Navegando por Autor "Pinto, Waldir Terra"

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An experimental investigation by towing tank on VIV of a long flexible cylinder for deepwater riser application
(Springer, 2013) Jijun, Gu; Vitola, Marcelo Araujo; Coelho, Jairo Fernando de Lima; Pinto, Waldir Terra; Duan, Menglan; Levi, Carlos
In this study, the dynamic response of a vertical flexible cylinder vibrating at low mode numbers with combined x-y motion was investigated in a towing tank. The uniform flow was simulated by towing the flexible cylinder along the tank in still water; therefore, the turbulence intensity of the free flow was negligible in obtaining more reliable results. A lower branch of dominant frequencies with micro vibration amplitude was found in both cross-flow and in-line directions. This justifiable discrepancy was likely caused by an initial lock-in. The maximum attainable amplitude, modal analysis and x-y trajectory in cross-flow and in-line directions are reported here and compared with previous literature, along with some good agreements and different observations that were obtained from the study. Drag and lift coefficients are also evaluated by making use of a generalized integral transform technique approach, yielding an alternative method to study fluid force acting upon a flexible cylinder.
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Análise de vida útil à fadiga de um modelo de tendão de uma torre eólica offshore TLP
(2024) Rosa, Igor Almeida da; Pinto, Waldir Terra
Atualmente, a sociedade atravessa uma transição energética significativa, migrando dos hidrocarbonetos para fontes de energia de baixa emissão. Neste contexto, a energia eólica offshore tem se mostrado uma das fontes de energia renovável mais atrativas, pois possui vantagens como não disputar espaço com instalações habitacionais, espaço abundante para implementação e ventos mais fortes e constantes. Entretanto, são necessárias linhas de transmissão mais extensas e robustas e sua manutenção e projeto requerem geralmente maior expertise. Portanto, visando contribuir com a matriz de energias renováveis, faz-se necessária a pesquisa acerca da análise e otimização estrutural para potencialização da eficiência e redução de custos de instalação e operação de fazendas eólicas offshore, sobretudo as flutuantes. Ademais, avaliar o comportamento dinâmico desses sistemas é fundamental para garantir sua integridade estrutural e elevar sua longevidade. Um dos modos de falha mais frequentes ocorre por fadiga, que ocorre nos estágios de formação da trinca, propagação da trinca e, finalmente, ruptura. Esse fenômeno pode ocorrer por variação de tensões que, no ambiente offshore, podem se desenvolver pela ação de forças de onda e vibrações induzidas por vórtices. Neste contexto, o presente estudo investiga os pontos críticos e vida útil à fadiga em tendões de amarração de torres eólicas flutuantes do tipo TLP (Tension-Leg Platform) submetidas a ação de ondas regulares através de uma campanha experimental realizada no canal de ondas do Laboratório de Interação Fluido Estrutura (LIFE/FURG). A campanha consistiu em nove períodos de onda para cada uma das cinco pré- trações impostas, totalizando quarenta e cinco experimentos. A vida útil em ciclos foi estimada através de curvas S-N para aços de alto desempenho em ambiente marinho e livres de corrosão. Os resultados experimentais sugeriram maior suscetibilidade à fadiga em menores períodos de onda. As maiores concentrações de tensão foram verificadas na região mais próxima ao fundo, mesmo com condição de vinculação articulada na extremidade inferior. Os maiores níveis de carga axial induziram a menores danos acumulados por fadiga nas regiões próximas ao fundo. Contudo, elevaram os danos acumulados em regiões próximas ao topo. O dano total acumulado foi contabilizado através da lei de Miner. O comportamento dinâmico do tendão foi avaliado através de uma análise paramétrica realizada em um modelo numérico desenvolvido em MATLAB por intermédio do método dos elementos finitos. Os resultados demonstraram que, para o período de onda de 1,08 segundos e carga axial inicial de 44,7N, a interação onda-tendão foi dominada pelas componentes inerciais de força, o que é coerente para a faixa de número de Keulegan-Carpenter. O modelo numérico se mostrou eficiente na análise dinâmica do tendão, reproduzindo um padrão de deslocamentos semelhante ao sinal obtido durante os experimentos para as mesmas condições e posição. Em ambas as abordagens, foram identificadas superharmônicas nos sinais que sugerem a presença do fenômeno dinâmico springing. Maiores análises são necessárias para a confirmação deste fenômeno. Esta pesquisa é significativa pois abrange uma análise do impacto de fenômenos hidrodinâmicos na vida útil à fadiga de materiais utilizados na fabricação de tendões de torres eólicas flutuantes. Os resultados aqui apresentados visam contribuir para o desenvolvimento de elementos estruturais, tecnologias de fabricação e otimização estrutural no contexto de energias renováveis no mar.
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Caracterização geotécnica dos solos finos do leito marinho na Praia do Cassino - RS
(2018) Remde, Míriam Zanol; Pinto, Waldir Terra; Fagundes, Diego de Freitas
A praia do Cassino frequentemente apresenta ocorrência de lama em sua orla, sendo a origem desse material amplamente discutida pela comunidade local. O projeto “Programa de Monitoramento do Sítio de Despejo e Área adjacente do Material Dragado do Canal de Acesso ao Porto de Rio Grande” está desenvolvendo trabalho de pesquisa no sentindo de verificar a origem destes sedimentos que surgem na praia. Durante o monitoramento foram coletadas amostras de sedimento em diferentes pontos de controle. A coleta de amostras foi feita pela equipe formada por integrantes do Laboratório de Oceanografia Geológica (LOG) do Instituto de Oceanografia e do Laboratório de Engenharia Costeira (LEC) da Escola de Engenharia em um dos cruzeiros oceanográficos do projeto de monitoramento. Foram coletadas amostras deformadas e indeformadas entre as cotas batimétricas de 5 m e 10,5 m. As amostras deformadas foram analisadas pelo LEC e as indeformadas foram utilizadas para o desenvolvimento deste trabalho. O objetivo desta dissertação é a caracterização geotécnica e geomecânica dos solos finos do fundo marinho da praia do Cassino, afim de colaborar para o entendimento da deposição e origem destes sedimentos. Para atingir este objetivo, foram executados ensaios para determinação dos índices físicos, curva granulométrica, limites de consistência, determinação da resistência não drenada, parâmetros de compressibilidade, teor de matéria orgânica e definição da mineralogia das 12 amostras indeformadas de solos finos estudadas. As amostras foram classificadas pelo diagrama de Shepard (1954) como argilas siltosas. Pela metodologia SUCS, os solos foram classificados como argilas muito plásticas e argilas siltes orgânicos ou altamente plásticos. O limite de liquidez apresentou valores entre 61% à 85%, com média igual a 73% e para o limite de plasticidade, valor máximo foi 45% e mínimo 21%, com média igual a 31%. Os valores médios de s (peso específico real dos grãos), nat (peso específico natural) e índice de vazios foram 25,73 kN/m3, 13,27 kN/m3 e 4,06 respectivamente. As amostras se encontravam saturadas e com umidade natural entre 129,96% e 213,88%, com apenas um ponto com valores distintos de grau de saturação e umidade. As curvas resultantes dos ensaios de adensamento indicaram solos normalmente adensados. Todas as amostras apresentaram a mesma mineralogia, sendo compostas por quartzo, k- feldspato, muscovita, ilita, caulinita e esmectita.
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Construção de um canal circular rotativo para ensaios hidrodinâmicos
(2014) Arpino, Claudemar Rodrigues; Pinto, Waldir Terra
O estudo da hidrodinâmica de estruturas esbeltas se constitui em um problema complexo de interação fluido e estrutura. A complexidade do problema aumenta significativamente para o caso de estruturas rombudas submetidas aos regimes de escoamento para os quais há a separação da camada limite. Nestes casos, o problema pode ser abordado a partir do emprego combinado de técnicas analíticas, numéricas e de experimentais. Os estudos experimentais sobre a hidrodinâmica de estruturas rombudas com alta razão de aspecto λ, consiste em expor a estrutura a um escoamento que produza velocidade relativa entre o fluido e a estrutura. Esta velocidade relativa é controlada durante a observação e pode ser obtida a partir do escoamento de um fluido sobre uma estrutura estacionária ou pela movimentação da estrutura em um fluido em repouso. O ideal, então, seria o desenvolvimento de um dispositivo de produção de escoamento relativo que combinasse as vantagens de baixa intensidade de turbulência, ocupasse pouco espaço físico, para o qual a instrumentação possa ser fixada e que não haja limitação de tempo para realização do ensaio. Na busca de uma solução com a maioria das vantagens mencionadas, este trabalho apresenta um estudo da utilização de um canal circular no qual a velocidade relativa entre o fluido e a estrutura é produzida pela rotação uniforme do canal e manutenção da posição dos modelos da estrutura e da instrumentação de teste. O princípio de funcionamento do canal baseia-se no efeito difusivo das forças viscosas que produzirá um regime permanente segundo o qual o escoamento corresponde ao movimento de corpo rígido do fluido. A viabilidade do dispositivo foi avaliada, mediante a construção de um modelo físico. Os resultados indicam a viabilidade do dispositivo para ensaios hidrodinâmicos.
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Desenvolvimento de uma instalação experimental para estudo de fenômenos de interação fluido-estrutura
(2008) Coelho, Jairo Fernando de Lima; Pinto, Waldir Terra
O estudo experimental de problemas de interação fluido-estrutura é de fundamental importância para o entendimento dos processos dinâmicos envolvidos. Esses processos podem ser bastante complexos em função da alta não-linearidade do problema, especialmente para os casos em que o acoplamento entre a dinâmica do fluido e a dinâmica da estrutura é forte, ou para casos em que ocorram instabilidades dinâmica tanto no fluido quanto na estrutura. O estudo experimental de fenômenosde interação fluido-estrutura necessita de instalações de laboratório capazes de impor movimento relativo entre o fluido e a estrutura. Neste contexto, nesta dissertação apresentam-se o projeto, a construção e a avaliação de um canal de reboque otimizado para o estudo da interação fluido-estrutura em corpos rombudos cilíndricos de alta razão de aspecto. A instalação consiste de um canal de 16 m de comprimento com seção transversal 0,71m de largura por 0,79 m de altura e de uma plataforma de reboque para movimento da estrutura sobre o fluido. Além do movimento retilíneo, a plataforma de reboque é capaz de impor, simultaneamente, movimentos oscilatórios em até dois grupos de estruturas de forma independente. Esta capacidade permite o estudo da influência da amplitude, da freqüência e da fase do movimento oscilatório na interação entre o fluido e as estruturas. A dissertação contém uma discussão sobre a formulação geral dos problemas de interação fluido-estrutura e os principais parâmetros adimensionais relevantes. São tratados os problemas específicos da instalação experimental tais como especificação dos parâmetros hidrodinâmicos, projeto das estruturas de suporte do canal e da plataforma de reboque, o projeto mecânico da plataforma de reboque e uma breve descrição do sistema de controle dos movimentos da plataforma, bem como apresentam-se a descrição dos ensaios de avaliação de desempenho do sistema e a discussão dos resultados. Finalmente, a dissertação apresenta as conclusõesdos aspectos construtivos e capacidade da instalação em uma faixa do número de Reynolds, bem como as sugestões para trabalhos futuros.
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Hidrodinâmica de cilindros perfurados sujeitos a um escoamento uniforme transversal
(2014) Kubelka, Bruno Galler; Pinto, Waldir Terra
Assim como em grande parte das estruturas oceânicas, como plataformas, pontes, estações de geração de energia eólica, de correntes e de ondas, as estruturas de cultivo submerso conhecidas como linhas de suspenção, são compostas por elementos cilíndricos. O estudo da interação fluido estrutura de cilindros lisos e rugosos foi extensivamente desenvolvido durante décadas. Desta maneira, regimes do escoamento ao redor destes cilindros já estão bem estabelecidos. No entanto, quando tratamos de cilindros com furos, ou seja, permeáveis há pouca literatura existente. Neste caso a interação fluido estrutura não acontece apenas na interface, mas também no interior do domínio sólido. No presente estudo se utilizou ensaios experimentais e simulações computacionais para avaliar o comportamento destes cilindros perfurados em Números de Reynolds na ordem de 4 10 . Em um tanque de água se deslocou uma plataforma onde cilindros e instrumentos de monitoramento do comportamento do fluido e da estrutura foram fixados. Na simulação computacional o cilindro foi mantido fixo e se estabeleceu condições iniciais e de contorno no domínio numérico que simulavam no contorno de entrada um escoamento uniforme. O programa STAR-CCM+ resultou também em informações do comportamento do fluido e da estrutura. Experimentalmente observou-se uma redução na amplitude oscilação das forças hidrodinâmicas e também uma redução nos valores respectivos máximos com o aumento do parâmetro de permeabilidade. O coeficiente de arrasto numérico se mostrou mais coerente com a literatura pesquisada se comparado com o experimental. Em ambos os resultados, numérico e experimental, o coeficiente de sustentação de raiz média quadrática se mostrou coerente e sugeriu-se uma mitigação do fenômeno de VIV na presença de furos no cilindro. Outra observação interessante foi a mudança para mais a jusante da formação de vórtices no cilindro com perfurações.
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Investigação sobre a resposta estrutural local induzida pela batida de proa numa embarcação monocasco de semiplaneio
(2016) Alonso, Fabio da Rocha; Pinto, Waldir Terra
A busca pela modernização do sistema de propulsão de embarcações de alta velocidade, através da substituição de sua motorização, acarreta normalmente em novos regimes de velocidades superiores aos valores definido nos projetos originais. Logo, surgirão novos valores de esforços hidrodinâmicos sobre o casco da embarcação. Esses esforços dependem do tipo de geometria do casco e do regime hidrodinâmico da embarcação. Esforços induzidos por slamming, ou batida de proa, têm potencial para causar falhas na estrutura da embarcação como resultado da elevada magnitude das cargas locais e das vibrações induzidas pelo impacto do casco, que podem levar à fadiga do material. Em vista disto, o presente trabalho busca realizar uma análise estrutural do casco de uma embarcação submetida a uma carga estática majorada da pressão de slamming, através de um estudo de caso, em que uma embarcação monocasco em regime de semiplaneio, tem sua velocidade máxima de avanço aumentada de 18 para 27 nós. A análise estrutural é realizada através da modelagem computacional do casco em elementos de pórtico 3D, simulando a estrutura secundária. A carga de slamming é aplicada na região de impacto, e as condições de vinculação da estrutura são variadas visando determinar a condição crítica para a resposta estrutural. Após a identificação da condição crítica para a estrutura secundária, um modelo subestruturado é construído a partir da combinação da estrutura secundária global com a estrutura terciária na região de impacto, onde se emprega elementos finitos de casca. Nas simulações realizadas neste modelo foram utilizadas as condições críticas de carga e vinculação definidas no modelo de elementos de pórtico tridimensionais. Os parâmetros de avaliação das análises, bem como a definição da pressão de slamming, basearam se nos critérios de validação estabelecidos pela Sociedade Classificadora DNV, que define o critério de Von Mises como critério de falha, sendo que o comportamento estrutural estático dos modelos foi obtido utilizando-se o Método de Elementos Finitos, auxiliado pelo software comercial ABAQUS. Os resultados apontam para a eficiência do modelo computacional adotado e indicam que a embarcação em estudo permite a mudança de velocidade no que tange aos esforços induzidos pela batida de proa.
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Um modelo para simulação de ensaios oedométricos pelo método dos elementos finitos
(2006) Moreira, Maicon Soares; Pinto, Waldir Terra; Dias, Claudio Renato Rodrigues
Ensaios oedométricos são freqüentemente utilizados no âmbito da Mecânica dos Solos. Podem ser usados para investigações de compressão e expansão do solo ou adensamento. A popularidade destes ensaios está ligada à sua simplicidade de realização bem como ao fato das condições de deformação serem similares às encontradas em problemas reais. Este trabalho apresenta um modelo acoplado de adensamento baseado no método dos elementos finitos para casos com simetria axial dando ênfase à simulação de ensaios oedométricos. O modelo utiliza elementos isoparamétricos e considera linearidade física. Do ponto de vista geométrico, a não-linearidade é considerada através de um processo de atualização da malha de elementos finitos. Primeiramente, realizou-se uma calibração do modelo através do ajuste dos parâmetros do solo em função de resultados obtidos em ensaios realizados em laboratório. O trabalho apresenta simulações de situações com ou sem a consideração da não-linearidade geométrica. Os resultados mostram a influência da nãolinearidade e a viabilidade do uso do modelo na previsão do comportamento do solo para diversas situações de campo bem como para a realização de análises rápidas com variação dos parâmetros do solo.
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Simulação computacional do acidente com o navio tanque Bahamas no Porto de Rio Grande
(2004) Pereira, Régis da Silva; Pinto, Waldir Terra; Niencheski, Luis Felipe Hax; Vitola, Marcelo Araujo
Em agosto de 1998, o navio tanque Bahamas aportou em Rio Grande transportando ácido sulfúrico concentrado. Devido a problemas operacionais, a água inundou os tanques misturando-se com o ácido, produzindo uma mistura ácida, que em contato com o metal do navio gerou gases e risco de explosão. A alternativa encontrada foi permitir que o ácido fosse descarregado de forma controlada no canal do Porto. As simulações utilizando o modelo Delft3D foram feitas para condições semelhantes ao acidente (regime de vazante), nas quais o modelo apresentou resultados semelhantes ao observado, onde as altas descargas fizeram com que o ácido fosse carregado para o oceano. Quando foi aplicado o regime de enchente, o modelo mostra que o ácido ficaria na região espalhando-se para regiões interiores da lagoa. Portanto, se na época doacidente o regime fosse de enchente, o ácido poderia atingir regiões ecologicamente mais frágeis, trazendo graves prejuízos ao sistema