Tabelas de carga de gruas offshore
Como interpretar uma célula da tabela, de onde vem a redução de capacidade conforme o estado do mar, por que o fator dinâmico pode depender da carga e quanta capacidade a compensação de heave e a absorção de impactos podem recuperar.
- Uma tabela de carga de grua informa a carga de trabalho segura (SWL) em cada raio. Uma tabela offshore acrescenta colunas para a altura significativa de onda (H_s), cada uma com capacidade reduzida por um fator dinâmico \psi.
- Consulte a célula no pior raio do içamento e na primeira faixa de H_s igual ou superior à previsão. A célula indica a carga bruta admissível: é preciso descontar o peso do gancho, dos acessórios de içamento e de outros componentes suspensos.
- Segundo DNV-ST-0378, o fator \psi de uma grua offshore é de pelo menos 1.3 para cargas de trabalho de até 2,500 kN. Ele aumenta com a velocidade relativa entre o gancho e a carga e com a rigidez da grua.
- Se \psi for calculado a partir da massa suspensa, aumentará à medida que a carga diminuir; portanto, carga e fator devem ser resolvidos em conjunto. Reduzir a capacidade nominal de 10 t (\psi = 1.30) para uma velocidade relativa de 1.25 m/s resulta em 6.50 t, e não nos 7.2 t obtidos com um fator fixo.
Uma tabela de carga de grua especifica a carga de trabalho segura máxima que a grua pode içar para cada raio, comprimento de lança e ângulo. Em operações offshore, o gancho, a carga, o convés e a superfície do mar se movem uns em relação aos outros. Por isso, a capacidade indicada na tabela é reduzida conforme o estado do mar: cada coluna de altura de onda ajusta a capacidade nominal pela razão entre o fator dinâmico dessa capacidade e o fator maior aplicável ao estado do mar. Consultar a célula correta é a primeira verificação de qualquer içamento offshore.
Como interpretar uma célula da tabela
O Exemplo A é uma tabela ilustrativa do gancho principal de uma grua offshore. Cada coluna de altura de onda aplica um fator fixo à capacidade nominal, aqui com \psi_{\text{rating}} = 1.30:
| Raio | Capacidade nominalψ 1.30 | Hs ≤ 2.0 mψ ≈ 1.5 | Hs ≤ 2.5 mψ ≈ 1.7 | Hs ≤ 3.0 mψ ≈ 1.95 |
|---|---|---|---|---|
| 12 m | 10.0 t | 8.7 t | 7.6 t | 6.7 t |
| 16 m | 8.4 t | 7.3 t | 6.4 t | 5.6 t |
| 20 m | 6.9 t | 6.0 t | 5.3 t | 4.6 t |
| 24 m | 5.6 t | 4.9 t | 4.3 t | 3.7 t |
Tabela ilustrativa. Uma tabela certificada estabelece seus próprios critérios, fatores e faixas de altura de onda.
- Encontre a linha do raio. Use o raio de trabalho no pior ponto da trajetória de içamento: quando a lança se inclina para fora, o raio aumenta e a capacidade diminui.
- Escolha a coluna do estado do mar. Use a altura significativa de onda prevista para a operação e arredonde para cima até a primeira faixa igual ou superior a ela. Entre duas colunas, aplica-se a mais desfavorável.
- Leia a célula na interseção. A 20 m e H_s \le 2.5\ \text{m} a célula indica 5.3 t. Essa é a carga suspensa bruta admissível, não a carga líquida.
- Verifique os critérios. As células de H_s de uma tabela certificada indicam as cargas admissíveis aprovadas: use-as como publicadas. Se você calcular uma carga admissível a partir da capacidade nominal e de um \psi calculado com base na massa suspensa, resolva a massa e o fator em conjunto (abaixo).
De onde vem a redução de capacidade
As maiores reduções de capacidade decorrem da velocidade relativa e de mudanças bruscas na tração:
- Desprendimento da carga de um convés em movimento. Se o gancho sobe enquanto o convés do navio de apoio desce, as lingadas passam de frouxas à carga plena quase instantaneamente, e a carga de impacto pode superar muito a carga estática.
- A zona de respingo. Empuxo, arrasto, massa adicional e velocidade das partículas da onda mudam rapidamente quando a carga atravessa a superfície.
- Elasticidade da grua e do cabo. A grua, o cabo, as lingadas e a carga se comportam como um sistema massa-mola; assim, movimentos rápidos ou sincronização inadequada amplificam o pico.
- Eventos de curta duração. O desprendimento da carga, a aterrissagem e o enrosco podem determinar a carga máxima no gancho mesmo quando o estado médio do mar parece aceitável.
O fator dinâmico \psi da tabela reúne esses efeitos em um único valor para a grua. Ele está relacionado ao fator de amplificação dinâmica (DAF) de um içamento específico, mas não é igual a ele: o DAF resulta da análise desse içamento. Consulte fator de amplificação dinâmica.
Como o fator dinâmico é calculado
No içamento a partir de um navio de apoio, a velocidade relativa entre o gancho e a carga combina a velocidade de içamento com as velocidades verticais da ponta da grua e do convés:
Aqui v_L é a velocidade de içamento, v_c é a velocidade da ponta da grua decorrente do movimento do navio, e v_d é a velocidade do convés decorrente das ondas. Essas velocidades vêm de dados de resposta dos navios, movimentos medidos ou simulações no domínio do tempo, ou de valores conservadores previstos em norma quando os dados são limitados. O fator dinâmico é então determinado pela velocidade relativa, pela rigidez k da grua e do cabo e pela massa suspensa total m:
Segundo DNV-ST-0378, \psi = 1 + V_R\sqrt{C/(W g)} [4.1.3.2]. Aqui, a equação é reescrita com W = m g e C = k; v_c e v_d correspondem a V_t e V_{\text{in}}. A norma estabelece um mínimo: pelo menos 1.3 para gruas offshore com cargas de trabalho de até 2,500 kN. Os detalhes, inclusive a velocidade mínima de içamento, constam da DNV-ST-0378.
ψ fixo ou dependente da massa: duas respostas
Considere, a 12 m, a capacidade nominal de 10 t com \psi = 1.30, uma velocidade relativa de 1.25 m/s e uma rigidez de 400 kN/m. Para 10 t, a fórmula resulta em:
O Exemplo B mostra a carga admissível correspondente, conforme \psi seja fixo:
| Se ψ for | Cálculo | Carga bruta admissível |
|---|---|---|
| Um valor fixo de entrada (de uma tabela normativa ou de uma análise) | 10 \times 1.30 / 1.8 | 7.2 t com \psi = 1.8 |
| A fórmula da própria grua, \psi(m) | Resolva m\,\psi(m) = 13\ \text{t}, com \psi(m) = 1 + 2.54842/\sqrt{m} | 6.50 t com \psi \approx 2.00 |
Com a fórmula, uma carga mais leve recebe um fator maior; portanto, a resposta deve satisfazer ambos ao mesmo tempo:
Isso representa cerca de 35 % abaixo da capacidade nominal de 10 t. Antes de usar a regra simples da razão, confirme que o fator realmente independe da massa.
Carga bruta admissível não é carga líquida
Todos os valores acima são de carga suspensa bruta admissível. A carga útil líquida admissível é o que resta após descontar o peso dos componentes suspensos:
Esse peso inclui tudo abaixo do gancho que não é carga útil: moitão, cabos passados pelas roldanas, acessórios de içamento, balancim e qualquer outro equipamento suspenso. Um compensador ou amortecedor na linha de carga também integra esse peso e, portanto, deve ser descontado da carga admissível.
Recuperação de capacidade
A carga dinâmica é o que reduz a capacidade da tabela. Dois mecanismos determinam o pico, e um terceiro caso exige controle ativo:
| O que determina o pico | O que ajuda | Como funciona |
|---|---|---|
| Um evento: retirada do convés, impacto ou sobrecarga | POLARIS amortecedor para gruas | Converte a diferença de velocidades em curso e amortecimento, em vez de transmiti-la à carga no gancho. Precisa de tempo para retornar à posição inicial entre eventos. |
| Movimento repetido das ondas: zona de respingo, içamentos submarinos | Compensação passiva de heave: RIGEL ou CYGNUS. Compensação passiva adaptativa: ANTARES, com controle automático do amortecimento, quando a carga muda durante o içamento, como na passagem do ar para a água ou em uma aterrissagem por etapas | Isola a carga do heave da ponta da grua, mantendo baixas a velocidade relativa na carga e, com ela, o DAF do içamento durante cada onda. |
| Um limite de movimento residual que unidades passivas não conseguem atender | Compensação ativa de heave, como VEGA (em desenvolvimento) | Mede o movimento e aciona a carga no sentido contrário; é reservada aos casos que exigem esse desempenho. |
Os controles operacionais ainda definem as condições iniciais: velocidade de içamento controlada, desprendimento suave da carga, prevenção de novo contato, evitar estados do mar ressonantes e escolher a janela meteorológica. A compensação de heave ou a absorção de impactos não altera a tabela certificada da grua; reduz a carga dinâmica que o içamento efetivamente sofre.
Quanto isso pode representar com os números desta página: a capacidade nominal de 10 t tem um orçamento de 13 t (10 t × 1.30). Sem compensação, o caso calculado permite 6.50 t. Se a análise do içamento mostrar que um compensador limita o pico a 1.3 vez a carga estática, 13 t / 1.3 cobre as 10 t integrais. O fabricante da grua ou a sociedade classificadora, assim como o vistoriador de garantia marítima, devem aceitar esse critério. Para um amortecedor, DNV-ST-0378 só considera o efeito de um amortecedor hidráulico mediante acordo específico, documentado por cálculos e ensaios testemunhados por um vistoriador [5.2.9.10]. Para uma avaliação inicial do produto, use o guia de seleção.
Normas aplicáveis à tabela
A tabela de carga de uma grua offshore segue as normas segundo as quais ela foi certificada: DNV-ST-0378 para gruas offshore e de plataforma certificadas pela DNV, EN 13852-1 na Europa, ou API 2C para gruas offshore montadas em pedestal. Um compensador de heave na linha de carga é projetado segundo a DNV-ST-0378 e validado segundo a DNV-RP-N202, e o içamento como um todo se enquadra na DNV-ST-N001, com a DNV-RP-N103 para a análise dinâmica; consulte normas DNV para içamento offshore.
Perguntas frequentes
O que é uma tabela de carga de grua?
É uma tabela da carga de trabalho segura máxima que uma grua pode içar em cada raio, comprimento de lança e ângulo. A tabela de uma grua offshore também traz colunas de altura significativa de onda, cada uma com a capacidade reduzida por um fator dinâmico correspondente ao movimento no mar.
Como interpretar uma tabela de carga de grua offshore?
Encontre a linha do pior raio do içamento, escolha a coluna da altura significativa de onda prevista, arredondada para cima até a primeira faixa igual ou superior, e leia a célula. Essa é a carga suspensa bruta admissível: desconte o gancho, os acessórios de içamento e os demais equipamentos suspensos para obter a carga útil líquida.
Qual fator dinâmico se aplica a uma grua offshore?
Segundo DNV-ST-0378 o fator dinâmico de uma grua offshore é de pelo menos 1.3 para cargas de trabalho de até 2,500 kN. O valor efetivo depende da velocidade relativa entre o gancho e a carga, da rigidez da grua e da massa suspensa; na tabela ilustrativa desta página, é de aproximadamente 1.5 com Hs de 2.0 m, 1.7 com 2.5 m e 1.95 com 3.0 m.
Como a carga admissível é calculada a partir do fator dinâmico?
Com um fator fixo, carga bruta admissível = capacidade nominal \times\,\psi_{\text{rating}}/\psi_{\text{sea state}}; no exemplo desta página, 10 t × 1.30 / 1.8 = 7.2 t. Se o fator vier da fórmula da grua e depender da massa, resolva a massa e o fator em conjunto: a mesma capacidade nominal de 10 t permite então 6.50 t com \psi = 2.00.
A compensação de heave aumenta a capacidade da grua?
Ela não altera a tabela certificada da grua. Reduz a carga dinâmica efetiva do içamento ao diminuir o movimento relativo entre o gancho e a carga. No caso calculado desta página, se a análise do içamento indicar um pico de 1.3 vez a carga estática, a capacidade nominal de 10 t tem um orçamento de 13 t que cobre as 10 t integrais, contra 6.50 t sem compensação. O fabricante da grua ou a sociedade classificadora e o vistoriador de garantia marítima devem aceitar esse critério.
Qual é a diferença entre o fator dinâmico e o DAF?
O fator dinâmico \psi é o fator previsto nas regras da grua para dimensioná-la e elaborar sua tabela. O fator de amplificação dinâmica (DAF) é a razão entre a carga de pico e a carga estática de um içamento específico, determinada pela análise desse içamento.
Fundamentação e fontes
- DNV-ST-0378, edição de julho de 2019 alterada em outubro de 2021: o fator dinâmico [4.1.3], os valores mínimos e a velocidade relativa para gruas offshore [8.2.2], tabelas de carga por altura de onda [8.2.4] e amortecedores hidráulicos [5.2.9.10].
- Os Exemplos A e B e o caso calculado são ilustrativos, com os dados de entrada informados; os números estão arredondados conforme apresentados e podem ser recalculados exatamente a partir das fórmulas desta página.
- EN 13852-1 Gruas, gruas offshore, gruas offshore de uso geral; API Spec 2C Gruas offshore montadas em pedestal.
Vai consultar a tabela de carga para um içamento com compensação?
Envie o raio e a SWL da grua, a velocidade de içamento, a carga útil, o estado do mar e o período das ondas, além da sequência de içamento. Vamos verificar a célula da tabela e quanta capacidade um compensador ou amortecedor pode recuperar.
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Casos de carga em içamentos offshore: dados de referência da ND
O que se mede de fato em um içamento, com e sem compensação passiva, segundo simulações no domínio do tempo da própria Norwegian Dynamics. O material não reproduz nenhuma norma: seu valor está nos resultados numéricos, que nenhuma norma publica.
