Para serem classificadas e aprovadas por uma sociedade classificadora, todas as estruturas offshore são submetidas a análises baseadas em regras padrão; os critérios de estabilidade utilizados são baseados no código IMO MODU (Internacional Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units), que referencia quase todos os tipos de unidades flutuantes, como de superfície, semi-submersíveis, e auto elevatórias, entretanto, encontram-se problemas ao tentar enquadrar alguns conceitos inovadores a um desses tipos, devido às grandes diferenças entre o existente e os novos projetos. A fim de prever o comportamento de uma estrutura flutuante, são necessárias análises de estabilidade que predigam o comportamento da plataforma em operação intacta, e eventualmente em caso de avarias. Com o propósito de superar dificuldades e encontrar os critérios apropriados, foi realizado. em conjunto pelo Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da USP e Petrobras, esse estudo para gerar análises que cerceiem o comportamento desses novos tipos de plataforma e adéqüem as regras existentes aos novos conceitos para certificações futuras. Pode se observar que unidades do tipo FPSO são as mais comuns em campos de produção brasileiros por apresentarem grande área de convés, capacidade de armazenamento e serem unidades cuja operação é muito conhecida, além de terem baixos custos de construção, seja ela inteiramente construída ou apenas convertida. Entretanto, esse tipo de unidade apresenta movimentos não adequados para a utilização de Steel Catenary Risers (SCRs), inviabilizando sua utilização em águas ultra-profundas. Analisando as condições brasileiras, nota-se que ao considerar ondas, corrente e vento, as relações dimensionais de um FPSO não teriam a melhor proporcionalidade possível, principalmente devido às interferências hidrodinâmicas proporcionadas pelo swell. Isso impeliu o desenvolvimento de um novo conceito que atendesse melhor a função especifica da unidade, batizado monocoluna. Para esse conceito, foram gerados inúmeros cascos, porém apenas alguns deles foram escolhidos como ideais para serem submetidos a mais minuciosas análises, e nessa dissertação se discutem os critérios de estabilidade que devem ser aplicados a monocoluna. Todas as análises foram conduzidas considerando métodos numéricos e as dimensões finais foram aplicadas a ensaios em tanques de provas para que se comprovasse a eficiência dos sistemas criados. / To be classified and approved by a classification society, all offshore structures shall be submitted and analyzed according to standard rules. The stability criteria are based on the IMO MODU (International Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units) Code which has reference to almost all types of floating units such as surface, column-stabilized and self elevating. Although it refers to a wide range of naval systems, problems were found when dealing with new concepts due to differences between these concepts and those presented by the rules. In order to predict the behavior of a floating structure, it is necessary to perform stability analyses that foresee how the platform will respond when in operation either intact or eventually damaged. With that in mind, this study that would analyze and evaluate the existing rules came up along with the Department of Naval and Ocean Engineering of the University of São Paulo and Petrobras, this study intends to check the applicability of the existing rules and propose more adequate rules for the monocolumn. It is possible to observe that FPSO units are more common at the Brazilian oil fields due to the presence of great deck area and storage capacity, their operation is well known, they have low constructions costs either if they are built from scratch or converted. Even so, this type of unit presents inadequate responses to the use of Steel Catenary Risers (SCRs), what doesnt allow its use in ultra deep water. Analyzing the Brazilian weather and sea condition, specially focusing on waves, sea strings and wind, the FPSO dimensions are not the best, especially due to the swell hydrodynamic responses. That forced the development of a new concept that better fulfill the units specific function, named monocolumn. Lots of units were defined as valid, but only some with the best responses were chosen for deeper analysis, therefore this study discusses the stability criteria that shall apply to this concept. All the analyses were conduced considering numerical methods and among all the possibilities, final dimensions were generated and prototypes were built and tested in test tanks to prove their efficiency.

Para serem classificadas e aprovadas por uma sociedade classificadora, todas as estruturas offshore são submetidas a análises baseadas em regras padrão; os critérios de estabilidade utilizados são baseados no código IMO MODU (Internacional Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units), que referencia quase todos os tipos de unidades flutuantes, como de superfície, semi-submersíveis, e auto elevatórias, entretanto, encontram-se problemas ao tentar enquadrar alguns conceitos inovadores a um desses tipos, devido às grandes diferenças entre o existente e os novos projetos. A fim de prever o comportamento de uma estrutura flutuante, são necessárias análises de estabilidade que predigam o comportamento da plataforma em operação intacta, e eventualmente em caso de avarias. Com o propósito de superar dificuldades e encontrar os critérios apropriados, foi realizado. em conjunto pelo Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da USP e Petrobras, esse estudo para gerar análises que cerceiem o comportamento desses novos tipos de plataforma e adéqüem as regras existentes aos novos conceitos para certificações futuras. Pode se observar que unidades do tipo FPSO são as mais comuns em campos de produção brasileiros por apresentarem grande área de convés, capacidade de armazenamento e serem unidades cuja operação é muito conhecida, além de terem baixos custos de construção, seja ela inteiramente construída ou apenas convertida. Entretanto, esse tipo de unidade apresenta movimentos não adequados para a utilização de Steel Catenary Risers (SCRs), inviabilizando sua utilização em águas ultra-profundas. Analisando as condições brasileiras, nota-se que ao considerar ondas, corrente e vento, as relações dimensionais de um FPSO não teriam a melhor proporcionalidade possível, principalmente devido às interferências hidrodinâmicas proporcionadas pelo swell. Isso impeliu o desenvolvimento de um novo conceito que atendesse melhor a função especifica da unidade, batizado monocoluna. Para esse conceito, foram gerados inúmeros cascos, porém apenas alguns deles foram escolhidos como ideais para serem submetidos a mais minuciosas análises, e nessa dissertação se discutem os critérios de estabilidade que devem ser aplicados a monocoluna. Todas as análises foram conduzidas considerando métodos numéricos e as dimensões finais foram aplicadas a ensaios em tanques de provas para que se comprovasse a eficiência dos sistemas criados. / To be classified and approved by a classification society, all offshore structures shall be submitted and analyzed according to standard rules. The stability criteria are based on the IMO MODU (International Maritime Organization Mobile Offshore Drilling Units) Code which has reference to almost all types of floating units such as surface, column-stabilized and self elevating. Although it refers to a wide range of naval systems, problems were found when dealing with new concepts due to differences between these concepts and those presented by the rules. In order to predict the behavior of a floating structure, it is necessary to perform stability analyses that foresee how the platform will respond when in operation either intact or eventually damaged. With that in mind, this study that would analyze and evaluate the existing rules came up along with the Department of Naval and Ocean Engineering of the University of São Paulo and Petrobras, this study intends to check the applicability of the existing rules and propose more adequate rules for the monocolumn. It is possible to observe that FPSO units are more common at the Brazilian oil fields due to the presence of great deck area and storage capacity, their operation is well known, they have low constructions costs either if they are built from scratch or converted. Even so, this type of unit presents inadequate responses to the use of Steel Catenary Risers (SCRs), what doesnt allow its use in ultra deep water. Analyzing the Brazilian weather and sea condition, specially focusing on waves, sea strings and wind, the FPSO dimensions are not the best, especially due to the swell hydrodynamic responses. That forced the development of a new concept that better fulfill the units specific function, named monocolumn. Lots of units were defined as valid, but only some with the best responses were chosen for deeper analysis, therefore this study discusses the stability criteria that shall apply to this concept. All the analyses were conduced considering numerical methods and among all the possibilities, final dimensions were generated and prototypes were built and tested in test tanks to prove their efficiency.

A vibração induzida por vórtices - VIV é um assunto muito estudado na engenharia oceânica, tendo seu nome adaptado para VIM por ocasião de observação semelhante em plataformas do tipo Spar no Golfo do México. Com o início da utilização de plataformas monocolunas, especificamente com a instalação da Sevan Piranema no Nordeste Brasileiro, em 2007, questionou-se sobre a ocorrência deste fenômeno nestas unidades de seção cilíndricas, aplicando cargas não previstas aos sistemas de ancoragem, e eventualmente tornando estes subdimensionados. Em um primeiro momento, foi realizado estudo detalhado sobre os trabalhos já realizados na área, e tendo sido encontrado material insuficiente sobre o VIM em plataformas monocolunas, buscou-se a sua caracterização em termos de amplitudes e períodos de oscilação a partir de ensaios em tanques de prova, estratégia justificada pela dificuldade em se obter tais resultados de forma confiável via uma abordagem analítica e/ou numérica. Posteriormente, com o objetivo de se verificar o impacto do VIM nas cargas extremas, e principalmente na fadiga do sistema de ancoragem, foram realizadas análises com dois métodos distintos encontrados na literatura. Em linhas gerais, o primeiro método é descrito como aquele que considera a aplicação do VIM via movimentos equivalentes aos identificados experimentalmente e o segundo, por sua vez, via a consideração apenas das respectivas forças. Para esses estudos foi analisado o sistema de amarração em um cenário típico, sob condições ambientais de vento, onda e correnteza. Finalmente, dada a sua importância observada nos resultados, foram discutidas as relações entre o VIM e alguns fatores externos, tais como: a razão de aspecto da plataforma; a presença concomitante de ondas e o amortecimento viscoso atuante nas linhas de ancoragem, sendo apresentados para este último uma comparação dos resultados obtidos numericamente com aqueles experimentais. / The vortex induced vibration VIV is a main subject studied in the offshore engineering, having its name adapted to VIM by the occurrence in Spar platforms in the Gulf of México. As the first monocolumn unit, the Sevan Piranema, was in Northeast Brazil in 2007, VIM occurrence in cylindrical units like this was questioned, having the mooring lines design dimensioned without this load. Firstly a detailed study about the works developed in this field was performed, and not being found enough publications about VIM in monocolumns, its characterization was aimed in terms of oscillation amplitude and period through model tests, due to the difficulty to obtain reliable results by means of analytical or numerical approaches. Later, with the objective of verifying the impact of VIM in extreme loads and, mainly, in fatigue damage, analyses with two different methods found in the literature were performed. The first consider the application of VIM as a motion in the numerical model, based on the experimental results, and the second applies the observed forces. For these studies the mooring system for a typical scenario was analyzed, under the wave, wind and current environmental force. At last, due to the importance observed from the results, there were discussed the relation of VIM with some external factors, like span wise relation, presence of waves and viscous damping, being presented for this last a comparison of the numerical model results with the experimental is presented.

A vibração induzida por vórtices - VIV é um assunto muito estudado na engenharia oceânica, tendo seu nome adaptado para VIM por ocasião de observação semelhante em plataformas do tipo Spar no Golfo do México. Com o início da utilização de plataformas monocolunas, especificamente com a instalação da Sevan Piranema no Nordeste Brasileiro, em 2007, questionou-se sobre a ocorrência deste fenômeno nestas unidades de seção cilíndricas, aplicando cargas não previstas aos sistemas de ancoragem, e eventualmente tornando estes subdimensionados. Em um primeiro momento, foi realizado estudo detalhado sobre os trabalhos já realizados na área, e tendo sido encontrado material insuficiente sobre o VIM em plataformas monocolunas, buscou-se a sua caracterização em termos de amplitudes e períodos de oscilação a partir de ensaios em tanques de prova, estratégia justificada pela dificuldade em se obter tais resultados de forma confiável via uma abordagem analítica e/ou numérica. Posteriormente, com o objetivo de se verificar o impacto do VIM nas cargas extremas, e principalmente na fadiga do sistema de ancoragem, foram realizadas análises com dois métodos distintos encontrados na literatura. Em linhas gerais, o primeiro método é descrito como aquele que considera a aplicação do VIM via movimentos equivalentes aos identificados experimentalmente e o segundo, por sua vez, via a consideração apenas das respectivas forças. Para esses estudos foi analisado o sistema de amarração em um cenário típico, sob condições ambientais de vento, onda e correnteza. Finalmente, dada a sua importância observada nos resultados, foram discutidas as relações entre o VIM e alguns fatores externos, tais como: a razão de aspecto da plataforma; a presença concomitante de ondas e o amortecimento viscoso atuante nas linhas de ancoragem, sendo apresentados para este último uma comparação dos resultados obtidos numericamente com aqueles experimentais. / The vortex induced vibration VIV is a main subject studied in the offshore engineering, having its name adapted to VIM by the occurrence in Spar platforms in the Gulf of México. As the first monocolumn unit, the Sevan Piranema, was in Northeast Brazil in 2007, VIM occurrence in cylindrical units like this was questioned, having the mooring lines design dimensioned without this load. Firstly a detailed study about the works developed in this field was performed, and not being found enough publications about VIM in monocolumns, its characterization was aimed in terms of oscillation amplitude and period through model tests, due to the difficulty to obtain reliable results by means of analytical or numerical approaches. Later, with the objective of verifying the impact of VIM in extreme loads and, mainly, in fatigue damage, analyses with two different methods found in the literature were performed. The first consider the application of VIM as a motion in the numerical model, based on the experimental results, and the second applies the observed forces. For these studies the mooring system for a typical scenario was analyzed, under the wave, wind and current environmental force. At last, due to the importance observed from the results, there were discussed the relation of VIM with some external factors, like span wise relation, presence of waves and viscous damping, being presented for this last a comparison of the numerical model results with the experimental is presented.

O uso contínuo de combustíveis fósseis já se mostrou deletério há anos, além de ser um meio energético finito. Por este motivo, a demanda atual e futura por sistemas de energia limpa é grande. Muito embora já existam diversas estruturas dedicadas a extrair energia do mar, o conceito em que se pretende trabalhar é inovador e de tecnologia nacional. Este tema foi desenvolvido inicialmente em uma abordagem teórica pelo então aluno de engenharia naval Daniel Prata Vieira e sua colega Ana Luísa Orsolini, como Trabalho Final do curso de Engenharia Naval e Oceânica da Escola Politécnica da USP, orientados pelo Prof. Dr. André Luis Condino Fujarra. Vieira & Orsolini (2011) [1] abordaram de uma forma diferente o tema de geração de energia por ondas do mar, trazendo à tona o uso da já consagrada plataforma monocoluna - protótipo que rendeu diversos prêmios de inventor do ano da Petrobrás, além de patente, ao Tanque de Provas Numérico, laboratório do departamento de engenharia naval da POLI-USP. O trabalho dos alunos Daniel e Ana também foi reconhecido nacionalmente recebendo o Prêmio Petrobras de Tecnologia 2011 no tema de Tecnologia de Energia. A continuação do trabalho consiste em levar a fundo alguns pontos importantes relacionados ao dimensionamento da plataforma para otimizar a geração de energia através do movimento relativo entre ela e um corpo flutuante interno ao seu moonpool. O objetivo do trabalho é definir melhores geometrias através da parametrização das dimensões principais e da utilização de métodos numéricos num estudo mais detalhado e aprofundado. O método de desenvolvimento leva em conta todos os fatores que influenciam na dinâmica do sistema como a hidrodinâmica de dois corpos (plataforma e corpo interno flutuante) e a dinâmica do gerador de energia (tipo de gerador e seu impacto no amortecimento do sistema global). / The continued use of fossil fuels has proved harmful for years, besides being a means finite energy. For this reason, the current and future demand for clean energy systems are great. Although there are already several structures dedicated to extracting energy from the sea, the concept on which it intends to work is innovative and with local technology. This theme has been already developed in a theoretical approach by the student of naval engineering Daniel Prata Vieira and his classmate Ana Luisa Orsolini, such as Final Paper Course of Naval Architecture and Ocean Engineering from the Escola Politécnica of USP, directed by Prof. Dr. André Luis Condino Fujarra. Vieira \\& Orsolini (2010) [1] studied in a different way the theme of energy generation from ocean waves, bringing up the use of already established monocolumn platform - prototype that earned several inventor of the year from Petrobras awards, besides patent, to the Numerical Offshore Tank, laboratory of the Naval Engineering Department of Poli - USP. The work of students Daniel and Ana was also recognized nationally getting the Petrobras Technology Award 2011 in the Energy Technology theme. The continuation of this work is to bring the background some important points related to platform design to optimize power generation through the relative motion between it and an internal floating body into moonpool. The objective is to define best geometries through the parameterization of the key dimensions and the use of numerical methods in a more detailed and in-depth study. The development method takes into account all the factors that influence the dynamics of the system such as the hydrodynamics of two bodies (platform and floating internal body) and the dynamics of the generator (type of generator and its impact on the damping of the global system).

O uso contínuo de combustíveis fósseis já se mostrou deletério há anos, além de ser um meio energético finito. Por este motivo, a demanda atual e futura por sistemas de energia limpa é grande. Muito embora já existam diversas estruturas dedicadas a extrair energia do mar, o conceito em que se pretende trabalhar é inovador e de tecnologia nacional. Este tema foi desenvolvido inicialmente em uma abordagem teórica pelo então aluno de engenharia naval Daniel Prata Vieira e sua colega Ana Luísa Orsolini, como Trabalho Final do curso de Engenharia Naval e Oceânica da Escola Politécnica da USP, orientados pelo Prof. Dr. André Luis Condino Fujarra. Vieira & Orsolini (2011) [1] abordaram de uma forma diferente o tema de geração de energia por ondas do mar, trazendo à tona o uso da já consagrada plataforma monocoluna - protótipo que rendeu diversos prêmios de inventor do ano da Petrobrás, além de patente, ao Tanque de Provas Numérico, laboratório do departamento de engenharia naval da POLI-USP. O trabalho dos alunos Daniel e Ana também foi reconhecido nacionalmente recebendo o Prêmio Petrobras de Tecnologia 2011 no tema de Tecnologia de Energia. A continuação do trabalho consiste em levar a fundo alguns pontos importantes relacionados ao dimensionamento da plataforma para otimizar a geração de energia através do movimento relativo entre ela e um corpo flutuante interno ao seu moonpool. O objetivo do trabalho é definir melhores geometrias através da parametrização das dimensões principais e da utilização de métodos numéricos num estudo mais detalhado e aprofundado. O método de desenvolvimento leva em conta todos os fatores que influenciam na dinâmica do sistema como a hidrodinâmica de dois corpos (plataforma e corpo interno flutuante) e a dinâmica do gerador de energia (tipo de gerador e seu impacto no amortecimento do sistema global). / The continued use of fossil fuels has proved harmful for years, besides being a means finite energy. For this reason, the current and future demand for clean energy systems are great. Although there are already several structures dedicated to extracting energy from the sea, the concept on which it intends to work is innovative and with local technology. This theme has been already developed in a theoretical approach by the student of naval engineering Daniel Prata Vieira and his classmate Ana Luisa Orsolini, such as Final Paper Course of Naval Architecture and Ocean Engineering from the Escola Politécnica of USP, directed by Prof. Dr. André Luis Condino Fujarra. Vieira \\& Orsolini (2010) [1] studied in a different way the theme of energy generation from ocean waves, bringing up the use of already established monocolumn platform - prototype that earned several inventor of the year from Petrobras awards, besides patent, to the Numerical Offshore Tank, laboratory of the Naval Engineering Department of Poli - USP. The work of students Daniel and Ana was also recognized nationally getting the Petrobras Technology Award 2011 in the Energy Technology theme. The continuation of this work is to bring the background some important points related to platform design to optimize power generation through the relative motion between it and an internal floating body into moonpool. The objective is to define best geometries through the parameterization of the key dimensions and the use of numerical methods in a more detailed and in-depth study. The development method takes into account all the factors that influence the dynamics of the system such as the hydrodynamics of two bodies (platform and floating internal body) and the dynamics of the generator (type of generator and its impact on the damping of the global system).