Análise Fluidodinâmica de heliporto é o foco deste estudo, que mostra como o escoamento de ar e a exaustão de gases afetam a segurança das operações de pouso offshore. A partir de simulações CFD, o texto a seguir revela riscos importantes e explica por que entender o comportamento do vento ao redor do helideque faz diferença no planejamento e na operação das aeronaves.

1. impacto de los gases de escape en las operaciones de desembarco en alta mar

As operações offshore de exploração e produção de petróleo necessitam de transporte por meio de aeronaves de asa rotativa. Em especial, a fase mais crítica da operação destas aeronaves é o pouso sobre as embarcações offshore. Para esse tipo de operação, quando o helideque é situado na popa, próximo da saída de ar aquecido dos motores de propulsão da embarcação, a sustentação é reduzida.

Além disso, no caso de plataformas de produção do tipo FPSO (Floating Production Storage and Offloading), as estruturas existentes no deck (topside) são compostas por módulos diversos, como compressores, bombas, geradores, entre outros equipamentos necessários ao processo. Consequentemente, as saídas de ar forçado dos equipamentos próximos ao heliporto são fontes de turbulência que podem causar impactos na operação das aeronaves.

Figura 1: Operación de aterrizaje en alta mar del avión AW189.

Nesse contexto, a operação de pouso nas plataformas envolve algumas etapas, como um sobrevoo para a identificação e confirmação visual da plataforma de destino, para posterior ingresso no final do pouso. Neste trajeto, o piloto ajusta a aeronave para as condições de turbulência existentes, porém, as condições junto ao helideque podem ser distintas, o que requer um estudo específico, conforme exigência NORMAM-223/DPC.

Diante disso, o presente artigo apresenta um estudo do ambiente eólico em um helideque utilizando CFD (Computational Fluid Dynamics), considerando a saída de gases de uma chaminé e a sua influência na sustentação de uma aeronave Agusta Westland AW189. A partir do campo de vetores de velocidade calculados nas simulações, os pilotos de helicóptero possuem uma informação valiosa das condições, auxiliando na orientação para as operações de aproximação e pouso.

2. Simulación CFD del flujo de aire en heliplataformas en alta mar

Neste exemplo específico, a chaminé de exaustão dos motores da embarcação é localizada próximo ao helideque. No entanto, apesar de não ser recomendado o posicionamento de exaustão de gases próximos ao helideque, essa situação ainda é encontrada em embarcações de exploração offshore.

Además de la descarga de gases, otro aspecto importante es la interferencia de las estructuras de la cubierta del buque en el flujo que llega a la heliplataforma. El viento relativo está sujeto al efecto de la rugosidad de estas estructuras, formando vórtices que pueden causar turbulencias para los helicópteros. En este estudio se ha considerado la interferencia de la torre del buque.

Para essa finalidade, o modelo CFD representativo da operação de pouso, considerando a embarcação offshore com helideque na popa, foi construído de modo a representar o campo de escoamento envolvendo, inclusive, a influência do casco.

Assim, para a elaboração de um modelo viável, do ponto de vista computacional, foram definidos diversos graus de refinamento para a malha de volumes finitos.

Figura 2: Modelo CFD para determinar el entorno del viento en una heliplataforma situada en la proa de un buque de alta mar.

De modo geral, o escoamento no helideque é influenciado por diversas condições, como a vazão e a temperatura dos gases de saída da chaminé, a velocidade relativa da embarcação e a altura do helicóptero em relação à embarcação offshore. O estudo deve ser realizado para uma variação no ângulo do vento de modo a determinar as condições típicas a serem enfrentadas durante as operações de pouso.

Para determinadas condiciones de viento relativo y flujo de gas en la chimenea, existe una fuerte influencia en la región de la heliplataforma. El aspecto típico del flujo en la región de la heliplataforma para un viento relativo en contra puede verse en la figura siguiente.

Figura 3: Densidad del aire y líneas de corriente - simulación CFD para visualizar Simulación CFD para visualizar el campo de flujo en la heliplataforma bajo la influencia del escape del motor - viento en contra.

Los resultados muestran una corriente de aire descendente sobre la heliplataforma, con la formación de dos vórtices a babor y estribor.

Além disso, a existência do helicóptero gerando sustentação sobre o helideque tem um efeito significativo no escoamento do ar na popa da embarcação. De modo a estudar a influência do helicóptero, foi simulada uma condição em regime permanente de voo pairado sobre o helideque.

Gif 1: Simulación con helicóptero AW189 sobrevolando la heliplataforma.

Figura 4: Simulación con helicóptero AW189 planeando sobre la heliplataforma - obsérvese la succión de gases calentados de la chimenea, que provoca una pérdida de sustentación.

Como resultado, o escoamento proveniente da exaustão dos gases é alterado pelo rotor principal do helicóptero, que tem efeito de sucção e resulta em perda de sustentação. Outro efeito está relacionado à perda de eficiência do motor por meio da aspiração de ar aquecido com menor densidade. Para evitar ou minimizar o impacto destes efeitos na operação de pouso, podem ser instalados defletores para elevar a altura da chaminé.

Un mayor caudal o velocidad de salida de los gases en la chimenea también tiene el mismo efecto, ya que aumenta la inercia del flujo de escape. Sin embargo, la caída de presión en el escape aumenta en estas condiciones, lo que puede repercutir en el funcionamiento de la máquina.

3. Contribución del análisis CFD a la seguridad de las operaciones en plataformas marinas

Al analizar el flujo en la región de la heliplataforma, los pilotos pueden visualizar las condiciones típicas, lo que permite una mejor planificación de la aproximación final para el aterrizaje y garantiza una mayor seguridad en las operaciones.

Portanto, a influência da exaustão dos gases na sustentação das aeronaves é significativa, e deve ser evitada distanciando os dutos de exaustão da região do helideque.

Em termos de segurança operacional, a perda de controle ou trajetória é responsável por cerca de 15% das ocorrências com aeronaves offshore. Dessa forma, compreendendo os parâmetros de turbulência encontrados em cada operação específica por meio do estudo via CFD, novos acidentes podem ser evitados.

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