Avaliação do Dano à Fadiga para a Conexão Intermediária

Para avaliação do dano à fadiga dos conectores da primeira conexão intermediária, a partir dos carregamentos medidos no topo, é necessário verificar se as hipóteses levantadas no item 4.2.4 são válidas. Para demonstrar a validade das Equações (15) e (16) foram rodadas duas análises de fadiga determinísticas para dois risers. As características básicas dos dois casos são informadas abaixo:

Caso 1:

• LDA: 2151 m

• Unidade flutuante: FPSO Turret

• Total de casos analisados: 3918

• Densidade fluido interno: 854 kg/m3 • Configuração: lazy wave (114 tf empuxo)

• Profundidade da corcova: 1330 m

• Posição ancoragem no fundo:1600 m

• Estrutura de topo: ID 6” / 500 m / 205,9 kgf/m (vazia no ar) / EA = 1,7E+06 kN

• Estrutura intermediária: 1650 m / 184,3 kgf/m (vazia no ar) / EA = 4,4E+05 kN

• Estrutura de fundo: 1050 m / 180,3 kgf/m (vazia no ar) / EA = 5,2E+05 kN

Caso 2:

• LDA: 2140 m

• Unidade flutuante: FPSO Spread Mooring

• Total de casos analisados: 788

• Densidade fluido interno: 340 kg/m3

• Configuração: lazy wave (179 tf empuxo)

• Profundidade da corcova: 1130 m

• Posição ancoragem no fundo:1800 m

• Estrutura de topo: ID 6” / 425 m / 282,6 kgf/m (vazia no ar) / EA = 2,2E+06 kN • Estrutura intermediária: 700 m / 177,9 kgf/m (vazia no ar) / EA = 8,0E+05 kN

70 A Figura 66 apresenta graficamente o Caso 2.

Figura 66 – Representação gráfica da configuração analisada no caso 2.

A primeira etapa consiste em analisar se as diferenças entre as trações estáticas do conector de topo e primeira conexão intermediária, para todos os casos analisados, são próximas. O resultado dessa avaliação é apresentado na Figura 67, na qual se pode verificar que, na maioria dos casos, a diferença é constante. Nos casos em que há maior diferença, os valores divergem em aproximadamente 10% do valor médio. Isso ocorre nos casos de maior amplitude de tração no topo, cujo número de ciclos é pouco representativo no cálculo da vida à fadiga. Assumindo que as diferenças entre as trações estáticas são constantes, pode-se transferir a tração média medida no topo para conexão intermediária com precisão.

Para os carregamentos alternados, pressupõem-se que as cargas possam ser obtidas a partir de um percentual da tração média. A comparação desse percentual é apresentada na Figura 68. Embora haja uma similaridade entre as curvas, há uma diferença em termos percentuais significativa entre as trações, principalmente para os casos de maior amplitude. Avaliando-se os dados da Figura 68, verifica-se que a razão da tração alternada pela tração média na região da conexão intermediária em relação a essa mesma razão para o conector de topo tem um comportamento praticamente constante em todos os casos analisados, sendo 17% superior, Figura 69. Aplicando-se essa diferença como fator de correção, chega-se a razões de amplitudes de tração muito próximos.

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Esse fator de correção pode ser determinado durante a fase de engenharia do riser, em que todos os casos de carregamento previstos são analisados, através da comparação das trações de topo com as da conexão intermediária.

Figura 67 – Diferença entre tração estática de topo e primeira conexão intermediária, caso 1.

Figura 68 – Comparação do percentual da tração alternada em relação à tração média para o topo e primeira conexão intermediária, caso1.

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Figura 69 – Razão entre percentual de amplitude da conexão intermediária e topo do riser, caso 1.

Uma vez que, após a aplicação do fator de correção, as razões entre as trações são praticamente idênticas, pode-se utilizar a razão de tensão do topo para determinar as trações alternadas na primeira conexão intermediária, Figura 70.

Figura 70 – Comparação das trações estimadas a partir das cargas de topo e trações obtidas da análise global para conexão intermediária, caso 1.

Os resultados mostram uma ótima correlação entre os dados. Para avaliar o impacto dos pequenos desvios encontrados, nos casos de maior amplitude no resultado da fadiga, foi calculado o dano acumulado para as trações estimada e as obtidas na análise global para conexão intermediária. O dano acumulado para as cargas estimadas foi 4% superior ao dano dos carregamentos obtidos da análise global. A pequena diferença entre os resultados confirma a possibilidade de utilização do método para inferir os carregamentos da primeira conexão intermediária a partir da tração do topo.

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Para verificar se não há nenhuma coincidência com o caso analisado, o mesmo procedimento foi realizado para o caso 2. Os resultados são apresentados nas Figuras 71 a 74.

Figura 71 – Diferença entre tensão estática de topo e da primeira conexão intermediária, caso 2.

Figura 72 – Comparação do percentual da tração alternada em relação à tração média para o topo e primeira conexão intermediária, caso 2.

Para o caso 2, o fator de correção aplicado foi de 3,2%, obtido através da comparação das tensões dos casos da análise global.

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Figura 73 – Razão entre percentual de amplitude da conexão intermediária e de topo do riser, caso 2.

Figura 74 – Comparação das trações estimadas a partir das cargas de topo e trações obtidas da análise global para conexão intermediária, caso 2.

Da mesma forma que o caso 1, os resultados mostram uma boa correlação entre as trações. O dano calculado com base nas cargas estimadas a partir dos carregamentos de topo é 6% superior ao dano calculado com base nas cargas da análise global. Isso confirma a possibilidade de utilização do método para o cálculo da vida à fadiga para conexão intermediária, em que o fator de correção pode ser obtido durante a fase de engenharia. Esse fator irá variar conforme a configuração utilizada, resposta da unidade e posicionamento da conexão. Avaliações preliminares indicam que o método também pode ser utilizado para configurações em catenária livre.

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