Ferramenta computacional baseada em cluster para análise de vibração induzida por vórtices de risers verticais

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Marín, Félix Ernesto Salazar
• Orientador(a): Avila, Juan Pablo Julca
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do ABC
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Link de acesso: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=103812&midiaext=73286; http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=103812&midiaext=73286/index.php?codigo_sophia=103812&midiaext=73285

Os risers de produção são estruturas tubulares cilíndricas usadas para o escoamento de petróleo e gás desde os poços de petróleo localizados no chão marinho até uma unidade flutuante de produção de petróleo. Quando imersos em correntezas, estas estruturas vibram devido à excitação no topo, ao escoamento interno e ao desprendimento alternado de vórtices à jusante. Este fenômeno é conhecido como Vibração Induzida por Vórtices (VIV). Quando a frequência de emissão dos vórtices se aproxima de uma das frequências naturais do riser, este começa a oscilar tomando controle do processo de emissão de vórtices e, subsequentemente, quando a frequência de emissão de vórtices coincide com a frequência natural do riser, este entra em ressonância. Na última condição, os riser vibram a amplitudes da ordem de 1 a 2 vezes o seu diâmetro e são submetidos a elevadas tensões fletoras cíclicas podendo conduzir à falha prematura por fadiga. Este trabalho de mestrado tem como principal objetivo o desenvolvimento e implementação de uma ferramenta computacional, escrita em FORTRAN, capaz de simular a VIV em risers verticais longos tracionados no topo para águas profundas. Um riser tracionado no topo é modelado como uma viga vertical de Euler-Bernoulli. Um código para análise estática e dinâmica por elementos finitos é desenvolvido. O escoamento tridimensional em torno do riser é substituído por um número de planos de escoamento bidimensional transversais ao eixo do riser. Em cada plano hidrodinâmico, o escoamento é calculado pelo método dos vórtices discretos para fornecer as forças de arrasto e sustentação. As equações de dinâmica estrutural são resolvidas usando as forças hidrodinâmicas calculadas previamente para obter o movimento do vertical riser. A ferramenta computacional desenvolvida foi implementada no cluster de processadores de alto desempenho da UFABC.