Elaboración de un programa computacional para la determinación de los coeficientes hidrodinámicos de un cuerpo rígido flotante

Abstract

El presente trabajo está relacionado con la exploración y producción de gas natural y petróleo en regiones Costa Afuera, Para conocer el comportamiento que presentan las estructuras Costa Afuera, se determinan los movimientos ocasionados por el oleaje y condiciones externas a estas, y es a través del estudio de las cargas ocasionadas por dicho oleaje que se obtienen los movimientos de dichas estructuras en función del tiempo. Existen varios tipos de cargas, en este trabajo sólo se prestará atención a las hidrodinámicas. Como el cálculo de ellas resulta muy complicado, se acostumbra realizar un análisis en el dominio de frecuencia, que al superponerse con estudios donde se considera la variable tiempo, permiten determinar los movimientos que presenta el cuerpo rígido en estudio. En el análisis realizado en el dominio de frecuencia, se calculan los llamados coeficientes hidrodinámicos por dos métodos: la Teoría Potencial de Tasai y la Teoría de la Fuente Pulsante de Frank, ambas teorías, sólo válidas para el caso de dos dimensiones. Como los cálculos en ambas teorías son extensos y complejos, es indispensable el computador como herramienta. Se desarrollaron programas en el lenguaje Fortran 90 para obtener los resultados. Se compararon los resultados obtenidos por ambos métodos, con la finalidad de validar los programas desarrollados. Los resultados no fueron semejantes, por lo que se hicieron validaciones posteriores con estudios reportados en la literatura. Se utilizaron programas para verificar paso a paso las operaciones numéricas contenidas en los programas computacionales desarrollados a lo largo de este trabajo.

This work stems from the need the country has to increase relevant knowledge regarding the Offshore exploration and production of oil and natural gas, which are very complicated operations. The motions of an Offshore structure must be previously determinated in order to understand its dynamic behavior, caused by wave loads. There are several types of wave loads, in this work special attention will be given only to the hydrodynamic loads. Since the determination of these loads is very complicated, the analysis is divided into a frequency domain study and a study where the time is taken into account. After performing both studies, the motions of the floating rigid body under revision can be determinated. From the frequency domain analysis, the so-called hydrodynamic coefficients can be obtained, which are the main subject of this research. These coefficients are obtained by using two methods: Potential Theory of Tasai and the Frank Close-Fit Method. Since the calculations involved in both theories are complex, it becomes necessary using the computer as a tool. The programming language chosen to write the software was Fortran 90 Comparisons were made between the results obtained from the most common two-dimensional methods for the evaluation of the hydrodynamic coefficients. Special attention was given to the conformal transformation method and to the parameters which influence its accuracy. The results were also compared with the Frank Close-Fit Method. Since the values obtained were not congruent with each other, subsequent validations were made with other studies reported in literature. The wxMaxima 0.7.1 software was also used in order to verify step by step numerical operations contained in the computer programs developed in this work.