Análise experimental de vibrações auto-induzidas por vórtices em modelo de riser em catenária no espaço modal.

• Autor(a) principal: Salles, Rafael
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-12092023-082712/
• topic: Análise modal; Dinâmica de estruturas; Dynamics; Flexible pipes; Fluid-structure interaction; Modal analysis; Interação fluido-estrutura; Tubos flexíveis; Vortex in fluids; Vórtices dos fluidos

O fenômeno de Vibração Auto-Induzida por Vórtices (VSIV) ainda é pouco explorado nos projetos de risers em catenária na exploração de hidrocarbonetos em águas profundas e ultra-profundas. O VSIV é causado pelo movimento imposto ao riser pela unidade flutuante, que é sujeita à ação de ondas de gravidade, induzindo vibrações no plano da catenária e, assim, liberando vórtices que provocam movimento oscilatório em direção a ele perpendicular. Estudos fundamentais com cilindros rígidos, montados em base elástica em uma direção e foçados a se movimentar na direção a ela perpendicular, desvelam uma fenomenologia rica e complexa, mostrando diversos padrões de sincronização e picos de resposta em função da amplitude e frequência do movimento imposto. Contrário ao fenômeno observado em cilindros rígidos, o caso em catenária não apresenta uma clara relação de causalidade, e os movimentos no plano e fora deste são respostas daquela excitação primária. Além disto, cilindros flexíveis assumem respostas multimodais, dificultando a compreensão fenomenológica do VSIV. Utilizando um modelo em escala reduzida de riser em catenária, deslocamentos medidos oticamente ao longo da linha foram utilizados em um processo de decomposição de Galerkin, levando à obtenção de séries modais de movimento do modelo sujeito ao VSIV. A partir da consideração de causalidade entre a resposta de vibração do plano e fora deste, foi possível obter um Modelo de Ordem Reduzida (MOR) contendo um número finito de modos. Além disto, os grupos adimensionais tipicamente utilizados em análise de VSIV foram reinterpretados na forma de parâmetros equivalentes modais dos quais se percebeu a necessidade de se substituir a velocidade reduzida pela relação entre a frequência dominante do movimento no plano e a frequência natural de cada modo analisado, em seu movimento fora deste plano. Finalmente, adotando-se uma hipótese de que o mecanismo responsável pelo movimento fora do plano é causado pelo modo dominante no plano, foi possível obter relações de similaridade entre os resultados da dinâmica multimodal e os apresentados para o caso do cilindro rígido.