Força de ondas em estruturas pequenas - Morison

A engenharia oceânica não é somente formada de grandes estruturas como FPSOs, navios e semi-submersíveis. Dimensões menores estão presentes nos risers, linhas de amarração, bracings, stingers, dutos, etc. Como estes tem dimensões menores em relacão aos comprimentos de ondas, as forças existentes são diferentes em relação as que são observadas em grandes estruturas.

Pelo fato da dimensão da estrutura ser pequena em relação ao comprimento de onda, essa não é difratada, não sendo necessário o cálculo de difração-radiação, executado pelo código WAMIT, por exemplo. Para estas estruturas, usa-se o modelo de força proposto por Morison.

Neste modelo, a força é considerada como a somatória da força inercial (ou de massa) e da força viscosa. A primeira parcela é proporcional à aceleração relativa entre a estrutura e as partículas de onda, e a segunda proporcional a velocidade. Mais informações podem ser encontradas no Cap. 7 do livro do Faltinsen, 1990, Sea Loads on Ships and Offshore Structures.

A simplicidade da equação não deve ser subestimada, pois a dificuldade não esta na resolução matemática, e sim na correta obtenção dos coeficientes Cm e Cd, respectivamente coeficientes de massa e de arrasto (ou drag, em inglês).

A norma DNV RP C-205 apresenta diversos valores para serem aplicados em cálculos deste tipo. Se a estrutura a ser calculada é semelhante às apresentadas na norma, sorte para o engenheiro. Porque caso esteja trabalhando com estruturas mais complexas, como é a maioria dos casos, ensaios de oscilação forçada em tanque de provas devem ser realizados. Os resultados são apresentados em função do admensional KC (número de Keulegan-Carpenter = V.T/D).

Para se ter uma idéia de qual força é dominante na estrutura a ser avaliada, em uma fase inicial pode ser usado o gráfico apresentado por Chakrabarti, 1986, para um cilindro vertical fixado no fundo.

Seminário de Hidrodinâmica Naval

A Oceânica realizou no dia 09 de Março, um seminário de hidrodinâmica naval, em conjunto com o MARIN (Maritime Research Institute Netherlands), de quem é parceira desde 2007.

Além da palestra introdutória, foram realizadas apresentações de resistência ao avanço, interação casc0-hélice, manobra, comportamento no mar e aspectos operacionais, sempre apresentando embasamento teórico, ferramentas computacionais, ensaios em tanque de provas e monitoramentos reais. Os palestrantes foram Marcos Cueva, Johan de Jong e Jaap van Heerd.

No total, 70 pessoas participaram do curso, e pelo objetivo de poder fornecer um serviço de alto nível aos que presentes, infelizmente algumas pessoas tiveram que ficar de fora. O total de incrições foi de 120 pessoas. No próximo evento, o objetivo é não deixar ninguém de fora.

A partir da avaliação respondida pelos participantes, foi obtida a marca de 92% de avaliações boas, 8% regulares e 0% ruims sobre o evento em geral.

Além disso, sobre futuros treinamentos, os 4 assuntos que estão liderando são:

• ancoragem e posicionamento dinâmico para plataformas;
• análise estrutural de navios e plataformas;
• hidrodinâmica e arquitetura naval de plataformas e
  
• ensaios em tanque de provas.
  

Caso deseje influenciar nesse resultado, para direcionar futuros treinamentos, utilize a enquete neste blog.

Para que servem as sementes aleatórias?

Quem trabalha com análises de movimento, linhas de amarração e risers no domínio do tempo já deve ter se deparado com as famosas sementes aleatórias, números que se alterados, podem ocasionar resultados diferentes para um mesmo modelo e condição ambiental. O que pouca gente sabe é de onde estes valores veem e o porque deles influenciarem os resultados.

Para se efetuar uma análise no domínio do tempo, é necessário definir as características da onda que incidirá na unidade flutuante, fixa ou navio. Estas ondas são normalmente especificadas em termos de altura significativa (Hs) e período de pico (Tp), que juntamente com a formulação do tipo de espectro - para o Brasil o mais comum é o de JONSWAP, formam um espectro de onda, que define a quantidade de potência de onda incidente para cada frequência associada. Por se tratar de um espectro somente de amplitude, a informação de fase, necessária para definir a série temporal não está existente.

Para contornar este problema, os softwares de análise temporal utilizam funções randômicas para definir a fase, conforme a semente aleatória que for definida pelo usuário. Observa-se, no entanto, que a escolha errada de uma semente pode subestimar ou superestimar o resultado obtido.

Uma abordagem correta deve considerar a rodada de diversas sementes, seguindo algum critério de convergência ou recomendação de norma. O BV, por exemplo, em sua norma NI493, para sistemas de amarração de unidades permanentes, apresenta uma tabela que define uma margem de segurança em função do número de rodadas com diferentes sementes aleatórias.
Na execução de ensaios o problema se apresenta da mesma forma, mas devido a impossibilidade de se realizar diversos ensaios somente com a variação da semente, é recomendada uma escolha criteriosa da semente a ser ensaiada e completar as análises com modelos numéricos, calibrados a partir do ensaio e posteriormente rodados em maior número.