Embarcação offshore de construção para içamento pesado durante a hora azul, abaixando uma estrutura subaquática por um único cabo de grua esticado através da superfície do mar

CENTRAL DE CONHECIMENTO / IÇAMENTO SUBAQUÁTICO

Içamento Subaquático

Entenda as forças da água do convés ao leito marinho.

Por Peter Wang, COO · Dezembro de 2025 · Revisado Agosto de 2026 · Leitura de 15 min

COMECE PELOS FATORES DE CARGA

Quatro forças que devem ser tratadas separadamente.

Empuxo, slamming, arrasto e massa adicional afetam o içamento de formas diferentes. Mais de uma pode atuar durante uma mesma fase; sua resposta combinada exige o modelo do içamento.

Empuxo

Escala com: Volume deslocado (ρ_wVg)
Onde considerar: Desde a entrada na água; varia rapidamente ao cruzar a superfície
Efeito / exemplo publicado: O peso efetivo cai e flutua — risco de cabo frouxo

Slamming

Escala com: Velocidade de impacto na entrada na água
Onde considerar: Zona de respingo
Efeito / exemplo publicado: Picos de carga curtos e intensos na carga útil e no aparelhamento

Arrasto

Escala com: Velocidade ao quadrado (½ρ_wC_DA_⊥v²)
Onde considerar: Descida submersa através de ondas e corrente
Efeito / exemplo publicado: ≈ 22 t na placa do exemplo, na velocidade relativa prescrita

Massa adicional

Escala com: Aceleração (ρ_wC_AV_R × a)
Onde considerar: Qualquer oscilação; aumenta perto do leito marinho (confinamento)
Efeito / exemplo publicado: ≈ 93 t (908 kN) de força inercial extra no exemplo separado do prisma, abaixo

A zona de respingo acumula slamming, empuxo em rápida mudança e velocidade das partículas de onda em poucos metros de percurso — veja travessia da zona de respingo e a referência de método DNV-RP-N103.

OS EXEMPLOS RESOLVIDOS PUBLICADOS

Dois corpos. Dois cálculos separados.

Os exemplos dão às forças uma noção de escala. Eles não descrevem duas forças sobre a mesma carga útil.

A / ARRASTO

Placa retangular de 15 × 10 m

Velocidade relativa prescrita, normal à placa

Velocidade: 1.57 m/s
Área projetada: 150 m²
Coeficiente de arrasto: 1.14

≈216 kN≈22 toneladas-força

Leia o cálculo do arrasto →

B / FORÇA DE MASSA ADICIONAL

Prisma quadrado de 10 × 10 × 20 m

Aceleração prescrita ao longo do eixo maior do prisma

Aceleração: 1.23 m/s²
Volume de referência: 2,000 m³
Coeficiente de massa adicional: 0.36

≈908 kN≈93 toneladas-força

Leia o cálculo da massa adicional →

Não some esses dois resultados.

Eles usam corpos diferentes. Para um movimento senoidal, os picos de velocidade e de aceleração também estão separados por um quarto de período. O pico combinado de um içamento real vem da resposta acoplada no domínio do tempo.

O que esses números de triagem pressupõem

Ambos os exemplos resolvidos nesta página são cálculos de triagem. Eles estão aqui para dar às forças uma magnitude, não para produzir uma carga de projeto. Especificamente:

A velocidade relativa é prescrita, não derivada. Ambos os exemplos tomam o movimento diretamente de uma senoide da altura e do período indicados (ζω para a velocidade, ζω² para a aceleração). Um içamento real obtém o movimento relativo entre a carga útil e a água a partir do modelo acoplado — RAOs da embarcação, resposta da ponta da grua, comando do guincho, dinâmica do cabo, estado do compensador e a cinemática das próprias partículas de água.
O arrasto e a massa adicional não atingem o pico no mesmo instante. Em uma senoide, o pico de velocidade e o pico de aceleração estão separados por um quarto de período; assim, o arrasto de ≈22 t e a força de massa adicional de ≈93 t podem não ser simplesmente somados para obter uma carga de pico. A carga combinada é um resultado no domínio do tempo.
Dois corpos diferentes. O exemplo de arrasto é uma placa retangular de 15 × 10 m; o exemplo de massa adicional é um prisma quadrado de 10 × 10 × 20 m. Cada um foi escolhido para corresponder a uma linha da tabela de coeficientes da qual é lido; portanto, os dois valores de força não são duas forças sobre uma única carga útil.
Os coeficientes são valores para fluido infinito. Os valores da tabela da DNV-RP-N103 não trazem correção para a superfície livre nem para a proximidade do leito marinho. Perto do leito marinho, a massa adicional aumenta por confinamento — exatamente onde ocorre o assentamento.
Empuxo e slamming são excluídos de ambos. Eles são abordados na visão geral das quatro forças acima; na zona de respingo, eles costumam predominar.

Para um içamento que você precisa planejar, estas são as entradas que uma triagem no CONSTELLATION substitui por valores específicos do caso — veja o caso modelado resolvido para o que uma execução totalmente especificada revela sobre si mesma.

Segue o guia técnico completo, com as tabelas de coeficientes originais, equações, sequência operacional e referências de apoio.

Os içamentos subaquáticos estão entre as operações offshore mais complexas, exigindo planejamento cuidadoso para considerar as forças hidrodinâmicas que atuam sobre a carga útil ao se deslocar na água. Os dois efeitos mais significativos são o arrasto e a massa adicional, ambos aumentando as cargas dinâmicas sobre a grua e o equipamento de içamento: o arrasto cresce com a velocidade, a massa adicional com a aceleração.

Entender essas forças é fundamental para selecionar o compensador de heave subaquático correto e garantir que a grua tenha capacidade suficiente para a operação.

Como o arrasto afeta um içamento subaquático?

O arrasto em um içamento subaquático é semelhante ao arrasto sofrido por um carro devido à resistência do ar, e varia com o quadrado da velocidade — a velocidade da carga útil em relação à água ao seu redor, não a sua velocidade em relação ao leito marinho. A magnitude da força de arrasto depende da área perpendicular ao movimento, bem como do coeficiente de arrasto (que também conhecemos dos carros, que competem para ter sempre coeficientes de arrasto menores e aumentar a autonomia). A principal diferença em relação a um carro, porém, é que o fluido é água, e não ar, e a água é cerca de 1,000 vezes mais densa, o que é outro fator na força de arrasto.

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

Onde $C_D$ é o coeficiente de arrasto (mais informações podem ser encontradas na DNV RP-N103, com alguns exemplos mostrados abaixo) e $\dot z$ é a velocidade vertical da carga útil em relação à água ao seu redor. O movimento da grua e do guincho e a velocidade das próprias partículas de água contribuem para ela; o exemplo resolvido abaixo prescreve essa velocidade relativa como uma entrada de triagem, em vez de derivá-la de um modelo de resposta da embarcação.

Coeficientes de arrasto por forma — DNV-RP-N103 tabela de referência

Coeficientes de arrasto e áreas projetadas por forma, para cálculos de arrasto em içamentos subaquáticos.
Forma	$C_D$	$A_{\perp}$	Notas
Esfera	$C_D = 0.5$	$A_{\perp} = \pi r^2$
Cilindro Horizontal	$C_D = 1.2$	$A_{\perp} = 2 r L$
Cilindro Vertical	$\frac{L}{2r}=0.5 \Rightarrow C_D=1.1$ $\frac{L}{2r}=1 \Rightarrow C_D=0.9$ $\frac{L}{2r}=2 \Rightarrow C_D=0.9$ $\frac{L}{2r}=4 \Rightarrow C_D=0.9$ $\frac{L}{2r}=8 \Rightarrow C_D=1.0$	$A_{\perp} = \pi r^2$
Cubo	$C_D = 1.05$	$A_{\perp} = a^2$	Face normal ao escoamento.
Cone	$C_D = 0.50$	$A_{\perp} = \pi r^2$	Ponta alinhada com o escoamento; depende do ângulo do cone.
Placa Retangular	$C_D = 1.1+0.02 (\frac{L}{W}+\frac{W}{L})$	$A_{\perp} = L W$	Normal ao escoamento.

Vamos fazer um exemplo prático para ter uma noção da relevância. Suponha que você esteja içando uma carga útil com formato de placa retangular, com 15 m de comprimento e 10 m de largura. O período de onda é de 8 segundos e a altura de onda é de 4 m; suponha ondas senoidais. Qual será a magnitude da força?

Primeiro, vamos encontrar a velocidade de pico; o movimento de onda é dado por

z = \zeta \cos(\omega t)

Assim, encontramos a velocidade de pico determinando o máximo da derivada, que é:

\dot{z}_{\text{max}} = \zeta \, \omega

Como $\omega = \frac{2 \pi}{T_p}$ temos então uma velocidade de pico de 1.57 m/s.

Podemos então calcular o coeficiente de arrasto como:
$C_D = 1.1 + 0.02 \left( \frac{15}{10} + \frac{10}{15} \right) = 1.14$

Nossa área de arrasto é:

A_\perp = 10 \cdot 15 = 150 \,\mathrm{m^2}

Podemos então calcular a força de arrasto máxima, que é:

F_D = \tfrac{1}{2}\cdot 1025\cdot 1.14 \cdot 150\cdot 1.57^2 \approx 216\,\mathrm{kN} \approx 22\,\mathrm{t}

Figura 1 — Arrasto na placa do exemplo (C_D = 1.14, A⊥ = 150 m²). O arrasto cresce com o quadrado da velocidade: na velocidade de heave de pico do exemplo, ζω = 1.57 m/s, ele atinge ≈22 t. Como a lei é quadrática, reduzir a velocidade relativa à metade reduz o arrasto a um quarto. Quanto dessa redução um compensador de fato proporciona em um dado içamento é resultado do modelo acoplado, não uma propriedade fixa da unidade.

Como a massa adicional afeta um içamento subaquático?

A massa adicional em um içamento subaquático é muito importante, pois pode causar grande inércia adicional, o que por sua vez pode causar grandes forças dinâmicas. Ela decorre do fato de que, quando uma carga útil oscila na água devido ao movimento de heave, ela também precisa acelerar a água ao seu redor; matematicamente, isso é dado por:

$m_A = \rho_w C_A V_R$

Onde $C_A$ é o coeficiente de massa adicional (pode ser encontrado na DNV RP-N103, com alguns exemplos abaixo) e $V_R$ é o volume de referência.

Coeficientes de massa adicional por forma — DNV-RP-N103 tabela de referência

Coeficientes de massa adicional e volumes de referência por forma, para cálculos de massa adicional em içamentos subaquáticos.
Forma	$C_A$	$V_R$	Notas
Esfera	$C_A = 0.5$	$V_R = \frac{4}{3}\pi r^3$	Constante em todas as direções.
Cilindro	$\frac{L}{2r}=1.25 \Rightarrow C_A=0.62$ $\frac{L}{2r}=2.5 \Rightarrow C_A=0.78$ $\frac{L}{2r}=5 \Rightarrow C_A=0.90$ $\frac{L}{2r}=9 \Rightarrow C_A=0.96$ $\frac{L}{2r}=\infty \Rightarrow C_A=1.00$	$V_R = \pi r^2 L$	Movimento vertical ao longo do eixo do cilindro em fluido infinito.
Placa Retangular	$\frac{L}{W}=1 \Rightarrow C_A=0.58$ $\frac{L}{W}=2 \Rightarrow C_A=0.76$ $\frac{L}{W}=4 \Rightarrow C_A=0.87$ $\frac{L}{W}=8 \Rightarrow C_A=0.93$ $\frac{L}{W}=\infty \Rightarrow C_A=1.00$	$V_R = \frac{\pi}{4}W^2 L$	Movimento normal à superfície.
Disco Circular	$C_A = \frac{2}{\pi}$	$V_R = \frac{4\pi}{3} r^3$	Movimento normal à superfície.
Prisma Quadrado	$\frac{L}{W}=1 \Rightarrow C_A=0.68$ $\frac{L}{W}=2 \Rightarrow C_A=0.36$ $\frac{L}{W}=4 \Rightarrow C_A=0.19$ $\frac{L}{W}=10 \Rightarrow C_A=0.08$	$V_R = W^2 L$	Corpo prismático de base quadrada.

Vamos fazer outro exemplo prático. Suponha que você esteja içando uma carga útil com formato de prisma quadrado — uma caixa de 10 m × 10 m, com 20 m de comprimento, movendo-se ao longo do seu eixo maior. O período de onda é de 8 segundos e a altura de onda é de 4 m; suponha ondas senoidais. Qual será a magnitude da força devida à massa adicional?

Precisamos encontrar a aceleração máxima (derivada da velocidade, como mostrado no exemplo de arrasto), que é dada por:

\ddot{z}_{\text{max}} = \zeta \, \omega^2

Assim, a aceleração máxima é:

\ddot{z}_{\text{max}}=2 \cdot \left(\frac{2\pi}{8}\right)^2 = 1.23 \,\mathrm{m/s^2}

Lendo a linha Prisma Quadrado acima em L/W = 2, obtém-se um coeficiente de massa adicional de 0.36, e seu volume de referência V_R = W²L = 10² × 20 = 2000 m³. Podemos então calcular a força usando:

F = m_A\,\ddot z_{\text{max}} = 1025 \cdot 0.36 \cdot 2000 \cdot 1.23 \approx 908\,\mathrm{kN} \approx 93\,\mathrm{t}

Observe que, para içamentos subaquáticos próximos ao leito marinho, a massa adicional pode aumentar devido ao confinamento.

Do convés ao leito marinho, um único percurso

Um único abaixamento contínuo: o compensador permanece travado no convés, destrava pouco acima da superfície e então alterna o modo de gás à medida que a carga submerge — rígido na zona de respingo, suave para um assentamento complacente.

1No convés — aparelhado e içado; compensador travado → 2Zona de respingo — sobre a borda através da zona de ondas; slamming e carga de impacto verificados → 3Abaixamento — soltar cabo alonga o sistema suspenso e desloca seu período natural; arrasto e massa adicional acompanham o movimento relativo local → 4Assentamento — assentamento suave sobre a reação do solo

Compensação passiva adaptativa de heave ANTARES, do convés ao leito marinho — simulada no CONSTELLATION. Para a tela completa de janela operacional H_s×T_p de um içamento como este, veja triagem de operabilidade.

Forças dessa magnitude, uma força inercial de ≈93 t sobre o peso estático, são o motivo pelo qual içamentos subaquáticos pesados operam com um compensador passivo dimensionado para o caso. Uma unidade corretamente dimensionada reduz a parcela de movimento da grua na velocidade e na aceleração relativas da carga útil, o que reduz tanto o arrasto em v² quanto a força de massa adicional; o movimento das próprias partículas de água permanece. Se a tensão mínima permanece positiva (ou seja, se a sequência de lingada frouxa e carga de impacto está de fato descartada) é verificado no modelo acoplado para o caso, não presumido. Para a faixa pesada e de águas profundas, esse compensador é CYGNUS (12.5–10 000 t); RIGEL e ANTARES cobrem os casos padrão e adaptativo.

Velocidade de assentamento: o último meio metro

A energia de toque no fundo escala com o quadrado da velocidade de aproximação, e a força de contato de pico depende de quanta dessa energia o solo e a estrutura absorvem — distância de desaceleração, rigidez de contato, amortecimento e resposta do solo, todos entram na conta. Sem compensação, a velocidade de aproximação carrega o heave da embarcação somado à velocidade do guincho. Um assentamento brusco ou com quicamento arrisca:

Danos ao equipamento — superfícies de precisão e vedações em manifolds, árvores de natal e templates Danos estruturais — as mudmats flambam ou penetram em excesso sob o impacto Falha de alinhamento — um quique no toque no fundo deixa a carga fora de posição para os tie-ins posteriores

Um assentamento compensado atenua a componente de heave; a carga segue a velocidade do guincho muito mais de perto do que segue a embarcação. Aumentar o amortecimento na aproximação final transforma o toque no fundo em uma desaceleração controlada. A ND avalia assentamentos em relação a uma velocidade de toque no fundo de 0.5 m/s, o limite de aceitação que aplicamos sob a DNV-RP-N103. A compensação passiva atenua o movimento da embarcação em vez de eliminá-lo; assim, a velocidade efetivamente alcançada permanece dependente do estado de mar e é confirmada caso a caso em função do comando do guincho, da resposta da embarcação e do estado do compensador:

1Aproximação — abaixamento até poucos metros acima do leito marinho, sob compensação normal → 2Descida final — amortecimento aumentado, guincho soltando cabo a uma velocidade controlada → 3Toque no fundo — contato a 0.1–0.5 m/s; o heave residual é absorvido para que a carga não quique → 4Assentamento final — a tensão do cabo é liberada gradualmente; o compensador evita cargas de impacto à medida que o leito marinho assume o peso

O amortecimento ajustável é o recurso-chave para operações de assentamento: ANTARES acrescenta uma mola a gás adaptativa e travamento de haste para manter a carga segura após o assentamento; quando uma velocidade de descida exata precisa ser ajustada com precisão, um sistema ativo fornece esse controle. A física da razão de movimento por trás dos assentamentos suaves é derivada em fundamentos da compensação passiva de heave.

O que a profundidade faz ao compensador

As quatro forças acima atuam sobre a carga útil. Três outros efeitos atuam sobre o próprio compensador à medida que ele desce, cada um deslocando a unidade do seu ponto de trabalho, e um quarto é mantido sob controle pela disciplina de engenharia:

Efeitos da profundidade e da temperatura sobre um compensador passivo de heave — o que cada um faz ao compensador e como é resolvido.
Efeito	O que faz ao compensador	A solução
Empuxo	O peso líquido da carga útil cai na água → a posição de equilíbrio se desloca para dentro, no pior caso até a retração total	Adaptativo: a pressão do gás é reduzida, o equilíbrio é recentrado — e, como bônus, o período natural aumenta
Temperatura	A pressão do gás cai com o resfriamento durante a descida — o custo em curso depende do volume de gás, da pré-carga e do perfil de descida; a maior parte chega rapidamente ao atravessar a termoclina	Adaptativo: gás de alta pressão de bordo repõe a pressão
Pressão da água	≈ 1 bar a cada 10 m de profundidade atua sobre a área da haste e empurra a haste para dentro — um içamento de 250 t com haste de 180 mm a 1,000 m sofre ≈ 26 t, deslocando o equilíbrio do meio do curso para ≈⅙ do curso	Adaptativo: a pressão é ajustada para baixo com a profundidade
Vazamento	Ingresso de água — historicamente, de perda de desempenho a corrosão e explosões	Projeto + testes + manutenção: vedações duplas, teste de pressão externa no FAT, compartimentação, substituição programada de vedações

Os três primeiros são problemas de equilíbrio que uma unidade adaptativa corrige em tempo real; o quarto é disciplina de engenharia.

O quanto a temperatura importa?

A pressão do gás cai com o resfriamento durante a descida — o custo em curso depende do volume de gás, da pré-carga e do perfil de descida; a maior parte da mudança chega rapidamente ao atravessar a termoclina. As unidades adaptativas injetam gás de alta pressão de bordo para manter a pressão.

O que a pressão da profundidade faz ao compensador?

Cerca de 1 bar a cada 10 m atua sobre a área da haste e empurra a haste para dentro. Exemplo: um içamento de 250 t com haste de 180 mm a 1,000 m ganha ≈ 26 t de força de retração, deslocando o equilíbrio do meio do curso para cerca de um sexto. O ajuste adaptativo de pressão elimina esse deslocamento.

Como é evitado o vazamento de água para dentro do compensador?

Vedações duplas em duas superfícies de vedação diferentes em todos os volumes, teste de pressão externa no FAT, compartimentação para conter qualquer vazamento, teste de contra-vedação apto para offshore na manutenção regular, substituição programada de vedações — e opções de redundância para trabalhos de missão crítica.

Por que escolher um compensador adaptativo para trabalhos em grande profundidade?

Porque o empuxo, o resfriamento e a pressão de profundidade deslocam o ponto de trabalho, e uma unidade adaptativa corrige os três automaticamente — permanecendo centrada e suave ao longo de toda a coluna d’água, em vez de se afastar do seu ponto de projeto.

Içamento subaquático — perguntas frequentes

Por que um içamento subaquático é mais difícil do que um içamento no ar?

A água reage de quatro maneiras: o empuxo altera o peso efetivo, o slamming atinge na entrada na água, o arrasto resiste com o quadrado da velocidade, e a massa adicional torna a carga útil efetivamente mais pesada sempre que ela acelera. Cada fase tem uma força dominante diferente.

Quão grandes podem ser as forças de arrasto em um içamento subaquático?

No exemplo resolvido acima, uma placa de 15 × 10 m a uma velocidade de heave de pico de 1.57 m/s sofre ≈ 216 kN ≈ 22 t. O arrasto cresce com v² — reduza a velocidade relativa à metade e a força cai a um quarto.

O que é massa adicional e qual é a sua magnitude?

É a água que a carga útil precisa acelerar junto consigo. O exemplo do prisma quadrado de 10 × 10 × 20 m atinge ≈ 93 t de força inercial em ondas de 8 segundos — e o efeito aumenta perto do leito marinho por confinamento, o que é relevante durante o assentamento.

Qual força domina a zona de respingo?

Slamming somado ao empuxo em rápida variação, além da velocidade das partículas de onda — a pior combinação de todo o içamento, concentrada em poucos metros. Ela dimensiona o compensador com mais frequência do que qualquer outra fase.

Como a compensação de heave protege um içamento subaquático?

Reduzindo a velocidade e a aceleração relativas entre o gancho e a carga útil, o que derruba tanto o arrasto em v² quanto a força de massa adicional ligada à aceleração — e mantendo a tensão no cabo para que eventos de lingada frouxa e carga de impacto não se desenvolvam. Por produto: CYGNUS para casos pesados/águas profundas, RIGEL para casos passivos padrão, ANTARES quando o controle automático de amortecimento compensa.

Trabalhando os números de um içamento subaquático?

Dimensionamos compensadores em função do arrasto, da massa adicional e da carga de impacto — envie o caso do içamento subaquático para receber um produto recomendado e as dimensões (para içamentos pesados, tipicamente o compensador passivo de heave CYGNUS).