Modelagem numérica de vibrações induzidas por vórtices em arranjos de tubos flexíveis em ambiente offshore

A indústria de petróleo no Brasil vem se tornando cada vez mais estratégica para o desenvolvimento do país. A exploração de reservatórios de petróleo em localidades cada vez mais afastadas da área continental vem apresentando grandes desafios tecnológicos. Operações em alto mar utilizam tubulações, chamadas de risers, para o escoamento de fluidos e que possuem um papel fundamental pois é através delas que as embarcações se comunicam com o leito submarino para perfurar, instalar equipamentos ou extrair hidrocarbonetos. Risers, ou quaisquer outros corpos rombudos, quando sujeitos a correntezas apresentam um fenômeno chamado de vibrações induzidas por desprendimento de vórtices (VIV). Dependendo das condições de carregamento, estes esforços dinâmicos podem reduzir drasticamente a vida útil de um riser até levar ao colapso por fadiga. Nesse sentido, a modelagem numérica deste fenômeno e de fundamental importância para prever o comportamento em condições de operação e assim poder tomar decisões com antecedência à operação. O presente trabalho contempla a modelagem deste fenômeno através do método dos elementos finitos via ferramenta comercial de CFD assim como uma análise do comportamento dos risers quando colocados em arranjos geométricos tipo tandem como é comum perto do navio. O estudo tem por objetivo avaliar as configurações geométricas que possam atenuar os efeitos que a presença de um cilindro a jusante gera. O impacto de cada um dos parâmetros involucrados na modelagem será apresentado para diferentes condições operacionaisThe Brazil oil industry has become increasingly strategic for the country's development. The exploration of oil reservoirs in remote locations, far away from the continental area has presented major technological challenge. The fluid flows inside pipes for onshore and offshore operations, which are called risers in the case of the segment that connects the seabed and the floating platform and play a fundamental role as it is through them that vessels communicate with the seabed to drill, install equipment or extract hydrocarbons. Risers, as well as any other blunt bodies, present a phenomenon called vortex induced vibrations (VIV) when subjected to cross flow currents. Depending on loading conditions, these dynamic stresses can drastically reduce the life of a riser and lead them to fatigue failure. In this sense, the numerical modeling of this phenomenon is of fundamental importance to predict the behavior under operating conditions and thus be able to make decisions in advance of the operation. The present work contemplates the modeling of this phenomenon through the finite element method via a commercial CFD tool, as well as an analysis of the riser’s behavior when placed in tandem geometric arrangements, as is common near the ship. The study aims to evaluate the geometric configurations that can mitigate the effects that the presence of a downstream cylinder generates. The impact of each of the parameters involved in the modeling will be presented for different operational condition