Fluidodinâmica Computacional Aplicada ao Estudo de Forças e Movimentos Induzidos por Vórtices em Diferentes Formatos de Seções Transversais das Colunas de Plataformas Semissubmersíveis

Abstract

Neste trabalho, realizou-se a análise fluidodinâmica computacional de diferentes formatos de seção transversal das colunas de plataformas offshore, particularmente, plataformas semissubmersíveis. A estrutura destas plataformas apresenta um ou mais conveses apoiados em colunas, e essas, em flutuadores submersos. Essas unidades flutuantes sofrem movimentos devido à ação das ondas, correntezas e ventos. O uso da Fluidodinâmica Computacional, ou Computational Fluid Dynamics (CFD), portanto, abordou a simulação numérica do escoamento ao redor das colunas de plataformas. Foram avaliadas seções nos formatos circular, quadrada e diamante de uma coluna fixa e com dois graus de liberdade (GDL). Além de arranjos de 3 colunas com diferentes distâncias relativas (S) e ângulos de incidência de escoamento (α), na condição fixa. As simulações foram conduzidas com escoamento bidimensional no regime laminar, com número de Reynolds (Re) igual a 100. Esse valor do Re, apesar de baixo, auxilia satisfatoriamente na caracterização e estudo do Movimento Induzido por Vórtices, do inglês Vortex Induced Motion (VIM), nas colunas. As simulações numéricas com grau de liberdade, foram feitas em um corpo com razão de massa 10, sem consideração de amortecimento. A ferramenta utilizada foi o programa gratuito e de código aberto OpenFOAM, o qual faz uso do método dos volumes finitos. Dos resultados obtidos, concluiu-se que a situação com 2 GDL leva ao aumento do coeficiente médio de arrasto (CD) e à diminuição do valor quadrático médio do coeficiente de sustentação (CL,rms), com relação ao caso fixo. Para as colunas isoladas, a coluna de seção diamante com 2 GDL apresentou o maior valor de CD, o maior valor de CL,rms ocorreu para essa mesma seção, porém, para a condição fixa; o menor valor de CD foi encontrado para a coluna circular fixa e o menor valor de CL,rms ocorreu para a coluna de seção quadrada com 2 GDL. Referente aos agrupamentos de três colunas, o arranjo de seção quadrada na distância de S/L = 2 e no ângulo de incidência de escoamento de α = 180◦ apresentou os maiores valores dos coeficientes de forças totais; os menores valores ocorreram no arranjo de seção diamante em S/L = 2 e α = 180◦.