PREVISÃO DE TAXAS DE AFRETAMENTO POR PERÍODO PARA NAVIOS PETROLEIROS ATRAVÉS DE REDES NEURAIS Luciano Natale Junkes Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Oceânica, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia Oceânica. Orientador: Floriano Carlos Martins Pires Jr. Rio de Janeiro Junho de 2011
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PREVISÃO DE TAXAS DE AFRETAMENTO POR PERÍODO PARA NAVIOS
PETROLEIROS ATRAVÉS DE REDES NEURAIS
Luciano Natale Junkes
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-graduação em Engenharia
Oceânica, COPPE, da Universidade Federal do
Rio de Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de Mestre em
Engenharia Oceânica.
Orientador: Floriano Carlos Martins Pires Jr.
Rio de Janeiro
Junho de 2011
PREVISÃO DE TAXAS DE AFRETAMENTO POR PERÍODO PARA NAVIOS
PETROLEIROS ATRAVÉS DE REDES NEURAIS
Luciano Natale Junkes
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO
LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA DA
(COPPE) UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM
CIÊNCIAS EM ENGENHARIA OCEÂNICA.
Examinada por:
________________________________________________
Prof. Floriano Carlos Martins Pires Junior, D. Sc.
________________________________________________
Prof. Claudio Luiz Baraúna Vieira, Ph.D.
________________________________________________
Prof. Marcio de Almeida D‟Agosto, D. Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
JUNHO DE 2011
III
Junkes, Luciano Natale
Previsão de Taxas de Afretamento por Período para
Navios Petroleiros através de Redes Neurais / Luciano
Natale Junkes. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2011.
XIII, 73 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Floriano Carlos Martins Pires Jr.
Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de
Engenharia Oceânica, 2011.
Referências Bibliográficas: p. 55-61.
1. Previsão de série temporal. 2. Redes Neurais. 3.
Transporte Marítimo. 4. Navios Petroleiros. I. Pires Jr.,
Floriano Carlos Martins. II. Universidade Federal do Rio
de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Oceânica.
III. Título.
IV
A Deus.
“... em primeiro lugar busquem o Reino de Deus e
a sua justiça, e Deus dará a vocês, em acréscimo,
todas essas coisas. Portanto, não se preocupem
com o dia de amanhã, pois o dia de amanhã terá
suas próprias preocupações.”
Mt 6:33-34
V
Agradecimentos
A Deus, por tudo que alcancei até hoje.
A minha amada esposa, sol e alegria dos meus dias.
A minha família, em especial, aos meus queridos pais, pelo amor incondicional que
sempre dedicaram a mim.
Ao Departamento de Engenharia Naval e Oceânica, particularmente, nas figuras do
Prof. Claudio Luiz Baraúna Vieira, Prof. Luiz Felipe Assis, Prof. Raad Yahya Qassim,
Sra. Maria Elza da Conceição Medeiros e, em especial, do meu caro orientador Prof.
Floriano Carlos Martins Pires Jr.
A Petrobras, em especial, aos estimados colegas Dalmo Monteiro Silva e Eduardo
Autran de Almeida Jr. pelo suporte na viabilização desta oportunidade de crescimento
1.1. CONTEXTUALIZAÇÃO E MOTIVAÇÃO DA PESQUISA ..................................................................... 1 1.1.1. Consumo de energia global e os fluxos de petróleo e derivados .......................................... 1 1.1.2. Transporte marítimo mercante ............................................................................................. 3 1.1.3. Os mercados de contratação de navios petroleiros .............................................................. 9 1.1.3.1. Integração dos mercados e o conceito de time charter equivalent (TCE) ..................... 10
1.2. RELEVÂNCIA DA PESQUISA ....................................................................................................... 11 1.3. PROBLEMA DE PESQUISA .......................................................................................................... 11 1.4. OBJETIVO DA PESQUISA ............................................................................................................ 12 1.5. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DA PESQUISA ..................................................................................... 12 1.6. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ................................................................................................. 13
2. MODELAGEM DO MERCADO DE TRANSPORTE MARÍTIMO ............. 14
2.1. MERCADO DE TRANSPORTE MARÍTIMO ................................................................................... 14 2.2. MODELAGEM MERCADO DE TRANSPORTE MARÍTIMO ............................................................. 14
2.2.1. Modelagem econométrica: aplicações iniciais ................................................................... 14 2.2.2. Modelagem econométrica: achados sobre a demanda ....................................................... 15 2.2.3. Modelagem de Estrutura a Termo ...................................................................................... 15 2.2.4. Modelo de Strandenes para taxas de time charter ............................................................. 16 2.2.1. Modelos econométricos integrados/estruturais .................................................................. 17 2.2.2. Modelos Auto-regressivos .................................................................................................. 18 2.2.3. Modelagem baseada em Redes Neurais Artificias .............................................................. 19 2.2.4. Modelagens diversas .......................................................................................................... 21
3. MODELOS DE PREVISÃO DE SÉRIES TEMPORAIS ................................ 23
3.1. REDES NEURAIS ARTIFICIAIS .................................................................................................... 23 3.1.1. Apredizagem das Redes Neurais Artificiais ........................................................................ 26 3.1.2. Topologia de Redes Neurais Artificiais .............................................................................. 27 3.1.3. Redes Neurais perceptron multi-camadas .......................................................................... 28 3.1.4. Redes Neurais de Função de Base Radial .......................................................................... 30 3.1.5. Previsão de séries temporais através de redes neurais artificiais ...................................... 34
3.2. MODELAGEM DE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS VERSUS MODELAGEM ESTATÍSTICA ................... 35 3.3. MODELO LINEAR ...................................................................................................................... 36
3.3.1. Séries temporais (estacionariedade) .................................................................................. 36 3.3.2. Modelagem auto-regressiva (AR), média móvel (MA) e auto-regressiva integrada de
média móvel (ARIMA) ....................................................................................................................... 37 3.4. AVALIAÇÃO DE PERFORMANCE ................................................................................................ 38
4. IMPLEMENTAÇÃO E RESULTADOS ........................................................... 41
4.1. SÉRIES TEMPORAIS A SEREM ESTIMADAS ................................................................................. 41
IX
4.2. SÉRIES MULTIVARIADAS .......................................................................................................... 42 4.3. MODELAGEM DE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS ........................................................................ 45 4.4. MODELAGEM AUTO-REGRESSIVA INTEGRADA DE MÉDIA MÓVEL (ARIMA) .......................... 46 4.5. TREINAMENTO E VALIDAÇÃO .................................................................................................. 47 4.6. RESULTADOS ............................................................................................................................ 47
APÊNDICE A - ESTACIONARIDADE DAS SÉRIES TEMPORAIS .................. 62
APÊNDICE B – GRÁFICOS DAS PREVISÕES PRODUZIDAS .......................... 64
B.1 GRÁFICOS PARA PREVISÕES DE PERÍODOS M+1 ................................................................................ 64 B.2 GRÁFICOS PARA PREVISÕES DE PERÍODOS M+2 ................................................................................ 66 B.3 GRÁFICOS PARA PREVISÕES DE PERÍODOS M+3 ................................................................................ 68 B.4 GRÁFICOS PARA PREVISÕES DE PERÍODOS M+6 ................................................................................ 70
ANEXO A – COEFICIENTE DE CORRELAÇÃO ................................................. 73
X
Lista de Figuras
Figura 1.1 Principais fluxos comerciais de petróleo e derivados em 2009 (BRITISH
RNA-RBF - Rede Neural Artificial Radial Basis Function
VLCC - Very Large Crude Carrier
TCE - Time Charter Equivalent
TCP - Time Charter Party
TLFN -Time Lagged Feedforward Networks
tpb - tonelagem de porte bruto
VAR - Vetor Auto-Regressivo
VCP - voyage charter party
XIII
Lista de Abreviaturas
ton - tonelada métrica
U-Theil - Índice de Desigualdade de Theil
TC1YR - Série mensal entre Outubro/1994 e Setembro/2010 (192 observações)
de valores de aluguel (US$/dia) de navios petroleiros do tipo VLCC para
contratos TCP com duração de 1 ano
TC1YR - Série mensal entre Outubro/1994 e Setembro/2010 (192 observações)
de valores de aluguel (US$/dia) de navios petroleiros do tipo VLCC para
contratos TCP com duração de 3 ano
WS - Worldscale
1
1. INTRODUÇÃO
1.1. Contextualização e motivação da pesquisa
1.1.1. Consumo de energia mundial e os fluxos globais de petróleo e derivados
A vida cotidiana desde os primórdios depende de energia, seja da energia solar
irradiada à terra da qual a vida humana por si só é fundamentalmente dependente, seja
da energia liberada através queima de material combustível para produção de calor com
finalidade de aquecimento.
O processo evolutivo da humanidade só fez multiplicar os requerimentos por
energia (transporte mecanizado, manufatura, iluminação, cocção etc) alavancando a
necessidade de produção de energia em uma escala industrial.
O mundo moderno - a despeito dos impactos causados e recentes movimentos pró-
eficiência energética - consome uma quantidade brutal de energia. O consumo mundial
de energia “manufaturada”, ou seja, produzida industrialmente1 foi de cerca de 11,16
bilhões de toneladas de petróleo equivalente no ano de 2009 (BP p.l.c., 2010). A
distribuição do consumo por fonte primária de energia se encontra na tabela 1.1.
Tabela 1.1 Distribuição do consumo mundial de energia por fonte primária em 20092
Fonte Qtde
(*106 ton)
3
Qtde
(%)
Petróleo 3.882,1 34,8%
Gás Natural 2.653,1 23,8%
Carvão 3.278,3 29,4%
Energia Nuclear 610,5 5,5%
Energia Hidro-elétrica 740,3 6,6%
Total 11.164,3 100%
1 Excluem-se energia obtida através da queima de madeira, turfa, gordura animal etc. 2 Dados extraídos de British Petroleum p.l.c. ( 2010) 3 Consumo de petróleo mensurado em milhões de tonelada; outros combustíveis mensurados em milhões
de tonelada de petróleo equivalente.
2
Os 87,9% de energia obtida através de fonte primária fóssil (petróleo, gás natural e
carvão) são notórios na matriz energética mundial. Em especial, destaca-se o petróleo
contribuindo como fonte de mais de um terço da energia mundial.
Tomando-se em conta, ainda, a utilização do petróleo em outras aplicações da vida
moderna - tal qual como matéria-prima para os onipresentes polímeros sintéticos – e os
esforços na busca e implementação por fontes alternativas, o fato é que a dependência
atual do mesmo aparentemente estará presente por décadas à frente. Previsões dão conta
de um incremento gradual do consumo chegando a 15 milhões de barris de petróleo por
dia a mais em 20354, sobre os 84 milhões de barris de petróleo já consumidos
diariamente em 2009 (IEA, 2010).
A tabela 1.2 apresenta os movimentos de petróleo e derivados entre regiões do
globo em 2009, representados através da média anual da movimentação de barris por
dia (bpd).
Tabela 1.2 Fluxos comerciais de petróleo e derivados no mundo em 2009 (BRITISH PETROLEUM
P.L.C., 2010).
A figura 1.1 representa graficamente os principais fluxos comerciais de petróleo e
derivados no mundo em 2009, representados pela quantidade total de toneladas
movimentadas no ano.
4 Ressalta-se que tais previsões já consideram que serão efetivados os recentes compromissos – firmados
por diversas nações junto a organismos multilaterais – em diminuir emissões de gases com efeito estufa e
reduzir os subsídios à utilização de combustíveis fosseis.
3
Figura 1.1 Principais fluxos comerciais de petróleo e derivados em 2009 (BRITISH PETROLEUM
P.L.C., 2010).
1.1.2. Transporte marítimo mercante
A demanda por transporte em geral é uma demanda derivada, ou seja, sem que
atividades demandantes ocorram na origem e destino o transporte perde seu propósito e
passa a não acontecer (Bamford, 2001). O transporte marítimo como tal, segue esta
condição.
Ballou (2006) afirma que o transporte é atividade relevante. Sob o aspecto macro-
econômico a afirmação é de que basta comparar uma nação “desenvolvida” com uma
“em desenvolvimento” para verificar a proeminência dos transportes na geração de um
alto nível de atividade econômica. Sob o aspecto empresarial, o mesmo denota que a
movimentação de cargas representa geralmente de um a dois terços dos custos logísticos
totais de um negócio.
A efetividade do transporte perpassa pela movimentação do produto atendendo
requisitos de qualidade no serviço (prazos de entrega, integridade do produto, segurança
etc.), a contraponto, eficiência econômica é almejada através da redução no custo da
atividade. Sob este aspecto, o transporte marítimo se destaca por oferecer fretes a níveis
extremamente competitivos em função dos ganhos econômicos de escala
proporcionados pelas características intrínsecas do modal.
4
Há evidências de que desde 1500 A.C. embarcações marítimas a vela
transportavam mercadorias com finalidade comercial através do Mar Mediterrâneo
(Beenstock e Vergottis, 1993). Desde então, a tecnologia voltada ao transporte marítimo
mercante evoluiu timidamente até o início do século XIX – aproveitando-se
basicamente dos desenvolvimentos de áreas correlatas da indústria marítima
(principalmente a militar). Durante este ínterim, as embarcações mercantes limitavam-
se a navios de carga geral que se serviam ao transporte de praticamente todos os tipos de
produto.
O primeiro navio mercante a abandonar por completo os velames surgiu em 18525,
utilizando tecnologia a vapor. Já o primeiro navio oceânico a utilizar tecnologia de
motor à combustão somente surgiu em 19126.
O transporte marítimo mercante per se sofreu duas marcantes revoluções (Stopford,
1997):
(a) a evolução e adaptação dos sistemas logísticos (embarcações, sistemas de
armazenagens e manuseio) para movimentação de produtos a granel em
quantidades industriais, a qual iniciou-se na segunda metade do século XIX – a
reboque da Revolução Industrial;
(b) e, durante a década de 1960, o início da tecnologia de unitização de produtos
para o transporte, traduzido através da utilização de containers padrões,
viabilizando, por conseguinte, a indústria de linhas mercantes marítimas
regulares (utilizando os chamados navios porta-containers ou liners).
Atualmente, o transporte marítimo mercante disponibiliza comercialmente
embarcações dedicadas ao transporte de produtos específicos. Pode-se citar os navios
graneleiros (cargas sólidas a granel) e petroleiros (petróleo e derivados a granel), navios
conteneiros (carga unitizada), navios “roll-on, roll-off” (cargas com capacidade rodante)
etc.
O primeiro carregamento de petróleo em navio mercante de que se tem registro
aconteceu em 1861 da costa Atlântica dos Estados Unidos para a Europa. À época, o
carregamento foi feito em uma embarcação de carga geral onde barris de petróleo foram
5 Navio John Bowes de 500 toneladas de porte bruto (tpb). 6 Navio Selandia de 7.400 tbp
5
acomodados. Obviamente este não era um método eficiente, tanto sob o aspecto
logístico de carregamento/descarregamento, quanto de estiva do produto.
Exemplificando o citado anteriormente, já em 18867 o primeiro petroleiro, ou navio
tanque, foi construído com o propósito único de transportar petróleo a granel (à época já
utilizando tecnologia a vapor associado a velames). Sequencialmente, a indústria de
transporte de petróleo se desenvolveu baseada na força motriz de motores a combustão,
incrementando a capacidade de carga das embarcações até se construir e operar navios
com mais de 500.000 tpb, conforme se pode observar na trajetória histórica representada
na figura 1.2.
Figura 1.2 Tamanho médio dos navios petroleiros de 1900-1997 (STOPFORD, 1997)
A evolução tecnológica no setor, no entanto, desde a introdução dos motores a
combustão e da construção de navios de grande porte ( 320.000 tpb) não trouxe
repercussões significativas na indústria sob o aspecto mercadológico.
7 Navio SS Gluchauf de 3.030 tpb
6
Os desenvolvimentos tecnológicos mais recentes – em grande parte oriundos da
pressão por tecnologias mais eficientes em termos energéticos, econômicos e ambientais
–, direciona a indústria de transporte marítimo de petróleo e derivados ao remonte,
ironicamente, da utilização de força obtida eolicamente, um dos recursos primitivos
abandonado para fins mercantes quase que por completamente a cerca de um século8.
A utilização da força eólica conjugada com motores a combustão já é uma realidade
implementada comercialmente em navios roll-on, roll off9, carga geral
10 (Luttmer,
2008) e já há intenção firme de implementação em navios graneleiros (Eason, 2011).
Para navios petroleiros a intenção de utilização parece figurar nos planos de armadores.
Ilustrativamente, pode-se citar o projeto do armador sueco Stena Bulk denominado
Stena EMAX-air (Stena Bulk, 2011). Todavia, o impacto de tais tecnologias ainda
carece de implementação mais ampla para apropriado dimensionamento de seus
impactos em termos mercadológicos.
Conforme já mencionado e, ademais, evidenciado pela evolução histórica
constatada no porte dos navios petroleiros, este tipo de transporte se beneficia de
economia de escala. Muito embora já se tenha construído navios petroleiros de mais de
500.000 tpb, a maior classe de navio petroleiro atualmente utilizada – gozando de
flexibilidade operacional suficiente para geração de um mercado líquido de contratação
de frete e/ou aluguel – é o Very Large Crude Carrier (VLCC), classe que compreende
navios entre 200.000 e 319.999 tpb.
Entretanto, devido às restrições logísticas, o ganho de escala proporcionado pela
classe VLCC não pode ser facultado a todas as movimentações demandadas através do
globo. Por conseguinte, existem diversas outras classes de navios tanques para
transporte de petróleo e derivados que possuem mercados de contratação de frete e/o
aluguel líquidos. De acordo com Saraceni (2006), as classes de navios de acordo com
sua tonelagem de porte bruto podem ser classificadas conforme descrito na tabela 1.3.
8 Nota-se, entretanto, que a tecnologia básica de rotores Flettner de força eólica já tinha sido patenteada
pela empresa alemã Flettner em 1922, sendo inclusive implementada em 1924 na embarcação batizada de
Buckau, porém sem maiores repercussões até 2010 (vide nota de rodapé 9 deste capitulo). 9 O mercado de navios “roll-on, roll-off” recebeu em Agosto de 2010 o “E Ship 1”, primeiro navio do tipo
comercialmente empregado que utiliza rotores Flettner de força eólica para navegação. 10 A embarcação de carga geral Beluga Skysail realizou seu primeiro carregamento em 2008 utilizando
tecnologia da empresa alemã Skysail.
7
Tabela 1.3 Classe de navios de acordo com o porte bruto. Adaptado de Saraceni (2006).
Classe Tonelagem de Porte Bruto
ULCC – Ultra Large Crude Carriers tpb ≥ 320.000
VLCC – Very Large Crude Carriers. 200.000 ≤ tpb < 320.000
Suezmax 120.000 ≤ tpb < 200.000
Aframax 80.000 ≤ tpb < 120.000
Panamax11
60.000 ≤ tpb < 80.000
Handysize tpb < 60.000
Por razões logísticas e mercadológicas da indústria, os navios do tipo VLCC e
Suezmax são basicamente empregados no transporte de óleo cru. Os navios das classes
Aframaxes, Panamax e Handysize são comumente empregados tanto para transporte de
petróleo quanto de derivados. O perfil da frota mundial de petroleiros de casco duplo é
apresentado na tabela 1.4.
Tabela 1.4 Perfil da frota atual de petroleiros de casco duplo de acordo com a classe12.
Classe Nº Navios
(unidade)
Nº Navios
(%)
tpb total
(*106 ton)
tpb total
(%)
VLCC 499 9,9% 151,5 35,6%
Suezmax 409 8,1% 62,9 14,8%
Aframax 858 17% 91,1 21,4%
Panamax 385 7,6% 27,7 6,5%
Handysize13
2897 57,4% 92,9 21,8%
Total 5048 100% 426,1 100%
11 Saraceni (2006) também classifica navios do tipo “Post Panamax” como sendo navios do mesmo porte
em tpb de um Panamax, porém que não podem transitar através do Canal do Panamá por restrição de
dimensão física. 12 Dados extraídos de Clarkson Research Services (2011). 13 Desconsiderados navios de 10.000 < TPB.
8
Observa-se que embora a classe VLCC represente aproximadamente 10% da frota
mundial em número de petroleiros, sua capacidade de carga é maior do que um terço em
termos de tpb. O fato per se demonstra a relevância da classe nesta indústria.
Da média de 84 milhões de barris por dia consumidos mundialmente no ano de
2009, 38 milhões foram importados pelos países consumidores através de via marítima
(Clarkson, 2011), ou seja, cerca de 45,2%. Entretanto, nota-se que este número não
computa transporte de petróleo por cabotagem (ao longo da costa de um mesmo país), o
que certamente geraria incremento na estatística14
. A tabela 1.5 relaciona a quantidade
importada globalmente e a quantidade importada através de navios petroleiros em 2009.
Tabela 1.5 Quantidades de petróleo importadas globalmente.
Qtde importada total
(*106 bpd)
Qtde importada total por via marítima
(*106 bpd)
38,00515
38,016
Através do exposto na tabela 1.5 é possível realizar que em termos práticos todo o
comércio externo de petróleo passa em algum momento da cadeia de transporte pelo
modal marítimo. Por conseguinte, não é precipitado afirmar que a indústria de
transporte marítimo mercante, em específico a de transporte de petróleo desempenha
papel vital na economia mundial. De mesma sorte, ressalta-se que o VLCC,
considerando sua representatividade no tpb total da frota, ocupa lugar proeminente na
logística mundial do petróleo e, por conseguinte, tem sua relevância ao mecanismo
econômico mundial.
14 A exemplo do Brasil que de sua média de produção de 2.042,9 milhões bpd registrada no 1ºtri/2011,
89,4% (PETROBRAS, 2011) era offshore, sendo parcela considerável da produção cabotada até terminais
através de navios tanques. Não obstante, em geral o alívio deste tipo de produção é realizado por navios
tanque não convencionais (navios com capacidade de posicionamento dinâmico. 15 Informação extraída de BP p.l.c. (2010). 16 Informação extraída de Clarkson Research Services (2011).
9
1.1.3. Os mercados de contratação de navios petroleiros
O mercado de transporte para navios petroleiros vale-se basicamente de dois
mecanismos distintos para os agentes interessados em comprar e vender transporte17
.
É possível contratar frete para uma viagem isolada, onde a contratação se dá para
uma movimentação específica de um ponto A a um ponto B. Neste tipo de contrato
tanto a gestão náutica como comercial da embarcação estão sob a responsabilidade do
armador do navio. Normalmente, o frete acordado cobre todas as despesas relacionadas
com o transporte do produto. Este tipo de contrato é denominado Voyage Charter Party
(VCP). Este mercado é ainda conhecido como mercado de frete spot.
A Figura 1.3 representa a evolução das taxas de frete em Worldscale18
(WS) para
navios VLCC.
Figura 1.3 Evolução das taxas de frete no mercado spot para navios VLCC na rota Golfo Árabe-Japão19.
Alternativamente, é possível contratar capacidade de transporte através da
modalidade de contrato denominada Time Charter Party (TCP). Neste tipo de acordo o
armador disponibiliza ao afretador o controle comercial do navio mediante o pagamento
de uma taxa de aluguel diário. Ficam por conta do afretador os custos de abastecimento
17 Além da contratação em VCP e TCP a serem detalhadas a seguir, também é comum contratar
capacidade de transporte através de: Contract of Affreightment (COA), sendo uma derivação da
contratação em VCP; e Bare Boat Charter (BCP), sendo o afretador responsável por armar o navio e
deixá-lo operacional. 18 O frete de petroleiros é usualmente negociado utilizando unidade de valoração própria deste mercado,
denominada worldscale. Estas unidades são convertidas em valor monetário através de metodologia
inequívoca e de amplo conhecimento. 19 Dados oriundos de Clarkson Research Service (2010)
10
e as despesas portuárias incorridas, uma vez que o afretador é quem instrui o transporte
a ser realizado pela embarcação seguindo seus interesses comerciais. Ao armador recai
sobre todos os aspectos o custo de manter o navio operacional (tripulado, com
manutenção apropriada etc.). Interessante ressalvar que embora o controle comercial da
embarcação esteja com o afretador, tanto propriedade quanto posse do navio permanece
com o armador.
Conhecido também como mercado de contratação por período, os acordos em TCP
têm duração usual variando de meses até anos. De toda sorte, é interessante ressalvar
que nesta forma não há frete envolvido, mas sim aluguel.
A Figura 1.4 representa a evolução das taxas de aluguel para navios do tipo VLCC
no mercado de contratação por período.
Figura 1.4 Evolução das taxas de aluguel para contratos com período de 1 e 3 anos de navios VLCC20.
1.1.3.1. Integração dos mercados e o conceito de time charter
equivalent (TCE)
As embarcações petroleiras comumente estão ora contratadas no mercado spot, ora
no mercado de período. Conforme descrito no item 1.1.3.1, a receita para o armador do
primeiro se materializa através do montante financeiro acordado no frete. Já no segundo
caso aufere-se receita através de taxa diária fixa.
Como existe relação óbvia entre esses mercados, pois seus agentes (afretadores e
armadores) usualmente estão expostos a eles simultaneamente e as embarcações podem
facilmente mover-se de um para o outro, fez-se necessário a criação de base de
20 Dados oriundos de Clarkson Research Service (2010)
11
comparação entre ambos denominada Time Charter Equivalent (TCE). Esta comparação
é realizada convertendo a receita estipulada em uma contratação VCP em uma receita
diária através da qual esta seja facilmente comparada ao auferido no mercado de
contratação por período. A formulação desta relação está descrita na equação 1.1.
)(º
($)($)($))$(
diasviagemdeN
PortuáriasDesplCombustíveCustoFretediaTCE
(Equação 1.1)
1.2. Relevância da pesquisa
A importância econômica do transporte marítimo de petróleo, seguindo o discorrido
no item 1.1, motivou a pesquisa. De mesma sorte, o entendimento e estudo dos
mecanismos de funcionamento deste mercado são relevantes pelos aspectos macro e
micro econômicos do tema e seus impactos em áreas correlatas. Em decorrência, o
interesse pelo conhecimento detalhado deste mercado é presumidamente compartilhado
por agentes do próprio mercado, pelas entidades governamentais nacionais e supra-
nacionais e pela comunidade acadêmica. De acordo com Stopford (1997) entre as
entidades que demandam extensivamente previsões no mercado de transporte marítimo
estão bancos e companhias de navegação, servidores de entidades públicas e consultores
encarregados de elaboração de estudos sobre o setor.
Em específico, para os agentes participantes diretamente deste mercado, o melhor
entendimento do mesmo oferece vantagem competitiva. A volatilidade dos mercados de
contratação de transporte de petroleiros é considerável e a possibilidade de antecipação
a tendências no mercado é de extremo interesse aos agentes, uma vez que agrega valor
ao processo de tomada de decisão em negociações.
1.3. Problema de pesquisa
A literatura discorrendo sobre modelagem do mercado de transporte marítimo
direcionou esforços para o seu melhor entendimento valendo-se de ferramentas
econométricas, macro-econômicas, de redes neurais artificiais, dentre outras – as quais
serão examinadas em detalhe no Capítulo 2 – não obstante a área parece ainda ser
terreno fértil para novos estudos.
12
Em específico, atenção relativamente limitada foi dedicada à previsão de taxas de
frete e previsão de aluguéis por período no mercado de transporte marítimo, sendo que
os esforços existentes foram predominantemente direcionados ao mercado spot.
No tocante ao mercado por período, trabalhos trataram escassamente em previsão
de facto de taxas de alugueis. A teorização inicial de Zannetos (1966), suplementada por
Glen et al. (1981) e Hale e Vanags (1989), que, no seu conjunto, ofereceram
balizamento para compreensão das relações entre os mercados spot e por período
merecem destaque, porém limitam-se a achados teóricos. O trabalho de Strandenes
(1984), tratando da influência das expectativas do mercado de frete spot sobre o
mercado de time charter também pode ser destacado, porém apresentando modelagem
de pouco aplicabilidade prática em termos de previsão. O trabalho de Beenstock e
Vergottis (1989, 1993), em seu modelo econométrico estrutural, merece destaque pelos
resultados objetivos de previsões anuais para fretes e aluguéis, tanto para petroleiros
quanto para graneleiros.
A aplicabilidade e contribuição da ferramenta de Redes Neurais Artificiais (RNAs),
já amplamente testada e utilizada em outras áreas, na previsão de fretes para navios
petroleiros ainda merece maiores esforços. O emprego da ferramenta visando à previsão
de alugueis de petroleiros, mais ainda, é uma lacuna a ser preenchida. Este trabalho
envida esforços na tentativa de contribuir neste sentido.
Não obstante, como não se tem ambição neste trabalho de tomar por completo o
mercado de transporte marítimo de petróleo e, considerando o proeminente papel da
classe de petroleiro VLCC na movimentação de petróleo através do globo, a mesma foi
escolhida como foco do trabalho.
1.4. Objetivo da pesquisa
O objetivo principal deste trabalho é verificar o desempenho de redes neurais
artificiais em previsões fora-de-amostra de séries temporais de valor de aluguel em
contratos no mercado por período de navios petroleiros do tipo VLCC.
1.5. Objetivos específicos da pesquisa
Especificamente, este trabalho visa:
13
(i) verificar o desempenho de RNAs do tipo Perceptron Multi-Layer
(RNAs-MLP) como ferramenta de previsão para séries temporais de
valor de aluguel em contratos de 1 e 3 anos de extensão no mercado por
período de navios petroleiros do tipo VLCC;
(ii) verificar o desempenho de RNAs do tipo Radial Basis Function (RNAs-
RBF) como ferramenta de previsão para séries temporais de valor de
aluguel em contratos de 1 e 3 anos de extensão no mercado por período
de navios petroleiros do tipo VLCC;
(iii) realizar aferição comparativa do desempenho das RNAs-MLP e RNAs-
RBF entre si e, também, utilizando como benchmark elementar a
previsão gerada por um modelo estatístico auto-regressivo integrado de
média móvel (ARIMA).
1.6. Estrutura da dissertação
Este trabalho está organizado com o Capítulo 2 discorrendo sobre os esforços
apresentados pela literatura acadêmica sobre modelagem do mercado de transporte
marítimo.
No capítulo 3 apresentam-se teorização e fundamentos das Redes Neurais
Artificiais. Neste mesmo capítulo arrazoam-se os parâmetros a serem utilizados na
aferição do desempenho das predições deste trabalho.
No capítulo 4 está discutida a implementação e estão apresentados os respectivos
resultados dos modelos de previsão para as séries temporais propostas.
O capítulo 5 conclui o trabalho, trazendo considerações sobre as contribuições do
mesmo e comentários adicionais sobre os resultados obtidos quando comparados aos
disponíveis na literatura.
14
2. MODELAGEM DO MERCADO DE
TRANSPORTE MARÍTIMO
2.1. Mercado de Transporte Marítimo
O mercado de transporte marítimo, especialmente o de transporte de commodities,
é usualmente considerado um bom exemplo de mercado com condição próxima ao de
competição perfeita, onde o controle sobre oferta e/ou demanda por transporte está
pulverizado entre um razoável número de agentes. Ainda mais, não há barreiras
consideráveis a entrada e/ou saída do mercado.
A economia da atividade de transporte marítimo é imensamente complexa. Não
obstante, a modelagem do transporte marítimo pode ser realizada através de modelos de
oferta e demanda. Na tabela 2.1, elencam-se as cinco principais variáveis do lado da
oferta e, de mesma sorte, as cinco variáveis do lado da demanda que
predominantemente influenciariam o modelo (Stopford, 1997).
Tabela 2.1 Dez principais variáveis do modelo de transporte marítimo1.
Demanda Oferta
1. A economia mundial 1. Frota mundial
2. Comércio mundial de commodities
transportado por via marítima
2. Produtividade da frota
3. Distância média de transporte 3. Produção da construção naval
4. Ocorrências políticas 4. Demolição e perdas da frota
5. Custos de transporte 5. Taxas de frete
2.2. Modelagem do mercado de transporte marítimo
2.2.1. Modelagem: aplicações iniciais
1 Adaptado de Stopford (1997).
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O mercado de fretes de transporte marítimo foi uma das primeiras searas
exploradas pela área de econometria aplicada. Motivado, principalmente, pelo interesse
holandês no mercado de transporte marítimo, os primeiros esforços surgiram já na
década iniciada no ano de 1930.
Tinbergen (1934) elaborou sobre a sensibilidade das taxas de frete perante
alterações nos patamares de demanda e oferta, considerando ainda alterações em sub-
fatores da oferta (ex.: preço de combustível). O conjunto econométrico legado por
Tinbergen influenciou muitos dos outros modelos que viriam a ser propostos,
principalmente no tocante a incorporação de relações que modelem o comportamento
cíclico observado no mercado de fretes.
Em trabalho similar, porém com viés mais analítico e avaliando a fundo os
aspectos microeconômicos das curvas de oferta e demanda no mercado de frete para
navios petroleiros, Koopman (1939) contribuiu para a teorização sobre a elasticidade da
oferta. Notoriamente, o seu principal aporte foi a demonstração de que a curva de oferta
é bastante elástica quando a frota opera com ociosidade evidente (i.e.: navios operando
com velocidade reduzida proposital ou em lay-up), porém passando a inelástica quando
a frota opera próxima a capacidade nominal.
2.2.2. Modelagem: achados sobre a demanda
A literatura supriu relativa lacuna, então, no entendimento sobre a curva de
demanda através dos resultados demonstrados por Eriksen (1977), Wergeland (1981) e
Norman e Wergeland (1981), onde estes apresentam que embora exista relação
inversamente proporcional entre taxas de frete e os níveis de demanda pelo transporte,
esta relação é desprezível.
Por conseguinte, concluiu-se que a demanda por frete é praticamente inelástica.
Esta afirmativa é ainda mais enfática no caso dos navios-tanque, dado o fato de que a
demanda por petróleo também é inelástica (pelo menos em curto prazo) e pelo fato de o
frete representar um percentual menor na composição do preço final do petróleo
entregue.
2.2.3. Modelagem de Estrutura a Termo
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As teorias que suportam a relação entre taxas no mercado de frete spot e a taxas
do mercado de aluguel por período (time charter) são conhecidas como Hipótese das
Expectativas e da relação de Estrutura a Termo. Estas teorias foram desenvolvidas
inicialmente em estudos sobre curva de juros e títulos no mercado financeiro.
A Hipótese das Expectativas propõe que as taxas de longo prazo são determinadas
pelas expectativas do mercado para as taxas de curto prazo, adicionadas de um prêmio
de risco constante. Esta teoria deriva da Teoria Pura das Expectativas (Fisher, 1896),
onde se estabeleceu que um investidor que possui um título por longo prazo recebe um
rendimento que seria uma média das taxas oscilantes daqueles que especularam nesse
período.
Zannetos (1966) foi um dos primeiros a identificar a relação de Estrutura a Termo
no mercado de transporte marítimo. Glen et al. (1981) e Hale e Vanags (1989) em um
estágio posterior suplementaram este achado.
A teoria da relação de Estrutura a Termo – como complementação da Hipótese
das Expectativas – baseia-se no argumento da não-arbitragem. Aplicada à modelagem
no transporte marítimo, a teoria de relação Estrutura a Termo determina que os agentes,
sejam afretadores ou armadores, deveriam ser indiferentes sobre entrar no mercado em
contratos por período ou por uma série de contratos spot (por período equivalente a um
contrato de longo prazo). Sendo assim, sob o aspecto macroeconômico, entende-se que
o mercado de frete é eficiente e os agentes não poderiam obter lucros excessivos ao
escolher por operar decididamente em um ou outro tipo de contrato/mercado.
2.2.4. Modelo de Strandenes para taxas de time charter
Seguindo a teoria de mercados eficientes (Fama, 1970), o valor presente de um
contrato de afretamento time charter seria igual à expectativa do valor presente do
mercado spot para a duração do contrato (em termos de TCE) após considerações sobre
os riscos envolvidos.
O modelo de Strandenes (1984), baseado na teoria de mercados eficientes, teve
como um de seus objetivos determinar a real relevância das expectativas de curto e
longo prazo para o mercado spot sobre os níveis das taxas de time charter de curto e
longo prazo. Para tal, construiu a seguinte afirmativa
17
]~~)[( L
ttttt baH , (Equação 2.1)
sendo
tH a taxa de time charter para um contrato de anos realizado no tempo t;
t~ o TCE curto prazo;
L
t~ o TCE esperado no longo prazo;
)( representa um prêmio pelo risco (que pode variar de acordo com a duração
do contrato ).
Valendo-se do modelo descrito, Strandenes chega à conclusão sumariada na tabela
2.2, tendo sido esta baseada em dados obtidos para navios-tanque de tamanho mediano
(porém afirmando que esta também é representativa para outros setores).
Tabela 2.2 Análise de sensibilidade das taxas de TCP em função das expectativa das taxas de TCE de
curto e longo prazo2.
Duração
do contrato TCP
Efeito estimado em H com o
aumento de:
0-12 meses 13-36 meses + de 36 meses
$1 no TCE de curto prazo $0,60 $0,47 $0,26
$1 no TCE de longo prazo $0,44 $0,51 $0,70
$1 no TCE de curto e longo prazo $1,04 $0,98 $0,96
Considerando os resultados próximos ao valor $1, quando do incremento de $1 no
TCE de curto e longo prazo, é razoável inferir-se que o prêmio de risco cobrado para
contratos de time charter é pequeno, e mais ainda, deduzir-se que o mesmo é