anÁlise estrutural de suporte de risers

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  • ANLISE ESTRUTURAL DE SUPORTE DE RISERS

    Ludmila Gervsio de Araujo

    Projeto de Graduao apresentado ao Curso

    de Engenharia Naval e Ocenica, Escola

    Politcnica, da Universidade Federal do

    Rio de Janeiro, como parte dos requisitos

    necessrios obteno do ttulo de

    Engenheiro Naval e Ocenico.

    Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes

    Rio de Janeiro

    Maro de 2015

  • ANLISE ESTRUTURAL DE SUPORTE DE RISERS

    Ludmila Gervsio de Araujo

    PROJETO DE GRADUAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DOCURSO DE

    ENGENHARIA NAVAL E OCENICA DA ESCOLA POLITCNICA DA

    UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

    REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE ENGENHEIRO

    NAVAL E OCENICO.

    Examinado por:

    Orientadora: Prof.D.Sc. Marta Cecilia Tapia Reyes

    Prof.D.Sc. Julio Cesar Ramalho Cyrino

    Prof.D.Sc. Severino Fonseca da Silva Neto

    RIO DE JANEIRO, RJ- BRASIL

    MARO DE 2015

  • iii

    Araujo, Ludmila Gervsio de

    Anlise Estrutural de Suporte de Risers/ Ludmila

    Gervsio de Araujo. Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola

    Politcnica, 2015.

    IX, 64 p.: il.: 29,7 cm.

    Orientador: Marta Cecilia Tapia Reyes

    Projeto de Graduao UFRJ/ POLI/ Engenharia

    Naval e Ocenica, 2015.

    Referncias Bibliogrficas: p.75.

    1. Anlise Estrutural. 2. Suporte de Risers. 3. Modelo

    numrico. 4. Pontoon de Plataforma Semissubmersvel. 5.

    Tenses. I. Tapia Reyes, Marta Cecilia. II. Universidade

    Federal do Rio de Janeiro, UFRJ, Engenharia Naval e

    Ocenica. III. Anlise Estrutural de Suporte de Risers.

  • iv

    DEDICATRIA

    Dedico a uma pessoa muito especial que fez com que minha vinda ao Rio de Janeiro e

    meu ingresso na faculdade fosse possvel: minha av Mirandolina, que hoje minha

    segunda me. Sou muito agradecida por tudo e tenho muito orgulho de ser neta da

    melhor pessoa que conheo.

  • v

    AGRADECIMENTOS

    Agradeo primeiramente a Deus, que base de tudo e que me deu fora e sabedoria

    para continuar e chegar ao fim dessa etapa muito importante da minha vida.

    Quero agradecer minha famlia que sempre me incentivou, especialmente meus

    amados pais Manoel e Vanderla, minha irm Raquel e meu cunhado Daniel. Agradeo

    pela pacincia e palavras de conforto ao longo da minha trajetria acadmica.

    Agradeo tambm ao meu namorado Felippe, que me apoiou e me incentivou nesses

    dois ltimos anos de curso e que um exemplo de dedicao e amor profisso de

    engenheiro.

    Aos colegas de trabalho, agradeo tambm por serem compreensivos e pacientes. Foram

    fundamentais nas minhas formaes acadmica e profissional e na realizao deste

    projeto de graduao.

    Muito obrigada.

  • vi

    Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/UFRJ como parte

    dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Naval e Ocenico.

    ANLISE ESTRUTURAL DE SUPORTE DE RISERS

    Ludmila Gervsio de Araujo

    Maro/2015

    Orientadora: Marta Cecilia Tapia Reyes

    Curso: Engenharia Naval e Ocenica

    Este trabalho apresenta os tipos de suportes de risers de plataformas semissubmersveis

    e FPSOs e os carregamentos que devem ser considerados na concepo de um modelo

    estrutural. O objetivo realizar uma anlise estrutural local de um suporte de risers,

    verificando as tenses normais, cisalhantes e von Mises (combinao de tenses)

    associadas s estruturas da regio de interesse, que no devem exceder os critrios

    estabelecidos por regra da sociedade classificadora. Para realizar a anlise, foi feito e

    verificado um modelo numrico em elementos finitos do pontoon de uma plataforma

    semissubmersvel.

    Palavras-chave: Suporte de Risers, Anlise Estrutural Local, Tenses, Modelo

    Numrico, Pontoon de Plataforma Semissubmersvel.

  • vii

    Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

    the requirements for the degree of Engineer.

    STRUCTURAL ANALYSIS OF RISERS SUPPORT

    Ludmila Gervsio de Araujo

    March/2015 Advisor: Marta Cecilia Tapia Reyes

    Course: Naval Architecture and Marine Engineering

    This study presents the types of risers supports of semi-submersible platforms and

    FPSOs and the load combinations that must be considered in designing a structural

    model. The objective is to perform a local structural analysis of a risers support,

    checking normal, shear and von Mises stresses acting on the structures in the region of

    interest, which shall not exceed the criteria established by classification society rules.

    To perform the analysis, a finite element numerical model of the pontoon of a semi-

    submersible platform was made and verified.

    Key-words: Risers Support, Local Structural Analysis, Stresses, Numerical Model,

    Pontoon of a Semi-submersible Platform.

  • viii

    Sumrio

    1. Introduo.................................................................................................................. 1

    2. Tipos de Suportes de Risers ...................................................................................... 3

    2.1 FPSO .................................................................................................................. 3

    2.1.1 Balco de risers .......................................................................................... 4

    2.1.2 Turret .......................................................................................................... 7

    2.2 Plataforma Semissubmersvel .......................................................................... 12

    2.2.1 Suporte de risers no spider deck............................................................... 12

    2.2.2 Suporte de risers no pontoon .................................................................... 14

    3. Concepo do Modelo Estrutural ............................................................................ 17

    3.1 Carregamentos Elementares ............................................................................ 17

    3.1.1 Peso total da estrutura ............................................................................... 18

    3.1.2 Cargas estticas......................................................................................... 18

    3.1.3 Cargas dinmicas (ambientais) ................................................................. 19

    3.1.4 Carregamentos globais ............................................................................. 19

    3.1.5 Cargas dos risers ...................................................................................... 21

    3.2 Carregamentos Associados aos Tipos de Suportes .......................................... 22

    4. Exemplo de Modelao ........................................................................................... 23

    4.1 Sistema de Referncia ...................................................................................... 24

    4.2 Extenso do Modelo ........................................................................................ 25

    4.3 Condio de Contorno ..................................................................................... 28

    4.4 Materiais .......................................................................................................... 29

    4.5 Propriedades do Modelo .................................................................................. 30

    4.6 Malha ............................................................................................................... 31

    4.7 Carregamentos ................................................................................................. 33

    4.7.1 Peso total da estrutura ............................................................................... 33

    4.7.2 Presso hidrosttica .................................................................................. 34

    4.7.3 Carga dos risers ........................................................................................ 35

    4.7.4 Presso hidrodinmica .............................................................................. 37

    4.7.5 Combinaes de carregamentos ............................................................... 38

    4.8 Resultados ........................................................................................................ 39

    4.8.1 Critrio de Escoamento Elementos de Placa ......................................... 41

    4.8.2 Critrio de Escoamento Elementos de Viga .......................................... 51

  • ix

    4.8.3 Flambagem ............................................................................................... 54

    4.8.4 Anlise dos Resultados ............................................................................. 62

    5. Concluso ................................................................................................................ 63

    6. Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 64

  • 1

    1. Introduo

    Aps as descobertas de poos de petrleo na rea continental, diversos pases passaram

    a explorar tambm as bacias martimas. Entretanto, as caractersticas diferenciadas dos

    poos brasileiros foraram um desenvolvimento tecnolgico de extrao em guas

    profundas que levaram o Pas liderana nesse tipo de explorao.

    Todas as instalaes offshore existentes no Pas atualmente tm a fin