Evitación de la Resonancia
Sintonice el sistema. Verifique la respuesta.
Aleje la respuesta del sistema de la excitación.
Cambiar la rigidez desplaza la frecuencia natural. El sistema acoplado completo debe seguir comprobándose en todos los estados de mar de operación.
Un periodo más largo significa una frecuencia menor.
La frecuencia y el periodo son recíprocos. Mantenga separados el periodo natural del sistema y el periodo de excitación, e indique qué eje utiliza cada gráfico de respuesta.
En un eje de frecuencia
Una frecuencia natural menor sitúa ese modo a la izquierda de la excitación en este gráfico cualitativo.
En un eje de periodo
Un periodo natural más largo sitúa ese modo a la derecha de los periodos de excitación más cortos.
Los diagramas muestran únicamente el orden; el espaciado no es un margen numérico. Que la excitación esté por encima de una frecuencia natural no demuestra por sí solo un aislamiento adecuado. Verifique la respuesta de transferencia real y los criterios de aceptación en todo el espectro de operación.
Compruebe el pico, la banda de operación y los demás modos.
Localice los modos acoplados.
Evalúe la masa, el estado del resorte de gas, la longitud y la rigidez del cable, y la disposición del aparejo en todos los casos de carga y profundidad.
Evalúe la curva de respuesta completa.
El amortiguamiento puede reducir un pico resonante. En un modelo lineal simple excitado por la base, aumentarlo también puede incrementar la transmisión de movimiento en la región de aislamiento. Evalúe la respuesta configurada.
Siga la secuencia operativa.
Compruebe el movimiento de la carga útil, la tensión, la carrera útil y las transiciones utilizando el espectro del proyecto y la respuesta del buque. La sintonización adaptativa sigue requiriendo estas comprobaciones.
Fundamento teórico: MIT OpenCourseWare — vibración mecánica y aislamiento. Estos principios de modelo simplificado no proporcionan un límite operativo de proyecto.
El sistema grúa-cable-carga útil tiene modos naturales antes de añadir un compensador. Un compensador modifica esos modos acoplados; la resonancia se evalúa tanto para el sistema base como para el sistema configurado, en todos los casos operativos definidos.
¿Qué Es la Resonancia?
Un modelo simple de resorte-masa tiene una frecuencia natural determinada por su masa y su rigidez. En una elevación, el resorte de gas, el cable, la grúa y el aparejo contribuyen a la respuesta acoplada. Indique el modelo y la magnitud de respuesta que se está evaluando.
El movimiento de la punta de grúa inducido por el oleaje puede excitar el sistema acoplado. Cerca de una región resonante, el movimiento de la carga útil puede amplificarse respecto a la punta de grúa; la respuesta real depende del modo y del amortiguamiento configurado.
En la práctica, el amortiguamiento limita la respuesta pico; hasta qué punto sube el pico en resonancia depende del amortiguamiento realmente configurado, razón por la cual el modelo de evaluación indica su amortiguamiento en lugar de citar un factor universal. Esto es claramente inaceptable para un dispositivo diseñado para reducir el movimiento.
Dónde Se Produce la Resonancia
El periodo natural de un compensador pasivo de heave depende de la masa de la carga y de la rigidez del resorte de gas. Para el conjunto de unidades de Norwegian Dynamics indicado en la base más abajo, los periodos naturales calculados abarcan aproximadamente 10–30 segundos; cada proyecto calcula su propio periodo acoplado a partir de la masa real, el estado del gas y la rigidez de la línea.
En la base de evaluación del Mar del Norte utilizada aquí, los periodos espectrales de pico de 5–15 segundos (Tp) son la banda de excitación indicativa; la base metoceánica propia del emplazamiento del proyecto es la que rige. En sistemas bien diseñados, el periodo natural se sitúa muy por encima de los periodos de ola energéticos, de modo que la frecuencia de excitación permanece por encima de la frecuencia natural: la región de aislamiento. El margen se verifica frente al espectro de oleaje del proyecto, en lugar de asumirse.
Sin embargo, el riesgo de resonancia aumenta cuando:
- El volumen de gas es demasiado pequeño (lo que hace el resorte demasiado rígido y reduce el periodo natural).
- La carga es más ligera que el caso de diseño (lo que reduce la masa y, por tanto, el periodo natural).
- Hay mar de fondo de periodo largo (lo que aumenta el periodo de excitación hacia el periodo natural).
| Valor de ejemplo | Qué representa | Uso en una evaluación |
|---|---|---|
| 10–30 s | Periodos naturales calculados para el conjunto de unidades de ND descrito en la base. | Recalcule los modos acoplados para la masa real, el estado del gas y la rigidez de la línea. |
| 5–15 s | El rango de periodo de pico del Mar del Norte usado para la evaluación en esta página. | Use el espectro del proyecto y la respuesta del buque. El periodo de pico por sí solo no describe toda la excitación. |
| 2–5× | El ejemplo del modelo simple excitado por fuerza para relaciones de amortiguamiento de 0.10–0.25. | Identifique la relación entre la excitación y la respuesta. Esto no es un pico universal de movimiento de la carga útil ni un DAF adicional. |
Estos mecanismos pueden desplazar el sistema hacia una región resonante. Compruebe sus combinaciones en todo el rango de carga, profundidad y operación; el caso determinante lo establece el análisis acoplado.
Diseñar en Torno a la Resonancia
Los ingenieros emplean varias estrategias para garantizar que los compensadores de heave operen con seguridad, alejados de la resonancia:
- Sintonización del resorte de gas — Evalúe cómo el volumen de gas y el estado de trabajo cambian la rigidez efectiva y los periodos naturales acoplados. Verifique la respuesta resultante en lugar de aplicar una regla genérica de volumen.
- Amortiguamiento — Evalúe conjuntamente el pico resonante y la respuesta en la banda de operación. Aumentar el amortiguamiento no es una mejora universal en todas las frecuencias de excitación.
- Rango de carga y profundidad — Compruebe el conjunto completo de condiciones de masa, estado del gas, longitud de cable y operación. Una masa menor acorta el periodo en un modelo simple de rigidez fija; el caso acoplado determinante se establece mediante análisis.
- Sintonización adaptativa — ANTARES puede cambiar sus ajustes de trabajo. Evalúe cada configuración y transición dentro del modelo acoplado y los límites del equipo.
La Resonancia en el Diseño del Sistema
La evitación de la resonancia no concierne solo al compensador — se aplica a todo el sistema de elevación. El cable de la grúa, las poleas y cualquier aparejo submarino tienen su propia rigidez y masa, lo que crea un sistema acoplado con múltiples modos de resonancia potenciales.
A mayor profundidad de agua, la elasticidad del cable se vuelve significativa, y el sistema acoplado cable-compensador puede tener frecuencias de resonancia distintas de las de cualquiera de los dos componentes por separado. Por ello, las operaciones en aguas profundas requieren un análisis dinámico acoplado cuidadoso que modele todo el sistema, desde el buque hasta el lecho marino.
Para operaciones críticas, las simulaciones en el dominio del tiempo con datos de oleaje específicos del emplazamiento y RAO reales del buque verifican la respuesta en todos los casos operativos definidos. Norwegian Dynamics ofrece soporte de ingeniería para estos análisis como parte de la selección y el dimensionamiento del compensador — consulte nuestra guía de selección de compensadores para más información.
Evitación de la resonancia: preguntas frecuentes
¿Qué es la resonancia en un sistema de compensación de heave?
¿Qué tan grave puede llegar a ser la amplificación resonante?
¿Cuándo es más alto el riesgo de resonancia?
¿Cómo diseñan los ingenieros en torno a la resonancia?
¿La resonancia concierne únicamente al propio compensador?
¿Le preocupa la resonancia en su sistema de elevación?
Envíe el rango de carga, las longitudes y rigideces del cable, la disposición del aparejo, los ajustes del compensador, la respuesta del buque y el espectro del emplazamiento. Podemos definir la evaluación acoplada y los casos de sintonización.
Véalo en acción
A través de la resonancia, bajo control — ANTARES lleva un pilote de succión inundado a través de su banda de resonancia cerca de 1,300 m, simulado en CONSTELLATION.
Artículos Relacionados
Base y supuestos
De dónde proceden las cifras de esta página y hasta dónde puede extrapolarse cada una. Los valores de evaluación son estimaciones modeladas; no sustituyen un análisis específico del proyecto sobre su propia base.
- Periodo natural del compensador 10–30 sRango de diseño (resultado del modelo)
- Se deriva de la masa de la carga y de la rigidez del resorte de gas, en todo el rango de SWL y de carrera que fabrica Norwegian Dynamics. Es el rango en el que se sitúan nuestras propias unidades, no una propiedad de los compensadores de heave en general: el periodo natural de cada unidad concreta se calcula para esa elevación.
- 5–15 s: contexto de evaluación
- El rango de periodo de pico de 5–15 s es el contexto de evaluación indicativo del Mar del Norte utilizado en esta página. Seleccione la base metoceánica y el espectro propios del emplazamiento del proyecto, y evalúe la respuesta del buque. Este rango no es un dato de diseño universal ni un sustituto del espectro de excitación completo.
- 2–5×: ejemplo definido de modelo simple
- Para un modelo lineal de un grado de libertad con excitación de fuerza armónica, la relación desplazamiento/deflexión estática, cuando la frecuencia de excitación es igual a la frecuencia natural no amortiguada, es 1/(2ζ). Así, ζ = 0.10 da 5 y ζ = 0.25 da 2. Este resultado de excitación por fuerza es distinto de la transmisibilidad por movimiento de la base. No es un factor de respuesta universal para elevaciones; el sistema offshore configurado se evalúa con su excitación y su amortiguamiento reales.
