Avaliação experimental do fator de amortecimento viscoso em amostras de linhas oceânicas com diferentes comprimentos

Abstract

A crescente demanda global por petróleo e gás, aliada ao aumento da exploração em águas profundas, torna essencial o desenvolvimento de ferramentas para garantir a segurança e eficiência das operações offshore. Nesse contexto, risers e cabos umbilicais desempenham papéis críticos ao conectar a infraestrutura submarina às plataformas de produção. Essas estruturas estão sujeitas a vibrações induzidas por vórtices (VIV), interação fluido-estrutural que gera forças periódicas capazes de fletir a estrutura de forma cíclica. De todos os parâmetros modais, o amortecimento é o mais complexo de se obter ou estimar. Em vistas disso, foram conduzidos experimentos em linhas maiores que 2m com o objetivo de avaliar o comportamento do fator de amortecimento em função do aumento do comprimento da linha, juntamente com simulações numéricas baseadas nos experimentos para avaliação das frequências naturais. Os resultados de amortecimento se mantiveram na mesma ordem de grandeza no aumento do comprimento, denotando que a metodologia se faz suficiente para linhas de até 10m. As simulações nas linhas curtas e médias se mostraram aderentes com erros na ordem de 5%, nas linhas longas já houveram erros mais significativos, indicando que a simulação em elemento de viga não consegue representar os fenômenos que ocorrem nas linhas com o aumento de comprimento, como escorregamento e acomodação entre as camadas, por exemplo

The growing global demand for oil and gas, combined with the increase in deepwater exploration, makes it essential to develop tools to ensure the safety and efficiency of offshore operations. In this context, risers and umbilical cables play critical roles in connecting subsea infrastructure to production platforms. These structures are subject to vortex-induced vibrations (VIV), a fluid-structural interaction that generates periodic forces capable of flexing the structure in a cyclical manner. Among all modal parameters, damping is the most complex to obtain or estimate. To address this, experiments wereconducted on longer lines to evaluate the behavior of the damping factor as the line length increased, alongside numerical simulations based on the experiments to assess natural frequencies. The damping results remained in the same order of magnitude as the length increased, indicating that the methodology is sufficient for lines up to 10 m. The simulations on the short and medium lines proved to be adherent with errors in the order of 5%, on the long lines there were more significant errors, Indicating that the beam element simulation cannot represent the phenomena that occur along the lines with an increase in length, such as slippage and accommodation between the layers, for example.