Técnica de decomposição modal aplicada a experimentos com modelo flexível de riser

Abstract

Cabos ou tubos submersos lançados em catenária, também conhecidos como risers, são dutos suspensos que interligam os poços de petróleo, localizados em águas de grande profundidade, a uma instalação de produção, na superfície. O estudo do comportamento desses dutos, quando expostos ao fenômeno de vibração devido à liberação de vórtices (vórtex induced vibration – VIV), é um tópico de suma importância na área da engenharia naval. Uma vez que os risers são sujeitos à ação de correntezas oceânicas para a exploração de petróleo, como consequência, temse uma redução da vida útil desses equipamentos por conta da excitação do VIV. Nesse contexto, pretende-se apresentar o comportamento dinâmico de risers em configuração catenária alocado em testes de decaimento - vibração livre, utilizando o Método de Galerkin para decompor as frequências e modos naturais de vibrar. Para isso, utiliza-se uma análise de rastreamento de alvos por processamento de imagens e uma ferramenta de separação/decomposição numérica, implementada para cada modo natural. Verificou-se a dinâmica do modelo a partir da abordagem experimental, posteriormente comparada com a abordagem analítica simplificada. Os resultados obtidos foram avaliados para fins de verificação da compatibilidade entre as diferentes abordagens e um estudo completo de como ocorre a vibração nos modelos, baseado nas frequências e modos naturais identificados.

Cables or submerged tubes launched on catenary, also known as risers, are suspended pipelines that connect oil wells, located in deep waters, to a production facility on the surface. The study of the behavior of these pipelines, when exposed to the phenomenon of vortex induced vibration, is a topic of paramount importance in the field of naval engineering. Since the risers are subject to the action of ocean currents for oil exploration, as a consequence, there is a reduction in the useful life of this equipment due to the excitation of the VIV. In this context, we intend to present the dynamic behavior of risers in catenary configuration allocated in decay tests - free vibration, using the Galerkin Method to decompose the frequencies and natural modes of vibration. For this, a target tracking analysis by image processing and a numerical separation/decomposition tool are used, implemented for each natural mode. The model dynamics was verified by the experimental approach, later compared with the simplified analytical approach. The results obtained were evaluated in order to verify the compatibility between the different approaches and a complete study of how vibration occurs in the models, based on the frequencies and natural modes identified.