APS - Forças e Empuxo

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DAS FACULDADES METROPOLITANAS UNIDAS 
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
 
 
 
 
 
 
GABRIEL CARDOSO BORDINASSO RA-3855809 
GUSTAVO BRUNHEROTO CORONA RA-3369601 
ISMAEL DE JESUS TONELLI RA-1861167 
THAINARA BALTAZAR ALVES DOS SANTOS RA-5658062 
 
 
 
SUBMERSÃO 
Forças e Empuxo Associados a Superfícies e Corpos 
 
 
 
 
 
SÃO PAULO – SP 
2021 
 
 
GABRIEL CARDOSO BORDINASSO RA-3855809 
GUSTAVO BRUNHEROTO CORONA RA-3369601 
ISMAEL DE JESUS TONELLI RA-1861167 
THAINARA BALTAZAR ALVES DOS SANTOS RA-5658062 
 
 
 
 
 
SUBMERSÃO 
Forças e Empuxo Associados a Superfícies e Corpos 
 
 
 
 
 
Resumo do artigo sobre Submersão, forças e 
empuxo associados a superfícies e corpos proposto 
para o desenvolvimento de avaliação referente a 
APS (Atividade Prática Supervisionada) da 
disciplina de Fenômenos de Transporte. 
 
 
Professor: Cleber do Prado Ferreira Junior 
 
 
 
 
SÃO PAULO 
2021 
 
 
SUMÁRIO 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES ......................................................................... 4 
LISTA DE TABELAS .................................................................................. 5 
1. INTRODUÇÃO .................................................................................. 6 
2. Forças sobre superfícies submersas ................................................ 6 
2.1. Teorema ................................................................................. 6 
2.2. Aplicação ................................................................................ 6 
3. Empuxo sobre corpos submersos ..................................................... 6 
3.1. Teoria ..................................................................................... 6 
3.2. Aplicação ................................................................................ 7 
4. exemplos associados a exploração de petróleo e gás offshore ........ 7 
4.1. Tipos de Plataformas .............................................................. 7 
4.2. Forças em Estrutura Offshore................................................. 8 
4.3. diferenças Entre Tipos de Plataformas ................................... 8 
4.4. Exemplo Forças Sobre Superfícies Submersas ..................... 8 
4.5. Exploração do Petróleo e Pressão ......................................... 9 
5. Tipos de plataformas ....................................................................... 11 
5.1. Fixa ....................................................................................... 11 
5.2. Auto elevável ou Auto elevatória .......................................... 11 
5.3. Semissubmersível ................................................................ 12 
5.4. FPSO .................................................................................... 12 
5.5. FPSO Monocoluna ............................................................... 13 
5.6. TLWP (Pernas atirantadas) ................................................. 13 
5.7. Navio Sonda ......................................................................... 14 
6. Comparação entre plataforma (Petrobras) ...................................... 15 
7. Referências ..................................................................................... 16 
 
 
4 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
Figura 1 - Pressão ...................................................................................... 8 
Figura 2 - Exemplo Teorema de Stevin ...................................................... 9 
Figura 3 - Imagem Ilustrativa extração de petróleo .................................... 9 
Figura 4 - Calculo do exemplo de pressão ............................................... 10 
Figura 5 - Plataforma fixa ......................................................................... 11 
Figura 6 - Plataforma Auto elevável ......................................................... 11 
Figura 7 - Plataforma Semissubmersível .................................................. 12 
Figura 8 - Plataforma FPSO ..................................................................... 12 
Figura 9 - Plataforma FPSO Monocoluna ................................................. 13 
Figura 10 - Plataforma TLWP - Pernas Atirantadas ................................. 13 
Figura 11 - Plataforma Navio Sonda ........................................................ 14 
 
 
 
5 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1- Diferença gerais entre os tipos de plataformas - Fonte: Mestre 
BICO - Eng. de Lisboa ................................................................................ 8 
Tabela 2 - Tabela 2 - Comparação entre diferentes tipos de 
plataformas - Fonte: Site infográfico Petrobras (página principal) ........... 15 
 
 
 
6 
 
1. INTRODUÇÃO 
Nesse trabalho iremos falar sobre o empuxo, um fenômeno ocorrido com 
constância em nosso mundo e nosso dia a dia e conhecido graças a Arquimedes. 
Falaremos da teoria e da prática de corpos e superfícies submersas, além de alguns 
exemplos onde ele é aplicado, a fim de mostrar a importância dessa descoberta. 
 
2. FORÇAS SOBRE SUPERFÍCIES SUBMERSAS 
A lei do empuxo refere-se à experiência do Arquimedes um sábio grego, 
que enquanto tomava banho descobriu que um corpo imerso na água se torna mais 
leve devido a uma força exercida pela água sobre o corpo. Assim, a partir da gravidade 
específica, o teorema de Arquimedes permite calcular o valor da força vertical e para 
cima, que torna o corpo mais leve no interior de um fluido. 
2.1. Teorema 
As forças que atuam em uma superfície planam submersas, são motivadas 
pela pressão dos pontos dos fluidos em contato com a superfície plana submersa, 
pressões que apresentam uma distribuição uniforme da superfície 
2.2. Aplicação 
Quando estamos imersos na água, seja na paria ou na piscina, o que 
percebemos que temos é que estamos mais leves dentro da água, podemos associar 
isso até quando boiamos nestes locais, atuando, em sentido contrário à força peso. 
3. EMPUXO SOBRE CORPOS SUBMERSOS 
A força impulsão é uma força hidrostática e uma grandeza vetorial. A força 
empuxo designa a força resultante exercida pelo fluido sobre determinado corpo, é 
importante ressaltar que se a densidade do fluido, o corpo afundará; se a densidade 
do fluido, o corpo ficará em equilíbrio com o fluido, o corpo flutuará na superfície do 
fluido. 
3.1. Teoria 
O empuxo tiver menor intensidade que a força peso, o corpo afundará, se 
a força empuxo tiver a mesma intensidade que a força peso o corpo não subirá nem 
 
7 
 
descerá, percebendo em equilíbrio, se a força do empuxo tiver maior intensidade que 
a força peso, o equilíbrio subirá para a superfície 
3.2. Aplicação 
Em um submarino é um ótimo exemplo de aplicação do empuxo, pois 
quando se mantém flutuando na superfície da água, o empuxo seria igual a força peso, 
então se mantém em equilíbrio, para submergir, o submarino enche alguns 
reservatórios com água, fazendo com que seu peso fique superior ao empuxo, então 
ele afunda. 
4. EXEMPLOS ASSOCIADOS A EXPLORAÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS 
OFFSHORE 
Uma construção petrolífera offshore são estruturas estabelecidas em alto 
mar. Atuando em extração de petróleo em oceanos profundos, geralmente afastada 
do continente e com grande capacidade de armazenamento de petróleo. As estruturas 
são construídas através de enormes cilindros metálicos que servem de boia que 
precisam trabalhar sobre pressão já afundadas no mar, estabilizando a plataforma e 
tendo apenas oscilações horizontal que são muito menos perigosas e agressivas para 
o içamento. 
4.1. Tipos de Plataformas 
São diferentes tipos de plataformas com diferentes tecnologias e 
metodologias, podendo ser classificadas de diversas maneiras, porém as mais 
utilizadas são: Fixa ou Flutuante, Perfuração ou Produção e Completação Seca 
ou Molhada, envolvendoas teorias de submersão, forças e empuxo associadas a 
corpos e superfícies submersas. 
Plataforma semissubmersível ou Plataforma flutuante, estabilizada por 
colunas, podendo ser ancorada no solo marinho ou dotada de sistema de 
posicionamento dinâmico, que mantém a posição da plataforma de forma automática, 
também podem exercer a atividade de perfuração e produção de petróleo. Esse tipo 
de plataforma é responsável pela maior parte do empuxo, pelo fato de se localizarem 
abaixo da linha d’água eles minimizam também os movimentos de onda da 
plataforma. 
 
8 
 
4.2. Forças em Estrutura Offshore 
As forçar presentes em estruturas offshore podem ser divididas em duas 
nomenclaturas: 
 
 Forças Dinâmicas: Forcas ambientais, como: ondas variáveis, 
ventos, correntes). 
 Forças Estáticas: Gravídicas sendo o próprio peso, hidrostáticas 
(impulsão da água). 
4.3. diferenças Entre Tipos de Plataformas 
PLATAFORMAS FLUTUANTES FIXAS 
Capacidade de Carga Capacidade da flutuação Capacidade da Fundação 
Acesso ao poço Risers flexíveis Tubagens rígidas 
Cargas ambientais 
Suportado pela inércia 
estabilidade, empuxo e 
resistência de ancoragem 
Suportadas pela resistência da 
estrutura e da fundação 
Construção Grelha de chapas e perfil Armação tubular 
Transporte 
Reboco ou transportado até ao 
local e preso nas amarras já 
instaladas 
Por balança e erguido na 
posição 
Normas e Regulamentos 
Regras da indústria petrolífera 
governamentais e marítimas 
Regras industriais petrolíferas e 
governamentais 
Tabela 1- Diferença gerais entre os tipos de plataformas - Fonte: Mestre BICO - Eng. de Lisboa 
4.4. Exemplo Forças Sobre Superfícies Submersas 
Pressão é a concentração da intensidade da força pela área, sendo 
expressa pela formula: 
𝑝 = 
𝐹
𝐴
 
 
 
Figura 1 - Pressão 
 
9 
 
Teorema de Stevin, à medida que um ponto aumenta a sua profundidade, 
a pressão exercida também aumentará. A imagem abaixo notamos que a pressão P2 
será maior que P1, poque a profundidade H2 é maior que H1 em relação ao nível do 
líquido. 
 
 
 
 
 
4.5. Exploração do Petróleo e Pressão 
O fluido de óleo, após perfurado sem a necessidade de grandes esforços 
rapidamente chega a superfície, fenômeno ocasionado devido à ação de força 
submersa por causa da diferença de pressão e alta profundidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
P1 e P2 serão definidas: 
3000 
Figura 2 - Exemplo Teorema de Stevin 
Figura 3 - Imagem Ilustrativa extração de petróleo 
 
10 
 
 
Uma perfuração com profundidade de 3.000 metros, considerando a 
densidade da água 997 kg/m³, teremos a pressão de: 
 P = y.h 
𝑃 = (997.10 ) . (3.000) = 2 991 000 000 𝑃𝑎 
 
Nota: Como estamos tratando de um sistema de alto mar, não será possível calcular 
o volume da água, portanto, podemos concluir que o empuxo tenderá ao infinito 
 
Figura 4 - Calculo do exemplo de pressão 
 
11 
 
5. TIPOS DE PLATAFORMAS 
5.1. Fixa 
 
5.2. Auto elevável ou Auto elevatória 
 
Figura 5 - Plataforma fixa 
Figura 6 - Plataforma Auto elevável 
 
12 
 
5.3. Semissubmersível 
5.4. FPSO 
 
Figura 7 - Plataforma Semissubmersível 
Figura 8 - Plataforma FPSO 
 
13 
 
5.5. FPSO Monocoluna 
5.6. TLWP (Pernas atirantadas) 
 
 
Figura 9 - Plataforma FPSO Monocoluna 
Figura 10 - Plataforma TLWP - Pernas Atirantadas 
 
14 
 
5.7. Navio Sonda 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11 - Plataforma Navio Sonda 
 
15 
 
6. COMPARAÇÃO ENTRE PLATAFORMA (PETROBRAS) 
 
Tabela 2 - Tabela 2 - Comparação entre diferentes tipos de plataformas - Fonte: Site infográfico Petrobras (página principal) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Descrição Fixa Autoelevável Semissubmersível FPSO FPSO Monocoluna TLWP Navio-Sonda 
Lâmina d'água 
(Profundidade) 
Até 300 metros Até 150 metros Mais de 2.000 metros (Sistema 
de ancoragem) 
Mais de 2.000 metros (Sistema 
de ancoragem) 
Mais de 1.500 metros. Até 1.500 metros. Mais de 2.000 metros 
Como é 
Funciona como uma estrutura 
rígida, fixada no fundo do mar por 
um sistema de estacas cravadas. 
Tem pernas que se autoelevam. 
Ao chegar à locação, um 
mecanismo faz as pernas 
descerem e serem assentadas 
no solo marinho. 
Plataforma flutuante, 
estabilizada por colunas. Pode 
ser ancorada no solo marinho 
ou dotada de sistema de 
posicionamento dinâmico, 
que mantém a posição da 
plataforma de forma 
automática 
Plataforma flutuante, convertida 
a partir de navios petroleiros, na 
maioria dos casos. Assim como a 
semissubmersível, é ancorada 
no solo marinho. 
Tem as mesmas 
características da FPSO, 
mas seu casco tem 
formato cilíndrico. 
Plataforma flutuante, de 
casco semelhante a uma 
semissubmersível. É ancorada 
no fundo do mar por cabos ou 
tendões de aço tracionados. 
Plataforma flutuante com casco 
em forma de navio, usada para 
perfuração de poços. Pode ser 
ancorada no solo marítimo ou 
dotada de sistema de 
posicionamento dinâmico, que 
mantêm a posição da embarcação 
de forma automática. 
Atividade de 
perfuração 
Sim. Não. Sim. Não. Não. Sim. Sim. 
Atividade de 
produção 
Sim. Não. Sim. Sim. Sim. Sim. Não. 
Onde é feito o 
controle dos poços 
Superfície Superfície Fundo do mar Fundo do mar Fundo do mar Superfície Fundo do mar 
Capacidade de 
armazenamento 
Não. Não. Não. Sim. Sim. Não. Não. 
Escoamento da 
produção 
Oleodutos. Não. 
Oleodutos ou armazenamento 
em navios e posterior 
descarregamento nos 
terminais 
Oleodutos ou armazenamento 
em navios e posterior 
descarregamento nos terminais 
Oleodutos ou 
armazenamento em 
navios e posterior 
descarregamento nos 
terminais 
O óleo é escoado para uma 
plataforma de produção 
(FPSO), que realiza o 
processamento e o exporta 
através de navios. 
Não. 
Vantagem 
A instalação é mais simples e 
permite que o controle dos poços 
seja feito na superfície 
A facilidade para mudar de 
locação e o comportamento de 
estrutura fixa, que permite que 
o controle dos poços seja feito 
na superfície. 
Especialmente projetada para 
ter pouco movimento. 
Armazenamento permite operar 
a grandes distâncias da costa, 
onde a construção de oleodutos 
é inviável 
Movimentos menores do 
que os FPSOs tipo Navio. 
Possui sistema ancoragem 
rígido e movimentos 
reduzidos, o que permite que 
o controle dos poços seja feito 
na superfície. 
Maior autonomia para perfurar 
em grandes distâncias da costa. 
Exemplos Mexilhão, Pampo, Garoupa, Pargo 1A e 1B (geminadas). P-3, P-4, P-5, P-6, P-59. 
P-51, P-56, P-10, P-55 ,P-18, P-
25, P-40 , P-52 
P-34, P-50, P-54, P-62, Cidade de 
Angra dos Reis, Cidade de São 
Vicente, Cidade de Paraty. 
Plataforma de Piranema. P-61. NS-09, NS-15, 
NS-16, NS-24. 
 
16 
 
7. REFERÊNCIAS 
COMPARATIVO entre os diferentes tipos de plataformas 
https://petrobras.com.br/infograficos/tipos-de-plataformas/desktop/index.html#. Petrobras. Disponivel 
em: <https://petrobras.com.br/infograficos/tipos-de-plataformas/desktop/index.html#>. Acesso em: 09 
Maio 2021. 
FILADELFO CARDOSO DOS SANTOS, W. M. S. S. E. S. D. C. B. Uma an´alise da 
flutua¸c˜ao dos corpos e o princ´ıpio de Arquimedes. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 2, 
p. 295-298, (2007), Rio de Janeiro, p. 2, out. 2006. 
PIRES BICO, V. M. P. B. M. AMARRAÇÃO DE PLATAFORMAS OFFSHORE. INSTITUTO 
SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA. Lisboa. 2013.