizatcorespunztor, are posibilitatea de a determina puncte de turbulenale traficului, apariia de ambuteiaje, dar i soluii de eliminare a acestora.

3. Transpunerea i analiza sistemelor de transport cu aplicaii CFD (ComputationalFluid Dynamics)

Lucrarea vizeaz analiza a trei cazuri distincte de geometrii pentru zona destocare: douzone de stocare dezvoltate pe baza teoriei constructale i un caz real determinal de containere de la Marea Neagr.


12/171

!auren"iu #ancea

12

n urma dezvoltrii asemnrii sistemelor de transport cu sistemelehidrodinamice, sistemele vor fi transpuse ntr-o aplicaie de analiz cu element finit ianalizate ca sisteme de curgere a fluidelor.

Aplicaiile de analiz CFD s-au dezvoltat odat cu apariia calculatoarelorperformante i au devenit din ce n ce mai populare n ultimele decenii, cu ctcalculatoarele personale erau mult mai accesibile i aveau posibilitatea rezolvriialgoritmilor implicai ntr-un timp relativ scurt.

n ultima perioad, aceste aplicaii aveau s nlocuiasc o mare parte dintrelaboratoarele de cercetare dedicate curgerii fluidelor, cum ar fi tunelurile aerodinamice,datoritposibilitilor extinse ale acestor tipuri de aplicaii pentru a calcula i mai apoi aoferi rapoarte detaliate pentru fiecare element al suprafeei sau volumului discretizat (almesh-ului). n plus, n funcie de soluia urmrit, aplicaiile ofer o gam larg deinformaii asupra parametrilor: vitez, presiune static, presiune dinamic, temperatur,flux termic, densitate etc. cu ajutorul vectorilor, a liniilor de contur sau a seciunilor.Comparativ cu metodele clasice de vizualizare, rezultatele oferite de aceste aplicaii suntspectaculoase i pot fi realizate n dousau trei dimensiuni.

n cazul lucrrii de fa, pentru analiza fost aleasaplicaia Ansys Fluent, fiinduna dintre cele mai cunoscute i mai de succes de pe pia. Aplicaia permite analiza lascar real a sistemelor i proceselor care au loc, fr a mai necesita reducereaacestora la o scarconvenabil.

Ansys se bucur de o vechime pe pia de peste 45 de ani. ns aplicaiaoriginal era dezvoltat de firma SASI (Swanson Analysis Systems, Inc)[wikipedia.org/Ansys#History]. Aceasta a fost vndutn anul 1994, iar aplicaia Ansys adevenit obiectul principal al companiei.

La nceput, aplicaia fusese dezvoltat pentru a rezolva probleme statice,dinamice i de transfer termic. ncepnd cu anul 2000, compania a cumprat o serie decompanii care dezvoltau aplicaii de analiz din mai multe domenii[investors.ansys.com]. Aceste aplicaii au fost integrate n aplicaia de baz Ansys,existnd posibilitatea interoperabilitii ntre ele i realizarea de analize multi-fizice.

Fluent, Inc. a fost achiziionat n anul 2006 de ctre Ansys Inc., iar aplicaia afost integrat n platforma principal, cu posibilitatea de utilizare direct sau prinintermediul modulului Workbench. Cu toate acestea, varianta mai veche Ansys Fluent6.3 a rmas activ, putnd fi utilizat n combinaie cu aplicaia de proiectare Gambit

pentru dezvoltarea proiectului 2D sau 3D i pentru discretizarea domeniului (creareamesh-ului).

n lucrarea de faau fost utilizate n principal varianta veche a aplicaiei AnsysFluent, ns s-au realizat o serie de analize n paralel pe aplicaia Ansys Fluent 15,pentru a utiliza eventuale mbuntiri acestea. Pentru analizele efectuate n cazul defadiferenele nu au fost evidente, aplicaia fiind n principal optimizatpentru preluareaschiei i a mesh-ului din aplicaiile dedicate din seciunea Workbench, precum i partea


13/171


13

de post-procesare avansat. n plus, a fost adugat posibilitatea de calcul paralelpentru proiecte complexe, care necesitutilizarea unui numr mare de procesoare.

4. Analiza comparativa posibilitilor de optimizare a terminalelor de containere

n urma analizelor efectuate cu ajutorul aplicaiei de tip FEM, vor rezulta o serie

de rezultate numerice, grafice i vizuale. Acestea vor fi suprapuse cu rezultatele dinsimulrile geometriei unui terminal real, urmrindu-se pe aceast cale dou aspecte:dezvoltarea optima unui terminal nou i posibilitile de optimizare a unui terminal dejaexistent.

Prin aceast analiz se urmrete evidenierea punctelor sau a zonelor dinterminal cu probabilitate mare de apariie a gtuirilor de trafic, a ambuteiajelor i a altorprobleme specifice. n acelai timp, comparaia dintre terminalul real i terminalul teoreticpoate genera soluii pentru problemele cu care se confruntterminalele.

5. Utilizarea hrilor electronice ca alternativ de validare a rezultatelor

experimentalePe parcursul cercetrilor efectuate pentru dezvoltarea prezentei lucrri, au fost

efectuate demersuri pentru realizarea unor msurtori geometrice i de monitorizare atraficului din interiorul terminalului de containere Constana Sud, n vederea validriirezultatelor, dar i pentru a obine informaii cu privire la dimensiuni constructive,capaciti, mobilitatea containerelor i alte informaii necesare realizrii unei imagini ctmai exacte a situaiei din terminal.

Datorit unor politici interne, aceste informaii nu sunt accesibile i au fostrefuzate demersurile de obinere a accesului sau de obinere de informaii. n acest caz afost necesar gsirea unei soluii alternative pentru efectuarea acestor msurtoriasupra dimensiunilor constructive i pentru identificarea unor aspecte specifice dinterminal.

Dupcum se va vedea mai departe, domeniul IT oferalternative eficiente i dince n ce mai exacte pentru extragerea informaiilor necesare. Chiar dac acesteinformaii nu au fost complete, corelarea cu informaiile publice existente au oferit datesuficiente pentru a trece de impasul lipsei de informaii oficiale din partea terminalului.

6. Utilizarea noilor abordri din Teoria Constructalpentru optimizarea terminalelorde containere

Sistemele de transport au fost dezvoltate n trecut pe baza nevoilor umane, ntr-un mod mai degrabpractic sau intuitiv, frsuportul unui aparat matematic. n prezentexisto serie de abordri pentru a explica formele geometrice obinute sau de a calculadrumuri optime n domeniile existente, nsacestea rezolvdoar parial problemele detrafic.


14/171

!auren"iu #ancea

14

O nouabordare din prisma dezvoltrii unor sisteme care in cont de minimizareaentropiei din sistem i a energiei consumate pentru efectuarea lucrului mecanic demicare, este cea oferitde Teoria Constructal.

Dupcum va fi evideniat pe parcursul acestei lucrri, primele abordri ale teorieiconstructale au vizat optimizarea sistemelor termodinamice. Mai departe, pe baza noilorcercetri efectuate pentru generalizarea teoriei n vederea aplicrii acesteia i n altedomenii, a devenit evident faptul cse putea utiliza pentru proiectarea tuturor sistemelorcare prezintfluxuri, adicsisteme care au o diferende potenial. Astfel s-a ajuns nprezent ca teoria constructal s ofere o nou imagine asupra posibilitilor deoptimizare pentru sistemele hidrodinamice, sisteme de transport, sisteme economice imulte altele.

1.3 Gratitudine

Doresc saduc distinse i clduroase mulumiri, n mod deosebit, conductoruluimeu tiinific, domnul Prof. Univ. Dr. Ing. Dumitru DINU, pentru rbdarea, nelepciuneai profesionalismul cu care m-a ndrumat pe tot parcursul desfurrii i organizriintregii activiti de pregtire a programului de doctorat. De asemenea, i mul umescpentru exigena manifestat, sprijinul acordat n redactarea lucrrii i alegerea tematiciiarticolelor tiinifice.

i adresez gndurile mele de mulumire i Prof. Univ. Dr. Ing. Eden MAMUT carem-a susinut ntotdeauna n formarea i dezvoltarea mea profesionali tiinific. Ideilei experienele tehnice pe care dumnealui mi le-a mprtit, mi-au fost de mare ajutor nrealizarea acestui proiect.

Mulumesc domnilor refereni pentru onoarea de a accepta s fac parte dincomisia de referen

i a lucr

rii de doctorat.

Sunt profund recunosctor soiei mele care m-a fcut ntotdeauna sdau ce estemai bun din mine, i familiei, pentru impulsionare i ncurajare pe tot parcursul perioadeidoctorale.

Nu n ultimul rnd, doresc s mulumesc oamenilor de tiin, cercettorilor icuriozitii omeneti, care au contribuit la dezvoltarea tiinifica domeniilor utilizate nlucrarea de fai nu numai, frde care nimic din cele ce urmeaznu ar fi fost posibile.


15/171


15

Capitolul 2. Situaia transportului containerizat la nivel mondial

2.1 Context actual

Transportul este parte integrant a oricrei economii de succes, facilitndaccesul la resurse naturale i la piee de desfacere. O mare parte din produsul finit estereprezentat de costurile de transport, ncepnd de la materialele de baz, pn lalivrarea produsului finit.

Odat cu introducerea containerelor n a doua jumtate a secolului trecut,transportul acestora a cunoscut o uriadezvoltare, fiind posibil ca o gam larg demrfuri spoatfi transportat frnecesitatea manevrrii mrfii nsi, la schimbareamodurilor de transport. n plus, deoarece dimensiunile containerelor au foststandardizate n anii `70, s-a facilitat transportarea aceluiai container cu ajutorul maimultor moduri de transport. Acest mod de a transporta containerele este cunoscut ca

transport intermodal. Avantajele constau n minimizarea costurilor implicate de-a lungullanului de transport, dar i n reducerea emisiilor de gaze cu efect de sersau a timpilorde transport, prin utilizarea i combinarea inteligenta diferitelor moduri de transport.

Situaia pe plan mondial a nregistrat o cretere spectaculoasa capacitii detransport i implicit a capacitii terminalelor de containere. De exemplu, cel mai mareterminal de containere din Romnia, situat n partea de sud a Portului Constana n zonaAgigea, i-a deschis porile n anul 2003 cu o capacitate de 206.499 TEU, ajungnd nanul 2007 la o cifra traficului de containere prin terminal de 1.411.370 TEU.

Dei criza economic mondial din ultimii ani a determinat o scdere

semnificativ a traficului de mrfuri pe plan mondial, n prezent se observ o uoarcretere, iar marile firme de transport maritim s-au pregtit prin construcia unor port-containere cu capacitate mai mare, cum este cazul firmei Maersk, ce a ncheiat uncontract cu Daewoo Coreea n anul 2011 pentru livrarea a zece nave port-container cucapacitatea de 18.000 TEU, cu opiunea de a mai construi alte douzeci de nave nviitor. n anul 2015, sunt n exploatare 16 nave de tip Maersk Triple E class i 4 navesunt n construcie. [wikipedia.org/Maersk_Triple_E_class]

Aceasta se ntmpln contextul dezvoltrii pieelor estice i mai ales a pieelorde import/export chinezeti i coreene, care au devenit principalul hub la nivelinternaional, cu o masiv capacitate de producie, dar i de consum. Condiiile

favorabile, au determinat marii productori s i mute activitile n aceast regiune,pentru obinerea avantajului competitiv pe piasau pentru meninerea acestuia.

Situaia la nivel global necesita transportarea tuturor produselor ntre pieeleproductoare i pieele de consum. n acest caz, transportul maritim containerizat adevenit cel mai important mod de a realiza acest lucru la un nivel satisfctor, dispunndde capaciti foarte mari, fiind i cel mai ieftin dintre toate modurile de transportexistente, cu o cotde piade peste 90% din capacitatea mondialexistent.


16/171

!auren"iu #ancea

16

n acest fel, transportul intermodal este un principal juctor n dezvoltareaeconomiei internaionale i un principal subiect de cercetare i optimizare n scopulobinerii unor performane compatibile cu cerinele clienilor.

2.2 Transportul intermodal

Odatcu apariia i dezvoltarea spectaculoasa transportului de containere, afost definit conceptul de intermodalism sau multimodalism.

Conform legislaiei romneti i mai precis a legii 74/2000 pentru ratificareaAcordului dintre Guvernul Romniei i Guvernul Republicii Armenia, privind transportulcombinat internaional, semnat la Erevan la 3 iulie 1998, transportul intermodal a fostdefinit ca deplasarea mrfii n una i aceeai unitate de transport, vagon sau vehicul,utilizndu-se succesiv mai multe moduri de transport, fr manevrarea mrfii la

schimbarea modului de transport. Aceastdefiniie este cea agreatde ctre NaiunileUnite i Conferina European a Minitrilor de Transport (ECMT), actualul ForumInternaional de Transport (ITF). [Strategia de Transport Intermodal n Romnia 2020]

Diferena dintre transportul intermodal i multimodal se regsete doar la nivel decontract de transport, deoarece transportul intermodal este efectuat de o singurfirm,dar cu ajutorul mai multor moduri de transport, n timp ce transportul multimodal seefectueaz de ctre mai multe firme de transport. n acest mod, transportul intermodaleste considerat ca un caz particular al transportului multimodal. [Manaadiar H. 2013]

n contextul globalizrii, acest mod de transport oferea o serie de avantaje fadealte tipuri de transport, datorit faptului c marfa transportat nu mai era manipulatindividual, iar containerele au fost clasificate ca uniti de transport. Manipulareacontainerelor a devenit din ce n ce mai facil, iar mrfurile nu mai necesitau un control

vamal la fiecare trecere de la un mod de transport la altul sau prin trecerile de frontier.n prezent, datoritvolumelor foarte mari de containere ce sunt transportate zilnic prinmarile porturi, controlul vamal nu se mai efectueazdect n anumite cazuri, i anumecnd existsuspiciuni, cnd containerele au trecut printr-un port cu risc ridicat sau seefectueazcontroale aleatoare la o micparte din acestea.

Costurile de transport sczute, mpreuncu timpii de transport acceptabili pentrumrfuri n special neperisabile, au dus la o mutare a centrilor de produc ie a marilorfirme, rezultnd n deschiderea unor noi piee. Pe plan mondial exist n prezent treiregiuni principale angajate n schimburi masive de produse, i anume Asia, Europa iAmerica. Schimburile comerciale au ca subiect o mare varietate de produse, ncepndde la materii prime i pnla produse finite i alte servicii adugate.

O mare parte dintre aceste schimburi i mai ales livrarea de componente iproduse care necesitun oarecare grad de protecie sau condiii speciale de transport,se realizeazn containere.


17/171


17

n ultimul deceniu, datoritdezvoltrii pieelor asiatice, s-a nregistrat o mrire acifrei de containere transportate ntre aceste regiuni. Conform statisticilor UNCTAD1realizate pe baza informaiilor colectate de companii de statisticla nivel global, traficulde containere a cunoscut o cretere cu o medie de 8,2% n ultimii 20 de ani.

Figura 2-1: Transportul global de containere, mrfuri n vrac i produse petroliere [UN Review ofMaritime Transport 2011]

Dei n anul 2009 s-a nregistrat prima scdere brusc n istoria transportuluicontainerizat, piaa a nceput si revinn for, nregistrndu-se o cretere cu 12,9%

n anul 2011 fade 2009, ajungnd la o cifrglobalde 580 milioane TEU.

Figura 2-2: Micrile de containere la nivel global [eastwindwave.wordpress.com]

1$nited %ation& 'onference on (rade and )e*elopment


18/171

!auren"iu #ancea

18

Dupcum se observdin figura de mai sus, existtransporturi de containere attla nivel local sau regional, ct i la nivel global. n regiunea asiatic, cifrele de transportaratcmajoritatea containerelor care sunt manipulate prin intermediul terminalelor decontainere, se realizeaz pentru transportul regional. n comparaie cu celelaltecontinente, acest trafic regional este majoritar. Cu toate acestea, se poate observa cu

uurin dependena celorlalte regiuni globale (Europa, America de Nord i de Sud,Africa i Australia) de Asia.

Figura 2-3: Traficul de containere n cele mai importante porturi [www.statista.com]

Cu toate acestea i porturile asiatice sau mai bine zis economiile din regiuneasudica Asiei sunt dependente de importurile de materie primi exporturile ctre altepiee de desfacere. Cele mai importante piee rmn cele din America de Nord iEuropa.

Figura 2-4: Top zece regiuni la nivel mondial [www.iaphworldports.org]


19/171


19

Dac se urmrete traficul de containere pe regiuni din ultimii zece ani, seobserv o cretere spectaculoas a acestuia n regiunea Chinei, comparativ cuurmtoarele ri din clasament, care au rmas la cifre de trafic relativ constante n ultimaperioad. Acest lucru poate fi explicat de figura de mai jos, prin faptul c regiuneaAsiatic se bazeaz pe creterea individual a unui numr mare de porturi, cifrele lanivel de port fiind apropiate cu alte porturi din Europa (Hamburg), Asia Mic(Dubai) sauAmerica de Nord (Los Angeles).

Figura 2-5: Top zece porturi la nivel mondial [www.iaphworldports.org]

2.3 Traficul de containere n Europa

n Europa, conform datelor existente traficul de containere crete semnificativ cupnla 10,5% pnn anul 2007, moment n care criza economicdeterminscdereaacestuia. Ulterior, pnn anul 2012, traficul de containere din Europa a beneficiat de ouoar cretere, cu o medie de 1,26% pe an, de la un trafic de 90,7 milioane TEU n

2009, pnla 95,2 milioane TEU n 2012.

Figura 2-6: Transportul containerizat n Europa [Notteboom, T.,2013]


20/171

!auren"iu #ancea

20

Din graficul de mai sus se pot observa tendinele de trafic a regiunilor din Europa.Acesta evideniaz echilibrul existent ntre nord-vestul Europei i porturilemediteraneene, observndu-se faptul c n momentul n care regiunea Hamburg LeHavre pierdea din trafic, o cretere simetric era realizat de porturile din MareaMediteran.

O astfel de simetrie se poate vedea i ntre porturile din regiunea Marii Britanii iporturile din Marea Baltic. Porturile din Marea Neagr, n special cele din Romnia iBulgaria, au nregistrat o uoarcretere a traficului de containere, care a fost stopatulterior de criza economicdin anul 2008, iar cel puin pn n anul 2012 acest fapt adeterminat plafonarea ponderii containerelor tranzitate. nsnici cele mai mari cifre detrafic nu se pot compara cu oricare din celelalte regiuni.

n Europa existun dezechilibru major ntre vest i est. Cu toate cn anii 2000-2008 traficul de containere din Marea Neagri n special din Constana a crescut de lazero pn la o cifr de 1,38 milioane TEU, criza economic a determinat o scderebruscpnla cifra de 594.229 TEU, iar pnn anul 2012, aceastcifrajungnd la

684.059 TEU. Datorit dezvoltrii terminalelor de containere din Grecia i Turcia, acrescut traficul de feedere (nave port-container cu capaciti mici), n detrimentultransporturilor directe, porturile trecnd de la statutul de hub principal la statutul dedestinaie final.

Figura 2-7: Traficul de containere n cele mai importante porturi europene [www.iaphworldports.org]


21/171


21

Aceeai tendin de nivelare a cifrelor de trafic se observ n cazul majoritiiterminalelor de containere la nivel European. Cu toate acestea, valorile sunt netsuperioare zonelor vestice i nordice ale Europei, excepie fcnd porturi mediteraneeneca Marsaxlokk (Malta) sau porturi din Spania i Italia. Practic, nivelul de dezvoltare aacestor centre de manipulare a containerelor, sunt n concordan cu nivelul dedezvoltare economica regiunilor din care fac parte.

2.4 Concluzii

Odat cu intrarea n Uniunea European a statelor din sud-vestul Europei,porturile de la Marea Neagrau devenit puncte strategice de transport a mrfurilor, nspecial pentru mrfurile dinspre i ctre pieele asiatice. Aceste porturi erau idealepentru reducerea timpilor de transport pentru rile est europene, prin utilizarea rutelorde transport fluviale, feroviare i rutiere.

Pentru a beneficia de noua poziie, au fost prevzute investiii majore ninfrastructura de transport, nsn unele cazuri, acestea au ntrziat sfie implementate.

Astfel, diferenele majore existente ntre Europa de Vest i Europa de Est s-au acutizat.

Din punct de vedere al transporturilor, era de ateptat ca odat cu intrareaRomniei n Uniunea European, poziia i conectivitatea Portului Constana cu rutele detransport fluvial saduco echilibrare a acestor sisteme.

Dupcum se vede i n Figura 2-8, o explicaie pentru dezvoltarea masivcare afost realizat n vestul Europei era puspe seama existenei transportului fluvial foartedezvoltat.

Figura 2-8: Sistemul de transport fluvial, 1997 [Turro M 1997], [goingtens.turro.cat]

Acest mod are avantajul de a efectua transportul unor cantiti mult mai mari demrfuri fade cel feroviar i rutier, cu costuri sczute i cu un impact asupra mediului


22/171

!auren"iu #ancea

22

redus. Astfel, odat cu deschiderea gurilor Dunrii i a Portului Constana, existaposibilitatea reducerii considerabile a distanei de transport spre centrul Europei, dar idezvoltarea de noi piee din estul Europei.

n cazul transportului feroviar i rutier, situaia este asemntoare, deoareceacestea nu sunt dezvoltate la un nivel acceptabil. Acest lucru, combinat cu criza

economicdin 2008, au dus la o reducere a interesului pentru sistemele de transport dinestul Europei, ceea ce a permis apariia de noi terminale n Turcia i Grecia.

Posibilitatea de dezvoltare economici de echilibrare a pieelor vestice i esticenu este posibilfro serie de intervenii, cum ar fi:

- Regndirea mentalitii comerciale i oferirea de servicii adugate la niveleuropean;

- Investiii majore n infrastructura de transport;- Modificri de legislaie i birocraie pentru fluidizarea activitilor i fluxurilor

de transport i documente;

- Investiii n activiti de cercetare i dezvoltare n vederea optimizriiterminalelor de containere, ct i a intermodalismului i multimodalismuluiacestora;

- Investiii n echipamentele terminalelor de containere n vederea dezvoltriiunui sistem eficient i uniform.


23/171


23

Capitolul 3. Terminale de containere la Marea Neagr

Din punct de vedere al transportului de mrfuri, principalele porturi maritime de laMarea Neagrsunt [en.wikipedia.org]:

- Georgia: Batumi, Sukhmi, Poti;- Ucraina: Bilhorod, Illichivsk, Odessa, Sevastopol, Yuzhny;- Bulgaria: Burgas, Varna;- Rusia: Novorossiysk;- Romnia: Mangalia, Midia Nvodari, Constana;- Turcia: Erdemir, Samsun, Trabzon.

Dintre acestea, cele mai importante pentru transportul de containere suntIllichivsk, Odessa, Novorossiysk, Constana, Poti i Varna. Aceste porturi dispun decapaciti de transport containerizat i faciliti de tip RO-RO, LO-LO, pasageri etc.

3.1 Situaia transportului intermodal la Marea Neagrn cadrul bazinului Mrii Negre, datorit limitrilor generate de dimensiunile

maxime ale navelor care pot trece prin strmtoarea Bosfor, dar i a limitrilor deadncime ale porturilor, s-a creat un sistem de transport bazat pe nave de tip feeder.Acestea aveau ca port principal pn n anul 2008 Portul Constana, cu cele patruterminale de containere, din care cel mai mare este Terminalul de Containere ConstanaSud.

Figura 3-1: Localizarea principalelor terminale de containere din Portul Constana [www.cristrans95.ro


24/171

!auren"iu #ancea

24

Micorarea volumului de mrfuri dup anul 2008, a cauzat pierderi importantepentru Portul Constana. n acelai timp, datoritdezvoltrii unor noi porturi n Turcia iGrecia, porturile din Marea Neagr au trecut n mare parte de la rangul de port detransfer la rangul de destinaie finalpentru nave de tip feeder.

Terminalul de containere Constana Sud are capacitatea i oportunitatea de a

reveni pe pia, datorit importanei acordate de situaia existent. n prezent,majoritatea produciei a fost mutat n regiunea asiatic. Productorii consacrai aurealizat faptul cputeau transfera capacitatea de producie n Asia pentru a obine unprofit mai mare. n comparaie cu fabricile existente n Europa sau America undemuncitorii erau pltii la un nivel destul de ridicat, era mult mai ieftin sproducn fabriciasiatice, la o calitate comparabil, dar cu costuri de producie foarte sczute. n plus,costurile foarte mici de transport naval, permiteau obinerea unui precompetitiv sau aunui profit mai substanial.

Conform unui articol din revista electronica Bunker Ports News, a fost realizato analizpe baza datelor livrate de INFORMALL BUSINESS GROUP [www.Informall

Business Group.biz]. Aceste date aratsituaia existentla finele anului 2013 n MareaNeagrdin punct de vedere al transportului de containere.

2012 2013 Cretere %Ucraina 530177 634359 19.65Rusia 441557 460570 4.31Romnia 335149 381135 13.72Georgia 204390 225756 10.45Bulgaria 134069 141046 5.2Total 1645342 1842866

Tabelul 3-1 Transportul de containere pline n Marea Neagr

n total, transportul de containere a nsumat cifra de 2.636.998 uniti TEU i FEUpline i goale. Dintre acestea, containere pline pentru 2013 au reprezentat 1.842.866, cuo cretere medie de 12,01% fade anul 2012.

Din Tabelul 3-1 se poate observa faptul c, dei pnn anul 2008 terminalul decontainere Constana Sud (CSCT) ajunsese la o cifrde transport anualde aproximativ1.200.000 TEU [www.csct.ro], n acest moment aceast cifr a sczut considerabil. nanaliza efectuat de INFORMALL BUSINESS GROUP, au fost luate n consideraredouterminale de containere din Portul Constana, i anume CSCT i SOCEP, deinndcifrele de transport cele mai semnificative.

Astfel, terminalele de containere din Ucraina i Rusia prezint cel mai marenumr de containere transportate din bazinul Mrii Negre. Pe de alt parte, se poateobserva ccea mai mare cretere a cifrelor de transport fade 2013 a fost realizatdeterminalele de containere din Ucraina i Romnia, cu 19,65% respectiv 13,72%.

Aceeai evoluie reiese i din analiza efectuat pentru BSNews de ctreINFORMALL BUSINESS GROUP pentru prima jumtate a anului 2013, raportat laaceeai perioaddin 2012 [www.blackseanews.net].


25/171


25

Figura 3-2: Transportul de containere n Marea Neagrn prima jumtate a anilor 2012 i 2013

Conform aceleiai analize, n Figura 3-3 se poate vedea cota de pe pia atransportului de containere din bazinul Mrii Negre. Cu toate c n anii precedeniRomnia, prin intermediul terminalului de containere Constana Sud a atins un record altraficului de containere cu o cifrde 1.411.387, n prezent Ucraina a devenit liderul depia cu un procentaj de 31% din traficul total de containere din Marea Neagr.[www.portofconstantza.com]

Figura 3-3: Ponderea unitilor de transport pline n Marea Neagr


26/171

!auren"iu #ancea

26

Figura 3-4: Ponderea pe terminale de containere din prima jumtate a anului 2013

Figura 3-5: Ponderea pe linii de transport de containere, pentru prima jumtate a anului 2013


27/171


27

Lund n considerare operatorii principali care deservesc terminalele decontainere de la Marea Neagr, operatorii de la MSC, Maersk Line, ZIM i CMA CGM,au deinut 64,54% din capacitile totale de transport de containere, inndu-se cont doarde unitile pline. Aceastpondere a pieei a rmas relativ constantn ultima perioad.[Informall Business Group], [Black Sea Container Market Review 2013]

3.2 Transportul intermodal n Romnia

Odatcu ascensiunea Romniei la Uniunea European, transportul n ansamblua devenit unul din punctele principale de dezvoltare i optimizare, n special datoritdecalajelor existente ntre sistemele vestice i estice.

n acest sens, au fost dezvoltate o serie de analize i studii finanate prin fondurieuropene, n sensul conectrii sistemului de transport romnesc la realitatea european.Acestea au vizat pe de o parte analiza principalelor moduri de transport, dar i analizacoridoarelor de transport din Romnia.

Romnia este strbtutde trei coridoare de transport pan-europene principale ianume:

- coridorul IV(rutier, feroviar): Dresden / Nrnberg Praga Viena Bratislava Gyr Budapesta Arad Bucureti Constana / Craiova Sofia Salonic / Plovdiv Istanbul;

- coridorul VII (fluvial): Viena - Belgrad - Calarasi - Braila - Galati Tulcea;

- coridorul IX(rutier, feroviar) Helsinki Vborg Sankt-Petersburg Pskov Moscova Kaliningrad Kiev Liubaevka / Rozdilna(Ucraina) Chiinu Bucureti Dimitrovgrad

Alexandroupolis. [ro.wikipedia.org]

Figura 3-6: Coridoare de transport pan-europene


28/171

!auren"iu #ancea

28

Coridoarele pan-europene au fost definite la Conferina a II-a pan-europeanprivind transportul din Creta n luna martie 1994, cu adugiri n Conferina a III-a dinHelsinki din 1997. Aceste coridoare vizau n special regiunea central i de est aEuropei, ce necesitau investiii majore n sistemul de transport.

n paralel, Uniunea European a definit n anul 1990, odat cu adoptarea

planurilor de aciune, sistemul de transport Trans-European (TEN-T). Acesta difer nansamblu de coridoarele Pan-Europene, n sensul c vizeaz rutele de transport ninteriorul Uniunii Europene. Odat cu extinderea UE n Europa central i de est, auexistat propuneri de combinare a coridoarelor TEN-T i Pan-Europene. n plus fa desistemul de transport, sistemul Trans European cuprinde i sistemul de telecomunicaii(eTEN), urmrind i dezvoltarea unei reele energetice (TEN-E). [en.wikipedia.org]

Dupcum se poate vedea n Figura 3-7, Figura 3-8, Figura 3-9 i Figura 3-10sistemul TEN-T este mult mai complex i cuprinde toate tipurile de transport, i anumerutier, feroviar, fluvial, maritim i aerian, precum i conexiunile dintre acestea.

Figura 3-7: Coridoarele de transport TEN-T [ec.europa.eu]


29/171


29

Figura 3-8: Reeaua rutier(linie continu-construite; linie ntrerupt-planificate;combinate-planificate pentru mbuntire)[ec.europa.eu]

Figura 3-9: Reeaua fluvial[ec.europa.eu]


30/171

!auren"iu #ancea

30

Figura 3-10: Reeaua feroviar[ec.europa.eu]

Cele doucoridoare de transport TEN-T ce traverseazRomnia sunt CoridorulRin-Dunre (culoare albastr n Figura 3-7) i Coridorul Orient/Est Mediteraneean(culoare maro n Figura 3-7). n paralel cu reeaua rutier, o importandeosebito arei dezvoltarea reelei feroviare (Figura 3-10), care n ultima perioada reprezentat unuldin proiectele majore de investiie din Romnia. Conform CFR S.A., modernizarea vapermite viteze de circulaie de 160 km/h pentru trenurile de cltori i 120 km/h pentrutrenurile de marf. [Zilele Feroviare2012]

n cadrul Uniunii Europene, Romnia i Bulgaria au avantajul poziiei, ambele rifiind puncte de acces ale mrfurilor n Europa. Avantajul rii noastre fade Bulgaria afost Portul Constana, care se aflla intersecia mai multor moduri de transport: maritim,fluvial, feroviar i rutier, dar i cu posibilitate de conectare cu transportul aerian datoritvecintii Aeroportului Koglniceanu (25 km rutieri).

Conectivitatea Portului Constana cu transportul fluvial nu este ns natural,aceasta realizndu-se prin intermediul canalului Dunre Marea Neagr. Canalul a fostinaugurat n anul 1984 de ctre regimul comunist i permite traficul navelor cu pescaj depn la 7.00 m pe ramura principali a navelor cu pescaj pn la 5.5 m pe ramura

nordic(Poarta Alb Midia Nvodari). [ro.wikipedia.org]

Conectivitatea rutiereste asigurat n prezent de reeaua existentde drumurinaionale i judeene, precum i de Autostrada A2 (Autostrada Soarelui), care a fost datn folosin n totalitate pentru conectarea directa oraului Constana de Bucureti nnoiembrie 2012. [ro.wikipedia.org]

n ceea ce privete reeaua feroviar, dezvoltarea acesteia a fost urmrit nprima faz pentru conectarea oraului Constana cu Bucuretiul. Grile din Bucureti


31/171


31

erau i ncmai sunt unele dintre cele mai importante noduri de legturcu ntreaga ardar i cu sisteme internaionale de transport. Unul din proiectele urmrite de laintegrarea n UE i o prioritate majora CFR S.A., a fost dezvoltarea conectivitii demare vitezpe ruta feroviar ntre Constana i Budapesta. n prezent, dei tronsonuldintre Constana i Bucureti a fost finalizat, o mare parte a bugetului CFR (8 milioanelei) a fost alocat pentru reabilitarea acestuia, datorit bine-cunoscutelor furturi deechipamente din cadrul sistemului. n ceea ce privete continuarea dezvoltrii sistemuluipe coridorul IV Pan-European, CFR S.A. beneficiazde fonduri UE n proporie de 85%,cu o valoare totalde 1 miliard de euro. [www.economica.net]

O serie de analize a sistemelor existente de transport au dus la elaborarea unorstudii la nivel naional i european, ce au avut ca rezultat modificarea strategiilornaionale. Ultima publicaie a strategiei pentru dezvoltarea transportului intermodalpentru anul 2020, vizeaz alinierea sistemelor de transport la standardele europene.Cteva exemple de recomandri sunt:

- dezvoltarea de terminale intermodale n regiuni strategice;

- transferul unui segment al transportului de marf rutier ctretransportul feroviar i fluvial;

- dezvoltarea unei Uniti de Management a Proiectelor care siniieze,s dezvolte i s gestioneze politica i sistemul de transportintermodal;

- promovarea unei culturi intermodale;- dezvoltarea unor platforme logistice;- mbuntirea cooperrii cu rile vecine;- mbuntirea serviciilor vamale.

Importana sistemelor de transport i modul n care acestea sunt dezvoltate i

utilizate este evideniat din prisma strategiilor i programelor de dezvoltare saucercetare la nivel naional i European, cum ar fi:

- Strategia UE a Dunrii (SUERD), un mecanism de cooperare astatelor din bazinul Dunrii [www.mae.ro]

- Programul Interreg V-A Romania-Bulgaria, dedicat dezvoltrii iintegrrii regiunilor din bazinul Dunrii n sistemul de transport TEN-T,precum i utilizarea de noi abordri pentru minimizarea efectelorasupra mediului, creterea eficienei i scderea consumurilor.[www.cbcromaniabulgaria.eu]

- Marco Polo, un program ce urmrete o mutare de la transportul rutier

ctre moduri de transport mai puin poluante[ec.europa.eu/transport/marcopolo/]

- 2014 CEF Transport (Connecting Europe Facility), este un programdedicat sistemelor de transport Europene, manageriat de INEA(Innovation and Networks Executive Agency), agenia ce se ocupide finanri pentru sistemele de transport a energiei i a sistemelor detelecomunicaii [ec.europa.eu/inea]


32/171

!auren"iu #ancea

32

Informaii complete despre programele de cercetare i dezvoltare a sistemelor detransport din cadrul Uniunii Europene, pot fi gsite pe pagina de internet a acesteia, larubrica transporturi.+ec.europa.eu]

Experiena unora din programe arat importana conectivitii Europei prinintermediul sistemelor de transport la Portul Constana. n paralel, aceleai strategii i

programe aratsituaia actuala sistemelor de transport, care sunt n marea majoritatemult sub nivelul mediei europene.

Raportul realizat n cadrul programului Interreg V-A Romania-Bulgaria bazat peinformaiile existente n anul 2015 i a experienei acumulate din programele decercetare-dezvoltare a sistemelor de transport din trecut, arato densitate a drumurilorrutiere de 22,95 km/100 km2, mult mai sczutfade media europeande 110 km/100km2. n pus, conectivitatea modurilor de transport rutier cu transportul fluvial (Dunrea)este sub-dezvoltat. [cbcromaniabulgaria.eu]

3.3 Concluzii

Dup cum s-a evideniat n acest capitol, datorit localizrii i conflueneimodurilor de transport, Portul Constana are oportunitatea de a beneficia prinvalorificarea poziiei n lanul de transport.

Figura 3-11: Avantajul utilizrii sistemului fluvial Rin Main - Dunre

n acest sens, se urmrete dezvoltarea coridorului VII, ce ofer o reducere atransportului maritim de la 3373 mile marine la 944 mile marine (lund n calcul traficulce trece prin Canalul Suez) cu aproximativ 2429 mile marine mai puin, respectiv 4498km. Astfel, mrfurile avnd ca destinaie Europa Centrali de Vest, pot fi transferate nPortul Constana pentru traficul fluvial i/sau feroviar.

Astfel, n urma unui calcul simplu, diferena de distanar putea fi tradusntr-oreducere a timpului de transport maritim cu aproximativ apte zile, urmnd ca ultima


33/171


33

parte a transportului s fie preluat de celelalte moduri de transport, n funcie denecesiti: rapid cu un cost ridicat sistemul rutier, mediu i cost moderat sistemulferoviar, mai lent dar ieftin sistemul fluvial. n acest caz, inclusiv rile ce nu au ieire lamare pot beneficia de o dezvoltare a sistemului de transport fluvial, un flux sporit demrfuri i implicit o dezvoltare proporionala economiei locale i regionale.

Sistemul intermodal implicutilizarea combinata mai multor moduri de transportcu scopul de a expedia uniti de transport frca marfa sfie manipulatdirect. n modgeneric, acesta este asociat de cele mai multe ori cu transportul de containere.

n Portul Constana exist 4 terminale de containere: SOCEP, UMEX, APMTerminal i CSCT (Constanta South Container Terminal). Dintre acestea, cel maiimportant este CSCT, deinut de DP World. Acesta este cel mai mare terminalspecializat din Marea Neagr. Terminalul a fost proiectat n prima faz pentru ocapacitate de 500.000 TEU/an, apoi a fost mrit la 1,2 milioane TEU/an, urmnd ca nviitor s fie extins pn la o capacitate anualde 4,5 milioane TEU. Dupcum a fostprezentat mai sus, n general transportul prin Portul Constana a avut de suferit. Dei

cifrele pentru anii 2006 i 2007 artau o cretere a containerelor transportate de la1.037.077 la 1.411.414 TEU, n anul 2008 s-a nregistrat o scdere relativ mic la1.381.935 TEU, urmnd ca n anul 2009, acest trafic sscadbrusc la 594.303 TEU.Cifrele de trafic sunt pentru toate cele patru terminale de containere din PortulConstana, nsCSCT deine aproximativ 95-97% din total. [Duma A. 2010]

Figura 3-1!: "erminalul de containere Constana #ud [www.cominco.ro

n prezent CSCT opereazsub capacitatea maxim, datoritsituaiei economiceregionale i globale. n perioada 2005-2009, DP World a investit n dezvoltareaterminalului CSCT suma de 152 milioane de dolari, urmnd ca ntre 2008-2009 s fieaprobat un plan pentru extinderea terminalului n vederea manipulrii a 4,5 milioaneTEU/an. Datorit limitrilor constructive ale terminalului, acest lucru se preconiza a fi


34/171

!auren"iu #ancea

34

realizat prin mrirea zonei de stocare, dup cum este prezentat cu culoarea roie nFigura 3-13:

Figura 3-13: Configuraia preconizatpentru perioada 2008-2009 [Bullock R., 2008]

Situaia economica dus ns la amnarea acestor investiii. Cu toate acestea,chiar i n eventualitatea n care planurile de expansiune ar fi fost implementate, pentru aajunge la creterea capacitii la 4,5 milioane TEU/an, exista necesitatea impunerii unuiprogram de management pentru optimizarea fluxurilor din terminal. n prezent existastfel de aplicaii de management, dar care utilizeaz practic algoritmi de optimizareprovenii din domeniul IT. Rmne totui nevoia implementrii de algoritmi provenii idedicai pentru sistemele de transport.


35/171


35

Capitolul 4. Metode de cercetare utilizate n tez

4.1 Metoda grafurilor

n prezent, abordrile clasice n domeniu se concentreazasupra transportului

de mrfuri, ca servicii constante, acestea fiind cele mai afectate de factori economici dincauza cantitilor de marf implicate, ct i a numrului de vehicule angajate n livrrii/sau alte servicii. Aceste abordri sunt concentrate n principal pe determinri de drumoptim, timpi redui de transport sau costuri minime, pentru rute existente, pentru situaiiexistente sau pe dezvoltarea de algoritmi pe baza experimentelor n teren.

Pentru aceasta se folosesc o serie de teorii i algoritme, ce rezolvmai mult saumai puin situaiile negative ce se pot prevedea n traficul obinuit.

n rezolvarea problemelor de transport s-au folosit aplicaiile teoriei grafurilor, ungraf fiind definit ca o mulime de obiecte, numite i noduri, legate printr-o mulime de

muchii (linii sau curbe). Dei prima carte publicat de teoria grafurilor aparinematematicianului maghiar Denes Koreg, contribuia lui Leonhard Euler la aceastteorieeste recunoscutprin denumirea cu numele acestuia a unor noiuni i a unor tipuri degrafuri.

Grafurile au o important aplicabilitate n informatic i matematic, pentrurezolvarea unor probleme de sortare i cutare n informatic, pentru ierarhia obiectelori altele. [TRANDAFIR R.,2004] Teoria grafurilor i-a gsit aplicabilitatea ntr-omultitudine de domenii, incluznd chimie, economie, reele de curent electric sau reelede transport.

Figura 4-1: Exemplu de graf

Rezolvarea drumului cel mai scurt este generalizatn trei abordri distincte:

- problema drumului cel mai scurt pentru o surs;- problema drumului cel mai scurt pentru o destinaie;- problema drumurilor cele mai scurte ntre toate perechile posibile surs-destinaie

dintr-un graf.

Datoritnumrului mare i a complexitii algoritmilor, n continuare va fi realizato scurtdescriere a unor algoritmi reprezentativi.


36/171

!auren"iu #ancea

36

4.1.1 Exemple de algoritmi

Algoritmul lui Dijkstra

Pentru rezolvarea primei abordri, se evideniaz algoritmul lui Dijkstra, unalgoritm dezvoltat n principal pentru cutare n informatic, dar care este folosit pe scar

destul de mare i n transporturi. Cu ajutorul acestui algoritm, se poate rezolva problemadrumului cel mai scurt de la un nod iniial sau de start, la orice alt nod dintr-un graforientat i ponderat, folosind cutarea treptat.[http://en.wikipedia.org/wiki/Dijkstra's_algorithm]

Algoritmul constn:

a) Crearea unei liste cu distane, o listcu nodul anterior, o listcu nodurile vizate iun nod curent;

b) Valorile din lista cu distane au iniial o valoare infinit, i nodul de start arevaloare 0;

c) Valorile din lista cu noduri sunt marcate cu valoarea logicfals;d) Toate valorile din lista cu nodurile anterioare sunt iniializate cu -1.

e) Nodul de start este setat ca nodul curent.

f) Se marcheazca vizitat nodul curent.

g) Se actualizeazdistanele, pe baza nodurilor care pot fi vizitate imediat din nodulcurent.

h) Se actualizeaznodul curent la nodul nevizitat care poate fi vizitat prin calea ceamai scurtde la nodul de start.

i) Se repet(de la punctul f) pncnd toate nodurile sunt vizitate.

Prin aplicarea acestui algoritm, se obin drumurile sau costurile minime pentru un

punct de origine. n caz cse dorete aceeai determinare pentru alte noduri, algoritmultrebuie reluat de la nceput pentru fiecare nod, acesta devenind la rndul su nodul destart.

Algoritmul Bellman-Ford

Un alt algoritm al teoriei grafurilor ce abordeazaceastproblemeste algoritmulBellman-Ford, care i demonstreazutilitatea atunci cnd valorile muchiilor grafului potfi negative, problem pe care algoritmul Dijkstra nu o poate rezolva. ns, n cazul ncare algoritmul descoperun ciclu de valori negative, algoritmul detecteazacest lucru,dar nu mai poate gsi drumul cel mai scurt sau de cost minim (funcie de valorile datemuchiilor). Avantajul fade algoritmul Dijkstra stn flexibilitatea sporita acestuia, ns

cu timpi de calcul mult mai mari.[http://en.wikipedia.org/wiki/Bellman%E2%80%93Ford_algorithm]

Algoritmul A*

Este tot un algoritm interesant ce se utilizeazn informatic, nsare utilizri in transport, deoarece este un algoritm de determinare a drumului minim ntre doupuncte sau noduri, ce ine seama de obstacolele ntlnite n cale.


37/171


37

Ca mod de funcionare al algoritmului, se pleacde la un punct surs(nod) i dinaproape n aproape se verific drumul minim pn la un nod nvecinat din punct devedere al costului minim de deplasare ntre nodul surs pn la un nod oarecare dinreea i a unui cost euristic ce se bazeazpe o estimare a costului necesar pentru aajunge dintr-un nod oarecare (pentru care se calculeaz n acel moment) pn ladestinaie. n acest proces, se catalogheaz punctele reelei ca fiind deschise sau

nchise, ca fiind utilizabile sau nu.

Prin folosirea componentei euristice, o estimare ct mai apropiat de adevrduce la o aflare a rezultatului ntr-un timp mult mai scurt. n func ie de necesitate,algoritmul poate fi folosit ntr-un mod simplist sau poate fi modificat pentru a ine cont ide alte aspecte, cum ar fi viteza de deplasare pe anumite tipuri de teren, energiaconsumati altele [http://en.wikipedia.org/wiki/A*_search_algorithm].

Algoritmul Floyd-Warshall

Algoritmul rezolv problema drumurilor cele mai scurte ntre perechi de noduridintr-o reea. n mod normal, cu ajutorul acestui algoritm se afl doar lungimea

drumurilor, fr a evidenia i care sunt acestea. Pentru a le afla, se poate crea ometodde reconstruire a cii ntre cele dounoduri. Un aspect important al algoritmuluiconst n faptul cse poate folosi pentru determinarea fluxurilor maxime posibile ntredou noduri, innd seama de constrngerile diferitelor muchii ale grafului[http://en.wikipedia.org/wiki/Floyd%E2%80% 93Warshall_ algorithm].

Algoritmul lui Johnson

Introduce o modalitate de a gsi drumul cel mai scurt ntre perechi de noduri aleunui graf cu numr mic de muchii, ce permite existena unor muchii cu valori negative,dar nu a ciclurilor negative. Algoritmul se bazeazpe adugarea unui nou nod n graf,apoi folosind algoritmul Bellman-Ford pentru noul nod, se determinvalorile muchiilor de

la nodul nou la toate nodurile din graf. Urmtorul pas implic modificarea valorilormuchiilor grafului original cu valorile obinute din algoritmul Bellman-Ford. n final, sefolosete algoritmului lui Dijkstra pe fiecare nod pentru a gsi drumul cel mai scurt ntrenodul surs i restul de noduri destinaii din graf[http://en.wikipedia.org/wiki/Johnson's_algorithm].

Problema Comis-voiajorului

Un alt algoritm care se aplicn cazuri n care este necesardeterminarea unuidrum ntre mai multe sau toate nodurile unui graf, este evideniat prin Problema Comis-voiajorului. Acest algoritm se aplicn cazul n care este necesaro cltorie ntre toatenodurile unui graf, fr a trece de dou ori prin acelai loc, folosind un drum de costminim sau de lungime minim, cu revenire n nodul iniial. Astfel, din nodul iniial, sealege drumul cel mai scurt ctre nodurile nevizitate. Mai departe, din nodul gsit, sealege drumul cel mai scurt ctre nodurile nevizitate. Metoda se aplicpe tot graful, pnse ajunge n nodul iniial. Acest algoritm este o modalitate de simplificare a uneiprobleme ce ar semnifica o multitudine de calcule ce necesit timpi mari de rulare.Astfel, prin simplificare, se face un compromis, rezultatul nefiind soluia optim, ci osoluie apropiatde aceasta, timpii de calcul fiind redui considerabil.


38/171

!auren"iu #ancea

38

4.1.2 Posibilitatea de aplicare a teoriei grafurilor n cazul terminalelor decontainere

Algoritmii prezentai mai sus sunt doar cteva exemple ce se folosesc n teoriagrafurilor, ce i gsesc aplicabilitate i n domeniul transporturilor, datoritcapacitii lorde a gsi drumul cel mai scurt ntre dou noduri, drumul cel mai rapid, fluxul maxim

posibil sau orice ali factori care sunt necesari. Teoria grafurilor cuprinde o mulime multmai ampl dect a fost prezentat n cele de mai sus, dar marea majoritate au fostdezvoltate pentru probleme de altnatur, mai ales n informatici matematic. Acetialgoritmi, dei sunt reprezentativi, au suferit modificri sau mbuntiri de-a lungul anilorpentru a deveni mai coreci, mai rapizi i mai uor de implementat. Cu toate acestea,principiile de baz nc se mai folosesc la scar larg n dezvoltarea aplicaiilorinformatice [http://en.wikipedia.org/ wiki/Travelling_salesman_ problem].

Pentru cazul terminalelor de containere, aplicabilitatea acestor tipuri de algoritmieste limitat, din mai multe motive. Terminalele sunt n general sisteme specializate, cuo structurbine definiti cu reguli speciale de deplasare i de stocare.

Dac se ia ca exemplu terminalul de containere Constana Sud, se poateobserva foarte uor modul de micare al vehiculelor prin zona de stocare i n zoneleadiacente: o locaie finala unui container nu poate fi accesatdect prin intermediulunui singur drum de acces (de la sud la nord).

Figura 4-2: Modul de deplasare impus n interiorul zonei de stocare al CSCT [maps.google.com]


39/171


39

n acest caz, aplicarea oricrui algoritm este simpl, n momentul cnd secunoate n avans originea (O) i/sau destinaia (D), cum este cazul preluriicontainerului din terminal pentru a fi ncrcat pe urmtorul mijloc de transport:

Figura 4-3: Graf cu o origine i o destinaie

Problema ns se complic n cazul n care se primete un container i seurmrete poziionarea optima acestuia n interiorul zonei de stocare, pentru a putea fipreluat n continuare de urmtorul mijloc de transport. n vederea realizrii unor mutriminime ntre diferite puncte din terminal (reducerea consumurilor i a timpilorintermediari), trebuie inut cont de o serie de factori i informaii, care determincea maibun poziie: orarul estimat de primire, estimarea de predare ctre urmtorul mijloc detransport, tipul sau clasa ncrcturii (mrfuri periculoase sau care necesitcondiii destocare suplimentare), dimensiunea containerului (TEU, FEU, High Cube, Reefer, Open

Top, Flat Rack) [http://ro.gefco.net/solutii-si-servicii/rubrica-practica/tipuri-de-containere/]i alte informaii suplimentare care sunt ataate containerului.

Lund n considerare doar o poziionare a containerului n interiorul unei seciunia zonei de stocare, fr nici o necesitate suplimentar, complexitatea grafului cretesemnificativ. Practic pentru o surs, care este intrarea n zona de stocare, numrul dedestinaii este n funcie de poziiile disponibile. Pentru cazul de fa, o sub-sub-seciunea zonei de stocare din terminalul de containere permite pe un singur nivel acomodareaunui numr de 180 containere de tip TEU, 90 containere de tip FEU sau combinaii dintreacestea (capacitate ntre 90 i 180 containere). Sub-seciunea analizatn teza de faconine un numr de 5 sub-sub-seciuni, ceea ce rezult ntr-un numr minim de 400

poziii pentru cazul containerelor de tip FEU i 800 pentru TEU.Dacse iau n considerare doar 90 de poziii, graful pentru aceastzonva arta

ca cel din Figura 4-4, fiecrei destinaii fiindu-i asociate o distani o poziie:

Figura 4-4: Model de graf pentru zona de stocare


40/171

!auren"iu #ancea

40

Odatcu considerarea tuturor destinaiilor posibile din interiorul zonei de stocare,graful devine foarte complex. n plus, acesta se complicsubstanial n momentul n careorice punct din suprafa devine o destinaie posibil pentru oricare alt punct dinsuprafa. Practic posibilitile cresc de la cazul surs-destinaie de 400-800 posibiliti la159000-639200 pentru cazul tuturor destinaiilor posibile (e.g. aplicarea problemei ComisVoiajorului).

n comparaie cu teoria constructal, metoda grafurilor are un dezavantaj: nupermite generarea structurii sau a geometriei unui sistem n mod direct. Aceastgenerare poate fi ntr-adevr realizat pe baza rezultatelor obinute din calcule, apoirealizato nougeometrie, calculat.a.m.d., operaiune asemntoare cu iteraiile dinanaliza computerizat. n momentul de fa, n cazul sistemelor de transport, dezvoltareageometriei se bazeazn general pe experienele i cunotinele acumulate de ingineriidin transporturi, care n unele cazuri nu se pot baza pe un suport matematic.

4.2 Metoda elementului finit

n vederea analizrii sistemelor complexe, n care rezolvarea analitica acestoraimplica rezolvarea unui numr foarte mare de ecuaii complexe, a fost necesarintroducerea de noi tehnici de simplificare a modului de analiz pentru utilizator, prinintroducerea de aplicaii soft. Astfel, au fost dezvoltate ncdin anii 1950 noi abordri ceimplicau o analiz aproximativ [http://en.wikipedia.org/wiki/Finite_element_method],[autodesk.com].

n principal analiza implicrezolvarea de ecuaii difereniale de conservare i cuderivate pariale pentru probleme la limit. Aceste abordri au fost realizate pe mai multedirecii, cum ar fi metoda diferenelor finite, metoda elementului finit, metoda elementuluide frontiersau metoda volumelor finite, fiecare cu avantajele i dezavantajele sale.

Metodele au ca bazmprirea sistemelor complexe n elemente simple, aciunenumitdiscretizare, ce are ca rezultat o reea de discretizare (mesh), ce poate fi pentrudomenii unidimensionale (1D), bidimensionale (2D) sau tridimensionale (3D)[http://ro.wikipedia.org/ wiki/Mecanica_fluidelor_numeric].

Figura 4-5: Tip de discretizare 2D: structurat(stnga), nestructurat(dreapta)


41/171


41

Figura 4-6: Tip de discretizare 3D: structurat(stnga), nestructurat(dreapta)

O analiz tipic n element finit se realizeaz n prezent cu ajutorul aplicaiilorsoftware. Acestea necesitcunoaterea urmtoarelor informaii:

- Locaia punctelor nodale (geometria);

- Elementele de conectare a nodurilor;- Proprieti de mas;- Condiii la limitsau constrngeri;- Detalii pentru funciile de ncrcare sau fore;- Opiuni de analiz.

Deoarece analiza n element finit este o metod de discretizare, numrul degrade de libertate ale modelului trebuie sa fie finite. Aceste date sunt colectate ntr-o aanumitcoloana gradelor de libertate sau de stare a vectorilor.

Procedura normalimplic:

- Divizarea structurii n buci mai mici (elemente i noduri), procedurdenumiti discretizare sau mesh;- Asamblarea elementelor la noduri, pentru formarea unui sistem

aproximativ de ecuaii pentru ntreaga structur (formarea matricelorelementelor);

- Rezolvarea sistemelor de ecuaii cu cantiti necunoscute la noduri;- Calculul cantitilor necesare pentru elementele selectate.

Modul n care se realizeaz obinerea parametrilor necunoscui din sistem(temperatur, fore, fluxuri etc.) este de a minimiza energia totala sistemului. Aceastenergie reprezintsuma tuturor energiilor asociate modelului n element finit. Pe bazalegii de conservare a energiei, energia totala elementului finit trebuie s fie egalcuzero.

Metoda elementului finit obine soluia corecta oricrui model prin minimizareaenergiei totale. Minimul energiei este calculat prin egalarea cu zero a raportului dintrederivata energiei interne i potenialul necunoscut din fiecare punct al reelei. Astfel,ecuaia de baza analizei n element finit este:

(4.1)


42/171

!auren"iu #ancea

42

unde F este energia intern, iar p este potenialul ce trebuie calculat. Acesta se bazeazpe principiul lucrului mecanic virtual, care presupune cdaco particuleste n echilibrusub aciunea unui sistem de fore, atunci pentru orice deplasare, lucrul mecanic virtualeste egal cu zero. Fiecare element finit va avea propria valoare unica energiei interne.[www.me.berkeley.edu/Introduction to Finite Element Modeling]

4.3 Platforme de analizCFD

Odat cu apariia analizei cu element finit i a opiunilor de simplificare acalculelor introduse de aceasta, au fost realizate aplicaii computerizate care s poatrezolva un numr din ce n ce mai mare de ecuaii pentru un numr din ce n ce maimare de elemente finite. n prezent, aceste metode reprezint confluena a treicomponente principale: matrice de analiz structural, metode variaionale deaproximare i computere digitale [University of Colorado at Boulder, Introduction to FiniteElement Methods].

Analizele de tip FEM au fost concepute nainte de dezvoltarea primelor

computere. Odatcu apariia computerelor digitale i creterea capacitii de calcul, aufost concepute noi aplicaii care srezolve aceste tipuri de probleme. n prezent, analizacomputerizat a devenit una dintre cele mai importante metode de rezolvare aproblemelor inginereti, metodele clasice manuale rmnnd la nivel de teorie i bazepentru analiza computerizat. Acest fapt a fost posibil datorit enormei capaciti decalcul disponibiln acest moment a nivel mondial.

Figura 4-7: Capacitatea de procesare [http://en.wikipedia.org/wiki/Supercomputer]

Aceast capacitate de procesare a permis analiza sistemelor mult mai exact,prin descompunerea acestora n elemente foarte mici, iar prin aplicarea ecuaiilormatematice pentru fiecare element, sse analizeze comportarea fiecrui element. Apoi,prin compunerea comportrilor individuale, se poate prezice o comportare foarteapropiatde cea reala ntregului sistem.


43/171


43

Astfel de aplicaii soft pot analiza n prezent sisteme pentru calculul:

- Stresului mecanic;- Vibraiilor mecanice;- Oboseli mecanice;- Micare;

- Transfer de cldur;- Dinamica fluidelor;- Electrostatic;- Electronic;- Magnetism;- Injecia de plastic n forme etc.

Aplicaiile de tipul CAE (Computer Aided Engineering) au permis n ultimeledecenii nlocuirea metodologiei de lucru pentru dezvoltarea de noi sisteme. n modtradiional, testarea unui prototip era realizat prin construcia efectiv a acestuia, deobicei n mai multe exemplare, i testarea acestuia n diverse condiii pentru a determinalimitele n care poate sfuncioneze sistemul.

Un astfel de exemplu vine din producia de automobile, n care dezvoltarea unuinou tip de vehicul implic construcia acestuia n mai multe exemplare i testarea ndiverse condiii de mers, precum i teste de impact. Din nefericire, testele de impact suntefectuate cu distrugerea irecuperabil a autovehiculului, iar alt tip de test de impacttrebuie realizat cu un alt vehicul, care impliccosturi suplimentare [Karim Nice - HowCrash Testing Works].

Pentru reducerea costurilor de dezvoltare a prototipurilor din diverse domenii,aplicaiile de inginerie asistat de calculator au adus un aport major, n sensul cmajoritatea nevoilor de testare au putut fi realizate virtual. Pe de o parte virtualizarea nu

implic distrugerea prototipului, acesta putnd oricnd fi rencrcat n memoriacalculatorului i testat din alte puncte de vedere, la urmprototipul necesitnd un numrminim de teste distructive. Un alt avantaj const n faptul c odatproiectat prototipulpentru testare, acesta poate fi modificat direct n proiect, iar acesta constituie i proiectulefectiv de realizare a produsului n serie.

n prezent, aplicaiile care pot realiza analize n element finit sunt multiple, iarmarii productori de aplicaii de proiectare au introdus acest tip de analizpentru a puteasupravieui pe pia.

Conform listei de aplicaii FEM publicatde Wikipedia, existau n anul 2014, 19aplicaii de tip open source, precum i 45 de aplicaii proprietare (cu plat). Dintre

acestea, cele mai cunoscute i mai utilizate sunt Elmer (aplicaie gratuitdezvoltatdeMinisterul de Educaie Finlandez), ANSYS sau COMSOL Multiphysics.

Dintre acestea, una dintre cele mai populare platforme de analiz este ceaprodusde ANSYS, Inc., o companie renumitdin Statele Unite ale Americii. ncepndcu anul 1970 a dezvoltat o serie de aplicaii din ce n ce mai complexe, ajungnd nprezent la oferirea unui pachet de aplicaii care ofer diverselor tipuri de utilizatori omultitudine de unelte de proiectare, analizi procesare a rezultatelor. ANSYS este o


44/171

!auren"iu #ancea

44

aplicaie de tip CAE (Computer Aided Engineering) ce conine aplicaii pentru simulritehnologice i fluxuri de lucru.

Platforma ANSYS oferun mediu de proiectare, precum i pregtirea detaliataanalizei, rezolvarea acesteia, procesarea i post-procesarea rezultatelor. Uneltele deanalizse ntind practic n toate domeniile fizice, existnd posibilitatea de analiz2D i

3D pentru analiza sistemelor pentru un singur tip de mrime fizic, analizmultifazic,dinamica fluidelor, analizstructural, electric, electronic, magnetism i combinaii aleacestora [http://www.ansys.com].

4.4 Concluzii

Metoda grafurilor oferposibiliti multiple de analiza sistemelor de transport.Cu toate acestea, modalitatea de calcul a acestor algoritmi duc la dezvoltarea unorcalcule stufoase, n special n cazul sistemelor cu surse i destinaii multiple. Acestecalcule pot fi realizate cu ajutorul sistemelor computerizate, iar rezultatele pot oferiulterior perspective de optimizare a fluxurilor. Diferena fa de analiza cu ajutorul

mecanicii fluidelor i a teoriei constructale este c acestea ofer n mod directposibilitile de optimizare, teoria constructal avnd posibilitatea de a optimiza nacelai timp structura i procesele care au loc n sistem.

Din punct de vedere al analizei sistemelor de transport, analiza n element finitpoate oferi o perspectiv diferit asupra fluxurilor de trafic existente. n cazul de fa,analiza fluxurilor de containere poate fi modelatcu ajutorul unei asemenea aplicaii, invederea determinrii unei forme optime pentru terminalul de containere, n special azonei de stocare.

Popularitatea aplicaiei ANSYS i disponibilitatea cursurilor de utilizare pentrudiversele tipuri de analiz, au fcut din aceasta una dintre cele mai cunoscute i n

acelai timp una dintre cele mai utilizate aplicaii la nivel mondial. Oferirea acesteia ncondiii extrem de avantajoase ctre mediul academic, a fcut posibilutilizarea directa aplicaiei, datoritachiziionrii acesteia n cadrul Universitii Maritime din Constana,dar i n cadrul Universitii Ovidius din Constana.

n vederea dezvoltrii analizei pentru fluxurile de containere dintr-un terminal,aplicaia cea mai potrivit a fost identificat ca fiind ANSYS Fluent, o aplicaie CFD(Computational Fluid Dynamics). Aceasta cuprinde o gam larg de unelte pentruanaliza fluxurilor laminare i turbulente, transfer de cldur i reacii, mbuntit cuunelte adiionale pentru analiza combustiei n cilindri, aeroacustic, turbomaini isisteme multifazice.

n concluzie, situaia existent permite analiza sistemelor abordate pentru arealiza o vedere de ansamblu asupra fluxurilor existente ntr-un terminal de containere,precum i analiza opiunilor de optimizare a fluxurilor n vederea reducerii energieiconsumate n sistem, a reducerii costurilor de operare i implicit a costurilor la utilizatorulfinal al serviciilor oferite.


45/171


45

Capitolul 5. Optimizare structur proces pe baza TeorieiConstructale

5.1 Prezentare general

Relativ nou, teoria constructal a fost dezvoltat n anii 90 de ctre de ctreprofesorul Adrian Bejan, om de tiinde renume mondial, cu o deosebitcontribuie ndomeniul ingineriei, energeticii, minimizrii entropiei, analizei exergetice, convecienatural, transfer combinat de masi cldur, regimuri turbulente i multe alte.

Dupcum spunea i prof. Bejan, informaiile necesare dezvoltrii acestei teorii,existau n literatura de specialitate, un exemplu fiind publicaiile laureatului Nobel IlyaPrigogine, dar i n alte publicaii de altnatur.

Teoria Constructal, demonstreaz prin formule matematice simple, formelenaturale ce se dezvoltde-a lungul timpului din necesitatea sistemelor de a-i minimiza

pierderile energetice i de a se auto-optimiza.Astfel, enunul legii teoriei constructale este Pentru ca o curgere prin

geometrii finite spersiste n timp (s triasc), configuraia acestora trebuie s

evolueze n aa fel nct spermitaccesul din ce n ce mai mare la fluxurile care

trec prin ele. [Bejan A., 2000]

Legea se aplic sistemelor vii, adic sisteme ce nu se gsesc n starea deechilibru, acestea fiind supuse unor curgeri, diferene de presiune etc. Conform acesteilegi, nevoia unui sistem de a se optimiza n funcie de constrngerile locale i globale,genereazforma i structura acestui sistem, n timp devenind din ce n ce mai optimizatprin distribuirea optim a imperfeciunilor de-a lungul sistemului. Teoria admite c

imperfeciunile nu pot fi eliminate dintr-un sistem, calea constructalfiind de a distribuiregimurile mai rezistive la cea mai micscara acestuia, sistemul ca atare rmnndimperfect, cu rezistene de curgere. Aceste aspecte se pot observa n forma i structuraalbiei rurilor, structura plantelor i animalelor, a structurilor dendritice naturale i n oricesistem natural, care prezintfluxuri.

Teoria constructal, printr-o mulime de exemple, evideniaz faptul c de celemai multe ori, optimizarea laborioasefectuatde ingineri, se regsete deja n natur,iar inginerii nu trebuie s se concentreze pe copierea naturii, ci a principiilor defuncionare a sistemelor naturale. [Poirier, H.]

Domeniul de aplicare al teoriei constructale este vast i ncn continucretere,

noi domenii de aplicare abordnd teoria n dorina de a explica teoretic unele aspecte cen acest moment sunt explicate mai ales pe cale empiric. Aceast teorie oferinginerilor posibilitatea unei noi abordri de optimizare a sistemelor artificiale, reducndconsiderabil necesitatea de ncercar

Date post:	19-Feb-2018
Category:	Documents
Upload:	dmitry-lj
View:	218 times
Download:	0 times

Teza-Doctorat-Laurentiu-OANCEA.pdf

Documents