Heave

El heave oceánico es irregular y aleatorio, pero puede describirse estadísticamente mediante algunos parámetros clave:

• Altura significativa de heave (Hs) — Clásicamente, la altura media del tercio de olas más altas; en el análisis espectral se calcula a partir del espectro de heave (Hm0), que ofrece una aproximación muy cercana. Es la medida estándar de la severidad del mar empleada en ingeniería offshore y corresponde aproximadamente a la altura de ola que estimaría un observador experimentado.
• Período de pico espectral (T_p) — El período de heave en el que el espectro de energía alcanza su máximo. Los valores determinantes dependen del emplazamiento y de la estación; el mar de viento y el mar de fondo presentan períodos distintos, y la base metoceánica del proyecto especifica ambos.
• Período de cruce por cero (T_z) — El período medio entre cruces ascendentes sucesivos por cero de la elevación de la superficie del mar. Está relacionado con T_p mediante factores que dependen de la forma espectral.

Tanto Hs como Tp son datos de entrada críticos para diseñar el compensador de heave, pero ninguno determina por sí solo la especificación. La carrera y la velocidad se obtienen del movimiento relativo modelizado del buque, la grúa y la carga útil reales en ese estado de la mar, y Tp determina dónde se sitúan las comprobaciones de respuesta dinámica y resonancia.

Dado que el heave oceánico es irregular, los ingenieros lo describen mediante un espectro de energía de heave — una función que muestra cómo se distribuye la energía del heave entre las frecuencias. En ingeniería offshore se utilizan ampliamente dos modelos espectrales estándar:

• Pierson-Moskowitz (PM) — Describe un mar completamente desarrollado en aguas profundas, definido únicamente por H_s únicamente. Es adecuado para condiciones de océano abierto en las que el viento ha soplado durante mucho tiempo sobre un fetch extenso.
• JONSWAP — Una modificación del espectro PM con un factor adicional de realce del pico (γ, normalmente 1.0–7.0). Representa un mar en desarrollo con un pico espectral más pronunciado. El valor predeterminado γ = 3.3 se utiliza habitualmente para las condiciones del mar del Norte.

La elección del espectro afecta a los movimientos del buque y, por tanto, al heave de la punta de grúa que debe absorber el compensador. Los espectros JONSWAP con valores altos de γ concentran la energía cerca del período de pico; que esto aumente o reduzca la respuesta depende de la posición del pico respecto de las funciones de transferencia del sistema.

Las operaciones offshore se planifican a partir de previsiones del estado de la mar que especifican H_s y T_p (y, en ocasiones, la dispersión direccional y los componentes del mar de fondo). Cada operación marina tiene criterios límite definidos, normalmente una envolvente Hs–Tp matizada por la dirección, el viento y la incertidumbre de la previsión, no un único valor de Hs.

El límite operativo suele estar determinado por la fase más sensible de la operación, con frecuencia el cruce de la zona de salpicadura. La compensación de heave aumenta directamente este límite al reducir las cargas dinámicas, ampliar la ventana operativa meteorológica y reducir el costoso tiempo de espera por condiciones meteorológicas.

Cuando la dinámica de la carga suspendida es determinante, la compensación desplaza esa envolvente; los límites sin compensación y con compensación se comparan caso por caso en el análisis de la izada. Esto puede marcar la diferencia entre una operación viable y otra que requiera una ventana meteorológica de calma poco práctica.

Al especificar un compensador de heave, el entorno de heave determina varios requisitos clave:

• Carrera del compensador — Dimensionada para admitir la amplitud máxima de heave de la punta de grúa, derivada de H_s y del RAO de heave del buque.
• Velocidad del pistón — Determinada por la combinación de la amplitud de heave y el período de ola; los períodos más cortos requieren una respuesta más rápida del compensador.
• Período natural — Primero se establecen los modos naturales del sistema, se comparan con la banda de excitación y después se verifican la rigidez y la amortiguación del compensador seleccionado en todos los casos modelizados.
• Amortiguación — Dimensionada para controlar la respuesta cerca de la resonancia y mantener la eficiencia en los períodos operativos habituales.

Norwegian Dynamics proporciona soporte de ingeniería para adaptar las especificaciones del compensador a los datos de heave específicos del emplazamiento. Tanto si se utiliza el RIGEL para operaciones rentables como el ANTARES para condiciones variables exigentes, una caracterización correcta del heave es la base de un diseño eficaz de compensación de heave.