WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica...
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WORKSHOPHIDRODINÂMICA
Afonso CabreraDaniel Cueva MARÇO/2015
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PROGRAMAÇÃO
METEOCEANOGRAFIA (VENTOS, ONDAS E CORRENTEZA)
HIDROSTÁTICA (ESTABILIDADE)
INTERVALO
HIDRODINÂMICA (MOVIMENTOS)
MANUTENÇÃO DA POSIÇÃO (DP E ANCORAGEM)
FECHAMENTO
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METEOCEANOGRAFIA
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AGENDA METOCEAN
• Waves
• Current
• Wind
• Tide
• Temperature
• Environmental Conditions
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HS
HMAX
H1/1000
TP
TZ
TC
M0
PM
JONSWAP
EDDIELOOP
API
NPD
THMAX
RP
GAMA
ALPHA
UTME
M2
TZ UP
TZ DOWN
wSTDV
ZR
OCHI
SIGMA
MHWS
BEAUFORT
HAT
100-100-10
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DEFINITION
• METeorological and OCEANographic parameters
• The term is often used in the offshore industry to describe the physical environment near an offshore platform
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WAVES
• Gravity waves (restoring force is gravity)
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WAVES
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DEEP AND SHALLOW WAVES
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WAVE GENERATION
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WAVE LENGTH
2
gC
TC
2k
• Wave Number
• Phase Velocity (gravity, deep water)
• What is the wave length for a 10s wave period?
2
2gT
256,1 T
T (s) λ (m)
4,0 25,0
8,0 99,9
12,0 224,8
16,0 399,7
20,0 624,5
24,0 899,3
28,0 1224,1
32,0 1598,8
gk
2
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WAVE ANALYSIS
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WAVE ANALYSIS
• Fourier Transform
0
0
0
dSmdSm n
n
2
02m
mTZ
03
1 4 mHHSIG
01000
1 7.7 mHHMAX
periodpeakTP
• Statistical Analysis
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WHY H1/3 ; WHY H1/1000
The significant wave height was intendedto mathematically express the heightestimated by a "trained observer“
Considering a typical wave period of 10sand a typical storm duration of 3 hours
108010
1080036003
s
ssh
In 3 hours there will be 1080 waveoccurrences. So H1/1000 is theapproximate probability of having oneextreme event in a 3 hour storm.
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EXERCISE
Based on this signal, estimate Hs and Tp.
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WAVE SPECTRUM
JONSWAP (JOint North Sea WAve Project)
Pierson Moskowitz
Bretschneider, Mitsuyasu, ISSC, …
Wave Spectrum, adjusted for Campos
Basin wave conditions (PETROBRAS)
Hs, Tp, γ
defines a sea state
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RETURN PERIOD
A return period (also known as a recurrence interval) is an estimate of the interval of time between events.
1 year 10 year 100 year
Hs (m) 6.4 7.2 7.8
Tp (s) 13.9 14.8 15.6
Hmax (m) 11.9 13.3 14.5
Thmax (s) 13.7 14.4 1.5
Hs (m) 16.91
Tp (s) 14.29
Hmax (m) 32.10
1 year 10 year 100 year
Hs (m) 4.5 5.8 7.5
Tp (s) 9.8 10.6 12.0
Hmax (m) 8.2 10.6 13.6
Thmax (s) 9.0 9.8 11.0
CAMPOS GoM
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SWELL
•long-wavelength surface waves
For bimodal sea states, the power spectrum has two significant peaks
Why is swell a
problem?
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CURRENT
• Tidal Current
• Circulation Current
• Storm-generated Current
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CURRENT PROFILE
• Constant
• Triangular
• Any
Current load may be the governing design load and the selection
of a appropriate current profile is important!
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CURRENT PROFILE
• Direction variation with water depth
Amplitude fluctuation may be
considered.
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WIND• Direct inpact on ships and offshore structures
• Responsible for wave generation
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WIND
• Constant in direction and speed
Common reference height level is z = 10 metersCommon averaging times are 1min, 10min or 1h
API INDICATION
SOURCE: DNV
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WIND SPECTRUM
• Fluctuating wind
•Ochi
•Davenport
•Harris
•Wills
•Kaimal
•API (American Petroleum Institute)
•NPD (Norwegian Petroleum Directorate)
•Others
steady component (usually 1h)+
gust spectrum
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TEMPERATURE
VIS
CO
SIT
Y
DR
AG
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ENVIRONMENTAL CONDITIONS - DIRECTIONS
IMPORTANT! USUAL SOUCE OF ERRORS!
WAVE COME FROM
WIND COME FROM
CURRENT GOES TO
THIS IS NOT A RULE! MAKE SURE YOU KNOW
THE COORDINATE SYSTEM!
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ENVIRONMENTAL DESIGN CONDITIONS
WAVE DESIGN CONDITION 100 YEARS RETURN PERIOD WITH ASSOCIATED WIND AND CURRENT
WIND DESIGN CONDITION 100 YEARS RETURN PERIOD WITH ASSOCIATED WAVE AND CURRENT
CURRENT DESIGN CONDITION 100 YEARS RETURN PERIOD WITH ASSOCIATED WAVE AND WIND
100 YEAR WAVE + 100 YEAR WIND + 10 YEAR CURRENT
&
100 YEAR CURRENT + 10 YEAR WAVE + 10 YEAR WIND
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HIDROESTÁTICA
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HIDROESTÁTICA - MOTIVAÇÃO
Compreender os aspectos envolvidos na estabilidade de sistemasflutuantes, sua dinâmica e as ferramentas existentes para asua avaliação.
MV Cougar Ace
Características principais:
Type: Ro-Ro (Roll on Roll off vessel)
Comprimento: 199m
Boca: 32m
Calado:10m
Data do acidente: 04/05/2005
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Nomeclatura e Terminologia Deslocamento (m3)
∆ Deslocamento em Massa (Toneladas)
AP Perpendicular de Ré
Área de Linha D'água
Posição do Centro de Carena
Linha D'água no Calado de Projeto
Perpendicular de Vante
Posição do Centro de Gravidade
Braço de Endireitamento
Momento de Inércia da Área de Linha D'água (m4)
Momento de Inércia (t*m2)
K Quilha
Awl
B, CB
BM Dist. entre o Centro de Carena e o Metacentro (raio metacêntrico)
DWL
FP
G, CG
GM Dist. entre o Centro de Gravidade e o Metacentro
GZ
Iwl
Ixx, Iyy, Izz
KB Dist. entre a Quilha e o Centro de Carena
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KG
KM
Loa Comprimento Total
Comprimento entre Perpendiculares
M Metacentro
Raio de Giração (m)
Toneladas por Centímetro de Imersão
Dist. entre a Quilha e o Centro de Gravidade
Dist. entre a Quilha e o Metacentro
LCB Pos. Longitudinal do Centro de Carena
LCF Pos. Longitudinal do Centro de Flutuação
LCG Pos. Longitudinal do Centro de Gravidade
Lpp
MT cm Momento para Mudar o Trim em 1cm
Rxx, Ryy, Rzz
TCG Pos. Transversal do Centro de Gravidade
TP cm
VCB Pos. Vertical do Centro de Carena
VCG Pos. Vertical do Centro de Gravidade
Nomeclatura e Terminologia
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PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
P
E
P
E
P
E
P
E
R
(a) (b)
(d)
(c)
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Flutuabilidade
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Tabelas e Curvas Hidrostáticas
•São curvas com váriaspropriedades hidrostáticasdo casco, em função docalado.
•São muito úteis para planosde carga e descarga,movimentação de pesos abordo e, principalmente, paraos estudos de estabilidadedurante o projeto.
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Tabelas e Curvas Hidrostáticas
WL.AR Área de Linha D'água
IL Inércia de Linhra D'água
As curvas ao lado são de qual tipo
de embarcação?
Final dos pontoons e
início das colunas
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Estabilidade Estática
• ESTÁVEL
• INDIFERENTE
• INSTÁVEL
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Estabilidade Estática
• Posição Metacêntrica
- O ponto onde a linha
vertical que passa por B
se cruza com outra linha
vertical (em função da
nova linha d'água) que
passa por B1.
OBS:
W L
W1
L1
L.C.
B B1
G
M
Z
0δθ
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Estabilidade Estática
M(momento restaurador) = GZ
Questão: como descobrir o GZ?
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Estabilidade Estática
• Estabilidade Inicial
GmsenδGZ
Comosaber oGm?
Gm+KG=Bm+KB
KGBm+KB=Gm
δθ
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Estabilidade Estática
• Cálculo do BM
dxδθytan.y=V.g1g2 3/4y2./1
g2
g1
δθV.g1g2=δθBB1=BM tan/tan/
dxy³=δθV.g1g2 3/2tan/
dydxy²=xδδyyΣδ=I /,
3/Y³=dyy²dxy³=I 3/1
BM
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Estabilidade Estática• Pequenos ângulos ⇒Metacentro M= ~ constante
• Ângulos maiores: Curva do metacentro é obtida como a evoluta à curva do centro de carena.
• Interseção da normal à curva do centro de carena com a linha de centro ⇒Metacentro Aparente N
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Estabilidade Estática
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Curvas de Restauração
GZ(m)
GZ'(m)
Incli.(graus) GZ(m) GM(m) GZ'(m) GZ2-GZ(m)
0 0 0 0 0
0.25 0.06 14.67 0.06 0
0.5 0.13 14.67 0.13 0
1 0.26 14.67 0.26 0
2 0.51 14.64 0.51 0
3 0.76 14.58 0.77 0.01
4 1.01 14.54 1.03 0.01
5 1.26 14.49 1.28 0.02
10 2.48 14.29 2.56 0.08
25 4.01 9.49 6.23 2.22
40 2.69 4.18 9.47 6.79
55 0.69 0.84 12.07 11.39
60 -0.04 -0.04 12.77 12.8
75 -2.24 -2.32 14.24 16.48
90 -4.83 -4.83 14.74 19.57
GM 14.74
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Caso Especial: Estabilidade em Semi-Subs
CALADOS
EIXOS PRINCIPAIS
DE INÉRCIA
EFEITOS DO
VENTO
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Caso Especial: Estabilidade em Semi-Subs
LINHAS DE
AMARRAÇÃO
FORÇA DE
SUSTENTAÇÃO
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Movimentação de Carga
GMsenθ=GZ
GMsenθ=GZ
θw.d=GM
senθθw.d=GM
θw.d=GMsenθ
rrestauradoM=bandaM
θw.d=M
tan/
/cos
cos
cos
Devido a um novo peso w
colocado a uma distância d do
centro de linha d'água, temos:
Experimento de Inclinação
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Efeito de Superfície Livre
•O movimento do líquido em um tanque que está parcialmente
cheio reduz a estabilidade da embarcação.
•Conforme o navio inclina, o centro de gravidade do líquido se
desloca para o lado mais baixo, deslocando o centro de
gravidade do navio para o lado mais baixo e
conseqüentemente reduzindo o braço restaurador.
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Redução de EstabilidadeEfeito Granel Efeito em Ondas
Içamento de Peso
CG Aparente – Extremidade da lança do guindaste
Modificação da inércia de área:
-Crista a meio navio →Redução BM
-Cavado a meio navio →Aumento BM
Gerais:
-Navios ↓CB e formas em V →Efeito ↑
-Navios ↑CB e formas em U →Efeito ↓
Efeito adicional:
-KB ↑ (pouco)
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Estabilidade Dinâmica
• Critério de Estabilidade
– IMO: “International Maritime Organization”
CURVA DE ESTABILIDADE
VENTO
MOVIMENTO
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Estabilidade Dinâmica
ENERGIA
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Normas
• Exemplo BV
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Estabilidade Avariada
Avaria de Acordo com um Critério Pré-Estabelecido
- GM > 0
- Banda e Trim Máximo
- Comprimento Alagável
- Imersão do Convés
- Vazamento Máximo de Óleo
- etc.
Cálculo Manual:
- Método de Adição de Peso
- Método de Perda de Flutuabilidade
Cálculo Numérico:
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HIDRODINÂMICA
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BASIC TOPICS ON OFFSHORE HYDRODYNAMICS
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MOTIONS IN WAVES
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EXAMPLE OF HYDRODYNAMIC STUDIESOFFLOADING
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from youtube.com/user/Paneroso
EXAMPLE OF HYDRODYNAMIC STUDIESPARAMETRIC MOTIONS
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cortesy from MARIN
EXAMPLE OF HYDRODYNAMIC STUDIESCAVITATION
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EXAMPLE OF HYDRODYNAMIC STUDIESGREEN WATER
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EXAMPLE OF HYDRODYNAMIC STUDIESSLAMMING
![Page 63: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/63.jpg)
EXAMPLE OF HYDRODYNAMIC STUDIESINSTALLATION
![Page 64: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/64.jpg)
EXAMPLE OF HYDRODYNAMIC STUDIESMOORING AND RISER ANALYSIS
![Page 65: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/65.jpg)
BASIC TOPICS ON OFFSHORE HYDRODYNAMICS
![Page 66: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/66.jpg)
SMALL STRUCTURES
• Small: the wave do not “feel” thestructure
• Jackets, piles, risers, mooringlines, subsea equipments, jack-up legs, stingers, …
• Morison force model
• Remembering:
2
2gT
256,1 T
![Page 67: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/67.jpg)
MORISON FORCE
![Page 68: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/68.jpg)
BASIC TOPICS ON OFFSHORE HYDRODYNAMICS
![Page 69: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/69.jpg)
• Size comparable to wave
length
• Semi submersibles, FPSOs,
ships, barges, Spars,...
• Evaluation by potential theory
• Newtonian fluid - no viscosity
• Usually panel models are used
LARGE STRUCTURES
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wave forces in a floating
system
radiation forces and
restoringexcitation forces
WAVE FORCES ON FLOATING SYSTEMS
![Page 71: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/71.jpg)
EXCITATION FORCES
• Froude-Krylov force
• Pressure due to the
undisturbed waves
• Diffraction force
• Pressure modification
due to the body
presence
from compadre.org
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• Hydrostatic restoring
• displaced mass
• Added mass and potential
damping
• radiated wave pressure
RADIATION FORCES AND RESTORIG
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• mass times accelerationequal to the forces sum - 2ndNewton law
• natural period
• natural period of a systemwith mass of 300g and12.5N/m?
DYNAMIC EQUATION
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• Coupled dynamic equationfor the 6 degree of freedom(DOF)
• Solving the equation foreach frequency, results in alinear transfer functioncalled RAO - ResponseAmplitude Operator
RAO
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• It describes the 1st ordermotion characteristics of thefloater
• Does not depend on thewaves
• It is a linear function
• Can be used for non-linearmotions, such as FPSO roll,but with caution
RAO
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6 DOF
![Page 77: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/77.jpg)
COUPLING
Fext Fext Fext
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SPECTRAL CROSS
• Combination of wavesand floatercharacteristics
• Obtain the maximumand significantamplitude
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SPECTRAL CROSS
TRANSFER
FUNCTIONINPUT OUTPUTX
RAO^2SEA
(spectrum)
IRREGULAR
MOTION
(spectrum)X
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Small or big structure?Obtain Cd and Cm dynamic solver
motions, velocity
and accelerations
forcesviscosity can be
neglected?
rules, softwares or
model test
3D diffraction/radiation
solver, frequency
domain
to mooring and risers
analysis
spectral cross
maximum estimative
to structural
analysis
comparison with model
test
operational limits
CALCULATION CHART EXAMPLE
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• Faltinsen O.M., 1990, Sea Loads on Ships and Offshore Structures, Cambridge University Press;
• Chackrabarti S.K., 1987, Hydrodynamics of Offshore Structures, Computational Mechanics Publications, Springer-Verlag
• Den Hartog, 1956, Vibrações nos Sistemas Mecânicos, Ed. Edgard Blücher
• WAMIT User Manual v6.4, 2006, Wamit Inc.
• http://www.youtube.com/user/oceanicaoffshore
• www.oceanicabr.com/downloads
REFERENCES
DÚVIDAS?
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MANUTENÇÃO DA POSIÇÃO
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MOTIVAÇÃO
Fornecer uma visão macro dos tipos de sistemas de manutenção daposição (ancoragem e DP), parâmetros de projeto e metodologiasde cálculo.
Como manter um corpo de 250.000t em posição, numa
lamina d’água de 2.500m, durante condições de extremas
de operação?
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![Page 85: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/85.jpg)
![Page 86: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/86.jpg)
MANUTENÇÃO DA POSIÇÃO
Ancoragem Convencional
Single Point ou Spread Mooring
Frequentemente utilizada
Função da lamina d’água
Posicionamento Dinâmico (DP)
Manutenção automática da posição
Unidades que mudam de locação frequentemente
![Page 87: WORKSHOP HIDRODINÂMICA - Oceânica Offshoreoceanicabr.com/files/downloads/engenharia-naval-basico-perfuracao.pdf · programaÇÃo meteoceanografia (ventos, ondas e correnteza) hidrostÁtica](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022020215/5baca93509d3f23f0d8bb4ae/html5/thumbnails/87.jpg)
SISTEMAS DE ANCORAGEM
Spread Mooring
Single Point Mooring Turret Mooring
Interno
Externo
SALM (Single Anchor Leg Mooring)
CALM (Catenary Anchor Leg Mooring)
CALM com Hawsers
CALM com Soft Yoke
CALM com Yoke fixo
Tendões
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SPREAD MOORING
Sistema de ancoragem típico
FPSOs ou Semi-subs
Linha composta por amarra, cabo de aço, cabo sintético ou combinação dos três
Permanente ou temporário
Perfuração ou produção
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Traditional Drag Anchor
ANCORAS
VLA
Ancora Torpedo
Suction Pile
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ANCORA TORPEDO
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LINHAS ANCORAGEM
Amarra (corrente) R3, R4
Stud Chain ou Studless
Cabo de Aço Maior elasticidade e menor peso que a amarra
Corrosão
Cabo sintético Poliester
Restauração não-linear
All Chain
Chain & Wire Rope
Chain & Synthetic Fiber Rope
Chain & Wire Rope & Synthetic Fiber Rope
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LINHAS DE ANCORAGEM
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ARRANJOS DE SISTEMAS DE ANCORAGEM
Catenaria
“Semi-taut”
“Taut Leg” Elasticidade da linha
Pretensão
Carregamento vertical
Menor raio de ancoragem
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DINÂMICA DE UM SISTEMA DE ANCORAGEM
SISTEMA
FLUTUANTE
1ª ORDEM
2ª ORDEM
CORRENTEZA
VENTO
ONDA
RISERS
SISTEMA DE
ANCORAGEMX, Ẋ, Ẍ
X, Ẋ, Ẍ
FRISERS
FANCORAGEM
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FORÇAS DE ONDAS
1ª Ordem Forças grandes
Mesma frequência que a onda
Relacionada à elevação de onda
Proporcional à amplitude da onda (linear)
2ª Ordem Forças pequenas
Baixa frequência
Relacionadas ao grupo de onda
Proporcional ao quadrado da amplitude da onda (quadrática)
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FORÇAS DE ONDAS
-1
-0.5
0
0.5
1
0 50 100 150 200 250
W1=10s
W2=11s
-2
-1
0
1
2
0 50 100 150 200 250
W1=10s
W2=11s
W1+W2
-2
-1
0
1
2
3
4
0 50 100 150 200 250
W1+W2
(w1+w2)^2
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FORÇAS DE ONDAS
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 50 100 150 200 250
(w1+w2)^2
Baixa Freq
Média
F2
g
2Ar
2
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FORÇAS DE ONDAS – MÉTODO DE CÁLCULO
Modelo Numérico
Radiação-Difração
Aproximações
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FORÇAS DE CORRENTEZA
Maré, Circulatórias, Tempestades
Variam com a profundidade (intensidade e direção)
Forte atuação no casco, linhas e risers
N
NW
W
SW
S
SE
E
NE
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
Frequency of Current OccurenciesCampos Basin - Comes from
CB ProfileComes from North
N
NW
W
SW
S
SE
E
NE
0
0.5
1
1.5
2
Values of Current Occurencies
CB Intermediate Central Region - Comes from
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FORÇAS DE CORRENTEZA
Formulação para arrasto
Fd 1 2 SU2Cd
Structure RisersMooring
linesSpars
SS coluns and
pontoonsFPSO
MonoColumns
D charac. 4”-18” 80-260mm 20-45m 8-15m 200-300m 60-120m
Re 1.5-6.8E+5 1.2-4E+5 3-6.7E+7 1.2-2.3E+7 3-4.5E+8 9-18E+7
Reynolds típico em projetos offshore (2m/s)
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FORÇAS DE CORRENTEZA – MÉTODO DE CÁLCULO• Teste em escala
• CFD
• Formulações (ex: Faltinsen, 1990)
• Semi-empírico
Equações básicas com valores de Cd baseados na bibliografia
F1c 0.075
log10Rn2
212SUe
2cos
RnUcLcos
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FORÇAS DE VENTO
Provoca pressão normal e arrasto tangencial
Varia de intensidade com a altitude (alt. de ref. – 10m)
Velocidades médias usuais – 1min, 10min, 1hora
N
NW
W
SW
S
SE
E
NE
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
Frequency of Wind Occurencies
10m above sea level, 10min. - Comes fromN
NW
W
SW
S
SE
E
NE
0
5
10
15
20
25
30
35
Values of Wind Occurencies
10m above sea level, 10min. - Comes from
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FORÇAS DE VENTO• Velocidade constante: média de 1-minuto
• Flutuante: média de 1-minuto + rajada (wind gust spectrum)
• Espectro NPD(API2SK):
• Fatores para a vel. de vento(API)
Snpd
f
320U
0
10
2
z
10
0.45
1 f'0.4683.561
f '
172z
10
2 3
U0
10
3 4
Average time Period
Multiply 1 hour average by
10 min 1.060
1 min 1.180
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FORÇAS DE VENTO – MÉTODO DE CÁLCULO
• Teste em escala
• CFD
• OCIMF
• Semi-empírico• Regras (API, DNV)
• Sofwares (WINDOS)
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FORÇAS AMBIENTAIS - EXEMPLO
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ANÁLISE DO SISTEMA
DINÂMICA DO
SISTEMA
FLUTUANTE
RESPOSTA DO
SISTEMA DE
ANCORAGEM
INTERAÇÃO COM
RISERS
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DINÂMICA DO SISTEMA FLUTUANTE
Simulação da dinâmica da embarcação
Domínio da frequência Desacoplado
Carregamentos (médio, lento e alta frequência) calculadosseparadamente
Rápido
Domínio do tempo Combina a resposta média, lenta e de
alta frequência
Pode ser acoplado
Lento
Séries temporais
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RESPOSTA DO SISTEMA DE ANCORAGEM
Simulação da resposta do sistema de ancoragem
Quase-estático Carregamentos de onda offset
Efeitos dinâmicos de massa, amortecimento e aceleração naslinhas não são considerados
Catenária
Acoplado ou desacoplado
Dinâmico Efeitos dinâmicos de massa, amortecimento e aceleração nas
linhas são considerados
Pode ser não-linear
Elementos finitos
Acoplado ou desacoplado
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ANÁLISE DINÂMICA ACOPLADA
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CONDIÇÕES DE PROJETO
Análise Intacta
Análise Avariada
Análise Transiente
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CRITÉRIOS DE PROJETO
Offset da embarcação
Tensão na linha
Comprimento da linha
Carregamento na âncora
Vida fadiga (3x)
Espaçamentos
Estruturas de suporte
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POSICIONAMENTO DINÂMICO
Sistema para manutenção automática da posição através daaplicação de propulsores
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SISTEMAS
Sistemas de potência Geradores
Painéis
Cabeamento
Propulsores Propulsores auxiliares
Propulsor principal
Leme
Sistema de controle Computadores
Software
Sistemas de referência
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LOOP DE CONTROLE
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ALOCAÇÃO DOS PROPULSORES
ROTINA DE
ALOCAÇÃO
Fyrequerido
Fxrequerido
Mzrequerido
Prop. 1: Azimute e Rotação
Prop. n: Azimute e Rotação
...
FUNÇÃO OBJETIVO:
POTÊNCIA
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FALHA
FMEA
Failure Modes andEffects Analysis
A2
T6 A1
T4T5
PAINEL “A”
PAINEL “B”
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REDUNDÂNCIA
IMO 646 – Guidelines for Vessels with DP Systems
Classe 1: perda de posição pode ocorrer no evento de uma falhasimples
Classe 2: perda de posição não pode ocorrer no evento de uma falhasimples de um componente ou sistema ativo (geradores, propulsores,painéis, etc).
Classe 3: perda de posição não pode ocorrer para nenhuma falhasimples, mesmo considerando incêndios e inundações emcompartimentos estanques
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ANÁLISE ESTÁTICA
Capability Plots (IMCA M140)
Verificar que a capacidade do DP é maior que o carregamento ambientalmédio
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ARRANJO
Posições disponíveis
Interação casco-propulsor
Interação propulsor-propulsor
Otimização por custo, prazo, instalação, etc
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EXERCÍCIO
Qual deve ser a potência de cada propulsor?
Relação Empuxo-Potência: 13 kg/hp
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TESTE EM ESCALA
Ferramenta complementar para avaliação de ancorageme DP
Calibração
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REFERÊNCIAS
API RECOMMENDED PRACTICE 2FPS FIRST EDITION, MARCH 2001
Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Floating Production Systems
API 1987 American Petroleum Institute RP 2P
Recommended Practice for the Analysis of Spread Mooring Systems for Floating Drilling Units
API Recommended Practise 2SK Third Edition
Design and Analysis of Stationkeeping Systems for Floating Structures
OFFSHORE STANDARD DET NORSKE VERITAS DNV-OS-E301 POSITION MOORING OCTOBER 2004
RECOMMENDED PRACTICE DNV-RP-E303 GEOTECHNICAL DESIGN AND INSTALLATION OF SUCTION ANCHORS IN CLAY
OCTOBER 2005
GoM Offshore Structures Design Criteria, by DNV 2005
ABS Rules for Building and Classing Single Point Moorings 1996
ABS Guide for Certification of Offshore Mooring Chain 1999
ABS Guidance Notes: The Application of Synthetic Ropes for Offshore Moorings 1999
Design and integrity management of mobile installation moorings by Noble Denton