V. ESTUDOS DE CASOS
V.2. Exemplo 1: riser rígido
V.3.3. Resultados
Os resultados das análises de fadiga das camadas de tração (camadas 4 e 6) do
riser flexível considerando os estados de mar de todas as direções (122 casos) estão
apresentados nas Figuras V.14 a V.19. A Tabela V.16 apresenta um resumo da vida à fadiga estimada na região do topo e no TDZ para as duas camadas de tração do riser
O comportamento à fadiga das duas camadas estudadas do riser flexível foi bastante similar. Como desejado, os resultados das análises de fadiga baseadas nas ondas regulares foram mais conservativos do que os resultados das análises baseadas nas ondas irregulares ao longo de todo o riser. Nas análises das ondas regulares, as vidas obtidas para a região do topo foram 24%, 43% e 33% inferiores aos resultados aleatórios (Longuet-Higgins e Métodos 1 e 2, respectivamente).
Além da região do topo, outra região crítica na análise de fadiga de risers é o TDZ. As vidas à fadiga obtidas utilizando as ondas regulares geradas por todos os métodos estudados foram, no mínimo, 74% menores do que as vidas à fadiga para as análises das ondas irregulares, nas duas camadas de tração deste riser flexível (Tabela V.16), o que indica um elevado grau de conservadorismo neste exemplo.
Tabela V.16 – Resultados da análise de fadiga do riser flexível.
Vida à Fadiga (anos) Metodologias /
Métodos
Região do topo TDZ
Camada 4 Camada 6 Camada 4 Camada 6
Aleatória (Mar irregular) 2870.9 3515.5 150.2 148.6 Onda s re gula re s Distribuição de Longuet-Higgins 2223.9 2657.0 39.7 39.3 Método 1 1664.0 1998.3 28.4 28.1 Método 2 2003.7 2371.6 32.9 32.6
Figura V.14 – Riser flexível – Camada 4 – Vida à fadiga – Todas as direções.
Figura V.15 – Riser flexível – Camada 4 – Vida à fadiga na região do topo – Todas as direções.
Figura V.16 – Riser flexível – Camada 4 – Vida à fadiga no TDZ – Todas as direções.
Figura V.18 – Riser flexível – Camada 6 – Vida à fadiga na região do topo – Todas as direções.
Para melhor analisar os resultados obtidos, dos 122 casos aleatórios analisados, os seguintes casos foram selecionados e analisados individualmente:
x Caso de pior dano em uma junta localizada no trecho suspenso do riser flexível, próximo ao topo (1399.52m do ponto de truncamento, ou seja, da extremidade do fundo): o maior dano à fadiga nesta junta ocorreu no estado de mar SE-12, definido por HS = 4.25m, TP = 10.5s e direção de incidência da onda SE;
x Caso de pior dano na junta na região do topo em que ocorreu o pior dano (1.60m do ponto de conexão – no trecho cônico do enrijecedor): o maior dano à fadiga nesta junta ocorreu no estado de mar SE-18, definido por HS = 4.75m, TP = 13.5s e direção de incidência da onda SE;
x Caso de pior dano na junta no TDZ em que ocorreu o pior dano (junta a 637.75m do ponto de truncamento): o maior dano à fadiga nesta junta ocorreu no estado de mar SE-14, definido por HS = 4.25m, TP = 11.5s e direção de incidência da onda SE;
x Caso de pior dano unitário na junta na região do topo em que ocorreu o pior dano: o pior dano unitário nesta junta também ocorreu no estado de mar SE-18. Porém, para estudar o dano unitário, este estado de mar também foi analisado com frequência de ocorrência igual a 100%.
x Caso de pior dano unitário na junta no TDZ que ocorreu o pior dano: o maior dano unitário nesta junta ocorreu no estado de mar SE-16, definido por HS = 4.25m, TP = 12.5s e direção de incidência da onda SE. Para estudar o dano unitário, este estado de mar foi analisado com frequência de ocorrência igual a 100%.
O principal objetivo destas análises individuais é o de verificar, mais uma vez, se a metodologia de análise de fadiga baseada na geração de diagramas determinísticos apresenta bom desempenho mesmo para estados de mar mais severos, eliminando o efeito benéfico que estados de mar menos severos poderiam incutir nos resultados.
FPSO (212º), para o qual as ondas SE incidem a praticamente 90º, gerando um movimento de roll acentuado.
O estado de mar SE-18 foi crítico na junta da região do topo com pior dano e, também, para frequência de ocorrência igual a 100% (na análise do dano unitário). Deste modo, para evitar redundância, este estado de mar foi estudado considerando apenas a frequência de ocorrência igual a 100%.
Como no exemplo do riser rígido, para o estudo destes estados de mar individuais, os diagramas de dispersão determinísticos foram gerados pelos três métodos estudados na análise da matriz de carregamentos global e, adicionalmente, pelo método do ajuste da distribuição conjunta de alturas e períodos de ondas identificados nos diagramas obtidos pela série temporal de elevações das ondas do mar pelos cruzamentos zeros ascendentes.
As figuras e tabelas a seguir apresentam os resultados das análises de fadiga dos quatro estados de mar analisados individualmente. Como os resultados obtidos foram bastante semelhantes, os comentários a seguir podem ser aplicados a todos os resultados. As Figuras V.20 a V.23 e a Tabela V.17 referem-se as estado de mar SE-12 (caso de pior dano em uma junta do trecho suspenso), as Figuras V.24 a V.27 e a Tabela V.18 ao estado de mar SE-14 (caso de pior dano na junta do TDZ com menor vida), as Figuras V.28 a V.31 e a Tabela V.19 ao estado de mar SE-16 (caso de pior dano unitário na junta do TDZ de pior dano), e as Figuras V.32 a V.35 e a Tabela V.20 ao estado de mar SE-18 (caso de pior dano e pior dano unitário na junta da região do topo com vida mínima). Deve-se ressaltar que as frequências de ocorrência dos estados de mar SE-16 e SE-18 foram assumidas iguais a 100%, e por isso os valores de vida obtidos foram muito baixos.
Os comportamentos das curvas de vida em fadiga nestes estados de mar foram semelhantes aos das curvas das análises de todos os estados de mar ao longo de todo o
riser flexível, ou seja, as análises de fadiga baseadas nas ondas regulares foram mais
conservativas em todo o riser.
A utilização de diagramas de dispersão determinísticos gerados pelo Método 3 implicaram em resultados muito mais conservativos do que em todos os outros casos.
Para os demais métodos e casos, as vidas obtidas pelos métodos que utilizam ondas regulares foram muito inferiores aos obtidos pela metodologia aleatória. Os resultados para o riser flexível foram, inclusive, bastante mais conservativos do que os obtidos para o riser rígido.
Assim, pode-se concluir que mesmo para casos mais severos, as análises que utilizam ondas regulares podem ser consideradas conservativas em relação às análises aleatórias, e o comportamento das curvas de vida em fadiga segundo as duas metodologias são coerentes.
Figura V.21 – Riser flexível – Camada 4 – Vida à fadiga na região do topo – Onda aleatória SE-12.
Figura V.23 – Riser flexível – Camada 6 – Vida à fadiga na região do topo – Onda aleatória SE-12.
Tabela V.17 – Resultados da análise de fadiga do riser flexível – Onda SE-12.
Vida à Fadiga (anos) Metodologias /
Métodos
Região do topo TDZ
Camada 4 Camada 6 Camada 4 Camada 6
Aleatória (Mar irregular) 18156 24884 452.6 451.7 Onda s re gula re s Distribuição de Longuet-Higgins 11479 13884 183.8 181.5 Método 1 9363 12245 121.5 121.4 Método 2 7625 9097 114.9 113.3 Método 3 1782 2035 40.5 40.1
Figura V.24 – Riser flexível – Camada 4 – Vida à fadiga – Onda aleatória SE-14.
Figura V.25 – Riser flexível – Camada 4 – Vida à fadiga na região do topo – Onda aleatória SE-14.
Figura V.26 – Riser flexível – Camada 6 – Vida à fadiga – Onda aleatória SE-14.
Tabela V.18 – Resultados da análise de fadiga do riser flexível – Onda SE-14.
Vida à Fadiga (anos) Metodologias /
Métodos
Região do topo TDZ
Camada 4 Camada 6 Camada 4 Camada 6
Aleatória (Mar irregular) 11739.0 14819.0 368.4 339.6 Onda s re gula re s Distribuição de Longuet-Higgins 9631.7 11501.0 143.1 142.0 Método 1 5760.9 7016.9 79.5 79.2 Método 2 7363.4 8535.0 106.4 106.7 Método 3 2275.1 2510.3 59.9 59.6
Figura V.28 – Riser flexível – Camada 4 – Vida à fadiga – Onda aleatória SE-16 (com frequência de ocorrência igual a 100%).
Figura V.29 – Riser flexível – Camada 4 – Vida à fadiga na região do topo – Onda aleatória SE-16 (com frequência de ocorrência igual a 100%).
Figura V.31 – Riser flexível – Camada 6 – Vida à fadiga na região do topo – Onda aleatória SE-16 (com frequência de ocorrência igual a 100%).
Tabela V.19 – Resultados da análise de fadiga do riser flexível – Onda SE-16 (com frequência de ocorrência igual a 100%).
Vida à Fadiga (anos) Metodologias /
Métodos
Região do topo TDZ
Camada 4 Camada 6 Camada 4 Camada 6
Aleatória (Mar irregular) 48.0 57.6 1.7 1.7 Onda s re gula re s Distribuição de Longuet-Higgins 38.2 44.7 0.6 0.6 Método 1 19.8 22.9 0.4 0.4 Método 2 32.1 36.6 0.6 0.6 Método 3 15.0 16.4 0.5 0.5
Figura V.32 – Riser flexível – Camada 4 – Vida à fadiga – Onda aleatória SE-18 (com frequência de ocorrência igual a 100%).
Figura V.34 – Riser flexível – Camada 6 – Vida à fadiga – Onda aleatória SE-18 (com frequência de ocorrência igual a 100%).
Figura V.35 – Riser flexível – Camada 6 – Vida à fadiga na região do topo – Onda aleatória SE-18 (com frequência de ocorrência igual a 100%).
Tabela V.20 – Resultados da análise de fadiga do riser flexível – Onda SE-18 (com frequência de ocorrência igual a 100%).
Vida à Fadiga (anos) Metodologias /
Métodos
Região do topo TDZ
Camada 4 Camada 6 Camada 4 Camada 6
Aleatória (Mar irregular) 23.7 27.1 0.7 0.7 Onda s re gula re s Distribuição de Longuet-Higgins 13.6 15.6 0.3 0.3 Método 1 8.2 9.2 0.2 0.2 Método 2 14.4 15.9 0.4 0.4 Método 3 9.1 10.1 0.4 0.4