{"id":202727,"date":"2012-08-22T14:30:48","date_gmt":"2012-08-22T17:30:48","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=202727"},"modified":"2015-11-09T17:06:27","modified_gmt":"2015-11-09T19:06:27","slug":"los-retos-en-aguas-profundas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/los-retos-en-aguas-profundas\/","title":{"rendered":"Los retos en aguas profundas"},"content":{"rendered":"

\"170-173_Petroleo<\/a>Desde hace m\u00e1s de tres d\u00e9cadas, ingenieros de diversas universidades e institutos de investigaci\u00f3n de Brasil toman parte en un esfuerzo coordinado por el Centro de Investigaciones de Petrobras (Cenpes) para desarrollar las tecnolog\u00edas que hacen posible que la empresa explote petr\u00f3leo en aguas cada vez m\u00e1s profundas. Mientras que en la d\u00e9cada de 1980 el desaf\u00edo consist\u00eda en llegar a reservas ubicadas por debajo de los mil metros de l\u00e1mina de agua en la cuenca de Campos, Petrobras actualmente logra explotar en forma segura los reservorios de la llamada capa presal en la cuenca de Santos, en profundidades de hasta 3 mil metros de l\u00e1mina de agua. Ese avance llev\u00f3 a que Brasil llegase a la autosuficiencia de petr\u00f3leo en 2005. La producci\u00f3n actual llega casi a los 3 millones de barriles diarios, y m\u00e1s del 80% proviene de reservas mar\u00edtimas, con la expectativa de superar los 6 millones barriles diarios en 2020.<\/p>\n

Entre los problemas que la empresa debi\u00f3 resolver para llegar al liderazgo mundial en explotaci\u00f3n mar\u00edtima de petr\u00f3leo, uno de los m\u00e1s instigadores consisti\u00f3 en hallar soluciones para que sus buques plataforma y plataformas semisumergibles no se desplazasen mientras extra\u00edan petr\u00f3leo del fondo del mar, aun sujetos a fuertes vientos, olas y corrientes. Otro problema cr\u00edtico consisti\u00f3 en optimizar la tecnolog\u00eda que impide que las largas y delgadas tuber\u00edas que llevan el crudo y el gas del pozo en el fondo del mar hasta la plataforma, los llamados risers<\/em>, se rompan debido a las vibraciones provocadas por las corrientes submarinas.<\/p>\n

Para contemplar estas demandas de Petrobras, a mediados de los a\u00f1os 1990, ingenieros de la Escuela Polit\u00e9cnica (Poli) de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) se organizaron alrededor de dos Proyectos Tem\u00e1ticos apoyados por la FAPESP. Investigadores que antes trabajaban en forma independiente unieron fuerzas y fundaron laboratorios que en la actualidad son referencias internacionales en ingenier\u00eda offshore<\/em>. \u201cLos grupos implicados en esas investigaciones cuentan con el reconocimiento de la industria de petr\u00f3leo y gas de todo el mundo y a menudo toman parte en investigaciones que generan innovaciones y patentes\u201d, afirma Luiz Levy, gerente de tecnolog\u00eda de optimizaci\u00f3n de operaciones y log\u00edstica del Cenpes.<\/p>\n

Coordinado por Hernani Brinati, del Departamento de Ingenier\u00eda Naval y Oce\u00e1nica de la Poli, el proyecto intitulado \u201cM\u00e9todos de din\u00e1mica no lineal aplicados al proyecto y al an\u00e1lisis de sistemas de anclaje\u201d congreg\u00f3 entre 1998 y 2004 a una decena de investigadores de la Poli, del Instituto de F\u00edsica y del Instituto de Matem\u00e1tica y Estad\u00edstica de la USP, adem\u00e1s del Instituto de Investigaciones Tecnol\u00f3gicas (IPT). Su objetivo consisti\u00f3 en investigar c\u00f3mo podr\u00edan emplearse herramientas matem\u00e1ticas avanzadas \u2013los m\u00e9todos de din\u00e1mica no lineal\u2013 para crear modelos que permitiesen simular el comportamiento de futuros proyectos de plataformas ancladas en alta mar, de manera tal de plantear mejoras en los proyectos de construcci\u00f3n. \u201cPretend\u00edamos abordar problemas de ingenier\u00eda relevantes para el pa\u00eds, pero desde un punto de vista m\u00e1s conceptual\u201d, recuerda Brinati.<\/p>\n

\"170-173_Petroleo<\/a>En Brasil, el uso de plataformas fijas, de acero o de hormig\u00f3n apoyadas sobre el lecho submarino, no es factible en la mayor\u00eda de los pozos petrol\u00edferos, que se encuentran debajo de l\u00e1minas de agua con profundidad superior a los mil metros. La alternativa es usar las estructuras flotantes que se conocen con la sigla FPSO (unidades flotantes de producci\u00f3n, almacenamiento y descarga, en ingl\u00e9s), mantenidas arriba del pozo mediante un sistema de cables y amarras sujetas al suelo submarino con anclas y estacas.<\/p>\n

\u201cDe no estar bien posicionada la plataforma, puede ocurrir un desastre\u201d, explica Celso Pesce, de la Poli, uno de los responsables del proyecto ligado a los experimentos en escala reducida que verificaron el comportamiento din\u00e1mico y la estabilidad de los sistemas de amarre, y que consolidaron el Laboratorio de Interacci\u00f3n Fluido-Estructura y Mec\u00e1nica Offshore<\/em> de la Poli. \u201cSi se mueve debido a una falla en el sistema de amarre, los risers<\/em> se rompen y se interrumpe la producci\u00f3n, con la consiguiente contaminaci\u00f3n del medio ambiente.\u201d<\/p>\n

El sistema de amarras m\u00e1s tradicional es el de tipo torreta, que ya fue predominante en la cuenca de Campos y que hoy en d\u00eda es m\u00e1s usado en FPSOs realizando test de prospecci\u00f3n de larga duraci\u00f3n. Con este sistema, las decenas de amarras se conectan en la torreta, un eje vertical \u00fanico de 10 metros de di\u00e1metro que traspasa el buque, alrededor del cual puede girar la embarcaci\u00f3n. Cuanto m\u00e1s cerca queda el eje de la secci\u00f3n media, m\u00e1s f\u00e1cilmente se alinea el FPSO con la direcci\u00f3n de la corriente, sin que se produzcan movimientos inestables. Por otro lado, cuanto m\u00e1s lejos queda el eje de la popa, m\u00e1s movimiento le impone el buque al sistema de risers<\/em>. Uno de los problemas que los investigadores estudiaron fue cual ser\u00eda la posici\u00f3n ideal de la torreta que asegurar\u00eda al mismo tiempo la estabilidad de la embarcaci\u00f3n y la integridad de los risers<\/em>.<\/p>\n

La alternativa al sistema de torreta consiste en esparcir las amarras por toda la superficie de la embarcaci\u00f3n. En los a\u00f1os 1990, investigadores de Petrobras desarrollaron un nuevo sistema de amarre disperso, el Dicas (sigla en ingl\u00e9s de sistema de anclaje de tensionado diferenciado), en el cual se emplean cables de materiales de distinta rigidez (acero o poli\u00e9ster, por ejemplo), distribuidos alrededor de la plataforma, de acuerdo con las direcciones de los vientos y de las corrientes de la regi\u00f3n del pozo. \u201cNuestras investigaciones de ese per\u00edodo contribuyeron para la adopci\u00f3n del sistema Dicas, como as\u00ed tambi\u00e9n al uso de cable de poli\u00e9ster: esto empez\u00f3 en Brasil pero actualmente se los emplea en todo el mundo\u201d, recuerda Kazuo Nishimoto, el responsable del proyecto de implementaci\u00f3n de modelos matem\u00e1ticos en simulaciones computacionales.<\/p>\n

Estas simulaciones pioneras dieron origen a un proyecto ambicioso, el Tanque de Pruebas Num\u00e9rico (TPN), coordinado por Nishimoto y con la participaci\u00f3n de investigadores de Petrobras, el IPT, la USP, la UFRJ y otras universidades brasile\u00f1as. Las simulaciones computacionales cada vez m\u00e1s sofisticadas que cre\u00f3 el grupo del TPN fueron esenciales para el proyecto de las plataformas brasile\u00f1as, desde la semisumergible P-18, inaugurada en 1994, hasta el FPSO reci\u00e9n construido P-73, toda vez que es imposible construir tanques de agua del tama\u00f1o necesario como para simular perfectamente las condiciones de aguas profundas.<\/p>\n

Albergado desde 2010 en un edificio en la Poli construido con fondos de la Finep y de Petrobras, el TPN desarrolla simulaciones de casi todas las operaciones petrol\u00edferas offshore<\/em> en un cluster<\/em> de computadoras miles de veces m\u00e1s r\u00e1pido que una \u00fanica computadora convencional y que se visualizan en una sala de realidad virtual. Como no todas las condiciones mar\u00edtimas pueden reproducirse mediante c\u00e1lculos, el TPN cuenta tambi\u00e9n con un tanque de agua con generadores de ondas, vientos y corrientes, que ayudan a \u201ccalibrar\u201d las simulaciones computacionales.<\/p>\n

La vibraci\u00f3n con v\u00f3rtices
\n<\/strong>Otro Proyecto Tem\u00e1tico de la FAPESP, coordinado por Jos\u00e9 Aranha, del Departamento de Ingenier\u00eda Mec\u00e1nica de la Poli, abord\u00f3 un problema que sigue desafiando a ingenieros, f\u00edsicos y matem\u00e1ticos de todo el mundo, y cuyo impacto econ\u00f3mico en la explotaci\u00f3n del petr\u00f3leo mar\u00edtimo es incalculable: el fen\u00f3meno de la vibraci\u00f3n inducida por v\u00f3rtices (VIV). Vigente de 1995 a 1999 y renovado entre 2002 y 2006, los proyectos apuntaron a estudiar el efecto de la VIV en las estructuras de las plataformas petrol\u00edferas, especialmente en los risers<\/em>, mediante el an\u00e1lisis de las ecuaciones de hidroelasticidad, simulaciones computacionales de soluciones de dichas ecuaciones y experimentos en escala reducida. Colaboraron investigadores de la USP, el IPT y Petrobras, como as\u00ed tambi\u00e9n de la Universidad Cornell, en Estados Unidos, del Imperial College y de la Universidad de Southampton, Reino Unido, y del Centro Aeroespacial Alem\u00e1n.<\/p>\n

\"Un

PROF. DR. GUSTAVO R. S. ASSI<\/span><\/a> Un experimento en el tanque de agua recirculante de la Poli-USP muestra mediante el empleo de luz l\u00e1ser el desprendimiento de v\u00f3rtices en la corriente al pasar por un cilindroPROF. DR. GUSTAVO R. S. ASSI<\/span><\/p><\/div>\n

\u201cLa VIV es uno de los pocos fen\u00f3menos de din\u00e1mica de fluidos que a\u00fan no han sido totalmente comprendidos\u201d, afirma Pesce, quien tambi\u00e9n colabor\u00f3 con ese proyecto. Para visualizar lo que es la VIV, hay que imaginarse unos tubos verticales de 25 cent\u00edmetros de di\u00e1metro y 2.500 metros de longitud, sumergidos en el agua, como lo son efectivamente los risers<\/em> que penden de una plataforma situada en alta mar. Cuando una corriente pasa por el tubo, el flujo de agua a su alrededor forma una serie de v\u00f3rtices tubulares, que se desprenden uno a cada lado del tubo en forma alternada.<\/p>\n

Las diferencias de presi\u00f3n ocasionadas por la emisi\u00f3n de los v\u00f3rtices producen complejas fuerzas oscilatorias que inducen vibraciones en el tubo, un movimiento ca\u00f3tico y turbulento, cuya determinaci\u00f3n no es para nada trivial. El problema real de la VIV en los risers<\/em> es todav\u00eda m\u00e1s complicado, pues esas tuber\u00edas est\u00e1n sujetas a la acci\u00f3n de las corrientes mar\u00edtimas superficiales y de fondo cruzadas, adem\u00e1s de sufrir las oscilaciones de la plataforma. Tanto las simulaciones computacionales como los ensayos experimentales todav\u00eda no logran captar todos los aspectos del fen\u00f3meno.<\/p>\n

Si la VIV no es suprimida, la fatiga mec\u00e1nica provocada puede terminar por romper los risers<\/em>. Para impedirlo, la soluci\u00f3n comercial m\u00e1s com\u00fan son los strakes<\/em>, una especie de armadura que envuelve a cada riser<\/em> con una serie de placas que forman una h\u00e9lice a lo largo de la tuber\u00eda. Aunque realmente aten\u00faen la VIV, la instalaci\u00f3n de los strakes<\/em> por todas las tuber\u00edas es compleja y responde por la mitad del costo del sistema de risers<\/em>, que puede llegar a 500 millones de d\u00f3lares (casi tanto como la propia plataforma). Asimismo, los strakes<\/em> aumentan la fuerza de arrastre de las aguas en los risers<\/em>, lo que exige una estructura m\u00e1s robusta para sostenerlos. Por ende, el objetivo a largo plazo de los investigadores consiste en hallar soluciones que reduzcan cada vez m\u00e1s el uso de los strakes<\/em> o los reemplacen completamente.<\/p>\n

Los recursos del proyecto les permitieron a Aranha y a sus colegas equipar al N\u00facleo de Din\u00e1mica de Fluidos (NDF) de la Poli con clusters<\/em> de computadoras y construir un tanque de agua recirculante, id\u00e9ntico a uno que hay en el Imperial College, donde se observan la VIV y otros fen\u00f3menos mediante haces de laser y c\u00e1maras de alta definici\u00f3n que capturan la din\u00e1mica de modelos reducidos de cables y tubos y su interacci\u00f3n con el agua en movimiento. \u201cNos ubicamos entre los diez grupos m\u00e1s activos del \u00e1rea en el mundo\u201d, afirma J\u00falio Meneghini, experto en din\u00e1mica de fluidos computacional y experimental, adem\u00e1s de coordinador del NDF.<\/p>\n

Seg\u00fan Meneghini, las investigaciones del proyecto tem\u00e1tico han generado mejoras en la descripci\u00f3n de la VIV, que se incorporaron en los software<\/em> de an\u00e1lisis de risers<\/em> de Petrobras. Las conclusiones tambi\u00e9n redundaron en alrededor de 50 art\u00edculos cient\u00edficos publicados en revistas internacionales de alto impacto, aparte de tres pedidos de patentes de mecanismos de atenuaci\u00f3n de VIV.<\/p>\n

Los proyectos<\/strong>
\n1<\/strong>. M\u00e9todos de din\u00e1mica no lineal aplicados al proyecto y el an\u00e1lisis de sistemas de anclaje (n\u00ba 1996\/12284-6<\/a>) (1998-2003);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Proyecto tem\u00e1tico; Coordinador\u00a0<\/strong>Hernani L. Brinati \u2013 USP;\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 250.128,69
\n2.<\/strong> Vibraci\u00f3n inducida mediante la emisi\u00f3n de v\u00f3rtices en estructuras mar\u00edtimas y oce\u00e1nicas (n\u00ba 1994\/03528-3<\/a>) (1995-1999);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Proyecto tem\u00e1tico; Coordinador\u00a0<\/strong>Jos\u00e9 A. P. Aranha \u2013 USP;\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 132.336,72
\n3.<\/strong> Vibraci\u00f3n inducida mediante v\u00f3rtices (VIV) en estructuras mar\u00edtimas y oce\u00e1nicas (n\u00ba 2001\/00054-6<\/a>) (2002-2006);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Proyecto tem\u00e1tico;\u00a0Coordinador <\/strong>Jos\u00e9 A. P. Aranha \u2013 USP;\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 1.753.819,04<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico
\n<\/em>MENEGHINI, J. R. et al<\/em>. Numerical Simulation of Flow Interference between two Circular Cylinders in Tandem and Side-by-side arrangements<\/a>. Journal of Fluids and Structures<\/strong>. v. 15, n. 2, p. 327-350, 2001.<\/p>\n

De nuestro archivo
\n<\/strong>M\u00e1s petr\u00f3leo en alta mar<\/a> –\u00a0<\/em>Edici\u00f3n n\u00ba 68 \u2013 septiembre de 2001<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Estudios sirven de apoyo a los avances en la explotaci\u00f3n petrolera en alta mar","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[1574],"tags":[296,297,321],"coauthors":[103],"class_list":["post-202727","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-especial-es","tag-energia-es","tag-ingenieria","tag-oceanografia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/202727","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=202727"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/202727\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=202727"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=202727"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=202727"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=202727"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}