Invenção reduz os movimentos das plataformas flutuantes,
ancoradas em alto mar, diminuindo o risco de acidentes
Uma nova tecnologia desenvolvida na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP) poderá tornar mais segura a exploração de petróleo em água profundas, como o da camada pré-sal.
Chamada de “Aletas Supressoras de Movimento Induzido por Vórtices”, ela reduz o balanço das plataformas flutuantes monocolunas, ancoradas em alto mar, diminuindo o risco de acidentes. É o resultado do trabalho dos professores Andre Fujarra e Kazuo Nishimoto, ambos do Departamento de Engenharia Naval e Oceânica (PNV) da Poli. A invenção rendeu aos dois pesquisadores o “Prêmio Inventor 2010”, concedido pela Petrobras em reconhecimento àqueles que contribuem para o desenvolvimento de novas tecnologias que tenham resultado em depósitos de patente.
Para entender a importância do trabalho de Fujarra e Nishimoto, é preciso saber um pouco sobre vórtices. Tecnicamente é o escoamento circular ou rotacional que possui vorticidade – um conceito matemático utilizado na dinâmica dos fluídos. Eles são encontrados nos mais diversos locais da natureza, como furacões ou até numa xícara de café que está sendo mexida. Os vórtices também surgem ao longo de dutos ou objetos semelhantes submersos numa massa líquida em movimento. É o caso dos “risers” (dutos cilíndricos que transportam o petróleo dos poços situados no fundo do mar até às plataformas, instaladas na superfície) e das plataformas monocolunas – que também são uma invenção de Nishimoto.
Nos primeiros, quando os vórtices se formam, criam um campo de pressão que acarreta uma força lateral que pode causar vibração. Por isso o fenômeno é conhecido como Vibração Induzida por Vórtice (VIV), que pode levar à fadiga na tubulação, diminuindo sua vida útil ou, pior, causando acidentes. No caso de grandes estruturas flutuantes, expostas a grandes correntezas, como as plataformas monocolunas ou semisubmersiveis com colunas cilíndricas, que podem ter até 100 metros de diâmetro e 50 de altura, o fenômeno, conhecido como Movimento Induzido por Vórtice ou VIM (do inglês Vortex Induced Motions), é um pouco diferente.
Segundo Fujarra , a diferença principal entre o VIM e o VIV está na escala do problema, e nas condições de fixação das estruturas. “Estruturas esbeltas como dutos, risers e linhas de ancoragem, geralmente apresentam as duas extremidades fixadas, o que facilita o aparecimento de uma vibração”, explica. “Enquanto que grandes estruturas flutuantes, como as plataformas monocolunas de grande massa e cilindro de comprimento menor, são ancoradas, facilitando a indução de um movimento lateral, devido a atuação das forças geradas pelos vórtices.”
Além disso, elas possuem diâmetro hidrodinâmico e massa muito superiores aos dos dutos como “risers” submetidos ao VIV, o que acarreta períodos de vibração maiores. “Essas oscilações geram diversas situações de risco de acidentes em operações devido à fadiga e as tensões dos componentes do sistema de ancoragem do corpo flutuante”, diz Nishimoto. Por isso, um dos principais desafios nesses casos é manter a estabilidade das plataformas independentemente das condições do mar. Ou seja, tentar diminuir ao máximo os seus movimentos.
“O aumento da profundidade da lâmina de água onde as plataformas têm sido ancoradas torna maiores as exigências de segurança para que elas possam operar nessas regiões”, diz Nishimoto. “O que tem tornado cada vez mais complexa a busca de soluções técnicas para enfrentar os desafios inerentes às condições de mar e tempo típicas de alto-mar, especificamente quando há fortes correntezas.”
É aí que entra a tecnologia desenvolvida por Fujarra e ele. Até agora, um dos recursos utilizados normalmente pelas empresas petrolíferas é o strake, um friso no formato espiral soldado ao longo dos tubos. O problema é que eles precisam ter uma largura equivalente a 10% do diâmetro da estrutura na qual estão presos. Então, para uma plataforma com 100 metros de diâmetro, o strake teria que ter 10 metros de largura que circunda a plataforma ao longo do corpo, o que o tornaria muito pesado e caro. A solução encontrada pelos dois pesquisadores da Poli são aletas quadradas, com os lados de tamanho equivalente a um vigéssimo do diâmetro da plataforma – 5 metros para um diâmetro de 100.
Nishimoto explica que elas são fixadas aleatoriamente ao redor do costado da plataforma monocoluna. “Testes comparativos mostraram que, devido a essa aleatoriedade de fixação das aletas, nossa invenção reduz as oscilações de plataformas monocolunas de uma maneira relevante, sem a necessidade de aplicar excesso de peso extra à estrutura e sem alterar os reforços internos dos cascos”, explica. “Tudo isso torna a proposta, diferentemente das técnicas anteriores, barata, eficaz e fácil de se prover ao projeto de uma plataforma.”
