• JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
 
  Bookmark and Share
 
 
Tesis de Habilitación
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2013.tde-17052022-084423
Documento
Autor
Nombre completo
Alexandre Nicolaos Simos
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2013
Tribunal
Aranha, Jose Augusto Penteado (Presidente)
Esperança, Paulo de Tarso Themistocles
Nishimoto, Kazuo
Soares, Carlos Guedes
Sphaier, Sergio Hamilton
Título en portugués
Contribuições à modelagem hidrodinâmica de sistemas oceânicos fundeados: texto de sistematização das atividades de pesquisa
Palabras clave en portugués
Comportamento de embarcações no mar
Hidrodinâmica
Interferência Bayesiana
Manobrabilidade (Modelos)
Resumen en portugués
Procuro fazer, através deste texto, uma síntese das principais contribuições resultantes de minhas atividades de pesquisa na área de Hidrodinâmica de Sistemas Oceânicos. Em sua quase totalidade, se tratam de trabalhos desenvolvidos junto ao Depto. De Engenharia Naval e Oceânica da EPUSP, quer seja na condição de pós-graduando ou como parte de minhas atividades docentes, iniciadas no ano de 2002. Na elaboração do presente documento, optei por destacar o trabalho em três linhas de pesquisa às quais dediquei a maior parte de meus esforços como pesquisador nestes pouco mais de dez anos, deixando de lado atividades mais pontuais em temas correlatos. São as linhas de pesquisa que julgo conterem as contribuições mais relevantes. Estão todas associadas ao desenvolvimento de modelos e métodos para o estudo da hidrodinâmica de sistemas flutuantes de produção, com especial ênfase naqueles que operam em zonas de grande profundidade. Refletem, assim, em sua maior parte, demandas associadas ao aprimoramento de métodos de projeto e operação dos sistemas offshore que caracterizam a exploração e produção de petróleo e gás nas costas brasileiras. A primeira linha de pesquisa abordada neste texto diz respeito ao desenvolvimento de um modelo semi-empírico para a previsão das forças de correnteza sobre navios petroleiros fundeados. O principal alvo deste modelo são as chamadas plataformas FPSO, usualmente baseadas na conversão de antigos petroleiros de grande porte. As atividades neste tema conduziram à elaboração de um modelo analítico cuja principal virtude é o caráter quase-explícito de sua formulação.Tomando como base uma versão prévia desenvolvida na própria EPUSP, minha principal contribuição neste desenvolvimento foi a inclusão de efeitos decorrentes da velocidade de rotação do casco, o que permitiu a inclusão do modelo em simuladores dinâmicos e possibilitou seu emprego no estudo de uma maior gama de problemas práticos, inclusive no estudo de instabilidade dinâmica nas operações de alívio deste tipo de plataforma (problema conhecido como fishtailing). A validação do modelo foi obtida mediante ensaios em tanque de reboque e a simplicidade do modelo teórico, construído sobre uma formulação que distingue claramente os principais fenômenos físicos associados ao escoamento, permitiu, entre outras coisas, um melhor entendimento do problema de fishtailing. O segundo tópico de pesquisa se refere ao estudo de movimentos ressonantes de sistemas flutuantes induzidos por efeitos de segunda-ordem em ondas. O principal objetivo aqui foi o de definir uma metodologia apropriada para a previsão de movimentos ressonantes verticais em sistemas de grande porte. Este problema, identificado em ensaios com modelos em escala-reduzida de novas gerações de sistemas flutuantes de produção, causou preocupação em virtude da ausência de procedimentos bem-definidos para sua previsão e consequente consideração nas diferentes etapas de projeto destes sistemas. Entre outros resultados relevantes, o estudo levou à proposição do emprego de uma aproximação (denominada aproximação de ruído-branco) que possibilita uma significativa economia de esforço computacional para a previsão das forças hidrodinâmicas de segunda-ordem e, dessa forma, permite uma rápida verificação dos movimentos ressonantes desde as etapas iniciais de projeto.A validade dos procedimentos propostos foi testada não apenas em tanques de provas, mas também através do monitoramento de uma plataforma semi-submersível em escala-real, o que permitiu uma análise de efeitos práticos normalmente desconsiderados em projeto, como a influência do espalhamento direcional das ondas do mar sobre os movimentos medidos. Por fim, a terceira e última linha de pesquisa diz respeito, justamente, a atividades de monitoramento em escala-real, as quais adquirem importância cada vez maior para a identificação de problemas operacionais e para a verificação de métodos e procedimentos de projeto. Trata-se do desenvolvimento e implementação de um método de inferência de ondas do mar através do registro de movimentos de navios ancorados ou de plataformas. Este estudo, iniciado há mais de dez anos, envolveu a seleção de métodos de inferência estatística apropriados, a adaptação de técnicas ao problema de estimação com base em navios de grande porte e o desenvolvimento de um pacote computacional específico para a tarefa. Com resultado concreto, hoje se dispõe de um sistema capaz de realizar medidas contínuas de ondas a bordo de plataformas offshore dotado de instrumentação simples e robusta, de fácil manutenção. Já testado através de extensos conjuntos de ensaio em tanques oceânicos e também em campanha de testes em campo, este sistema configura atualmente uma importante ferramenta para o levantamento das condições de ondas em regiões de águas profundas, atividade comumente sujeita a inúmeras dificuldades técnicas.
Título en inglés
Contributions to the hydrodynamic modelling of floating offshore units: a summary of my research activities
Palabras clave en inglés
Manoeuvering models
Marine hydrodynamics
Seakeeping
Resumen en inglés
In this text, I try to do a summary of the main contributions arising from my research activities in the area of Hydrodynamics of Offshore Systems. Mostly they concern the work undertaken in the Department of Naval Architecture and Ocean Engineering of EPUSP, whether as a post-graduate student, or as part of my teaching activities, initiated in 2002. In preparing this document, I chose to highlight the work in three lines of research to which I devoted most of my efforts as a researcher in the past years, leaving aside some short-term activities on related topics. These lines I think contain my most relevant contributions and they are all associated with the development of models and methods for studying the hydrodynamics of floating production systems, with particular emphasis on those operating in areas of great water depth. Thus they mostly reflect the demands associated with the improvement of methods of design and operation of the offshore systems that characterize the exploration and production of oil and gas in the Brazilian coast. The first line of research addressed in this text concerns the development of a semi-empirical model for predicting the current forces on moored tankers. The main target of this model are the so-called FPSO platforms, usually based on the conversion of large tanker ships. Activities in this area led to the development of an analytical model whose main virtue is the quasi-explicit nature of its formulation. Based on a previous version developed in EPUSP, my main contribution to this development was the inclusion of effects associated to the ship's yaw rotation, which allowed the inclusion of the model in dynamic simulators and also its use in studying a wider range of practical problems, including the study of dynamic instability in the offloading operations of this type of platform (a problem known as fishtailing).The validation of the model was obtained by means of towing tank tests and the simplicity of the theoretical model, built on a formulation which clearly distinguishes the major physical phenomena associated with the flow, allowed, among other things, a better understanding of the fishtailing phenomenon. The second research topic refers to the study of resonant motions of floating systems induced by second-order wave effects. The main goal here was to define a suitable methodology for predicting resonant vertical motions of large-volume platforms. This problem, identified in tests with small-scale models of new generations of floating production systems, caused concern because of the lack of well-defined procedures for its forecast and consequent consideration in the different stages of design. Among other relevant findings, the study led to the proposal of a simplified approach (the so-called white-noise approximation) that allows a significant saving of computational effort to predict the second-order hydrodynamic forces and thus allows a quick check of the eventual resonant motions from the early stages of design. The validity of the proposed procedures was tested procedures was tested not only in wave basins, but also by monitoring a semi-submersible platform in real-scale, allowing an analysis of practical effects often ignored during the system design, as the influence of the directional spreading of waves on the measured motions. Finally, the third line of research relates precisely to monitoring activities in real-scale, which gain increasing importance for the identification of operational problems and the verification of methods and procedures commonly adopted in the design. It concerns the development and implementation of a method for predicting the ocean waves through the recorded motions of moored vessels or platforms.This study, initiated more than ten years ago, involved the selection of appropriate methods of statistical inference, the adaptation of techniques to the problem of wave estimation based on large ships and the development of a computational package specific to the task. As a concrete result, today we have a system capable of performing continuous measurements of waves aboard offshore platforms which is built with simple and robust instrumentation, and therefore very easy to maintain. Such system, previously tested in ocean basin and also in a field campaign, currently represents as important tool for monitoring the wave conditions in deep water regions, an activity commonly subjected to numerous technical difficulties.
 
ADVERTENCIA - La consulta de este documento queda condicionada a la aceptación de las siguientes condiciones de uso:
Este documento es únicamente para usos privados enmarcados en actividades de investigación y docencia. No se autoriza su reproducción con finalidades de lucro. Esta reserva de derechos afecta tanto los datos del documento como a sus contenidos. En la utilización o cita de partes del documento es obligado indicar el nombre de la persona autora.
Fecha de Publicación
2022-05-17
 
ADVERTENCIA: Aprenda que son los trabajos derivados haciendo clic aquí.
Todos los derechos de la tesis/disertación pertenecen a los autores
CeTI-SC/STI
Biblioteca Digital de Tesis y Disertaciones de la USP. Copyright © 2001-2022. Todos los derechos reservados.