Ondas

As ondas oceânicas são irregulares e aleatórias, mas podem ser descritas estatisticamente por alguns parâmetros principais:

• Altura significativa de onda (Hs) — Classicamente, a altura média do terço mais alto das ondas; em análises espectrais, é calculada a partir do espectro de ondas (Hm0), que fornece uma aproximação muito próxima. Esta é a medida padrão da severidade do mar utilizada na engenharia offshore e corresponde aproximadamente ao que um observador experiente estimaria como altura das ondas.
• Período de pico espectral (T_p) — O período de onda no qual o espectro de energia das ondas atinge o máximo. Os valores determinantes são específicos do local e da estação do ano; o mar de vento e a ondulação têm períodos diferentes, e a base meteoceanográfica do projeto especifica ambos.
• Período de cruzamento ascendente por zero (T_z) — O período médio entre cruzamentos ascendentes sucessivos pelo zero da elevação da superfície do mar. Relaciona-se com T_p por fatores que dependem da forma espectral.

Tanto Hs como Tp são dados de entrada essenciais para o projeto do compensador de heave, mas nenhum deles define isoladamente a especificação. O curso e a velocidade resultam do movimento relativo modelado da embarcação, da grua e da carga útil reais nesse estado do mar, e Tp determina a posição das verificações de resposta dinâmica e ressonância.

Como as ondas oceânicas são irregulares, os engenheiros descrevem-nas por meio de um espectro de energia das ondas — uma função que mostra como a energia das ondas se distribui pelas frequências. Dois modelos espectrais padrão são amplamente utilizados na engenharia offshore:

• Pierson-Moskowitz (PM) — Descreve um mar totalmente desenvolvido em águas profundas, definido apenas por H_s apenas. Adequado para condições de oceano aberto, onde o vento soprou ao longo de uma extensa pista de vento durante um período prolongado.
• JONSWAP — Uma modificação do espectro PM com um fator adicional de intensificação do pico (γ, normalmente 1.0–7.0). Representa um mar em desenvolvimento com um pico espectral mais acentuado. O valor predefinido γ = 3.3 é habitualmente utilizado para as condições do Mar do Norte.

A escolha do espectro afeta os movimentos previstos da embarcação e, consequentemente, o heave da ponta da grua que o compensador deve absorver. Os espectros JONSWAP com valores elevados de γ concentram a energia junto ao período de pico; o aumento ou a redução da resposta depende da posição do pico relativamente às funções de transferência do sistema.

As operações offshore são planeadas com base em previsões do estado do mar que especificam H_s e T_p (e, por vezes, a dispersão direcional e os componentes de ondulação). Cada operação marítima tem critérios-limite definidos, normalmente um envelope Hs–Tp, complementado pela direção, pelo vento e pela incerteza da previsão, em vez de um único valor de Hs.

O limite operacional é normalmente determinado pela fase mais sensível da operação, muitas vezes a travessia da zona de respingo. A compensação de heave aumenta diretamente este limite ao reduzir as cargas dinâmicas, prolongando a janela meteorológica operacional e reduzindo o dispendioso tempo de espera por condições meteorológicas adequadas.

Quando a dinâmica da carga suspensa é determinante, a compensação desloca esse envelope; os limites sem e com compensação são comparados caso a caso na análise da elevação. Isto pode representar a diferença entre uma operação viável e outra que exige uma janela meteorológica impraticavelmente calma.

Ao especificar um compensador de heave, o ambiente de ondas determina vários requisitos principais:

• Curso do compensador — Dimensionado para acomodar a amplitude máxima de heave da ponta da grua, derivada de H_s e da RAO de heave da embarcação.
• Velocidade do pistão — Determinada pela combinação da amplitude de heave com o período de onda; períodos mais curtos exigem uma resposta mais rápida do compensador.
• Período natural — Primeiro, estabelecem-se os modos naturais do sistema e comparam-se com a banda de excitação; em seguida, verificam-se a rigidez e o amortecimento do compensador selecionado em todos os casos modelados.
• Amortecimento — Dimensionado para controlar a resposta junto à ressonância, mantendo simultaneamente a eficiência nos períodos operacionais típicos.

A Norwegian Dynamics presta apoio de engenharia para adequar as especificações do compensador aos dados de ondas específicos do local. Quer se utilize o RIGEL para operações economicamente eficientes ou o ANTARES para condições variáveis exigentes, a caracterização correta das ondas é a base de um projeto eficaz de compensação de heave.