Estudo de um supressor do tipo dsp na mitigação de viv

Abstract

As interações fluido-estruturais presentes no setor offshore podem gerar movimentos indesejados de maneira vibratória, podendo levar as estruturas à falha por fadiga. Um modo de minimizar o problema da fadiga em estruturas como dutos e risers é atenuar os movimentos existentes, mitigando assim os carregamentos cíclicos prejudiciais à estrutura. Para realizar tal mitigação, são utilizados supressores que interagem com o fluido, atenuando assim as vibrações induzidas por vórtices (VIV) entre outros fenô menos de interação fluido-estrutura. Diversas soluções são apresentadas; algumas, devido à sua geometria, sofrem com o problema do arrasto. No entanto, a classe de supressores do tipo double splitter plate (DSP) não conta com esse ponto negativo em sua correta operação, pois caracteriza-se como uma geometria capaz de se alinhar de maneira apropriada em relação ao escoamento incidente. Porém, um eventual trava mento poderia até mesmo intensificar esse problema. Assim, busca-se encontrar qual seria o ângulo de incidência máximo que a estrutura poderia ser exposta e o quão negativo seria o impacto da falha do sistema se comparado ao correto funcionamento. Para isso, realizam-se análises experimentais com modelos em pequena escala, vari ando as condições de velocidade e ângulo de incidência do escoamento, de modo a identificar um limite de eficácia dada a condição adversa de um eventual travamento. Os resultados obtidos comprovam a eficácia da estrutura supressora na mitigação dos movimentos induzidos por VIV, até um ângulo cerca de 20◦ , valor a partir do qual, os cilações provenientes da força de sustentação são consideráveis de acordo com a literatura, possivelmente associadas ao fenômeno de galloping.

Fluid-structure interactions in the offshore sector can induce unwanted vibratory move ments, potentially leading structures to fatigue failure. To minimize fatigue issues in structures such as pipelines and risers, it is essential to attenuate existing movements, thereby reducing the cyclic loads that compromise structural integrity. Suppressors are commonly used to achieve this goal by interacting with the fluid and mitigating vortex induced vibrations (VIV), among other fluid-structure interaction phenomena. Various solutions are available; however, some designs suffer from drag-related issues due to their geometry. The double splitter plate (DSP) suppressor class, on the other hand, avoids this drawback under proper operation, as its geometry allows appropriate align ment with the incoming flow. Nevertheless, potential locking mechanisms could exac erbate this problem. This study aims to determine the maximum incidence angle the structure can withstand and evaluate the negative impact of system failure compared to optimal performance. Experimental analyses are conducted using scaled models, varying flow velocity and incidence angle to identify a performance limit under adverse locking conditions. The results demonstrate the suppressor’s effectiveness in mitigat ing VIV-induced movements up to an angle of approximately 20°, beyond which oscilla tions caused by lift forces become significant, potentially associated with the galloping phenomenon, as reported in the literature.