Sobre os desafios de prever movimentos de deriva lenta induzidos por ondas em plataformas semi-submersíveis.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Hille, Fernanda
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Boundary Element Method; Forças de deriva média; Mean drift forces; Movimento de deriva lenta; Movimentos do mar; Plataforma continental; Semi-submersible; Semi-submersível; Slow-drift motions
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-15082023-075938/

Plataformas do tipo semi-submersível são recursos fundamentais não só para a exploração de óleo e gás offshore, mas também para o campo de turbinas eólicas flutuantes. Nos dois tipos de operação, as plataformas são ancoradas no fundo mar e é nesse momento, em que uma rigidez externa é adicionada ao sistema, que as forças das ondas de segunda ordem se tornam preocupantes. Parte dessas forças atuam em baixas frequências e são as responsáveis por induzir os movimentos de deriva lenta das plataformas em surge, sway e yaw. Programas baseados na teoria do potencial, são grandes aliados no cálculo das forças de baixa frequência e de deriva lenta de plataformas. Todavia, os resultados fornecidos por eles, talvez sejam menos precisos para plataformas semi-submersíveis, como é citado na literatura. Em geral, os trabalhos nesta área abrangem mares severos com declividade muito alta para os softwares de Boundary Element Method (BEM), a presente tese, no entanto, foca em mares mais comuns e dentro dos limites operacionais desse tipo de programa. Nas duas últimas décadas, pesquisadores notaram que o campo de elevações de onda de uma certa plataforma de 4 colunas e grande deslocamento não era bem capturado pelos programas de radiação/difração em algumas circunstâncias, no entanto, trabalhos posteriores não conseguiram se aprofundar no problema. Com o intuito de avaliar as forças e movimentos de deriva média e lenta providos pelos códigos potenciais, ensaios livres e cativos sob ondas regulares e bicromáticas com o modelo dessa plataforma foram realizados no Tanque de Provas Numérico da USP (TPN-USP). Os resultados mostraram que os programas subestimaram consideravelmente os movimentos de deriva lenta para uma específica faixa de períodos para ondas regulares e bicromáticas. Já para os demais períodos, os resultados foram considerados satisfatórios. Com uma detalhada investigação e com o auxílio da ferramenta de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) baseado no método de volumes finitos (FVM), foi possível concluir que a subestimação dessas forças são originadas principalmente das discrepâncias na estimativa das elevações da superfície-livre difratadas pelas colunas sob condições que possam envolver ondas near-trapping. Com o propósito de avaliar o quanto esses erros apresentados pelos códigos potenciais podem interferir na predição de movimentos de deriva lenta em casos mais realistas, ondas irregulares foram ensaiadas com a plataforma ancorada por catenárias. Para esses casos, uma variedade de mares foi replicada em código BEM e o programa conseguiu capturar bem as amplitudes dos movimentos de deriva lenta. Isso é uma indicativo que as discrepâncias aparecem de forma mais pronunciada em casos com ondas bicromáticas pois essas permitem o sistema atingir o regime estacionário em uma frequência isolada. Assim, pelo menos para a geometria da plataforma semi-submersível estudada, os efeitos dos erros que eram evidentes em ondas regulares e grupo de ondas, foram eventualmente mitigados em condições mais realistas.