Prevenção de Ressonância

Um modelo simples massa–mola tem uma frequência natural definida por sua massa e rigidez. Em um içamento, a mola a gás, o cabo, a grua e a lingada contribuem para a resposta acoplada. Indique o modelo e a grandeza de resposta sendo avaliada.

O movimento da ponta da grua induzido por ondas pode excitar o sistema acoplado. Perto de uma região ressonante, o movimento da carga útil pode ser amplificado em relação à ponta da grua; a resposta real depende do modo e do amortecimento configurado.

Na prática, o amortecimento limita a resposta de pico; a altura do pico na ressonância depende do amortecimento efetivamente configurado — por isso o modelo de triagem declara seu amortecimento em vez de citar um fator universal. Isso é claramente inaceitável para um dispositivo projetado para reduzir o movimento.

O período natural de um compensador passivo de heave depende da massa da carga e da rigidez da mola a gás. Para o conjunto de unidades Norwegian Dynamics considerado na base abaixo, os períodos naturais calculados variam entre aproximadamente 10–30 segundos; cada projeto calcula seu próprio período acoplado a partir da massa real, do estado do gás e da rigidez da linha.

Na base de triagem do Mar do Norte usada aqui, os períodos espectrais de pico de 5–15 segundos (Tp) são a faixa de excitação indicativa; a base metoceânica do local do projeto é que prevalece. Para sistemas bem projetados, o período natural fica bem acima dos períodos de onda mais energéticos, de modo que a frequência de excitação permanece acima da frequência natural — a região de isolamento. A margem é verificada em relação ao espectro de ondas do projeto, e não presumida.

No entanto, o risco de ressonância aumenta quando:

• O volume de gás é pequeno demais (tornando a mola rígida demais e reduzindo o período natural).
• A carga é mais leve que o caso de projeto (reduzindo a massa e, portanto, o período natural).
• Há marulho de período longo (aumentando o período de excitação em direção ao período natural).

Os engenheiros usam várias estratégias para garantir que compensadores de heave operem com segurança, longe da ressonância:

• Sintonia da mola a gás — Avalie como o volume de gás e o estado de trabalho alteram a rigidez efetiva e os períodos naturais acoplados. Verifique a resposta resultante em vez de aplicar uma regra genérica de volume.
• Amortecimento — Avalie o pico ressonante e a resposta na faixa operacional em conjunto. Aumentar o amortecimento não é uma melhoria universal em todas as frequências de excitação.
• Faixa de carga e profundidade — Verifique todo o conjunto de condições de massa, estado do gás, comprimento do cabo e operação. Uma massa mais leve reduz o período em um modelo simples de rigidez fixa; o caso acoplado dimensionante é estabelecido por análise.
• Sintonia adaptativa — ANTARES pode alterar seus ajustes de trabalho. Avalie cada configuração e transição dentro do modelo acoplado e dos limites do equipamento.

A prevenção de ressonância não diz respeito apenas ao compensador — ela se aplica a todo o sistema de içamento. O cabo da grua, as roldanas e qualquer lingada submarina têm rigidez e massa próprias, criando um sistema acoplado com múltiplos modos de ressonância potenciais.

Em lâminas d’água maiores, a elasticidade do cabo torna-se significativa, e o sistema acoplado cabo-compensador pode ter frequências de ressonância diferentes das de qualquer um dos componentes isoladamente. É por isso que operações em águas profundas exigem uma cuidadosa análise dinâmica acoplada que modela todo o sistema, da embarcação ao leito marinho.

Para operações críticas, simulações no domínio do tempo com dados de ondas específicos do local e RAOs reais da embarcação verificam a resposta em todos os casos operacionais definidos. A Norwegian Dynamics oferece suporte de engenharia para essas análises como parte da seleção e do dimensionamento de compensadores — veja nosso guia de seleção de compensadores para mais informações.