Introducción

Las operaciones de exploración y producción de petróleo en alta mar requieren el transporte mediante aeronaves de ala rotatoria. La fase más crítica de la operación de estas aeronaves es el aterrizaje en buques offshore. Para este tipo de operaciones, cuando la heliplataforma se sitúa en la popa, cerca de la salida de aire caliente de los motores de propulsión del buque, se reduce la sustentación.

En el caso de las plataformas de producción del tipo FPSO(Floating Production Storage and Offloading), las estructuras de la cubierta(topside) están formadas por diversos módulos, como compresores, bombas, generadores y otros equipos necesarios para el proceso. Las salidas de aire forzado de los equipos cerca del helipuerto son fuentes de turbulencias que pueden afectar a las operaciones de las aeronaves.

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

El aterrizaje en plataformas implica varias etapas, como un sobrevuelo para identificar y confirmar visualmente la plataforma de destino, y luego la entrada al final del aterrizaje. En este trayecto, el piloto ajusta la aeronave a las condiciones de turbulencia existentes, pero las condiciones cerca de la heliplataforma pueden ser diferentes, lo que requiere un estudio específico, tal como exige la norma NORMAM-223/DPC.

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.

Modelo de estudio

En este ejemplo concreto, la chimenea de escape del motor del buque está situada cerca de la heliplataforma. Aunque no se recomienda situar los gases de escape cerca de la heliplataforma, esta situación se sigue dando en los buques de exploración en alta mar.

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.

El modelo CFD que representa la operación de aterrizaje, considerando el buque offshore con una heliplataforma en la popa, se construyó para representar el campo de flujo, incluyendo la influencia del casco.

Para crear un modelo computacionalmente viable, se definieron varios grados de refinamiento para la malla de volumen finito.

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

El flujo en la heliplataforma se ve influido por diversas condiciones, como el caudal y la temperatura de los gases que salen por la chimenea, la velocidad relativa del buque y la altura del helicóptero en relación con el buque de alta mar. El estudio debe realizarse para una variación del ángulo del viento a fin de determinar las condiciones típicas a las que habrá que hacer frente durante las operaciones de aterrizaje.

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.

La existencia del helicóptero generando sustentación sobre la heliplataforma tiene un efecto significativo sobre el flujo de aire en la popa del buque. Para estudiar la influencia del helicóptero, se simuló una condición permanente de vuelo estacionario sobre la heliplataforma.

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.

El flujo de los gases de escape se ve alterado por el rotor principal del helicóptero, que tiene un efecto de succión y provoca una pérdida de sustentación. Otro efecto está relacionado con la pérdida de eficiencia del motor por la succión de aire caliente con una densidad menor. Para evitar o minimizar el impacto de estos efectos en la operación de aterrizaje, se pueden instalar deflectores para elevar la altura de la chimenea.

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.

Consideraciones finales

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.

La influencia de los gases de escape en la sustentación de la aeronave es significativa y debe evitarse distanciando los conductos de escape de la zona de la heliplataforma.

La pérdida de control o de trayectoria es responsable de alrededor del 15% de los accidentes de aeronaves en alta mar. Conocer los parámetros de turbulencia que se dan en cada operación concreta mediante estudios CFD permite evitar nuevos accidentes.

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