Estudo numérico da integridade de sistemas de amarração de navios-plataforma FPSO

Abstract

Este projeto propõe a aplicação do método de elementos finitos, por meio do programa comercial ABAQUS, para estudo e análise dos elos de corrente, pertencentes ao sistema de ancoragem de navios FPSO, e a realização de análise numérica das tensões nos hotspots para obter uma equação que defina seu comportamento. Para tal, foi considerado a flexão cíclica ocorrida fora do plano principal dos elos, conhecida como OPB (Flexão Fora do Plano). Pe- las recomendações de projeto da API (American Petroleum Institute), o dimensionamento dos elos de corrente do sistema de ancoragem de navios FPSO considera somente as ten- sões normais geradas pelas cargas axiais provenientes do contato entre os elos, desprezando qualquer momento fletor. Ainda assim, esse momento ocorre pois grandes carregamentos elevam a força de atrito resultante no contato entre os elos, fazendo-o se comportar como um engaste. Consequentemente a atuação de forças transversais resultam em uma flexão do elo para fora do seu plano principal. Esses carregamentos elevados são decorrentes das plata- formas operarem sob diversos fatores da natureza como variações de ondulações e correntes marítimas, além das condições de operação da própria plataforma, passando por momentos de pleno estoque do óleo e suportando cargas de transporte e elevação do petróleo. Devido a isso, os navios-plataforma do tipo FPSO, projetados para durar mais de 20 anos, registraram casos de falha no sistema de ancoragem em menos de 2 anos. Como forma de validar esse estudo do conjunto amarra-fairlead em escala real foi modelado, no software ABAQUS, uma simplificação do sistema de ancoragem contendo apenas um conjunto de 5 elos e 2 semi-elos guiados através do fairlead. Nessa modelagem foi definido o material dos elos como aço offshore pertencente ao grau R4, capaz de suportar carregamentos bem elevados. Por fim, a modelagem passou por várias simulações com diferentes angulações de trabalho das amar- ras, mais especificamente os ângulos de enrolamento de 17°, 30°, 45° e 60°, sendo aplicados carregamentos oscilando entre 200 ton e 400 ton. Com o resultado dessa análise é possível validar os pontos críticos ou hotspots nos elos das amarras e identificar a influência do grau de enrolamento no conjunto amarra-fairlead. Após a validação dos pontos críticos, foram desenvolvidas as equações de tensão tanto para carga axial, quanto para o momento fletor, a partir das condições pré estabelecidas de operação das correntes. Em seguida, foi calcu- lada a vida à fadiga dos elos, através da análise numérica e do critério de fadiga SWT, de acordo com o modelo do carregamento imposto (carregamento com amplitude constante ou carregamento randômico).