Autor: Kauê Louro Martins (Currículo Lattes)
Resumo
Os sistemas de ancoragem em plataformas de produção de petróleo pois são responsáveis por manter o posicionamento da embarcação mediante ação de cargas ambientais. Usualmente tais sistemas fazem uso de diversas linhas de ancoragem, formadas por amarras e cabos de aço, aliados a diversos equipamentos situados na própria plataforma. Um destes equipamentos é o fairlead, uma roldana que guia a linha de ancoragem em direção ao deck da plataforma e não permite que cargas torcionais e horizontais se façam presentes nos demais equipamentos do sistema. As geometrias mais usuais de fairlead são fixadas a plataforma através de fundações soldadas, conhecidas como brackets. Os brackets são estruturas robustas compostas por chapas de aço espessas e de alta importância para o correto funcionamento não apenas do fairlead, mas de todo o sistema de ancoragem. Diante do exposto, o presente estudo analisou a geometria de brackets de sustentação de fairleads com chapas menos espessas que as comumente usadas, submetidos a um carregamento equivalente à solicitação ambiental máxima. A pesquisa fez uso do método Design Construtal para analisar o comportamento mecânico de 6 geometrias diferentes de brackets em relação ao limite de escoamento através de modelagem computacional desenvolvida na ferramenta Mechanical APDL do software ANSYS, que faz uso do Método dos Elementos Finitos. As geometrias estudadas foram baseadas nos brackets em operação na plataforma P-66 da Petrobras. Primeiramente, foram determinadas as cargas ambientais atuando na plataforma e as características das linhas de ancoragem para dois casos, o de carregamento máximo ambiental e o de carregamento máximo acidental, onde 4 linhas do caso anterior foram removidas. Os dados referentes a Bacia de Campos foram empregados nesses cálculos. A plataforma foi considerada estática assim como as cargas atuantes sobre ela. Os brackets são constituídos de chapas de aço AH36, com limite de escoamento de 355 MPa, e o carregamento foi aplicado a eles como pressão na região interna de uma furação que envolve um eixo acoplado ao fairlead. Para atestar o comportamento seguro dos brackets, a tensão máxima de von Mises neles deve ser inferior ao limite de escoamento do aço. As geometrias de brackets testadas são consideradas soldadas ao costado e variam entre si pela forma da chapa de aço horizontal. O modelo computacional do bracket foi desenvolvido utilizando o elemento finito do tipo sólido e as simulações foram efetuadas com malhas até cerca de 500 mil elementos finitos. Como conclusão, 3 das 6 geometrias extrapolaram a tensão de escoamento do aço, enquanto as outras 3 apresentaram valores em um dos brackets com baixo fator de segurança, mas dentro do comportamento linear. Ainda foi possível observar que o uso de chapas mais finas pode propiciar o surgimento de zonas de concentração de tensão, principalmente na região de união entre as chapas e o sólido ao redor da furação onde o carregamento é aplicado.