Grua articulada offshore realizando um içamento compensado ao entardecer, um único cabo esticado da ponta da lança até o mar

BASE DE CONHECIMENTO / COMPENSAÇÃO ATIVA

Compensação Ativa de Heave

Entenda o controle. Separe a potência de pico da energia ao longo do regime operacional.

Por Peter Wang, COO · Outubro de 2025 · Revisado em Agosto de 2026 · 10 min de leitura

EXEMPLO RESOLVIDO / POTÊNCIA E ENERGIA

Dois números. Duas perguntas de projeto diferentes.

O exemplo existente de AHC em linha de 100 t fornece ambos. A potência de pico do atuador descreve uma taxa; a energia da bateria se acumula ao longo do regime operacional declarado de dez horas.

POTÊNCIA MECÂNICA DE PICO DO ATUADOR11.6 kW

A que velocidade o trabalho deve ser entregue?

A maior potência mecânica no ciclo declarado. Não é uma potência instalada nominal nem um consumo médio da bateria.

ENERGIA LÍQUIDA DA BATERIA / 10 HORAS22.1 kWh

Quanta energia o regime operacional consome?

A energia líquida ideal após as eficiências declaradas de acionamento e regeneração. Não é uma capacidade de bateria especificada.

O caso declarado

Carga útil de 100 t no ar · amplitude senoidal de 1 m · período de 10 s · 10 h / 3,600 ciclos. Arquitetura em linha com suporte a gás: R = 10, curso máximo de 4 m, γ = 1.4.

Convenção de eficiência: 90% de eficiência de acionamento da bateria para o atuador; 50% do trabalho mecânico negativo disponível retornado à bateria.

MANTENHA OS DOIS CAMINHOS DE ENERGIA SEPARADOS

Consumo de acionamento menos energia recuperada.

O cálculo original integra 130.2 MJ de trabalho positivo e 130.2 MJ de trabalho de retorno disponível ao longo de dez horas. Aplique cada eficiência ao seu próprio caminho.

Consumo da bateria para acionamento40.2 kWh

130.2 MJ ÷ 0.90 ÷ 3.6

−

Recuperado para a bateria18.1 kWh

130.2 MJ × 0.50 ÷ 3.6

Energia líquida do modelo22.1 kWh

79.6 MJ ao longo de dez horas

Os valores dos caminhos de energia são arredondados para uma casa decimal. O cálculo completo e as definições de eficiência estão abaixo.

O GRÁFICO ORIGINAL DE UM CICLO

Leia o sinal da potência antes de somar o trabalho.

O vermelho marca o trabalho de acionamento. O azul-marinho marca o trabalho mecânico disponível para regeneração; apenas a fração declarada retorna à bateria.

Figura 1 — Um ciclo para o exemplo declarado. As áreas vermelhas são trabalho mecânico positivo de acionamento; as áreas azul-marinho são trabalho mecânico negativo disponível para regeneração. A potência mecânica de pico do atuador é 11.6 kW.

Abrir gráfico do ciclo em tamanho completo ↗

Resumo original resolvido em três linhas

O balanço de energia, em três linhas

O caso. Carga útil de 100 t no ar, senoidal ζ = 1 m para T = 10 szeta é igual a 1 metro para um período T de 10 segundos; AHC em linha com R = 10, S_max = 4 m e nitrogênio adiabático ideal γ = 1.4razão de gás R igual a 10, curso máximo S max igual a 4 metros, e o expoente adiabático do nitrogênio gama igual a 1.4. Aqui η_drive = 0.90eficiência de acionamento, eta drive, igual a 0.90 é a eficiência de acionamento da bateria para o atuador, e η_regen = 0.50eficiência de regeneração, eta regen, igual a 0.50 é a fração do trabalho mecânico negativo retornada à bateria.
A física. Ao longo de dez horas, o trabalho positivo de acionamento e o trabalho de retorno disponível são, cada um, 130.2 MJ (36.16 kJ de cada, por ciclo). A potência mecânica de pico do atuador é 11.6 kW.
A resposta. E_batt = W_drive/η_drive − η_regenW_return = 79.6 MJ = 22.1 kWhenergia da bateria é igual ao trabalho de acionamento dividido pela eficiência de acionamento, menos a eficiência de regeneração multiplicada pelo trabalho de retorno; o resultado é 79.6 megajoules, equivalente a 22.1 kilowatts-hora.

Este é um cálculo ideal de triagem com uma convenção explícita de gás e eficiência. Atrito, perdas hidráulicas, comportamento de gás real e mapas completos de bomba/motor/bateria o refinam — esse modelo de projeto faz parte de um estudo CONSTELLATION.

Um exemplo de triagem, não um dimensionamento de bateria.

Este caso idealizado exclui atrito, auxiliares, comportamento de gás real e mapas detalhados de bomba, motor e bateria. O dimensionamento do projeto também precisa do regime operacional e do espectro de movimento reais, das perdas, das demandas de controle, da margem de reserva e dos limites operacionais.

Leia o modelo completo e as seis equações originais ↓

A compensação ativa de heave (AHC) é um método para reduzir o movimento vertical de uma carga útil suspensa de uma grua ou guincho durante operações offshore. Diferentemente da compensação passiva de heave, que depende de sistemas mecânicos de mola-amortecedor, a compensação ativa de heave usa atuadores hidráulicos ou elétricos motorizados, controlados por sensores e algoritmos, para contrapor ativamente o movimento induzido pelas ondas.

Sistemas AHC são comumente usados em construção subsea, lançamento de dutos, operação de ROV, perfuração em águas profundas e operações de içamento pesado em estados de mar desafiadores.

Buscando equipamentos? Compare as opções de compensador ativo de heave — onde a realimentação ativa compensa em relação a sistemas passivos e adaptativos.

Como funciona a compensação ativa de heave?

Um compensador ativo de heave é composto por, no mínimo:

Um atuador, que pode ser um atuador linear (por exemplo, cilindro) ou rotativo (por exemplo, guincho), com medição de posição.
Uma unidade de referência de movimento (MRU), que pode ser instalada no AHC no caso de um AHC em linha, ou na embarcação no caso de um AHC integrado.
Alguma forma de manipulação da posição do atuador, suficientemente rápida para acompanhar o movimento da embarcação (por exemplo, motor hidráulico).

Quando o modo ativo está ligado, o controlador comanda o atuador para reduzir o movimento da carga útil em relação a uma referência fixa. Sempre resta um movimento residual — o atraso de sensoriamento e controle, a largura de banda, o curso, os limites de força e potência e a dinâmica acoplada da carga útil limitam o que a malha consegue remover.

O desempenho da compensação depende do caso e da frequência: o movimento residual alcançado depende do sinal de entrada, da carga útil, do curso e da força disponíveis, e dos limites de controle. Cite uma relação de compensação apenas junto com a forma e o local em que foi medida.

Os principais tipos de AHC

Existem muitos tipos de compensador ativo de heave. Os principais, e o regime operacional a que cada um se adequa, são comparados na tabela abaixo:

O AHC em linha pode ser adequado quando a instalação, a força, o curso, a velocidade, a potência e o envelope de controle se ajustam ao regime operacional. A VEGA, o compensador ativo de heave da ND alimentado por bateria, está atualmente em desenvolvimento. Uma arquitetura subsea em linha pode combinar controle ativo com funções adaptativas de PHC selecionadas; a adequação ainda precisa ser demonstrada para o caso do projeto.

Arquiteturas de compensação ativa de heave e as verificações de projeto que as diferenciam.
Tipo de AHC	Integração	Verificações de projeto
Rotativo elétrico (guincho)	Acionamento do guincho	Torque, velocidade, regime térmico, potência e regeneração
Rotativo hidráulico (guincho)	Acionamento do guincho	Força, vazão, capacidade de HPU/acumulador, calor e largura de banda de controle
Roldana no convés	Grua/caminho de carga existente	Integração no convés, passagem de cabo, curso, força e estado de falha
Em linha no topside	Caminho de carga acima do gancho	Altura livre, massa suspensa, curso, potência e controles
Subsea em linha	Caminho de carga subsea	Classificação de profundidade, sensoriamento/controle local, energia, recuperação e manutenção

Nenhuma arquitetura é selecionada apenas com base na massa da carga útil. Compare o envelope completo de força–curso–velocidade, o ciclo de trabalho, a fonte de energia, a instalação e a base do estado de falha.

Compensação Ativa vs. Passiva de Heave

Compare na mesma operação.

Equipamentos ativos, passivos adaptativos e passivos têm diferentes arranjos de controle, potência e integração. Avalie a resposta exigida, os limites operacionais, o comportamento em falha e o custo na mesma base de projeto.

Leia a comparação completa entre ativo e passivo →

Arquiteturas passivas, passivas adaptativas e ativas têm diferentes envelopes de força, curso, largura de banda, potência e integração. Compare-as na mesma base de movimento e carga do projeto; nenhum percentual de desempenho se transfere de um sistema ou içamento para outro.

Quanta energia é consumida?

Este exemplo idealizado considera uma carga útil de 100 t compensada no ar por um AHC em linha. O atuador segue um deslocamento senoidal com amplitude de 1 m e período de 10 s durante dez horas.

Movimento: S(t) = ζ cos(ωt), com ζ = 1 m, T = 10 s e ω = 2π/T. Portanto, Ṡ(t) = −ζω sin(ωt).
Mola a gás: razão gás-óleo R = 10, curso máximo S_max = 4 m e γ = 1.4, a hipótese ideal de nitrogênio adiabático usada nesta triagem transparente.
Convenção de energia: η_drive = 0.90 é a eficiência de acionamento da bateria para o atuador; η_regen = 0.50 é a fração do trabalho mecânico negativo retornada à bateria.
Duração: τ = 10 h = 3,600 ciclos. Atrito, auxiliares, comportamento de gás real e mapas detalhados de bomba, motor e bateria são excluídos.

Defina a potência mecânica do atuador como P(t) = F(t)Ṡ(t). Potência positiva é trabalho de acionamento; potência negativa é energia disponível para regeneração. As duas devem ser integradas separadamente:

W_{\rm drive}=\int_0^{\tau}\max(P(t),0)\,dt,\qquad W_{\rm return}=\int_0^{\tau}\max(-P(t),0)\,dt

o trabalho de acionamento é igual à integral de zero a tau do máximo entre P de t e zero, em relação ao tempo; o trabalho de retorno é igual à integral de zero a tau do máximo entre P negativo de t e zero, em relação ao tempo

Em relação à força de sustentação no meio do curso, a força idealizada do atuador de mola a gás é:

F(t)=mg\left[\left(\frac{S_{\rm max}(R-0.5)}{S_{\rm max}(R-0.5)-S(t)}\right)^{\gamma}-1\right]

a força do atuador F de t é igual a m vezes g, multiplicado pela quantidade: curso máximo S max vezes R menos 0.5, dividido por S max vezes R menos 0.5 menos S de t; essa razão é elevada a gama, e então 1 é subtraído

com:

S(t)=\zeta\cos(\omega t),\quad \dot S(t)=-\zeta\omega\sin(\omega t),\quad \omega=2\pi/T,\quad P(t)=F(t)\dot S(t)

S de t é igual a zeta vezes cosseno de ômega t; S ponto de t é igual a negativo zeta ômega vezes seno de ômega t; ômega é igual a 2 pi dividido por T; P de t é igual a F de t multiplicado por S ponto de t

A integração numérica fornece 36.16 kJ de trabalho positivo de acionamento e 36.16 kJ de trabalho de retorno disponível por ciclo. Ao longo de 3,600 ciclos:

W_{\rm drive}=130.2\,\mathrm{MJ},\qquad W_{\rm return}=130.2\,\mathrm{MJ}

o trabalho de acionamento é igual a 130.2 megajoules; o trabalho de retorno é igual a 130.2 megajoules

O balanço da bateria usa as eficiências declaradas em seus respectivos caminhos de energia:

E_{\rm batt}=\frac{W_{\rm drive}}{\eta_{\rm drive}}-\eta_{\rm regen}W_{\rm return}

a energia da bateria é igual ao trabalho de acionamento dividido pela eficiência de acionamento, menos a eficiência de regeneração multiplicada pelo trabalho de retorno

E_{\rm batt}=\frac{130.2}{0.90}-0.50(130.2)=79.6\,\mathrm{MJ}=22.1\,\mathrm{kWh}

a energia da bateria é igual a 130.2 dividido por 0.90, menos 0.50 multiplicado por 130.2; o resultado é 79.6 megajoules, equivalente a 22.1 kilowatts-hora

A potência mecânica de pico do atuador é 11.6 kW. O resultado é um valor ideal de triagem, não um dimensionamento de bateria: o trabalho de projeto também inclui atrito, perdas hidráulicas e elétricas, auxiliares, regime de controle, comportamento de gás real, margem de reserva e o espectro real de movimento irregular.

Quando escolher compensação ativa ou passiva

Avalie a correção motorizada

Quando as opções passivas avaliadas não conseguem atender a um requisito declarado de movimento residual, resposta de carga ou posicionamento.

Defina a referência e a resposta exigida para cada fase.
Verifique o sensoriamento, a largura de banda e os limites de força–curso–velocidade.
Avalie o fornecimento de energia, a perda de potência e a recuperação.

Avalie a resposta passiva

Quando uma mola a gás e amortecimento, com ajuste se necessário, conseguem satisfazer os critérios de movimento e carga da operação.

Verifique a carga útil, a hidrodinâmica, o ajuste e o percurso disponível.
Avalie as condições variáveis e as fases do içamento.
Compare a instalação, a manutenção e o comportamento em falha.

Uma HPU disponível ou um regime operacional longo não é uma regra de seleção. A massa da carga útil isoladamente também não seleciona a arquitetura. Use a operação analisada por completo e os limites do equipamento.

Compare os três mecanismos e as perguntas de seleção →

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Leitura Adicional

Compensação ativa de heave — perguntas frequentes

O que é compensação ativa de heave?

Redução do movimento de uma carga útil suspensa em direção a uma referência fixa ou móvel declarada, medindo o movimento induzido pelas ondas e comandando atuadores motorizados contra ele em tempo real. As aplicações incluem construção subsea, lançamento de dutos, manuseio de ROV, perfuração e içamentos pesados.

Como funciona um compensador ativo de heave?

No mínimo: um atuador (cilindro ou guincho) com medição de posição, uma MRU — na unidade para AHC em linha, ou na embarcação para AHC integrado — e um sistema de controle suficientemente rápido para acompanhar o movimento medido. Com o modo AHC ligado, o controlador comanda o atuador para reduzir o movimento da carga útil em direção à referência declarada.

Qual é a eficiência da compensação ativa de heave?

Não existe um percentual transferível. Declare se a eficiência significa redução de movimento residual, redução de carga ou eficiência elétrica, e então verifique-a para a carga útil, a resposta da embarcação, o espectro de ondas, os limites do atuador e a largura de banda de controle.

Quanta energia um AHC consome?

Depende da arquitetura e do ciclo de trabalho. No exemplo idealizado de AHC em linha desta página — 100 t no ar, amplitude de 1 m, período de 10 s e dez horas — a integração separada do trabalho de acionamento e de retorno resulta em 79.6 MJ (22.1 kWh) de energia líquida da bateria, com 90% de eficiência de acionamento e 50% de regeneração. A potência mecânica de pico do atuador é 11.6 kW.

Quando devo escolher a compensação ativa em vez da passiva?

Compare o movimento residual e a resposta de carga exigidos, a carga útil e a hidrodinâmica, o curso, o ciclo de trabalho, a potência e as restrições de integração. O controle ativo pode ser adequado para posicionamento de precisão; equipamentos passivos ou passivos adaptativos podem ser adequados para redução de carga autônoma. O modelo do projeto decide.

Avaliando a compensação ativa para a sua operação?

AHC, amortecimento passivo e controle passivo adaptativo se adequam a diferentes envelopes de força, curso, movimento, potência e integração. Envie o objetivo do projeto, o estado de mar e as restrições, e nós compararemos as arquiteturas na mesma base.