Equipamentos para desenvolvimento de metodologia de estimativa dos efeitos do amortecimento sobre o VIV em risers: análise modal aplicada a um modelo de riser em escala reduzida com o auxílio de sistemas de rastreamento por imagem

Abstract

Risers flexíveis ganharam muita importância nos últimos anos com a descoberta de poços mais profundos de petróleo. Como consequência, muitos estudos têm sido realizados de forma a analisar os efeitos dinâmicos envolvidos nessa estrutura, visto que a interação fluido-estrutural pode provocar o fenômeno conhecido como Vibração Induzida por Vórtices (VIV), o qual pode causar movimentos indesejados na estrutura e levá-la a fadiga. Neste cenário, esta pesquisa apresenta a resposta dinâmica de um modelo de riser, em catenária, construído a partir de um tubo de silicone com uma mola de aço helicoidal em seu interior, com o propósito de encontrar os dez primeiros modos de vibração. Os ensaios foram realizados com o auxílio de um sistema de rastreamento de imagem, por meio de câmeras ópticas e marcadores devidamente colocados ao longo do modelo. A partir da análise do movimento dos marcadores, foram encontradas as frequências de vibração do modelo com a utilização do algorítimo conhecido como Transformação Rápida de Fourier (FFT). Os resultados experimentais foram comparados com as abordagens analítica, por meio de um código criado no Octave, e numérica, por meio do programa de simulação computacional Ansys. O sistema de rastreamento se mostrou como uma poderosa ferramenta de análise dinâmica, visto que o sistema possui erros de descrição espacial muito pequenos e que foi possível a obtenção de uma ampla faixa de frequências naturais. Os resultados analíticos e numéricos se mostraram muito próximos dos experimentos, sendo verificado que a simplificação do modelo físico por um tubo maciço se mostrou válida. As diferenças quantitativas das frequências se mostraram extremamente baixas para todos os modos estudados.