Sistema de Amarração As Linhas de ancoragem têm a função estrutural de fornecer forças de restauração para manter em posição os sistemas flutuantes tais como plataformas semi-submersíveis ou navios. Para oferecer a força de restauração necessária são dispostas em catenária (ancoragem convencional) ou utilizadas como linhas retesadas (taut-leg) ou tendões.

Sistemas de Amarração Ancoragem em Catenária As linhas são presas no fundo do mar por âncoras de resistência horizontal; Possui um raio de ancoragem razoavelmente grande e o próprio atrito do trecho de linha encostado no fundo contribui com a força de restauração; A principal desvantagem é o congestionamento de linhas de unidades próximas, interferindo diretamente no posicionamento das mesmas, juntamente com os equipamentos submarinos.

Sistemas de Amarração Ancoragem em Taut-Leg É constituída por linhas retesadas com um ângulo de topo de aproximadamente 45 com a vertical; Menor projeção horizontal com mesma ordem de grandeza da lâmina d’água; Proporciona maior rigidez ao sistema, sendo o passeio da embarcação limitado a offsets menores; As âncoras utilizadas precisam resistir a altas cargas verticais; São fixas nas extremidades inferiores por meio de estacas de sucção e VLA (âncoras com resistência vertical).

Sistema de Amarração O raio de ancoragem no sistema taut leg é duas a três vezes menor que o raio de ancoragem do sistema catenária e o passeio (offset) é da ordem de 3% da lâmina d’água, sendo cerca de três vezes menor que no sistema em catenária. O sistema de ancoragem para unidade de perfuração atende a critérios menos rigorosos que o sistema de uma UEP. As unidades permanentes ancoradas são projetadas para uma condição ambiental cinco vezes maior do que o tempo de real utilização (condição ambiental centenária para vinte anos de operação).

Sistemas de Amarração

Tipos de Fundações

Sistemas de Amarração Ancoragem Vertical (Tendões) Este tipo de ancoragem baseia-se na utilização de tendões verticais que precisam estar sempre tracionados devido ao excesso de empuxo proveniente da parte submersa da embarcação; Os tendões podem ser de cabo de aço ou material sintético, proporcionando alta rigidez no plano vertical e baixa rigidez no plano horizontal; A força de restauração no plano horizontal é fornecida pela componente horizontal da força de tração nos tendões; Este tipo de ancoragem é usado principalmente em plataformas TLP (Tension Leg Platform), mas também pode ser adotado por bóias, monobóias, entre outras.

Ancoragem Vertical _TLP Sistemas de Amarração Ancoragem Vertical _TLP

Sistemas de Amarração A âncora é o elemento responsável pela fixação do ponto de ancoragem onde é presa a linha de ancoragem para manter estacionária a unidade flutuante. Na ancoragem tradicional, em catenária, âncora deve resistir apenas às cargas horizontais onde o mais comum é a utilização de âncoras de arraste que são fáceis de instalar, porém necessitam de um grande trecho de linha apoiado no fundo para garantir exatamente que não sofrerão cargas verticais. Na ancoragem taut-leg a âncora deverá suportar cargas verticais de grande magnitude.

Âncora Convencional (DEA – Drag Embedment Anchor) É o modelo tradicional, usado durante anos na indústria offshore. São cravadas através do arraste no solo marinho, sem penetração profunda (5 a 15 m abaixo da superfície). Em princípio, as cargas que chegam na âncora devem ser horizontais, implicando numa grande distância entre o TDP na condição neutra e a âncora. São de fácil remoção quando puxadas na vertical ou no sentido contrário ao da cravação.

Sistemas de Amarração Tipos de ponto fixo para ancoragem tipo Taut-leg: Âncora para carga vertical (VLA) Estaca Torpedo Estaca de Sucção Estaca escavada e cimentada

Âncoras de Carga Vetical (VLA – Vertical Load Anchor) São cravadas através do arraste no solo marinho. Estas âncoras podem ter a forma parecida com uma arraia ou de uma enxada, devido ao formato penetram em torno de 25 a 20 metros no solo marinho, aumentando a resistência à carga vertical. São mais caras do que as convencionais, por haver menos concorrência no mercado. Tem sido difícil a remoção após instalada, o que contra indica para uso em MODU, ou projetos de curta duração. Os procedimentos de arraste podem impedir seu posicionamento correto, principalmente em áreas congestionadas por muitas plataformas, além de necessitarem de embarcações de alto custo para auxiliar o processo de instalação.

Estacas de Sucção Estacas de sucção são utilizadas em sistemas em que as linhas são mantidas tensionadas, como por exemplo, em semi-submersíveis taut-leg e TLPs. É uma estaca com forma de um cilindro oco, medindo 12 a 15 m de altura, por cerca de 5 m de diâmetro, com uma extremidade fechada e outra aberta. As estacas de sucção são inicialmente posicionadas por gravidade e depois um sistema de bombas retira toda a água de dentro da estaca, cravando-a através de um diferencial de pressão.

Âncoras Estacas

Estaca Torpedo Estaca cilíndrica sólida com ponta cônica fechada que é cravada no solo por gravidade após lançamento de altura calculada. Em geral seu comprimento é cerca de 10 vezes o diâmetro. A presença das aletas proporciona maior área de contato da estaca com o solo aumentando a resistência, tanto lateral quanto axial. Inicialmente, foram aplicadas para ancoragem de linhas flexíveis. Posteriormente começou a ser adotada na ancoragem de MODUs, Semi Submersíveis de Produção e FPSOs possibilitando sua instalação em águas com profundidades superiores a 2000m.

Estaca Torpedo

Lançamento de Estaca Torpedo

Estacas Torpedo Vantagens: Permite que cargas horizontais e verticais possam ser aplicadas. É a melhor alternativa para plataforma semi-submersíveis e unidades FPSOs em águas profundas e em locais congestionados. O custo de instalação desta estaca apresenta baixa sensibilidade ao aumento da lâmina d’água, viabilizando economicamente a sua aplicação em águas profundas. Necessita-se somente de um rebocador para realizar o transporte e lançamento.

Estacas Torpedo Dimensões Típicas: Ancoragem de MODUs Diâmetro externo = 30” (760 mm) Comprimento = 12 m Ancoragem de Sistemas Flutuantes de Produção Diâmetro externo = 42” (1070 mm) Comprimento = 15 m

Estacas Perfuradas e Cimentadas (Grouted Pile) Estaca que simula a primeira fase de perfuração de um poço. Tem uma tecnologia bem consolidada e confiável, mas, geralmente não é utilizada pelo alto custo da unidade de perfuração

Componentes das Linhas de ancoragem Amarras – São as correntes usadas na ancoragem de embarcações, em geral fabricadas com aço carbono ou de baixa liga. As principais características são elevada vida útil e grande resistência à abrasão, o que as torna ideais para uso nos trechos de entrada da linha de ancoragem na unidade (superfície do mar) e em contato com o solo marinho. O peso linear elevado é propriedade muito importante para o trecho apoiado no solo quando o sistema de ancoragem é em catenária.Em compensação, as amarras, pelo seu alto peso linear e custo elevado, não são indicadas para o trecho intermediário, entre o fundo do mar e 100 m de profundidade, próximo a entrada da UEP.

Componentes das Linhas de ancoragem

Componentes das Linhas de ancoragem Cabos de Aço Os cabos de aço são mais resistentes ao manuseio do que os cabos de poliéster, têm diâmetro menor para a mesma carga máxima, são menos sensíveis a danos de abrasão, podendo tocar no solo marinho durante a instalação.

Componentes das Linhas de ancoragem Alguns dos tipos de cabos utilizados: No caso de unidades flutuantes para explotação de petróleo e projetadas para permanecer no local por um período maior que 5 anos, o cabo de aço normalmente usado e recomendado é o Spiral Strand devido à sua maior resistência à fadiga e a corrosão.

Componentes das Linhas de ancoragem Cabos de Poliéster São mais leves, porém com um diâmetro maior, para a mesma carga mínima de ruptura (MBL- Minimum Breaking Load) e possuem características elásticas que viabilizam a instalação de sistemas de ancoragem taut leg (menor raio de ancoragem). São mais caros que os cabos de aço e mais baratos que as amarras. São muito sensíveis à abrasão e a contaminação por toque no fundo do mar (ingressos de grão de areia).

Sistemas de Amarração Tipos de Sistemas de Ancoragem: Spread Mooring Dicas (Differentiated Anchoring System) Single Point Mooring

Spread Mooring É um sistema de amarração onde a embarcação fica posicionada através da conexão a vários pontos fixos, espalhados (spread) mais ou menos igualmente ao redor da UEP. É o tipo usado para unidades flutuantes de casco tipo redondo, como as SS, Spar, etc; onde os esforços resultantes do ambiente não variam muito com o ângulo de incidência dos agentes ambientais sobre o casco. Em regiões onde as condições ambientais possuem direções preferenciais bem definidas, pode ser usado também em unidades tipo navio. Nesse caso, a unidade será posicionada com eixo longitudinal paralelo à direção da condição ambiental mais severa, pois não se alinhará com a resultante ambiental. Para unidades tipo navio, os principais tipos de Spread Mooring são: Quadro de Ancoragem – as linhas de ancoragem são diretamente conectadas à unidade. Quadro de bóias – as linhas de ancoragem são conectadas a bóias e a unidade amarrada às bóias com cabos sintéticos (normalmente Nylon).

Sistema Dicas (Differentiated Compliance Anchoring System É uma variação do Spred Mooring, desenvolvido para UEPs tipo navio, onde as linhas de ancoragem ligadas à proa possuem complacência diferente das ligadas à popa da UEP, permitindo um certo alinhamento com as condições ambientais. Foi desenvolvido inteiramente por técnicos da Petrobras. Pode ser projetado para embarcações de qualquer porte.

Amarração em um único Ponto Single Point Mooring (SPM) É um sistema de amarração usado em Unidades tipo navio em que a embarcação fica conectada a apenas um único ponto. È utilizado em regiões onde as condições ambientais mudam constantemente, pois permite que a Unidade se alinhe com a resultante dos esforços ambientais, minimizando as forças sobre o casco, reduzindo as cargas no sistema de ancoragem.

Monobóia (CALM Buoy – Catenary Anchor leg Mooring Buoy) É um corpo flutuante ancorado por linhas em catenária que permite uma embarcação, a ela amarrada por meio de cabos, gire em qualquer direção, em função da resultante ambiental . Podem ser utilizados em LDA que variam de 20 m a 830 m. São utilizadas na Bacia de Campos há mais de 20 anos.

CALM (Catenary Anchor Leg Moorings)

Monobóia com Yoke (CALM-yoke System) Consiste de uma monobóia conectada à embarcação por meio de um braço rígido (yoke) articulado no casco. A articulação rígida elimina movimentos horizontais ente a bóia e o navio.

SALM (Single Anchor Leg Mooring) O sistema SALM emprega um sistema de riser vertical que tem uma ampla capacidade de flutuação próximo a superfície com uma forquilha de acoplamento rígida.

Sistema de Amarração com Turret No sistema de amarração com turret todas as linhas de ancoragem e risers são presas no turret que faz parte da estrutura a ser ancorada. O turret permite que a embarcação gire em torno das linhas. Ele pode ser montado externo ou internamente a embarcação. É um sistema composto por um corpo central cilíndrico, ancorado no fundo do mar, conectado ao casco de uma embarcação através de rolamentos e uniões rotativas (Swivel),

Sistema de Amarração com Turret

Sistema de Amarração com Turret O princípio de ancoragem de unidades flutuantes por turret foi, primeiramente, utilizado em embarcações de perfuração. A extensão desse princípio para a área de produção veio a ocorrer no final dos anos 70, através da empresa Maritime Tentech, utilizando-se o conceito de turret interno tipo “drag-chain”. O primeiro FPSO com turret interno desenvolvido para condições de mar adversas, ainda com tecnologia Tentech, foi construído no Japão e entregue em 1986. Foi o FPSO Petrojarl 1, que provou que os equipamentos de processo poderiam operar com sucesso num FPSO do tipo “navio”, operando nas condições de mar encontradas no Mar do Norte.

Recomendações Existentes para o Projeto de Linhas de Ancoragem O passeio máximo que a estrutura pode apresentar é estabecido principalmente para evitar danos nos risers e evitar uma possível ruptura. Offset admissível do navio Condição %LDA Intacta 10 Linha Rompida 15 Tração Máxima Para o projeto de sistemas de ancoragem existem normas de projeto (ABS, DNV, API) com recomendações de fatores de segurança. Tmax=MBL/FS Tmax – Tração Máxima MBL – Valor mínimo da carga de ruptura do material FS – Fator de segurança

Condição Máxima de Projeto A condição máxima de projeto é definida como uma combinação de vento, onda e corrente para a qual o sistema de ancoragem é projetado. É a condição extrema que o sistema deve suportar sem danos. Critérios de Projeto: Ancoragem Permanente a)Vento – 100 anos (Período de Retorno) Onda – 100 anos Corrente - 10 anos b)corrente – 100 anos (Período de Retorno) Vento - 10 anos Ancoragem Provisórias (5 anos) a)Operações longe de outras estruturas – 1 ano b) Operações próximas a outras estruturas – 10 anos

Metodologia de Análise Análise Desacoplada Efetua-se as análises dos movimentos do casco. Nesta análise as linhas são representadas por um modelo simplificado composto por coeficientes escalares de massa, rigidez, amortecimento e carregamento, que são introduzidos na equação de movimento do flutuante. A segunda etapa do procedimento desacoplado, associada ao projeto das linhas consiste em efetuar análises de modelos de Elementos Finitos da linha, sob a aplicação, no topo, dos movimentos da unidade flutuante calculados na 1ª etapa, bem como dos carregamentos de onda e correnteza ao longo da linha.

Análise Desacoplada

Sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) Defini-se posicionamento dinâmico como um sistema que controla automaticamente a posição e o aproamento de uma embarcação por meio de propulsão ativa. As unidades DP podem ser constituídas de navios ou plataformas semi-submersíveis. Quando estas unidades operam muito próximas a outras unidades ancoradas, pode ser necessária a utilização de âncoras de segurança, para o caso de sofrerem alguma falha na geração de energia para os propulsores.

Sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) É grande a diversidade de atividades desempenhadas por navios equipados com PD. Perfuração Suporte e Mergulho Lançamento de linhas e umbilicais Instalação/Remoção de Equipamentos Submarinos Offloading de Plataformas Pesquisa Oceanográfica

Sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) Vantagens: Durante uma operação de offloading o navio é completamente autopropelido, e portanto, não há necessidade de rebocadores. Navios com PD possuem alta manobrabilidade. Resposta mais rápida a mudanças nas condições ambientais. Custo do Sistema é invariável com a profundidade.

Sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) Desvantagens: Custo alto de instalação e operação. Maior possibilidade de falha. Requer mais pessoas a bordo para manutenção e operação.

Sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) A característica fundamental dos SPDs é a integração de um grande número de sub-sistemas operando conjuntamente.Os sub-sistemas principais de um SPD são: Sub-sistema de Potência Sub-sistema de Atuação Sub-sistema de sensoriamento Sub-sistema de Controle

Sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) Sub-Sistema de Potência È responsável por fornecer energia aos propulsores, a alguns sensores e aos elementos de controle. Sub-sistema de Atuação É responsável por fornecer as forças necessárias para o posicionamento da embarcação. È composto pelos diversos tipos de propulsores e pelos sistemas de controle associados a cada um deles.

Sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) Sub-Sistema de Sensoriamento È composto pelos equipamentos (sensores) responsáveis por fornecer as informações necessárias para que o controlador posicione a embarcação de forma desejada. Os sensores de posição medem a posição de um ponto da embarcação no plano horizontal. As tecnologias empregadas são: sistemas de localização por satélite (GPS), sistemas hidroacústicos, radares por microondas, dentre outros.O aproamento é medido por girocompassos; Sensores responsáveis pela medição das condições ambientais. A medição do vento (velocidade e direção) é feita pelos anemômetros.O controlador utiliza suas informações para estimar as forças de baixa frequência devidas ao vento e contrabalanceá-las diretamente pelos propulsores.

Sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) Sub-Sistema de Sensoriamento È composto pelos computadores. O computador é dotado de placas de comunicação responsáveis pela leitura das informações dos diversos sensores e pelo comando sobre os sistemas de controle dos propulsores. Toda a inteligência dos SPDs está contida no programa computacional executado neste sub-sistema, que realiza a lógica de controle responsável pelo posicionamento da embarcação.