Içamentos submarinos

Quatro forças da água atuam sobre uma carga útil entre o convés e o leito marinho: empuxo, impacto na entrada na água, arrasto e massa adicionada. Entenda como cada uma afeta a tração no cabo, qual pode ser sua magnitude, por que a aproximação final determina o pouso e como a profundidade afeta o compensador.

Por Peter Wang, COO · dezembro de 2025 · Atualizado em setembro de 2026 · 13 min de leitura

Compensador passivo de heave RIGEL baixando uma cobertura de GRP em direção ao leito marinho.

Em resumo

Quatro forças atuam sobre uma carga útil na água. O empuxo altera seu peso efetivo, o impacto ocorre na entrada na água, o arrasto cresce com o quadrado da velocidade em relação à água e a força de massa adicionada cresce com a aceleração.
Nos exemplos calculados, uma placa de 15 × 10 m a 1.57 m/s sofre cerca de 216 kN (22 t) de arrasto com o coeficiente para escoamento permanente, ou cerca de 474 kN (48 t) com o valor para a zona de ondas da DNV-RP-N103, enquanto um prisma de 10 × 10 × 20 m a 1.23 m/s² recebe cerca de 908 kN (93 t) de força de massa adicionada.
Dimensionado para o caso, um compensador de heave reduz a parcela da grua na velocidade e na aceleração da carga útil em relação à água. Isso diminui ambas as forças e mantém o cabo tracionado até o pouso.
A submersão e a profundidade deslocam o ponto de operação do compensador. O empuxo e a pressão da água o empurram para dentro e são corrigidos pela liberação de gás; o resfriamento durante a descida o empurra para fora e exige adição de gás. RIGEL, CYGNUS e ANTARES são todos classificados para 3,000 m e diferem na forma de recentralização: RIGEL é ajustado no convés, CYGNUS pode liberar gás e ANTARES pode liberá-lo e adicioná-lo.

Um içamento submarino começa no convés, atravessa a zona de respingo e desce pela coluna d’água até o leito marinho. A água é cerca de 800 vezes mais densa que o ar e exerce quatro tipos de força sobre a carga útil. A força dominante muda entre a zona de respingo, a coluna d’água e o pouso.

Quatro forças distintas

Força	Proporcional a	Onde importa	Efeito
Empuxo	Volume deslocado, $\rho_w V g$	Desde a entrada na água; varia rapidamente enquanto a carga atravessa a superfície	Reduz o peso efetivo e provoca oscilações: risco de cabo frouxo
Impacto na entrada na água	Quadrado da velocidade de impacto, na entrada na água	A zona de respingo	Picos de carga breves e intensos na carga útil e nos acessórios de içamento
Arrasto	Quadrado da velocidade relativa, $\tfrac{1}{2}\rho_w C_D A_\perp \dot z^{2}$	Descida sob ondas e correnteza	Resiste ao movimento; 22 a 48 t na placa do exemplo
Massa adicionada	Aceleração relativa, $\rho_w C_A V_R\, \ddot z$	Qualquer oscilação; cresce perto do leito marinho	Adiciona inércia a cada oscilação; cerca de 93 t no prisma do exemplo

A zona de respingo concentra impacto na entrada na água, empuxo de rápida variação e velocidade das partículas de água em poucos metros de percurso; travessia da zona de respingo trata desse tema, e a DNV-RP-N103 apresenta o método. Os dois exemplos calculados abaixo usam corpos diferentes. Portanto, seus resultados não representam duas forças sobre a mesma carga útil e não devem ser somados.

Arrasto

O arrasto cresce com o quadrado da velocidade da carga útil em relação à água ao redor, e não de sua velocidade em relação ao leito marinho. O movimento da grua e do guincho, assim como a velocidade das próprias partículas de água, contribuem para essa velocidade relativa $\dot z$ :

F_D = \tfrac{1}{2}\, \rho_w\, C_D\, A_\perp\, \dot z\, |\dot z|

Aqui, $C_D$ é o coeficiente de arrasto e $A_\perp$ é a área exposta ao escoamento; a DNV-RP-N103 apresenta ambos em tabelas por forma. Os coeficientes tabelados se aplicam a escoamento permanente. Para o escoamento oscilatório da zona de ondas, a RP usa um coeficiente normalmente duas a três vezes maior e, sem CFD nem ensaios em modelo, especifica $C_D \ge 2.5$ para estruturas submarinas típicas.

Exemplo calculado: uma placa de 15 × 10 m

Considere uma placa baixada na horizontal sob ondas de 4 m e período de 8 s, representadas por uma senoide com amplitude $\zeta = H/2 = 2\ \text{m}$ . Como dado inicial de triagem, sua velocidade máxima em relação à água é obtida diretamente do movimento das ondas:

\dot z_{\max} = \zeta\, \omega = 2 \cdot \frac{2\pi}{8} \approx 1.57\ \text{m/s}

Para uma placa perpendicular ao escoamento, o coeficiente é

C_D = 1.1 + 0.02 \left( \frac{15}{10} + \frac{10}{15} \right) \approx 1.14

e com $A_\perp = 150\ \text{m}^2$ e $\rho_w = 1{,}025\ \text{kg/m}^3$ :

F_D = \tfrac{1}{2} \cdot 1{,}025 \cdot 1.14 \cdot 150 \cdot 1.57^{2}

F_D \approx 216\ \text{kN} \approx 22\ \text{t}

Isso usa o coeficiente de escoamento permanente. Com o valor para a zona de ondas da DNV-RP-N103, de pelo menos 2.5, a mesma placa sofre cerca de 474 kN (48 t), mais que o dobro.

Figura 1. Arrasto na placa do exemplo com o coeficiente de escoamento permanente (

C_D = 1.14

A_\perp = 150\ \text{m}^2

\rho_w = 1{,}025\ \text{kg/m}^3

) em função de sua velocidade relativa à água. A força cresce com o quadrado da velocidade; portanto, reduzir a velocidade relativa à metade reduz o arrasto a um quarto. A parcela da velocidade que um compensador elimina em determinado içamento é resultado do modelo do içamento, não uma propriedade do equipamento.

Coeficientes de arrasto para escoamento permanente por forma (DNV-RP-N103)

Forma	$C_D$	$A_\perp$
Esfera	$0.5$	$\pi r^2$
Cilindro horizontal	$1.2$	$2 r L$
Cilindro vertical	$1.1$ em $L/2r = 0.5$ , $0.9$ de $1$ a $4$ , $1.0$ em $8$	$\pi r^2$
Cubo, face voltada ao escoamento	$1.05$	$a^2$
Cone, ponta voltada ao escoamento	cerca de $0.5$ , dependendo do ângulo	$\pi r^2$
Placa retangular, perpendicular	$1.1 + 0.02\,(L/W + W/L)$	$L W$

Massa adicionada

Uma carga útil que acelera na água também precisa acelerar parte da água ao redor. Essa água atua como massa extra sempre que a carga acelera ou desacelera, acrescentando uma força de inércia ao peso estático:

m_A = \rho_w\, C_A\, V_R

Aqui, $C_A$ é o coeficiente de massa adicionada e $V_R$ é o volume de referência, ambos tabelados por forma na DNV-RP-N103. Perto do leito marinho, a massa adicionada cresce devido ao confinamento, justamente onde ocorre o pouso.

Exemplo calculado: um prisma de 10 × 10 × 20 m

Considere um prisma quadrado movendo-se ao longo de seu eixo maior nas mesmas ondas de 4 m e 8 s. Sua aceleração máxima é

\ddot z_{\max} = \zeta\, \omega^{2} = 2 \cdot \left( \frac{2\pi}{8} \right)^{2} \approx 1.23\ \text{m/s}^2

Para $L/W = 2$ o coeficiente é $C_A = 0.36$ , e $V_R = W^2 L = 2{,}000\ \text{m}^3$ . Portanto,

F = 1{,}025 \cdot 0.36 \cdot 2{,}000 \cdot 1.23

F \approx 908\ \text{kN} \approx 93\ \text{t}

Coeficientes de massa adicionada por forma (DNV-RP-N103)

Forma	$C_A$	$V_R$
Esfera	$0.5$ , em todas as direções	$\tfrac{4}{3}\pi r^3$
Cilindro, transversal ao eixo (um tubo ou spool baixado na horizontal)	$0.62$ em $L/2r = 1.2$ , subindo para $1.00$ em um cilindro longo	$\pi r^2 L$
Placa retangular, perpendicular	$0.58$ em $L/W = 1$ , subindo para $1.00$ em uma placa longa	$\tfrac{\pi}{4} W^2 L$
Disco circular, perpendicular	$2/\pi$	$\tfrac{4\pi}{3} r^3$
Prisma quadrado, ao longo do comprimento	$0.68$ , $0.36$ , $0.19$ , $0.08$ em $L/W = 1, 2, 4, 10$	$W^2 L$

Premissas dos exemplos calculados

A velocidade e a aceleração relativas são obtidas diretamente de uma senoide com a altura e o período indicados, não de um modelo de resposta da embarcação. Em um içamento real, elas vêm do modelo acoplado: movimento da embarcação, resposta da ponta da grua, comando do guincho, dinâmica do cabo, estado do compensador e movimento das próprias partículas de água.
O arrasto e a massa adicionada não atingem seus máximos ao mesmo tempo: em uma senoide, os picos de velocidade e aceleração estão separados por um quarto de período. Os picos combinados vêm de um resultado no domínio do tempo.
Os coeficientes se aplicam a um fluido ilimitado, sem correção para a superfície livre ou o leito marinho.
O empuxo e o impacto na entrada na água ficam fora dos dois exemplos; na zona de respingo, eles costumam governar.

Do convés ao leito marinho, uma operação

Com ANTARES, uma operação usa seus quatro modos:

No convés: Travado. A carga é aparelhada e retirada do convés com a haste travada, o que reduz a altura necessária para o içamento.
Zona de respingo. Na passagem pela borda e pela zona de ondas, verificam-se o impacto na entrada na água e as cargas de impacto; o equipamento fica mais rígido e com mais amortecimento para a travessia.
Descida: Submarino. O equipamento fica mais flexível na coluna d’água; o arrasto e a massa adicionada acompanham o movimento relativo local.
Pouso. As válvulas se abrem e a função EQ é liberada para uma deposição suave no leito marinho.

RIGEL e CYGNUS operam com um único ajuste de amortecimento, escolhido no convés para o içamento. Seja qual for o equipamento, um sistema passivo só isola a carga de ondas com período bem menor que seu período natural e amplifica o movimento perto desse período. À medida que o cabo é pago, o sistema suspenso fica mais flexível e seu período natural aumenta, podendo alcançar a faixa dos períodos das ondas em certa profundidade; o modelo do içamento verifica a ressonância ao longo da descida.

Compensação passiva adaptativa de heave com ANTARES, do convés ao leito marinho, modelada no CONSTELLATION. Para a triagem completa de estados de mar de um içamento como este, consulte triagem de operabilidade.

Figura 2. A mesma operação em números, no CONSTELLATION: profundidade da carga útil e tração no cabo para o manifold com ANTARES (250 t, curso de 4.5 m), H_s 3.0 m e T_p 8 s em 150 m de lâmina d’água. A faixa vai da menor à maior tração em cada ciclo de onda de 8 s. O cabo sustenta cerca de 189 t no ar e se estabiliza perto do peso na água de 168 t durante a descida. Na zona de respingo, os estropos nunca ficam frouxos (DAF 1.13), e o manifold toca o fundo a 0.11 m/s, com DAF de pouso de 1.00, antes que o leito marinho receba a carga.

Forças dessa magnitude, como uma força de inércia de 93 t somada ao peso estático, explicam por que um içamento submarino pesado costuma usar um compensador passivo dimensionado para o caso. Ele reduz a parcela da grua na velocidade e na aceleração relativas da carga útil, diminuindo tanto o arrasto quanto a força de massa adicionada; o movimento das próprias partículas de água permanece. O modelo do içamento verifica, para cada caso, se o cabo continua tracionado durante toda a descida. Em nossa linha, os três equipamentos são classificados para 3,000 m: CYGNUS atende içamentos pesados de até 10,000 t, RIGEL atende içamentos padrão a partir de 55 t, e ANTARES atende içamentos que exigem ajustes diferentes para a zona de respingo, a coluna d’água e o pouso.

Pouso: a aproximação final

A energia de contato cresce com o quadrado da velocidade de aproximação, e a força máxima de contato depende de quanto dessa energia o solo e a estrutura absorvem. Sem compensação, a velocidade de aproximação inclui o heave da embarcação além da velocidade do guincho. Um pouso brusco ou com ressalto pode danificar superfícies de precisão e vedações de manifolds, árvores e templates, deformar ou enterrar demais as bases de apoio, ou deixar uma carga fora de posição para as conexões posteriores.

Com um compensador dimensionado para o estado de mar, uma parcela muito menor do heave da embarcação chega à carga, de modo que sua velocidade de aproximação fica bem mais próxima da velocidade do guincho. Na triagem dos pousos, usamos a velocidade de contato de 0.5 m/s como limite de aceitação aplicado sob a DNV-RP-N103. Um equipamento passivo reduz o movimento da embarcação transmitido à carga, mas não o elimina. Assim, a velocidade efetivamente atingida depende do estado de mar e é confirmada caso a caso.

Aproximação. Baixe a carga até alguns metros acima do leito marinho sob compensação normal.
Descida final. No ANTARES, selecione o modo Pouso; pague o cabo a uma velocidade controlada.
Contato. Contato a 0.1–0.5 m/s, com absorção do heave residual para que a carga não ressalte.
Deposição. Libere gradualmente a tração no cabo; o compensador limita as cargas de impacto à medida que o leito marinho recebe o peso.

Para uma deposição suave, o modo Pouso do ANTARES abre as válvulas e libera a função EQ. Quando é necessário manter uma velocidade de descida exata, um sistema ativo oferece esse controle. A física do movimento por trás de um pouso suave é explicada em compensação passiva de heave.

Como a profundidade afeta o compensador

Depois que a carga entra na água, três efeitos deslocam o compensador de seu ponto de operação: o empuxo da carga útil, o resfriamento do gás e a pressão da água sobre a haste. Um quarto efeito, o vazamento, é evitado pelo projeto. RIGEL, CYGNUS e ANTARES são todos classificados para 3,000 m; diferem na forma de recentralização. CYGNUS e ANTARES usam sua função de equilíbrio (EQ), que libera gás no CYGNUS e também o adiciona no ANTARES. RIGEL não tem função EQ: sua carga de gás é ajustada no convés para o içamento.

Efeito	Efeito no compensador	Solução
Empuxo	O peso líquido da carga útil diminui na água; por isso, o equilíbrio do equipamento se desloca para dentro, podendo chegar à retração total	Libere gás para recentralizar; no CYGNUS, depois que o gás esfriar. CYGNUS e ANTARES podem fazer isso.
Resfriamento	O gás esfria durante a descida e sua pressão cai, principalmente ao atravessar rapidamente a termoclina; a perda de curso depende do volume de gás, da pré-carga e da descida	Adicione gás da garrafa a bordo. ANTARES pode fazer isso; CYGNUS, que só libera gás, não pode.
Pressão da água	Cerca de 1 bar por 10 m atua sobre a haste e a empurra para dentro. Em um içamento de 250 t com haste de 180 mm a 1,000 m, a água empurra a haste para dentro com cerca de 26 t, como se a carga tivesse caído para 224 t. Em um equipamento cujo volume de gás é cerca de três vezes o volume de óleo deslocado ao longo de todo o curso, isso desloca o equilíbrio do meio do curso para cerca de um sexto do curso	Libere gás conforme o equipamento desce. CYGNUS e ANTARES podem fazer isso.
Vazamento	Entrada de água, com perda de desempenho e corrosão	Projeto, ensaios e manutenção: vedação dupla em duas superfícies de vedação, ensaio de pressão externa no FAT, compartimentos que contêm vazamentos e substituição programada das vedações.

Exemplo de pressão da água: água do mar a 1,025 kg/m³ gera cerca de 10 MPa a 1,000 m, ou cerca de 256 kN em uma haste de 180 mm.

Os efeitos se compensam parcialmente. O resfriamento ocorre principalmente na termoclina, enquanto o deslocamento causado pela pressão continua crescendo com a profundidade. A liberação unidirecional de gás do CYGNUS atende um içamento profundo se for adiada até que o gás esfrie e houver curso suficiente para operar fora do centro até então. ANTARES pode adicionar gás da garrafa a bordo, recentralizando-se em cada etapa da descida. RIGEL faz a descida com a carga de gás ajustada no convés; por isso, o modelo do içamento verifica se o deslocamento líquido permanece dentro de seu curso.

Perguntas frequentes

Por que um içamento submarino é mais difícil que um içamento no ar?

A água exerce quatro efeitos: o empuxo altera o peso efetivo; há impacto na entrada na água; o arrasto resiste ao movimento com força proporcional ao quadrado da velocidade relativa; e a força de massa adicionada aumenta a inércia efetiva da carga útil sempre que ela acelera. O efeito dominante muda entre a zona de respingo, a coluna d’água e o pouso.

Qual pode ser a magnitude do arrasto em um içamento submarino?

No exemplo calculado, uma placa de 15 × 10 m com velocidade relativa de 1.57 m/s sofre cerca de 216 kN, ou 22 t, com o coeficiente de arrasto para escoamento permanente, e cerca de 474 kN, ou 48 t, com o valor da DNV-RP-N103, de 2.5 para a zona de ondas. O arrasto cresce com o quadrado da velocidade: reduzir a velocidade relativa à metade reduz a força a um quarto.

O que é massa adicionada e qual sua magnitude?

É a água que a carga útil precisa acelerar junto consigo. O prisma de 10 × 10 × 20 m do exemplo calculado recebe cerca de 908 kN, ou 93 t, de força de inércia sob ondas com período de 8 s. A massa adicionada cresce perto do leito marinho devido ao confinamento.

Qual força domina na zona de respingo?

O impacto na entrada na água e a rápida variação do empuxo, somados à velocidade das partículas de água. Essa combinação, concentrada em poucos metros de percurso, determina o dimensionamento do compensador mais frequentemente que qualquer outra etapa do içamento.

Como a compensação de heave protege um içamento submarino?

Dimensionado para o caso, o compensador reduz a parcela da grua na velocidade e na aceleração da carga útil em relação à água. Isso diminui o arrasto e a força de massa adicionada e mantém o cabo tracionado, limitando os eventos de folga seguidos de impacto. Um equipamento passivo só isola a carga de ondas com período bem menor que seu período natural; por isso, o modelo do içamento verifica a ressonância à medida que o cabo é pago. Em nossa linha, todos classificados para 3,000 m: CYGNUS para içamentos pesados, RIGEL para içamentos padrão e ANTARES para aqueles que exigem ajustes diferentes na zona de respingo, na coluna d’água e no pouso.

Qual compensador é adequado para águas profundas?

RIGEL, CYGNUS e ANTARES são todos classificados para 3,000 m; diferem na forma de recentralização quando a profundidade muda. O empuxo e a pressão da água empurram o compensador para dentro e são corrigidos com a liberação de gás; o resfriamento durante a descida o empurra para fora e exige adição de gás. Os efeitos se compensam parcialmente: o resfriamento ocorre principalmente na termoclina, enquanto o efeito da pressão continua crescendo com a profundidade. RIGEL faz a descida com a carga de gás ajustada no convés, e o modelo verifica se o deslocamento líquido permanece dentro do curso. CYGNUS libera gás e atende um içamento profundo se adiar a liberação até que o gás esfrie. ANTARES também pode adicionar gás da garrafa a bordo, recentralizando-se em cada etapa.

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