Uma estimativa inicial na ponta da lança é DAF = 1 + a_heave/g, em que a_heave é a aceleração vertical máxima na ponta da lança. Ela ignora rigidez do rigging, massa adicionada, arrasto e impacto hidráulico, portanto o pico de carga de impacto pode ser muito maior.

Cargas dinâmicas em içamentos offshore

Quando o mar se move, a carga no gancho sobe acima do peso estático.

Fator de Amplificação Dinâmica (DAF)

Q: Qual é um DAF típico para um içamento offshore?

Para um içamento offshore geral, o DAF normalmente fica entre 1.2 e 2.5 sem compensação e entre 1.05–1.3 com compensação de heave passiva. Içamentos no ar devem respeitar os mínimos por faixa de peso da Table 16-1 da DNV-ST-N001 (offshore: 1.25, diminuindo em degraus até 1.10 à medida que a carga no gancho aumenta); içamentos submarinos não têm um mínimo fixo — seu DAF é calculado conforme a Section 16.17 com os métodos da DNV-RP-N103. O valor de projeto para um içamento específico resulta de análise completa.

Q: O que é uma carga de impacto?

Uma carga de impacto é o pico impulsivo quando um cabo fica frouxo e volta subitamente a tensionar — o pior fator de DAF, capaz de atingir várias vezes a carga estática em um evento de afundamento descontrolado da estaca ou descolamento.

Q: Quanto a compensação de heave passiva reduz o DAF?

Ao manter o cabo tensionado e absorver o movimento da ponta da lança, a compensação passiva normalmente reduz um DAF de 1.2–2.5 para próximo de 1.05–1.3 em içamentos na zona de respingos e submarinos.

O que é o Fator de Amplificação Dinâmica?

O Fator de Amplificação Dinâmica (DAF) é a razão entre a carga dinâmica máxima e a carga estática durante uma operação de içamento. Um DAF de 1.0 significa nenhum efeito dinâmico — o guindaste vê apenas o peso estático da carga. Um DAF de 2.0 significa que o pico de carga dinâmica é o dobro do peso estático.

Aplicação prática: Para a aplicação prática deste tema, veja o POLARIS amortecedor de choque do guindaste e os estudos e análises de engenharia.

No içamento offshore, as ondas fazem a ponta da lança do guindaste subir e descer enquanto a carga fica suspensa abaixo. Esse movimento relativo cria forças dinâmicas no sistema de içamento — picos de tensão quando a ponta da lança do guindaste acelera para cima, e folga quando ela desce. O DAF captura o quanto essas forças dinâmicas são piores em comparação com um içamento em águas calmas.

Os valores típicos de DAF para içamentos offshore sem compensação variam de 1.2 a 2.5, dependendo do estado de mar, da rigidez do guindaste e do comprimento da linga. Com a compensador de heave instalado, o DAF pode ser reduzido para 1.05–1.3, o que significa que guindastes menores podem içar a mesma carga ou o mesmo guindaste pode operar em mares mais agitados.

O que causa DAF em içamentos reais com guindaste?

Em içamentos reais com guindaste, o DAF geralmente é causado pelo movimento relativo. A ponta da lança do guindaste, o gancho, o cabo, as lingas e a carga não se movem todos juntos. Quando o sistema absorve subitamente esse movimento, o cabo e o aparelhamento comportam-se como molas e a diferença de velocidade torna-se um pico de tensão.

Içamento a partir do convés de embarcação de apoio. Um contêiner de carga em uma embarcação de apoio acompanha o heave e o jogo da embarcação, enquanto a ponta da lança do guindaste acompanha a embarcação-guindaste ou a plataforma. Se o gancho estiver subindo enquanto o convés ou o contêiner está descendo, a linga pode passar de folga ou baixa tensão a totalmente carregada em uma fração de segundo. Essa carga de impacto pode ser muito maior do que o peso estático do contêiner.

Travessia da zona de respingos. Durante uma travessia da zona de respingos, a flutuabilidade, o arrasto, a massa adicionada e a velocidade das partículas de onda mudam rapidamente à medida que a carga atravessa a superfície livre. A carga no gancho pode subir e descer rapidamente, especialmente quando a dinâmica do guindaste, do cabo e da carga se alinha com o período de onda.

Outros gatilhos comuns incluem descolamento súbito do convés, impacto de assentamento, enganchamento, movimento rápido do guindaste, paradas de emergência e ressonância no sistema guindaste-cabo-carga.

Cargas de impacto — o pior caso de DAF

Os eventos de DAF mais violentos são as cargas de impacto: a linga fica folga e, então, re-tensiona subitamente. Enquanto o cabo está folgado, o gancho e a carga movem-se independentemente e, quando ele fica esticado, a diferença de velocidade precisa ser absorvida pelo estiramento do cabo quase instantaneamente. Para uma carga de massa m (mais a massa adicionada m_A se submersa) em um aparelhamento de rigidez k, o pico de tensão acima da carga quase estática é aproximadamente

F_{\text{snap}} = v_{\text{rel}} \sqrt{k \, (m + m_A)}

onde v_rel é a velocidade relativa no momento em que o cabo re-tensiona. Ambas as alavancas de projeto ficam visíveis na fórmula: reduzir o descasamento de velocidade (movimento mais lento do guindaste, sistemas de compensação de heave, melhores condições meteorológicas) ou reduzir a rigidez efetiva k (um POLARIS amortecedor de choque do guindaste). O aparelhamento rígido é o inimigo aqui — dobrar k aumenta a força de impacto em 41% para o mesmo descasamento de velocidade. A DNV-RP-N103 define os critérios para quando as cargas de impacto devem ser avaliadas e como o pico é calculado; a mitigação prática que ela aponta é manter o cabo sob tensão durante todo o ciclo de onda, que é exatamente o que faz um compensador de heave passivo.

Figura 2 — Carga de impacto no descolamento do convés, simulação ilustrativa de 1-DOF: carga de 20 t, rigidez de içamento de 4 MN/m, velocidade relativa de 1.5 m/s no engate, ponta da lança do guindaste com heave ζ = 1.0 m, T = 7 s. O aparelhamento simples (azul-marinho) vê um pico de 3.2× e ciclos repetidos de folga–impacto; um amortecedor de choque de mola a gás pré-carregado com amortecimento (vermelho) recebe o mesmo descolamento a 1.28× da estática. Modelo ilustrativo, não um cálculo certificado.

Como reduzir o DAF

Amortecedores de choque para cargas de impacto. Um POLARIS amortecedor de choque do guindaste adiciona curso e amortecimento entre o guindaste e a carga. Ele absorve a energia cinética de um único evento de choque — descolamento do convés, uma carga de impacto, uma sobrecarga — antes que ela se torne pico de carga no guindaste. Ele precisa de tempo para se restabelecer após um evento, portanto, para ciclos repetidos de folga–impacto na zona de ondas, use a compensação de heave.
Compensação de heave passiva para travessias da zona de respingos. Um compensador de heave passivo reduz o movimento relativo entre o gancho do guindaste e a carga submarina. Isso mantém a tensão do aparelhamento mais suave através da zona de respingos e reduz a amplificação dinâmica que o guindaste sofre.
Escolha o compensador pela operação. RIGEL e CYGNUS cobrem casos passivos mais simples, enquanto o ANTARES é usado para içamentos submarinos complicados ou de múltiplas etapas com flutuabilidade variável.
Controle o içamento assim como o equipamento. Reduza a velocidade do guindaste, evite estados de mar ressonantes, planeje janelas operacionais e use procedimentos de descolamento suave. O equipamento reduz o DAF, mas a operação ainda define as condições iniciais.

Para a escolha do produto, comece com o guia de seleção de compensador de heave ou compare a demanda do guindaste na tabela de carga do guindaste.

Como calcular o DAF

A estimativa de DAF mais simples vem da DNV-OS-H205 (agora DNV-ST-N001), que fornece:

DAF = 1 + \frac{a_{heave}}{g}

onde a_heave é a aceleração vertical máxima na ponta da lança do guindaste e g é a aceleração gravitacional (9.81 m/s²). Para um movimento de heave senoidal com amplitude ζ e período T:

a_{heave} = ζ \times {(\frac{2 π}{T})}^{2}

Por exemplo, com amplitude de heave de 1.5 m e período de 8 s:

a_{heave} = 1.5 \times {(\frac{2 π}{8})}^{2} = 0.93 m/s²

→

DAF = 1 + \frac{0.93}{9.81} = 1.09

Este é apenas o DAF da ponta da lança do guindaste — o DAF no gancho geralmente é maior porque a linga e a carga formam um sistema massa-mola que amplifica o movimento da ponta da lança do guindaste, especialmente próximo à ressonância.

Figura 1 — A estimativa da ponta da lança do guindaste

DAF = 1 + \frac{ζ {(\frac{2 π}{T})}^{2}}{g}

ao longo do período de onda. O fator (2π/T)² domina — reduzir o período pela metade quadruplica a parte dinâmica (DAF − 1): o mesmo heave de 1.5 m que dá DAF 1.09 em T = 8 s dá 1.38 em T = 4 s. Os valores de projeto para içamentos no ar também devem respeitar os mínimos por faixa de peso da Table 16-1 da DNV-ST-N001 (offshore: 1.25, diminuindo em degraus até 1.10 à medida que a carga no gancho aumenta). Os içamentos submarinos não têm um mínimo fixo — seu DAF é calculado conforme a Section 16.17 com os métodos da DNV-RP-N103, em que um compensador reduz diretamente o resultado.

Cálculos de DAF mais precisos exigem a modelagem de todo o sistema dinâmico: rigidez da lança do guindaste, elasticidade do cabo de aço, atrito das roldanas, arranjo das lingas e propriedades hidrodinâmicas da carga. Ferramentas como o OrcaFlex são comumente usadas para isso.

Faixas típicas de DAF

Cenário de içamento	Sem compensação	Com compensação	Fator principal
Içamento offshore geral	1.2 – 2.5	1.05 – 1.3	heave da ponta da lança do guindaste & rigidez do aparelhamento
Içamento submarino	calculado	calculado — o compensador o reduz diretamente	DNV-ST-N001 Section 16.17 com DNV-RP-N103 — sem mínimo fixo; tensões nos cabos ≥ 10% da estática
Impacto / descolamento (pior caso)	até ~3.2× (ilustrativo)	~1.28× (amortecedor de choque)	folga seguida de impacto no cabo

A compensação passiva puxa a faixa de DAF para baixo em direção ao peso estático

Içamento offshore geral · faixa de DAF (× peso estático)

Sem compensaçãoCom compensação de heave passiva

Faixas indicativas antes da análise de projeto; o DAF de projeto para um içamento específico resulta de uma análise completa.

DAF por cenário de içamento

Offshore, o DAF se divide em dois regimes de mitigação — um problema de heave repetido a cada ciclo de onda e um único evento de choque ou impacto — e cada um tem uma resposta diferente.

Simulação CONSTELLATION de um compensador de heave passivo atravessando a zona de respingos

Travessia da zona de respingos

Travessia da superfície da água

Ao entrar na zona de respingos, o impacto de entrada (slam), a flutuabilidade variável e as cargas de impacto ocorrem quase simultaneamente. A compensação de heave passiva mantém a linga esticada e reduz a parcela do DAF relativa ao movimento do guindaste; o próprio impacto de entrada na água permanece uma verificação hidrodinâmica (DNV-RP-N103).

Fatores: impacto de entrada · flutuabilidade variável · heave da ponta da lança do guindaste

Mantenha-o baixo com — compensação de heave passiva

RIGEL básico ANTARES adaptativo CYGNUS pesado / águas profundas Ver travessia da zona de respingos →

Simulação CONSTELLATION de um afundamento descontrolado de estaca com um amortecedor de choque do guindaste

Afundamento descontrolado da estaca e descida

Descida de uma estaca ou estrutura pesada

Ao descer uma estaca longa ou um objeto pesado em velocidade, uma folga seguida de impacto ou um evento de choque na ponta da lança do guindaste gera o pico — um pico agudo e de curta duração, em vez de um heave a cada ciclo de onda.

Fatores: impacto / carga de choque · velocidade de descida · rigidez do aparelhamento

Limite o pico com — um amortecedor de choque do guindaste

POLARIS amortecedor de choque do guindaste Ver proteção contra afundamento descontrolado da estaca →

Uma ferramenta simula ambos. O CONSTELLATION modela a dinâmica da zona de respingos e do afundamento descontrolado de estaca — e o DAF — antes que o içamento deixe o convés. Simule seu içamento →

Veja o DAF antes do içamento

Execuções reais do CONSTELLATION para os dois cenários — os traços de tensão e carga que mostram o DAF e como o equipamento o contém.

Gráfico CONSTELLATION de tensão versus tempo para um içamento na zona de respingos com compensação passiva, sem folga e sem impacto

Gráfico CONSTELLATION de carga versus tempo para um afundamento descontrolado de estaca com e sem um amortecedor de choque do guindaste

Estime seu DAF

Estado de mar (H_s) Período de onda (T_p) Resposta na ponta da lança Aparelhamento / lançamento

1.22

DAF estimado

Heave da ponta da lança ζ ≈ 1.0 m; amplificação do aparelhamento ≈ 3.5×. DAF no gancho de primeira estimativa — ele captura o movimento da ponta da lança do guindaste e a ressonância do aparelhamento (o DAF dispara quando o período de onda coincide com o período natural do aparelhamento T_n), mas não a massa adicionada da zona de respingos, o arrasto ou o slamming, de modo que um pico de carga de impacto pode ser ainda maior. Para o DAF de projeto, solicite um estudo CONSTELLATION.

Ressonância: o DAF dispara quando o período de onda coincide com o seu aparelhamento

DAF vs período de onda para o seu estado de mar & aparelhamento · ponto sólido = o seu período de onda · linha tracejada = o período natural do aparelhamento T_n

Movimento da ponta da lança amplificado pela transmissibilidade do aparelhamento:

DAF = 1 + \frac{ζ {(\frac{2 π}{T})}^{2}}{g} \cdot TR

— a TR atinge o pico quando o período de onda T coincide com o período natural do aparelhamento T_n.

DAF — perguntas frequentes

Qual é um DAF típico para um içamento offshore?

Para um içamento offshore geral, o DAF geralmente fica entre 1.2 e 2.5 sem compensação, e 1.05–1.3 com compensação de heave passiva. Os içamentos no ar devem respeitar os mínimos por faixa de peso da Table 16-1 da DNV-ST-N001 (offshore: 1.25, diminuindo em degraus até 1.10 à medida que a carga no gancho aumenta); os içamentos submarinos não têm um mínimo fixo — seu DAF é calculado conforme a Section 16.17 com os métodos da DNV-RP-N103. O valor de projeto para um içamento específico vem de uma análise completa.

Como calcular o DAF?

Uma estimativa inicial da ponta da lança do guindaste é

DAF = 1 + \frac{a_{heave}}{g}

, onde a_heave é a aceleração vertical máxima na ponta da lança do guindaste. Ela ignora a rigidez do aparelhamento, a massa adicionada, o arrasto e o slamming, de modo que um pico de carga de impacto pode ser muito maior.

O que é uma carga de impacto?

A carga de impacto é o pico impulsivo quando um cabo fica folgado e então re-tensiona subitamente — o pior gerador de DAF, capaz de atingir várias vezes a carga estática em um evento de afundamento descontrolado de estaca ou de descolamento.

Quanto a compensação de heave passiva reduz o DAF?

Ao manter o cabo sob tensão e absorver o movimento da ponta da lança do guindaste, a compensação passiva normalmente reduz um DAF de 1.2–2.5 para 1.05–1.3 para içamentos na zona de respingos e submarinos.

DAF e seleção de compensador de heave

O principal benefício de engenharia de um compensador de heave é a redução do DAF. Ao desacoplar a carga do movimento da ponta da lança do guindaste, o compensador absorve as forças dinâmicas que, de outra forma, seriam transmitidas pelo sistema de içamento.

Um compensador de heave passivo bem ajustado normalmente remove 70–95% da amplificação dinâmica — a parcela da carga no gancho acima do peso estático — de modo que um içamento que veria DAF 2.0 sem compensação (um aumento dinâmico de 100%) cai para a faixa de 1.05–1.3 com compensação. Isso tem implicações diretas de custo:

Menor capacidade de guindaste necessária para a mesma carga
janelas operacionais mais amplas — içar com Hs 2.5 m em vez de Hs 1.0 m
Risco reduzido de sobrecarga da linga e queda de objetos
Menores cargas dinâmicas em estruturas submarinas durante o assentamento

Para içamentos submarinos pesados em que o controle do DAF é crítico, um compensador passivo adaptativo como o ANTARES oferece o melhor equilíbrio entre redução do DAF e simplicidade operacional.

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Tabela de carga do guindaste — Fórmula de velocidade, derating de DAF, exemplo resolvido.
Fundamentos da compensação de heave passiva — Equações, dedução e a calculadora de eficiência.
Normas DNV para içamento offshore — ST-0378, ST-N001, RP-N103 e como se aplicam aos compensadores.

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