Os tubos flexíveis são amplamente utilizados na produção de petróleo offshore, para transporte de petróleo bruto, óleo e gás natural. Pelo fato de operarem em um ambiente muito agressivo e estarem sujeitos a diversos tipos de carregamentos como pressão interna, pressões externas, tração, compressão, flexão e torção, eles possuem uma estrutura bastante complexa composta por diversas camadas concêntricas, com finalidades estruturais diversas, que interagem entre si. Em termos de carregamento, a compressão, em especial, seja ela dinâmica ou estática representa um problema para estes tubos. Embora eles sejam projetados para suportar altas cargas de tração, por meio de armaduras metálicas helicoidais, têm resistência limitada para cargas de compressão. A presença de tais esforços pode causar falhas por instabilidade radial das armaduras de tração. Este modo de falha, conhecido há mais de duas décadas, é denominado birdcaging, devido à forma característica assumida pelas armaduras. Além dessa instabilidade radial, as armaduras podem sofrer uma instabilidade lateral, a qual é igualmente catastrófica para os tubos flexíveis. Este trabalho consiste em uma investigação destes modos de falha com base em modelos numéricos, usando o Método dos Elementos Finitos. Com tais ferramentas, objetiva-se estudar a mecânica dos fenômenos de instabilidade de armadura de tração, juntamente com os efeitos causados pela alteração de parâmetros construtivos e ambientais nestes modos de falha. / Flexible pipes are widely employed in offshore oil production. Their functions include transporting of crude oil, natural gas, chemicals and water injection. Since they operate in aggressive environments and are subjected to loads such as internal and external pressure, tension, compression, bending and torsion, these pipes are built with a complex multilayered structure. In terms of loading, compression, specially, dynamic or static, present a problem to these pipes. Their tensile armor layers are particularly designed to withstand high levels of tension, but not for compression. The presence of such loads may cause radial instability failure on the armor layers. This failure mode, known for almost three decades, is called birdcaging, due to the peculiar shape assumed by the armor tendons at the post-buckling. Besides radial instability, the tensile armor layers may also suffer from lateral instability, which is equally catastrophic in the operation of flexible pipes. This work consists on an investigation of these failure modes based on numerical models, using the Finite Element Method. With these tools, the mechanism that governs these instability phenomena can be understood, along with the effects caused by the alteration of design and environmental parameters on the failure modes.

Métodos convencionais, tais como o método da chapa ortotrópica, têm sido aplicados por muitos anos no estudo de painéis reforçados pela sua simplicidade e facilidade de aplicação na determinação de tensões agentes nas fases iniciais da espiral projeto. Não estão disponíveis na literatura, porém, análises comparativas do método da chapa ortotrópica com procedimentos numéricos utilizando elementos finitos (MEF) que permitam a determinação da acurácia ou da ordem de grandeza dos desvios inerentes à aplicação desta metodologia. O presente trabalho apresenta análises comparativas entre estas duas metodologias na solução de painéis reforçados submetidos a carga lateral uniforme, tipicamente aplicados a estruturas navais (chapa em apenas um dos lados com reforçadores em T). Com este objetivo foram construídos modelos de painéis simplesmente apoiados e engastados (modelagem com elementos de viga e casca) com diferentes espaçamentos e diferentes inércias de reforçadores, configurando uma ampla matriz de análise paramétrica. Os resultados de deflexões e tensões nas vigas e chapas obtidos dos modelos MEF foram parametrizados em função das variáveis da chapa ortotrópica (razão de aspecto virtual), (coeficiente de torção) e K (parâmetro adimensional de tensões e de deflexão). Esta parametrização permite gerar curvas numéricas de tensão e deflexão dos modelos em estudo. As curvas numéricas assim geradas são comparadas com as curvas propostas pelo método da chapa ortotrópica para painéis reforçados simplesmente apoiados, de tal maneira que sua comparação permita, além de determinar a sensibilidade dos resultados numéricos em função das mudanças de inércia e espaçamento entre reforçadores, aferir o nível de desvio oriundo do uso da metodologia da chapa ortotrópica em relação ao método dos elementos finitos. Resultados mostram que as curvas derivadas da metodologia da chapa ortotrópica fornecem bons resultados para as deflexões e tensões transversais nas vigas no centro do painel reforçado. Para as tensões longitudinais nas vigas, uma curva corrigida de tensões longitudinais máximas é fornecida. No caso das curvas de tensões longitudinais e transversais na chapa, as curvas da chapa ortotrópica fornecem valores conservadores de tensão no centro do painel em relação aos valores obtidos dos modelos MEF. Adicionalmente, uma vez que o método da chapa ortotrópica só fornece curvas para chapa sem reforçadores no caso de condição de engaste, curvas numéricas das diferentes variáveis são fornecidas para esta condição. Analogias são feitas com a solução fornecida pelo método da chapa ortotrópica para painéis reforçados com razão de aspecto =, borda longitudinal engastada e borda transversal apoiada. Adicionalmente, resultados analíticos baseados na teoria de grelhas são comparados com os valores fornecidos pelas curvas numéricas para painel engastado obtendo-se resultados consistentes. Com esta análise foi possível determinar a aplicabilidade e limitações do método da chapa ortotrópica no estudo de painéis reforçados simplesmente apoiados. O estudo também fornece novas curvas numéricas para painéis reforçados engastados. / Conventional methods, such as the orthotropic plate, have been applied for many years in the study of stiffened plates to obtain the stresses acting on the structure in the early stages of the structural design, because of its simplicity and easy application. However, comparative analyses of the orthotropic plate method with numerical methods using finite element analyses (FEM) to determine its accuracy or inherent errors are not available in the literature. This study presents comparative analyses between the solutions of the two methodologies for reinforced panels subjected to lateral uniform load, typically applied to marine structures (plate only on one side with T beams). Models of reinforced panels were implemented for a simply supported and clamped boundary conditions with different spacing between stiffeners and different stiffeners`s inertia, setting up a broad array of parametric analysis. The deflections and stresses in beams and plate derived from the MEF analyses were parameterized as function of the orthotropic plate parameters: (virtual aspect ratio), (torsion coefficient) and K (dimensionless parameter of stress and deflection). This enables the generation of parametric numerical curves of stresses and deflections for the models under study. The numerical curves generated in this way were compared with the analytic curves proposed by the orthotropic plate theory for reinforced panels with simply supported boundary conditions. The comparisons allow, in addition to a sensitivity analysis of the numerical curves as a function of inertia and spacing between stiffeners, the assessment of inherent deviation for the orthotropic plate theory when compared with the finite element analyses. From the comparative analyses, it is possible to conclude that the curves proposed for the orthotropic theory for deflection and stresses of the transverse beam at the center of the reinforced panels have a good correlation with the numeric curves and provide accurate results. For the stresses on longitudinal beam, a revised curved for maximum stresses is provided. For the curves of plate stresses in the longitudinal and transverse directions at the center of the panels, the orthotropic plate theory provides conservative values when compared with the values of FEM models. The orthotropic plate method only provides curves for unstiffened plate under clamped boundary condition. Numerical curves for reinforced panels with clamped boundary condition are provided. Analogies are made between the solution provided by the orthotropic theory for a reinforced panel with an infinite virtual aspect ratio = , longitudinal edges clamped and transverse edges simply supported. Additionally, analytical results based on grillage theory were compared with the values provided by the numerical curves for clamped reinforced panels, obtaining a consistent results and a good correlation. This analysis provides a critic overview of the applicability and limitations of the orthotropic plate method for the analyses of reinforced panels with simply supported boundary condition. The study also provides new numerical solutions for reinforced panels with clamped boundary condition.

Métodos convencionais, tais como o método da chapa ortotrópica, têm sido aplicados por muitos anos no estudo de painéis reforçados pela sua simplicidade e facilidade de aplicação na determinação de tensões agentes nas fases iniciais da espiral projeto. Não estão disponíveis na literatura, porém, análises comparativas do método da chapa ortotrópica com procedimentos numéricos utilizando elementos finitos (MEF) que permitam a determinação da acurácia ou da ordem de grandeza dos desvios inerentes à aplicação desta metodologia. O presente trabalho apresenta análises comparativas entre estas duas metodologias na solução de painéis reforçados submetidos a carga lateral uniforme, tipicamente aplicados a estruturas navais (chapa em apenas um dos lados com reforçadores em T). Com este objetivo foram construídos modelos de painéis simplesmente apoiados e engastados (modelagem com elementos de viga e casca) com diferentes espaçamentos e diferentes inércias de reforçadores, configurando uma ampla matriz de análise paramétrica. Os resultados de deflexões e tensões nas vigas e chapas obtidos dos modelos MEF foram parametrizados em função das variáveis da chapa ortotrópica (razão de aspecto virtual), (coeficiente de torção) e K (parâmetro adimensional de tensões e de deflexão). Esta parametrização permite gerar curvas numéricas de tensão e deflexão dos modelos em estudo. As curvas numéricas assim geradas são comparadas com as curvas propostas pelo método da chapa ortotrópica para painéis reforçados simplesmente apoiados, de tal maneira que sua comparação permita, além de determinar a sensibilidade dos resultados numéricos em função das mudanças de inércia e espaçamento entre reforçadores, aferir o nível de desvio oriundo do uso da metodologia da chapa ortotrópica em relação ao método dos elementos finitos. Resultados mostram que as curvas derivadas da metodologia da chapa ortotrópica fornecem bons resultados para as deflexões e tensões transversais nas vigas no centro do painel reforçado. Para as tensões longitudinais nas vigas, uma curva corrigida de tensões longitudinais máximas é fornecida. No caso das curvas de tensões longitudinais e transversais na chapa, as curvas da chapa ortotrópica fornecem valores conservadores de tensão no centro do painel em relação aos valores obtidos dos modelos MEF. Adicionalmente, uma vez que o método da chapa ortotrópica só fornece curvas para chapa sem reforçadores no caso de condição de engaste, curvas numéricas das diferentes variáveis são fornecidas para esta condição. Analogias são feitas com a solução fornecida pelo método da chapa ortotrópica para painéis reforçados com razão de aspecto =, borda longitudinal engastada e borda transversal apoiada. Adicionalmente, resultados analíticos baseados na teoria de grelhas são comparados com os valores fornecidos pelas curvas numéricas para painel engastado obtendo-se resultados consistentes. Com esta análise foi possível determinar a aplicabilidade e limitações do método da chapa ortotrópica no estudo de painéis reforçados simplesmente apoiados. O estudo também fornece novas curvas numéricas para painéis reforçados engastados. / Conventional methods, such as the orthotropic plate, have been applied for many years in the study of stiffened plates to obtain the stresses acting on the structure in the early stages of the structural design, because of its simplicity and easy application. However, comparative analyses of the orthotropic plate method with numerical methods using finite element analyses (FEM) to determine its accuracy or inherent errors are not available in the literature. This study presents comparative analyses between the solutions of the two methodologies for reinforced panels subjected to lateral uniform load, typically applied to marine structures (plate only on one side with T beams). Models of reinforced panels were implemented for a simply supported and clamped boundary conditions with different spacing between stiffeners and different stiffeners`s inertia, setting up a broad array of parametric analysis. The deflections and stresses in beams and plate derived from the MEF analyses were parameterized as function of the orthotropic plate parameters: (virtual aspect ratio), (torsion coefficient) and K (dimensionless parameter of stress and deflection). This enables the generation of parametric numerical curves of stresses and deflections for the models under study. The numerical curves generated in this way were compared with the analytic curves proposed by the orthotropic plate theory for reinforced panels with simply supported boundary conditions. The comparisons allow, in addition to a sensitivity analysis of the numerical curves as a function of inertia and spacing between stiffeners, the assessment of inherent deviation for the orthotropic plate theory when compared with the finite element analyses. From the comparative analyses, it is possible to conclude that the curves proposed for the orthotropic theory for deflection and stresses of the transverse beam at the center of the reinforced panels have a good correlation with the numeric curves and provide accurate results. For the stresses on longitudinal beam, a revised curved for maximum stresses is provided. For the curves of plate stresses in the longitudinal and transverse directions at the center of the panels, the orthotropic plate theory provides conservative values when compared with the values of FEM models. The orthotropic plate method only provides curves for unstiffened plate under clamped boundary condition. Numerical curves for reinforced panels with clamped boundary condition are provided. Analogies are made between the solution provided by the orthotropic theory for a reinforced panel with an infinite virtual aspect ratio = , longitudinal edges clamped and transverse edges simply supported. Additionally, analytical results based on grillage theory were compared with the values provided by the numerical curves for clamped reinforced panels, obtaining a consistent results and a good correlation. This analysis provides a critic overview of the applicability and limitations of the orthotropic plate method for the analyses of reinforced panels with simply supported boundary condition. The study also provides new numerical solutions for reinforced panels with clamped boundary condition.

Os tubos flexíveis são amplamente utilizados na produção de petróleo offshore, para transporte de petróleo bruto, óleo e gás natural. Pelo fato de operarem em um ambiente muito agressivo e estarem sujeitos a diversos tipos de carregamentos como pressão interna, pressões externas, tração, compressão, flexão e torção, eles possuem uma estrutura bastante complexa composta por diversas camadas concêntricas, com finalidades estruturais diversas, que interagem entre si. Em termos de carregamento, a compressão, em especial, seja ela dinâmica ou estática representa um problema para estes tubos. Embora eles sejam projetados para suportar altas cargas de tração, por meio de armaduras metálicas helicoidais, têm resistência limitada para cargas de compressão. A presença de tais esforços pode causar falhas por instabilidade radial das armaduras de tração. Este modo de falha, conhecido há mais de duas décadas, é denominado birdcaging, devido à forma característica assumida pelas armaduras. Além dessa instabilidade radial, as armaduras podem sofrer uma instabilidade lateral, a qual é igualmente catastrófica para os tubos flexíveis. Este trabalho consiste em uma investigação destes modos de falha com base em modelos numéricos, usando o Método dos Elementos Finitos. Com tais ferramentas, objetiva-se estudar a mecânica dos fenômenos de instabilidade de armadura de tração, juntamente com os efeitos causados pela alteração de parâmetros construtivos e ambientais nestes modos de falha. / Flexible pipes are widely employed in offshore oil production. Their functions include transporting of crude oil, natural gas, chemicals and water injection. Since they operate in aggressive environments and are subjected to loads such as internal and external pressure, tension, compression, bending and torsion, these pipes are built with a complex multilayered structure. In terms of loading, compression, specially, dynamic or static, present a problem to these pipes. Their tensile armor layers are particularly designed to withstand high levels of tension, but not for compression. The presence of such loads may cause radial instability failure on the armor layers. This failure mode, known for almost three decades, is called birdcaging, due to the peculiar shape assumed by the armor tendons at the post-buckling. Besides radial instability, the tensile armor layers may also suffer from lateral instability, which is equally catastrophic in the operation of flexible pipes. This work consists on an investigation of these failure modes based on numerical models, using the Finite Element Method. With these tools, the mechanism that governs these instability phenomena can be understood, along with the effects caused by the alteration of design and environmental parameters on the failure modes.

Recentes descobertas de campos de petróleo e gás, a centenas de quilômetros da costa Sudeste do Brasil, em lâmina d\'água acima de 2.000m, demandam avanços científicos e tecnológicos para sua exploração segura. Entre os desafios para os engenheiros, a análise dinâmica de risers offshore é de extrema relevância devido à propensão à fadiga do material estrutural. Os movimentos de unidades flutuantes, que ocorrem devido às ondas de gravidade, impõem um tipo particular de carregamento dinâmico para os risers. Por uma questão de simplicidade, apenas o movimento de heave é considerado, embora pitch and roll também possam desempenhar um papel relevante na análise. De fato, o efeito de heave provoca a modulação de tensãoamplitude ao longo da estrutura tubular e flexível, o que pode conduzir à ressonância paramétrica como consequência da conhecida instabilidade de Mathieu. O riser vertical será o foco desse trabalho. A teoria bidimensional de vigas de Bernoulli-Euler é utilizada para se obter uma equação diferencial não linear de movimento para o riser submetido a uma carga axial e peso submerso. Modelos matemáticos - conhecidos como modelos de ordem reduzida (MORs) - com poucos graus de liberdade são adotados, mas com capacidade adequada para representar a resposta estrutural tanto qualitativa como quantitativamente. Utilizando os modos não lineares como funções de projeção no procedimento de Galerkin não linear, a interpretação física vem da igualdade dos trabalhos virtuais tanto no modelo de alta hierarquia quanto do MOR, com a consequente introdução de vínculos rígidos nos modos excluídos da análise. Aqui, a relação não linear entre as amplitudes modais e modos de vibração/frequências são levados em conta. Os resultados obtidos estão de acordo com os resultados dos testes experimentais de um modelo em escala reduzida realizado sob coordenação do LIFE&MO (Laboratório de Interação Fluido-Estrutura e Mecânica Offshore), fornecendo uma calibração do coeficiente de arrasto equivalente, para se levar em conta o sistema dissipativo que inclui tanto o amortecimento hidrodinâmico e estrutural. As respostas também são comparadas com as obtidas através do estudo de um modelo de elementos finitos, elaborado com o auxílio de um software comercial, o OrcaFlex®, e com funções clássicas de projecção, em particular, a função trigonométrica. Em seguida, variando-se os parâmetros de controle, as respostas do estado estacionário pós-crítica são mapeadas e plotadas em um diagrama policromático. / Recent discoveries of oil and gas fields, hundreds of kilometers off the Southeast coast of Brazil, in water depths above 2,000m, demand scientific and technological advances to support their safe exploitation. Among the challenges posed to engineers, the dynamic analysis of offshore risers is of utmost relevance, due to fatigue of the structural material. The motions of floating units, which occur due to gravity waves, impose a particular type of dynamic loading to the risers. As a matter of simplicity, only heave is considered herewith, although pitch and roll can also play a relevant role in the analysis. In fact, the effect of heave causes tension-amplitude modulation to the long and flexible tubular structure, which may drive parametric resonance as a consequence of the well-known Mathieus instability. The vertical riser will be the focus of this work. Bernoulli-Euler two-dimensional beam theory is used to obtain a nonlinear differential equation of motion for the riser subjected to an axial thrust and submerged weight. Mathematical models known as reduced-order models (ROMs) with few degrees of freedom are used, but with adequate capacity to represent the structural response both qualitatively and quantitatively. Using non-linear modes as projection functions within the non-linear Galerkins procedure, the physical interpretation of which being the identification of virtual works in both the high-hierarchy model and the ROM, with consequent introduction of rigid constraints in the modes excluded from the analysis. Here the non-linear relationship between modal amplitudes and mode shapes/frequencies are taken into account. The results obtained here agree well with those of experimental tests with a small-scale model carried out under coordination LIFE&MO (Laboratory of Fluid-Structure Interaction & Offshore Mechanics), provided calibration of the equivalent drag coefficient is carried out, to account for the overall system dissipation including both hydrodynamic and structural damping. The responses are also compared with those given by finite element models studied with the help of commercial software, the OrcaFlex® and with classical projection functions, in particular the trigonometric function. Then varying the control parameters, the responses of post-critical steady state are mapped and plotted in diagram polychromatic.

Nas últimas décadas, a fonte eolielétrica é a que sinaliza maior crescimento mundial dentre as demais. A curva de aprendizagem tecnológica do setor mostra queda do custo entre 15% a 20% a cada 3 anos. Países ativos no setor eólico se esforçam pela meta de 12% de participação na produção elétrica mundial em 2020. A contribuição da geração eolielétrica offshore é fundamental para essa meta, pela proximidade aos centros de carga, com ganhos de eficiência, de escala e reduzido impacto ambiental e visual. Apesar do crescimento do parque gerador nacional em 2006, há carência na produção no curto prazo. Contraditoriamente, há ventos abundantes para geração eolielétrica e o prévio arcabouço industrial que seria necessário para desenvolver o setor. Apesar do incentivo governamental (PROINFA), o setor eólico brasileiro ainda não decolou como esperado. O objetivo deste trabalho é reforçar o debate sobre a importância da diversificação da matriz, em prol da estratégia de segurança do suprimento energético nacional e da redução da emissão de gases de efeito estufa. Em rumo a esse objetivo, são colocados argumentos com abordagem ampla e com abordagem específica. Na abordagem ampla, esta pesquisa propõe uma maior inserção da fonte eólica na matriz elétrica nacional como uma das opções a serem consideradas de maneira mais relevante nas táticas de diversificação da matriz, a exemplo do que já fazem países com maior abundância de gás natural que o Brasil, como o Reino Unido. Sob um ponto de vista específico, a investigação exemplifica possibilidades de contribuição da fonte eolielétrica, na sua versão offshore, para as táticas de diversificação da matriz nacional que se entendem importantes, a exemplo do já fazem países com maior predominância da fonte hidráulica que o Brasil, como a Noruega. O método utilizado para se alcançar o objetivo desta dissertação envolve os seguintes passos: (1) esclarecer quanto aos principais aspectos do setor energético a nível mundial e o problema ambiental que está vinculado à produção de energia por fontes fósseis; (2) esclarecer quanto aos aspectos do desenvolvimento de sistemas eolielétricos onshore no Brasil e no mundo e também do desenvolvimento de sistemas offshore em países de interesse; (3) explorar exemplos de articulação dos sistemas eólicos offshore com projetos de produção de energia fóssil em ambiente marítimo, como forma de produzir sinergia útil a ambos os setores; (4) analisar e debater sobre as propostas do governo brasileiro para o futuro da matriz elétrica do país; (5) propor algumas possibilidades de desenvolvimento de sistemas eólicos offshore no Brasil, partindo de pequenos projetos-piloto. Caso as propostas deste trabalho se tornem realizadas, os resultados para este país líder em energia limpa e renovável seriam: a criação de valor nas operações offshore de produção de energia fóssil, o ganho de aprendizagem sobre a tecnologia eólica, o alívio parcial da oferta energética para centros litorâneos no curto prazo; a racionalização do uso, transporte e dependência externa do gás natural; a dinamização dos Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (CDM / MDL) e de novos mercados e empregos para a indústria. / In the last decade wind power source was the fastest-growing energy source. Technological learning curves for this sector fall down by a 15% a 20% rate each 3 years. Countries which are committed with wind power are running after the target of 12% wind into the worlds electrical production by 2020. The contribution of the offshore wind power (OWP) source is fundamental on covering such target, due to the proximity to load centers, efficiency & scale savings and reduced environmental and visual impact. Although the growth of the Brazilian power generation system in 2006, there is a gap on fulfilling demand in the short run. Nevertheless, Brazil has abundance of winds suitable for power generation, as a previous industrial framework, necessary on developing this sector. Even that a governmental program has come (PROINFA), wind power sector has not risen as expected yet. The goal of this thesis is to reinforce the debate about the importance on diversifying the Brazilian power matrix, towards the strategy of energy security supply as the reduction of greenhouse gases emissions. On reaching such a goal, this thesis states arguments by a generic approach and also by a specific approach. In the generic approach, it proposes a larger share for wind into the Brazilian electrical matrix as one of the options that should be considered in a more relevant manner for the tactics of diversifying the electrical matrix, following the example given by countries with larger abundance than Brazil regarding on natural gas production, as it is the case of the United Kingdom. In the specific approach, this investigation exemplifies possibilities of contributions from the OWP for the tactics of diversifying the matrix, following the example given by a country with higher predominance than Brazil regarding on using large hydropower as the main national power source, which is the case of Norway. The method taken for reaching the thesis goal involves the following steps: (1) to clarify on some aspects regarding energy production and its respective environmental problem related to the greenhouse gases emissions;(2) to clarify some aspects about the development of wind energy systems in Brazil and in the world and also some aspects about the development of OWP projects in selected countries; (3) to explore examples of articulation between OWP systems with offshore fossil energy production systems, in order to argue about the synergy that is possible between them; (4) to analyze and debate about the Brazilian governments proposal for the electrical matrix in the long run; (5) to propose some possibilities of developing OWP systems in Brazil, starting by small-scale pilot projects. If the case the propositions of this thesis come true in the future, the earnings for this country, which a world leader in clean & renewable energy, would be the following: value creation into the offshore fossil energy production; growth of learning about the OWP technologies; the partial relief of power supply for the coastal load centers; rationalization on the use, transport and foreign dependence of natural gas resources; pushing dynamics for Clean Development Mechanisms (CDM), as for industrial markets and employment.

Nas últimas décadas, a fonte eolielétrica é a que sinaliza maior crescimento mundial dentre as demais. A curva de aprendizagem tecnológica do setor mostra queda do custo entre 15% a 20% a cada 3 anos. Países ativos no setor eólico se esforçam pela meta de 12% de participação na produção elétrica mundial em 2020. A contribuição da geração eolielétrica offshore é fundamental para essa meta, pela proximidade aos centros de carga, com ganhos de eficiência, de escala e reduzido impacto ambiental e visual. Apesar do crescimento do parque gerador nacional em 2006, há carência na produção no curto prazo. Contraditoriamente, há ventos abundantes para geração eolielétrica e o prévio arcabouço industrial que seria necessário para desenvolver o setor. Apesar do incentivo governamental (PROINFA), o setor eólico brasileiro ainda não decolou como esperado. O objetivo deste trabalho é reforçar o debate sobre a importância da diversificação da matriz, em prol da estratégia de segurança do suprimento energético nacional e da redução da emissão de gases de efeito estufa. Em rumo a esse objetivo, são colocados argumentos com abordagem ampla e com abordagem específica. Na abordagem ampla, esta pesquisa propõe uma maior inserção da fonte eólica na matriz elétrica nacional como uma das opções a serem consideradas de maneira mais relevante nas táticas de diversificação da matriz, a exemplo do que já fazem países com maior abundância de gás natural que o Brasil, como o Reino Unido. Sob um ponto de vista específico, a investigação exemplifica possibilidades de contribuição da fonte eolielétrica, na sua versão offshore, para as táticas de diversificação da matriz nacional que se entendem importantes, a exemplo do já fazem países com maior predominância da fonte hidráulica que o Brasil, como a Noruega. O método utilizado para se alcançar o objetivo desta dissertação envolve os seguintes passos: (1) esclarecer quanto aos principais aspectos do setor energético a nível mundial e o problema ambiental que está vinculado à produção de energia por fontes fósseis; (2) esclarecer quanto aos aspectos do desenvolvimento de sistemas eolielétricos onshore no Brasil e no mundo e também do desenvolvimento de sistemas offshore em países de interesse; (3) explorar exemplos de articulação dos sistemas eólicos offshore com projetos de produção de energia fóssil em ambiente marítimo, como forma de produzir sinergia útil a ambos os setores; (4) analisar e debater sobre as propostas do governo brasileiro para o futuro da matriz elétrica do país; (5) propor algumas possibilidades de desenvolvimento de sistemas eólicos offshore no Brasil, partindo de pequenos projetos-piloto. Caso as propostas deste trabalho se tornem realizadas, os resultados para este país líder em energia limpa e renovável seriam: a criação de valor nas operações offshore de produção de energia fóssil, o ganho de aprendizagem sobre a tecnologia eólica, o alívio parcial da oferta energética para centros litorâneos no curto prazo; a racionalização do uso, transporte e dependência externa do gás natural; a dinamização dos Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (CDM / MDL) e de novos mercados e empregos para a indústria. / In the last decade wind power source was the fastest-growing energy source. Technological learning curves for this sector fall down by a 15% a 20% rate each 3 years. Countries which are committed with wind power are running after the target of 12% wind into the worlds electrical production by 2020. The contribution of the offshore wind power (OWP) source is fundamental on covering such target, due to the proximity to load centers, efficiency & scale savings and reduced environmental and visual impact. Although the growth of the Brazilian power generation system in 2006, there is a gap on fulfilling demand in the short run. Nevertheless, Brazil has abundance of winds suitable for power generation, as a previous industrial framework, necessary on developing this sector. Even that a governmental program has come (PROINFA), wind power sector has not risen as expected yet. The goal of this thesis is to reinforce the debate about the importance on diversifying the Brazilian power matrix, towards the strategy of energy security supply as the reduction of greenhouse gases emissions. On reaching such a goal, this thesis states arguments by a generic approach and also by a specific approach. In the generic approach, it proposes a larger share for wind into the Brazilian electrical matrix as one of the options that should be considered in a more relevant manner for the tactics of diversifying the electrical matrix, following the example given by countries with larger abundance than Brazil regarding on natural gas production, as it is the case of the United Kingdom. In the specific approach, this investigation exemplifies possibilities of contributions from the OWP for the tactics of diversifying the matrix, following the example given by a country with higher predominance than Brazil regarding on using large hydropower as the main national power source, which is the case of Norway. The method taken for reaching the thesis goal involves the following steps: (1) to clarify on some aspects regarding energy production and its respective environmental problem related to the greenhouse gases emissions;(2) to clarify some aspects about the development of wind energy systems in Brazil and in the world and also some aspects about the development of OWP projects in selected countries; (3) to explore examples of articulation between OWP systems with offshore fossil energy production systems, in order to argue about the synergy that is possible between them; (4) to analyze and debate about the Brazilian governments proposal for the electrical matrix in the long run; (5) to propose some possibilities of developing OWP systems in Brazil, starting by small-scale pilot projects. If the case the propositions of this thesis come true in the future, the earnings for this country, which a world leader in clean & renewable energy, would be the following: value creation into the offshore fossil energy production; growth of learning about the OWP technologies; the partial relief of power supply for the coastal load centers; rationalization on the use, transport and foreign dependence of natural gas resources; pushing dynamics for Clean Development Mechanisms (CDM), as for industrial markets and employment.

Recentes descobertas de campos de petróleo e gás, a centenas de quilômetros da costa Sudeste do Brasil, em lâmina d\'água acima de 2.000m, demandam avanços científicos e tecnológicos para sua exploração segura. Entre os desafios para os engenheiros, a análise dinâmica de risers offshore é de extrema relevância devido à propensão à fadiga do material estrutural. Os movimentos de unidades flutuantes, que ocorrem devido às ondas de gravidade, impõem um tipo particular de carregamento dinâmico para os risers. Por uma questão de simplicidade, apenas o movimento de heave é considerado, embora pitch and roll também possam desempenhar um papel relevante na análise. De fato, o efeito de heave provoca a modulação de tensãoamplitude ao longo da estrutura tubular e flexível, o que pode conduzir à ressonância paramétrica como consequência da conhecida instabilidade de Mathieu. O riser vertical será o foco desse trabalho. A teoria bidimensional de vigas de Bernoulli-Euler é utilizada para se obter uma equação diferencial não linear de movimento para o riser submetido a uma carga axial e peso submerso. Modelos matemáticos - conhecidos como modelos de ordem reduzida (MORs) - com poucos graus de liberdade são adotados, mas com capacidade adequada para representar a resposta estrutural tanto qualitativa como quantitativamente. Utilizando os modos não lineares como funções de projeção no procedimento de Galerkin não linear, a interpretação física vem da igualdade dos trabalhos virtuais tanto no modelo de alta hierarquia quanto do MOR, com a consequente introdução de vínculos rígidos nos modos excluídos da análise. Aqui, a relação não linear entre as amplitudes modais e modos de vibração/frequências são levados em conta. Os resultados obtidos estão de acordo com os resultados dos testes experimentais de um modelo em escala reduzida realizado sob coordenação do LIFE&MO (Laboratório de Interação Fluido-Estrutura e Mecânica Offshore), fornecendo uma calibração do coeficiente de arrasto equivalente, para se levar em conta o sistema dissipativo que inclui tanto o amortecimento hidrodinâmico e estrutural. As respostas também são comparadas com as obtidas através do estudo de um modelo de elementos finitos, elaborado com o auxílio de um software comercial, o OrcaFlex®, e com funções clássicas de projecção, em particular, a função trigonométrica. Em seguida, variando-se os parâmetros de controle, as respostas do estado estacionário pós-crítica são mapeadas e plotadas em um diagrama policromático. / Recent discoveries of oil and gas fields, hundreds of kilometers off the Southeast coast of Brazil, in water depths above 2,000m, demand scientific and technological advances to support their safe exploitation. Among the challenges posed to engineers, the dynamic analysis of offshore risers is of utmost relevance, due to fatigue of the structural material. The motions of floating units, which occur due to gravity waves, impose a particular type of dynamic loading to the risers. As a matter of simplicity, only heave is considered herewith, although pitch and roll can also play a relevant role in the analysis. In fact, the effect of heave causes tension-amplitude modulation to the long and flexible tubular structure, which may drive parametric resonance as a consequence of the well-known Mathieus instability. The vertical riser will be the focus of this work. Bernoulli-Euler two-dimensional beam theory is used to obtain a nonlinear differential equation of motion for the riser subjected to an axial thrust and submerged weight. Mathematical models known as reduced-order models (ROMs) with few degrees of freedom are used, but with adequate capacity to represent the structural response both qualitatively and quantitatively. Using non-linear modes as projection functions within the non-linear Galerkins procedure, the physical interpretation of which being the identification of virtual works in both the high-hierarchy model and the ROM, with consequent introduction of rigid constraints in the modes excluded from the analysis. Here the non-linear relationship between modal amplitudes and mode shapes/frequencies are taken into account. The results obtained here agree well with those of experimental tests with a small-scale model carried out under coordination LIFE&MO (Laboratory of Fluid-Structure Interaction & Offshore Mechanics), provided calibration of the equivalent drag coefficient is carried out, to account for the overall system dissipation including both hydrodynamic and structural damping. The responses are also compared with those given by finite element models studied with the help of commercial software, the OrcaFlex® and with classical projection functions, in particular the trigonometric function. Then varying the control parameters, the responses of post-critical steady state are mapped and plotted in diagram polychromatic.