Como Funciona a Compensação Passiva de Ondulação?

Um compensador passivo de ondulação é essencialmente uma mola pneumática. Consiste em um cilindro hidráulico conectado a um ou mais acumuladores de gás carregados com nitrogênio. O peso da carga comprime o gás a uma pressão de trabalho, e o êmbolo se estabelece em uma posição de equilíbrio no meio do curso.

Quando o navio se move para cima, a ponta do guindaste sobe, mas o gás se expande, permitindo que o êmbolo se estenda e mantenha a carga estacionária. Quando o navio cai, o gás se comprime e o êmbolo se retrai. A carga, tendo inércia significativa, mal se move.

O principal desafio de engenharia é alcançar rigidez próxima a zero no ponto de trabalho. Se a mola pneumática for muito rígida, ela transmite movimento do navio para a carga. Se for muito macia, o sistema se desvia para o final do curso. Os engenheiros dimensionam o volume de gás e a pressão de pré-carga para que a taxa de mola se aproxime do peso da carga, criando uma mola macia efetiva que isola a ondulação. Para a matemática detalhada, consulte nossa página sobre fundamentos da compensação passiva de ondulação.

Uma mola pneumática pura sem amortecimento oscilaria incontrolavelmente próximo à sua frequência natural. Os compensadores passivos de ondulação incluem válvulas de amortecimento hidráulicas — tipicamente baseadas em orifício — que resistem ao fluxo de óleo entre o cilindro e os acumuladores.

O amortecimento serve a duas funções críticas:

• Controle de ressonância — Se o período da onda se aproximar do período natural do sistema, a resposta seria amplificada sem amortecimento. A resistência hidráulica limita essa amplificação a níveis seguros.
• Controle de pouso — Durante o pouso em subsea, o amortecimento aumentado desacelera a descida da carga para um toque controlado.

O nível de amortecimento é um compromisso: muito pouco e a ressonância se torna perigosa; muito e o sistema fica rígido, reduzindo a eficiência da compensação em períodos de onda típicos.

Um sistema PHC bem projetado normalmente alcança eficiência de compensação de 70–90%, significando que o movimento residual da carga é apenas 10–30% do movimento da ponta do guindaste. A eficiência depende de vários fatores:

• Período da onda — PHC funciona melhor quando o período da onda é curto em relação ao período natural do sistema. Em períodos muito longos, o sistema tende a seguir o navio.
• Volume de gás — Volumes de gás maiores produzem molas mais macias e melhor eficiência, mas aumentam o tamanho e o custo do sistema.
• Nível de amortecimento — Amortecimento mais alto melhora a segurança de ressonância, mas reduz a eficiência fora de ressonância.
• Correspondência de carga — O sistema funciona melhor quando a carga real corresponde à carga de projeto. Se as condições mudarem, um PHC básico não pode se adaptar.

Essa última limitação é o que impulsiona o interesse em compensação passiva de ondulação adaptativa, onde a mola pneumática é ajustada automaticamente para manter o desempenho ideal conforme as condições mudam.

Os compensadores passivos de ondulação são usados em uma ampla gama de operações offshore:

• Levantamentos subsea e instalação
• Cruzamento de zona de respingo
• Tensionamento de risers, cabos e umbilicais
• Absorção de choque de guindaste para instalação de turbina eólica

A Norwegian Dynamics oferece soluções PHC que variam desde a RIGEL econômica para tarefas de levantamento diretas, até o sistema adaptativo ANTARES para operações exigentes que requerem desempenho consistentemente alto em várias condições.