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Thesis (Ph.D.)--Memorial University of Newfoundland, 2005. / Bibliography: leaves 129-136.

Plataformas semi-submersíveis, utilizadas como estruturas flutuantes na prospecção e exploração de petróleo em águas profundas, têm sua geometria composta basicamente por elementos horizontais totalmente submersos (pontoons), pelo convés, e por elementos verticais que cruzam a superfície livre (colunas), estes últimos ligando os pontoons ao convés. Tal geometria é eficaz para manter reduzidas as oscilações sob a ação de ondas, mormente o heave, bem como para prover flutuação, área de convés e estabilidade estática compatíveis com a missão. Neste trabalho aplicam-se modelos bastante simplificados para representação de características geométricas e dos atributos acima mencionados. De fato, pontoons e colunas são representados por trechos de cilindros, enquanto que as oscilações sob ondas são determinadas a partir de formulação semelhante à Equação de Morison. Tais modelos compõem um processo de otimização para determinar dimensões principais e proporções que satisfaçam certos requisitos quanto ao peso, à área de convés, à estabilidade estática e ao heave. Resultados numéricos para as oscilações sob ondas são confrontados com dados experimentais obtidos para plataformas em escala reduzida ensaiadas no canal de ondas do Laboratório de Engenharia Naval e Oceânica da EPUSP, observando-se boa aproximação. O processo de otimização é aplicado a situações descritas na literatura, chegando-se a resultados compatíveis com aqueles publicados, com a vantagem da simplicidade dos modelos analítico-numéricos aqui adotados. / Semi-submersible platforms, which are used as floating structures for oil production and exploration in deep waters, have their geometry composed basically of totally submerged horizontal elements (pontoons), the deck, and vertical elements that cross the free surface, these latter linking the pontoons to the deck. This geometry is efficient for keeping the oscillations due to wave excitation at small levels, specially the heave, as well to provide floatation, deck area and static stability compatible to the platform?s mission. In the present work, rather simplified models are applied for the representation of the geometric characteristics and of the other above mentioned attributes. In fact, pontoons and columns are represented by cylinders, and oscillations due to waves are determined by a formulation similar to Morison?s equation. These models take part in an optimization process for the determination of the main dimensions and proportions that satisfy certain requirements concerning weight, deck area, static stability and the heave. Numerical results for the oscillations due to waves are compared to experimental data obtained for scaled platforms tested in the wave channel of the Naval and Oceanic Engineering Laboratory of EPUSP, leading to reasonable approximations. The optimization process is applied to some cases described in the Literature, leading to results compatible with the published ones, but with the advantage of the simplicity of the analytic-numerical models here adopted.

Plataformas semi-submersíveis, utilizadas como estruturas flutuantes na prospecção e exploração de petróleo em águas profundas, têm sua geometria composta basicamente por elementos horizontais totalmente submersos (pontoons), pelo convés, e por elementos verticais que cruzam a superfície livre (colunas), estes últimos ligando os pontoons ao convés. Tal geometria é eficaz para manter reduzidas as oscilações sob a ação de ondas, mormente o heave, bem como para prover flutuação, área de convés e estabilidade estática compatíveis com a missão. Neste trabalho aplicam-se modelos bastante simplificados para representação de características geométricas e dos atributos acima mencionados. De fato, pontoons e colunas são representados por trechos de cilindros, enquanto que as oscilações sob ondas são determinadas a partir de formulação semelhante à Equação de Morison. Tais modelos compõem um processo de otimização para determinar dimensões principais e proporções que satisfaçam certos requisitos quanto ao peso, à área de convés, à estabilidade estática e ao heave. Resultados numéricos para as oscilações sob ondas são confrontados com dados experimentais obtidos para plataformas em escala reduzida ensaiadas no canal de ondas do Laboratório de Engenharia Naval e Oceânica da EPUSP, observando-se boa aproximação. O processo de otimização é aplicado a situações descritas na literatura, chegando-se a resultados compatíveis com aqueles publicados, com a vantagem da simplicidade dos modelos analítico-numéricos aqui adotados. / Semi-submersible platforms, which are used as floating structures for oil production and exploration in deep waters, have their geometry composed basically of totally submerged horizontal elements (pontoons), the deck, and vertical elements that cross the free surface, these latter linking the pontoons to the deck. This geometry is efficient for keeping the oscillations due to wave excitation at small levels, specially the heave, as well to provide floatation, deck area and static stability compatible to the platform?s mission. In the present work, rather simplified models are applied for the representation of the geometric characteristics and of the other above mentioned attributes. In fact, pontoons and columns are represented by cylinders, and oscillations due to waves are determined by a formulation similar to Morison?s equation. These models take part in an optimization process for the determination of the main dimensions and proportions that satisfy certain requirements concerning weight, deck area, static stability and the heave. Numerical results for the oscillations due to waves are compared to experimental data obtained for scaled platforms tested in the wave channel of the Naval and Oceanic Engineering Laboratory of EPUSP, leading to reasonable approximations. The optimization process is applied to some cases described in the Literature, leading to results compatible with the published ones, but with the advantage of the simplicity of the analytic-numerical models here adopted.

The paper compares electricity production between the semi-submersible and the spar-buoy floating wind turbine systems under normal, stochastic and extreme wind conditions at Utsira Nord site located on the Norwegian continental shelf in the North Sea. The analysis of complex behavior of the floating wind turbine system and the fluid-structure interaction is performed in aero-servo-hydro-elastic code ASHES. The results indicate a slightly better energy performance of the semi-submersible than the spar in all load cases but one. The pitch and heave degrees of freedom are evaluated as the most relevant for the power output. It is shown that pitch and heave platform motions have smaller displacement in the semi-submersible floater than in the spar under average environmental conditions and at the rated wind speed operating range. The simulation also confirmed that the energy yield is very sensitive to the magnitude of the loads: the spar performed best under mild environmental conditions, while the semi-submersible was better under medium environmental conditions. Small difference in energy yield is attributed to the same baseline blade and external controller properties used for both floaters where generator torque was kept constant to limit the power excursions above the rated power. The method proposed under this paper has demonstrated that a good approximation of the energy performance of the floating wind turbine system can be performed in a fast and effective manner.

Um dos aspectos fundamentais do projeto estrutural de plataformas flutuantes para produção de petróleo no mar é a determinação dos carregamentos externos globais provenientes da ação das ondas sobre a estrutura da plataforma. A presente dissertação de mestrado apresenta uma proposta de procedimento destinado à determinação experimental, em tanque de provas, dos carregamentos estruturais globais atuantes em uma plataforma de exploração e produção de petróleo do tipo semi-submersível. O procedimento proposto envolve as seguintes etapas: especificação do tipo de esforço que se pretende medir; definição das condições de ensaio; definição da escala dos modelos; escolha do processo construtivo dos modelos; especificação do processo de medida dos esforços; definição dos equipamentos e instrumentos de medida experimental; especificação da matriz de ensaios; definição dos procedimentos de análise de resultados. Como exemplo de aplicação, o procedimento proposto foi empregado na avaliação dos esforços de Momento Fletor no Convés e Força de Separação nos Flutuadores de uma Plataforma Semi-submersível padrão, empregada para validação de resultados em tanques de prova. Os resultados obtidos foram comparados com os da literatura, mostrando uma boa aderência qualitativa e quantitativa. / One of the fundamental aspects in the structural design of floating platforms for oil production in the sea is the determination of the global structural loads induced by the wave-platform structure interaction. This master degree thesis proposes a procedure destined to the experimental determination, in a wave tank, of the global structural loads acting in an exploration and production semi-submersible oil platform. The proposed procedure involve the following stages: Specifying the kind of stress to be measured; definition of the test conditions; model scale definition; choosing the model building process; stress measurement process specification; definition of resources and instrumentation for experimental measurement; test matrix specification; results analysis procedure definition. As an application example, the proposed procedure was used in the bending moment stress evaluation on deck and split force on the pontoons of a standard semi-submersible oil platform, used for the results evaluation in wave tanks. The results obtained were compared with the literature, showing a good qualitative and quantitative adhesion.

Um dos aspectos fundamentais do projeto estrutural de plataformas flutuantes para produção de petróleo no mar é a determinação dos carregamentos externos globais provenientes da ação das ondas sobre a estrutura da plataforma. A presente dissertação de mestrado apresenta uma proposta de procedimento destinado à determinação experimental, em tanque de provas, dos carregamentos estruturais globais atuantes em uma plataforma de exploração e produção de petróleo do tipo semi-submersível. O procedimento proposto envolve as seguintes etapas: especificação do tipo de esforço que se pretende medir; definição das condições de ensaio; definição da escala dos modelos; escolha do processo construtivo dos modelos; especificação do processo de medida dos esforços; definição dos equipamentos e instrumentos de medida experimental; especificação da matriz de ensaios; definição dos procedimentos de análise de resultados. Como exemplo de aplicação, o procedimento proposto foi empregado na avaliação dos esforços de Momento Fletor no Convés e Força de Separação nos Flutuadores de uma Plataforma Semi-submersível padrão, empregada para validação de resultados em tanques de prova. Os resultados obtidos foram comparados com os da literatura, mostrando uma boa aderência qualitativa e quantitativa. / One of the fundamental aspects in the structural design of floating platforms for oil production in the sea is the determination of the global structural loads induced by the wave-platform structure interaction. This master degree thesis proposes a procedure destined to the experimental determination, in a wave tank, of the global structural loads acting in an exploration and production semi-submersible oil platform. The proposed procedure involve the following stages: Specifying the kind of stress to be measured; definition of the test conditions; model scale definition; choosing the model building process; stress measurement process specification; definition of resources and instrumentation for experimental measurement; test matrix specification; results analysis procedure definition. As an application example, the proposed procedure was used in the bending moment stress evaluation on deck and split force on the pontoons of a standard semi-submersible oil platform, used for the results evaluation in wave tanks. The results obtained were compared with the literature, showing a good qualitative and quantitative adhesion.

Orientador: Celso Kazuyuki Morooka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica e Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-04T17:58:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChampiFarfan_David_M.pdf: 3228003 bytes, checksum: 8b3ed290e87307aa0cc1afcdd9c2ecf3 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Na atualidade as descobertas de óleo a grandes profundidades no mar têm levado ao desenvolvimento de campos localizados numa profundidade aproximada de 3000m, sendo então o sistema de Riser Híbrido Auto-Sustentável uma alternativa atraente. O presente trabalho apresenta os modelos matemáticos que descrevem o comportamento estático e dinâmico de um riser vertical com bóia de sub-superfície nas direções in-line, que é a direção da onda e correnteza no mar, e a direção transversal, perpendicular à direção in-line. Apresentam-se também simulações numéricas em diferentes condições de onda e correnteza e o seu efeito combinado, assim como o estudo paramétrico para as principais variáveis que influenciam no comportamento dinâmico e estático / Abstract: Nowadays, the oil discoveries at big depths in the sea have taken to the development of fields located in an approach depth of 3000m, being the Self Standing Hybrid Riser an attractive alternative. The present work presents the mathematical models that describe the static and dynamic behavior of a Vertical riser with a subsurface buoy in the directions inline, that it is the direction of the wave and currents in the sea, and the transversal, that is perpendicular to the in-line direction. Numerical simulations in different conditions of wave and currents are also presented and its combined effect is studied, as well as the parametric study for the main variable that influences its dynamic and static behavior / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo