BR102012004556A2

BR102012004556A2 - Estrutura flutuante

Info

Publication number: BR102012004556A2
Application number: BRBR102012004556-7A
Authority: BR
Inventors: Nicolaas J Vandenworm
Original assignee: Ssp Technologies Inc
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2015-03-03
Also published as: BR102012004556B1; BR112020010136A2; US9969466B2; EP2741955B1; RU2763006C1; AR113540A1; EP3713825A1; US20120132122A1; US20180093744A1; KR20210082125A; WO2013022484A1; AU2018372844A1; AU2018361227A1; CN111372845A; US8662000B2; EP3713825A4; SG11202004609WA; CA3082802A1; BR112020014476A2; BR102012004556A8

Abstract

ESTRUTURA FLUTUANTE A presente invenção refere-se, em geral, a embarcações flutuantes marítimas, plataformas, tubulões, boias, bojas lastreadas, ou outras estruturas usadas para dar suporte a operações maritimas de óleo e gás. Em estável, tal como seria usado para manuseio, preparação e transporte seguros de equipes, suprimentos, barcos, e helicópteros. De acordo com uma realização, a estrutura flutuante (10) compreende um casco (12) formado por uma porção troncônica superior (12c) tendo paredes inclinadas para dentro dispostas acima de uma porção troncônica inferior (12d) tendo paredes inclinadas para fora; e um túnel (30) formado dentro do dito casco ao nível da linha d'água, sendo que o dito túnel se abre a uma parte externa do dito casco e é dimensionado com a finalidade de receber uma embarcação (200) nele.

Description

“ESTRUTURA FLUTUANTE” Campo da Invenção A presente invenção refere-se, em geral, a embarcações flutuantes marítimas, plataformas, tubulões, boias, boias lastreadas, ou outras estruturas usadas para dar suporte a operações marítimas de óleo e gás. Em particular, a presente invenção se refere a um terminal marítimo ancorado estável, tal como seria usado para manuseio, preparação e transporte seguros de equipes, suprimentos, barcos, e helicópteros.

Antecedentes da Invenção As estruturas flutuantes estáveis que servem para suportar operações marítimas fora da costa (offshore) de óleo (ou petróleo) e gás são conhecidas no estado da técnica. As estruturas de produção marítima, que podem ser embarcações, plataformas, tubulões, boias, ou boias lastreadas, por exemplo, incluem tipicamente um casco flutuante que suporta uma superestrutura. O casco inclui uma compartimentalização interna para lastreamento e armazenagem, e a superestrutura proporciona equipamentos de perfuração e produção, heliportos, acomodações para tripulação e similares.

No trabalho marítimo, em plataformas de perfuração e produção, por exemplo, surge um grande custo operacional devido ao transporte de suporte e suprimentos a partir de instalações em terra. Quase tudo deve ser transportado por barco ou por ar. Essas linhas de suprimento são submetidas a condições climáticas e marítimas adversas, que apresentam um efeito maior quanto mais longe os suprimentos devem viajar. Consequentemente, as estruturas flutuantes estáveis projetadas para que sejam rebocadas ao mar e ancoradas próximas a várias plataformas de produção dentro de um campo determinado são conhecidas no estado da técnica. Estas estruturas podem ser usadas para proporcionar abrigo às embarcações de transporte e proporcionar instalações de suporte, que incluem instalações de armazenagem, manutenção, combate a incêndios, médicas, e atracação. Estas bases marítimas, os depósitos de armazenagem ou os terminais podem proporcionar uma redução nos custos operacionais da plataforma, visto que permitiríam um transporte de equipes e suprimentos a partir da costa mais seguro e com uma relação custo-benefício melhor, podendo ser temporariamente organizados e distribuídos a plataformas locais. A Patente US 4.984.935, de Oliveira Filho et al., descreve uma estrutura de suporte flutuante marítima, que inclui uma parte interna protegida para receber barcos.

Uma estrutura flutuante é submetida a forças ambientais do vento, ondas, gelo, marés, e corrente. Estas forças ambientais resultam em acelerações, deslocamentos e movimentos oscilatórios da estrutura. A resposta de uma estrutura flutuante a tais forças ambientais é afetada, não apenas por seu projeto de casco e pela superestrutura, mas também por seu sistema de ancoragem e quaisquer apêndices. Consequentemente, uma estrutura flutuante tem diversas exigências de projeto: flutuabilidade: reserva adequada para suportar seguramente o peso da superestrutura e da carga útil; estabilidade sob todas as condições; e características de bom comportamento náutico. Em relação à exigência de bom comportamento náutico, a capacidade de reduzir a arfagem vertical é bastante desejável. Os movimentos de arfagem podem criar variações de tensão nos sistemas de ancoragem, que podem causar fadiga e falhas. Os movimentos de arfagem amplos aumentam o perigo em lançar e recuperar pequenos barcos e helicópteros e carregar e descarregar armazenamentos e equipes.

As características de comportamento náutico de uma estrutura flutuante são influenciadas por uma série de fatores, que incluem a área de flutuação, o perfil do casco, e o período natural de movimento da estrutura flutuante. É bastante desejável que o período natural da estrutura flutuante seja significativamente maior ou significativamente menor que os períodos de onda do mar onde a estrutura fica localizada, com a finalidade de desassociar substancialmente o movimento da estrutura em relação ao movimento das ondas. O projeto de embarcações envolve equilibrar fatores conflitantes para que se chegue a uma solução ótima para um determinado conjunto de fatores. Os custos, a capacidade de construção, a capacidade de sobrevivência, a utilidade, e as questões de instalação estão dentre as muitas considerações no projeto de embarcações. Os parâmetros de projeto da estrutura flutuante incluem o calado, a área de flutuação, a taxa de alteração do calado, o local do centro de gravidade (“CG”), o local do centro de flutuabilidade (“CB”), a altura metacêntrica (“GM”), a área de navegação, e a massa total. A massa total inclui a massa adicionada, isto é, a massa da água ao redor do casco da estrutura flutuante que é forçada a se mover à medida que a estrutura flutuante se move. Os apêndices conectados ao casco da estrutura que servem para aumentar a massa adicionada são uma forma com boa relação custo-benefício para um ajuste fino das características estruturais de resposta e desempenho quando submetidos às forças ambientais.

Diversas regras gerais de arquitetura naval se aplicam ao projeto de uma embarcação marítima. A área de flutuação é diretamente proporcional à forma de arfagem induzida. Uma estrutura que é simétrica ao redor de um eixo geométrico vertical é genericamente menos submetida a forças de guinada. À medida que o tamanho do perfil vertical do casco na zona de onda aumenta, as forças de balouçagem laterais induzidas por ondas também aumentam. Uma estrutura flutuante pode ser modelada como uma mola com um período natural de movimento nas direções de arfagem e balouçagem. O período natural de movimento em uma direção particular é inversamente proporcional à rigidez da estrutura em tal direção. À medida que a massa total (incluindo a massa adicionada) da estrutura aumenta, os períodos naturais de movimento da estrutura se tornam mais longos.

Um método para proporcionar estabilidade consiste em ancorar a estrutura com tendões verticais sob tensão, tal como em plataformas de perna de tensão. Essas plataformas são vantajosas devido ao fato de terem o benefício adicional de serem substancialmente restritos por arfagem. No entanto, as plataformas de perna de tensão são estruturas dispendiosas e, consequentemente, não são praticáveis para uso em todas as situações. A auto-estabilidade (isto é, a estabilidade não dependente do sistema de ancoragem) pode ser alcançada criando-se uma área de flutuação ampla. Assim como as guinadas e rolagens da estrutura, o centro de flutuabilidade do casco submerso se altera de modo a proporcionar um momento de correção. Embora o centro de gravidade possa estar acima do centro de flutuabilidade, a estrutura pode, no entanto, permanecer estável sob ângulos de adernação relativamente grandes. No entanto, as características de arfagem do comportamento náutico de uma área de flutuação grande na zona de ondas são genericamente indesejáveis. A auto-estabilidade inerente é proporcionada quando o centro de gravidade estiver localizado abaixo do centro de flutuabilidade. O peso combinado da superestrutura, do casco, da carga útil, do lastro e de outros elementos pode ser disposto para abaixar o centro de gravidade, porém, essa disposição pode ser difícil de alcançar. Um método para abaixar o centro de gravidade consiste na adição do lastro fixo abaixo do centro de flutuabilidade para contrabalançar o peso da superestrutura e da carga útil. Os lastros fixos estruturais, tais como ferro gusa, minério de ferro, e concreto, são colocados dentro ou fixados à estrutura do casco. A vantagem desta disposição de lastro é que a estabilidade pode ser alcançada sem efeitos adversos sobre o desempenho de comportamento náutico devido a uma grande área de flutuação.

As estruturas auto-estáveis apresentam a vantagem de estabilidade independente da função do sistema de ancoragem. Embora as características de arfagem do comportamento náutico das estruturas flutuantes auto-estabilizantes sejam genericamente inferiores àquelas de plataformas baseadas em tendão, as estruturas auto-estabilizantes podem, no entanto, ser preferíveis em muitas situações devido aos custos elevados das estruturas baseadas em tendão.

As estruturas flutuantes do estado da técnica foram desenvolvidas com uma variedade de projetos para flutuabilidade, estabilidade e características do comportamento náutico. Uma discussão apropriada das considerações de projeto de estruturas flutuantes e ilustrações de várias estruturas flutuantes exemplificadoras são proporcionadas na Patente U.S. No. 6.431.107, emitida em 13 de agosto de 2002 por Byle e intitulada “Tendon-Based Floating Structure" (“Byle”), estando aqui incorporada a título de referência.

Byle descreve vários projetos de boias lastreadas como exemplos de estruturas flutuantes inerentemente estáveis nas quais o centro de gravidade (“CG") é disposto abaixo do centro de flutuabilidade (“CB”). Os cascos das boias lastreadas são alongados e se estendem tipicamente a mais de 182,88 metros (600 pés) abaixo da superfície da água quando instalados. A dimensão longitudinal do casco deve ser grande o suficiente para proporcionar massa de tal modo que o período natural de arfagem seja longo, reduzindo, assim, a arfagem induzida por ondas. No entanto, devido ao grande tamanho do casco de boia lastreada, os custos de fabricação, transporte e instalação são aumentados. Deseja-se proporcionar uma estrutura com uma superestrutura integrada que possa ser fabricada no cais em custos reduzidos, porém, que ainda sejam inerentemente estáveis devido a um CG localizado abaixo do CB. A Patente US 6.761.508, concedida a Haun em 13 de julho de 2004 e intitulada "Satellite Separator Platform (SSP)” (“Hann”), estando aqui incorporada a título de referência, descreve uma plataforma marítima que emprega uma coluna central retrátil. A coluna central é elevada acima do nível da quilha de modo a permitir que a plataforma seja puxada através de águas pouco profundas em direção a um sítio de instalação em águas profundas. No sítio de instalação, a coluna central é rebaixada para se estender abaixo do nível de quilha de modo a aperfeiçoar a estabilidade da embarcação abaixando o CG. A coluna central também proporciona um amortecimento de guinada para a estrutura. No entanto, a coluna central adiciona complexidade e custos à construção da plataforma.

Outros projetos de casco de sistema marítimo são conhecidos no estado da técnica. Por exemplo, a Publicação de Pedido de Patente US 2009/0126616, publicado em 21 de maio de 2009 sob o nome de Srinivasan (“Srinivasan”), mostra uma estrutura de casco octogonal com cantos agudos e lados acentuadamente inclinados para cortar e quebrar gelo em operações árticas de uma embarcação. Diferentemente da maioria das estruturas marítimas convencionais, que são projetadas para movimentos reduzidos, a estrutura do Srinivasan é projetada para induzir os movimentos de arfagem, rolagem, guinada e balouçagem para realizar o corte do gelo. A Patente US 6.945.736, concedida a Smedal et at. em 20 de setembro de 2005 e intitulada “Offshore Platform for Drilling After or Production of Hydrocarbons” (“Smedal”), descreve uma plataforma de perfuração e produção com um casco cilíndrico. A estrutura do Smedal tem um CG localizado acima do CB e, portanto, depende de uma grande área de flutuação para estabilidade, com uma característica de arfagem do comportamento náutico concomitante reduzida. Embora a estrutura do Smedal tenha um recesso circunferencial formada ao redor do casco próximo à quilha para amortecer a guinada e a rolagem, o local e o perfil desse recesso tem pouco efeito em amortecer a arfagem.

Acredita-se que nenhuma das estruturas marítimas do estado da técnica, em particular os depósitos de armazenagem marítimos ou terminais que são dispostos para proporcionar abrigo aos barcos que são usados para transporte de suprimentos e equipes às plataformas marítimas, sejam caracterizados por todos os atributos vantajosos a seguir: Simetria do casco ao redor de um eixo geométrico vertical; o CG localizado abaixo do CB para uma estabilidade inerente sem a necessidade de colunas retráteis complexas ou similares, características de amortecimento de arfagem excepcionais sem a necessidade de ancoragem com tendões verticais, e a capacidade para integração no cais da superestrutura e trânsito “com o lado certo para cima” até o sítio de instalação, incluindo a capacidade para trânsito através de águas pouco profundas. Um depósito ou terminal de armazenagem marítimo flutuante que possui todas essas características é desejado.

Um objetivo primário da invenção consiste em proporcionar um depósito ou terminal de armazenagem marítimo flutuante caracterizado por todos os atributos vantajosos a seguir: Simetria do casco ao redor de um eixo geométrico vertical; o centro de gravidade localizado abaixo do centro de flutuabilidade para uma estabilidade inerente sem a necessidade por colunas retráteis complexas ou similares, características de amortecimento de arfagem excepcionais sem a necessidade de ancoragem com tendões verticais, e a capacidade para integração no cais da superestrutura e trânsito “com o lado certo para cima” até o sítio de instalação, incluindo a capacidade para trânsito através de águas pouco profundas.

Outro objetivo da invenção consiste em proporcionar um depósito ou terminal de armazenagem marítimo flutuante que possa ser estrategicamente posicionado próximo a uma ou mais plataformas marítimas para que ajam como um ponto seguro de proteção e distribuição para barcos de suprimentos, helicópteros, armazenamentos, e equipes.

Outro objetivo da invenção consiste em proporcionar um depósito ou terminal de armazenagem marítimo flutuante com resistência aperfeiçoada de guinada, rolagem e arfagem.

Outro objetivo da invenção consiste em proporcionar um depósito ou terminal de armazenagem marítimo flutuante que permita um ajuste fino da resposta geral do sistema para satisfazer as exigências operacionais específicas e as condições ambientais regionais.

Outro objetivo da invenção consiste em proporcionar um depósito ou terminal de armazenagem marítimo flutuante que possa ser construído sem a necessidade de uma doca seca, permitindo, assim, uma construção em virtualmente qualquer pátio de fabricação.

Outro objetivo da invenção consiste em proporcionar um depósito ou terminal de armazenagem marítimo flutuante que seja facilmente escalonável.

Descrição da Invenção Os objetivos descritos acima e outras vantagens e recursos da invenção são incorporados, em uma realização preferencial, em um terminal ou depósito de armazenagem marítimo tendo um casco simétrico ao redor de um eixo geométrico vertical com uma parede lateral vertical superior estendendo-se para baixo a partir do convés principal, uma parede lateral superior afunilada para dentro disposta abaixo da parede vertical superior, uma parede lateral inferior afunilada para fora disposta abaixo da parede lateral inclinada superior, e uma parede lateral vertical inferior disposta abaixo da parede lateral inclinada inferior. A forma do casco pode ser circular, oval, elíptica, ou poligonal, por exemplo.

De preferência, a parede lateral superior afunilada para dentro se inclina em um ângulo entre 10 e 15 graus em relação ao eixo geométrico vertical da embarcação. De preferência, a parede lateral inferior afunilada para fora se inclina em um ângulo entre 55 e 65 graus em relação ao eixo geométrico vertical da embarcação. As paredes laterais afuniladas superior e inferior cooperam para produzir um grau significativo de amortecimento de radiação resultando em quase nenhuma amplificação de arfagem para qualquer período de onda. Os apêndices opcionais com formato de aleta podem ser proporcionados próximos ao nível da quilha para criar uma massa adicionada de modo a reduzir e ajustar finamente a arfagem. O centro de gravidade do depósito de armazenagem marítimo de acordo com a invenção fica localizado abaixo de seu centro de flutuabilidade com a finalidade de proporcionar estabilidade inerente. A adição de lastro às porções inferiores e mais externas do casco é usada para abaixar o CG para várias configurações de superestrutura e cargas úteis a serem transportadas pelo casco. O lastreamento cria grandes momentos de correção e aumenta o período natural da estrutura até acima do período das ondas mais comuns, limitando, assim, a aceleração induzida por ondas em todos os graus de liberdade. A altura h do casco é preferencialmente limitada a uma dimensão que permita que a estrutura seja montada em terra ou no cais utilizando-se métodos de construção naval convencionais e, então, rebocada verticalmente até um local marítimo. O depósito de armazenagem marítimo inclui um túnel formado dentro ou através do casco na linha d’água que proporciona uma área protegida dentro do casco para um lançamento/ancoragem seguro e fácil de barcos e embarque/desembarque de equipes. A(s) entrada(s) do túnel tem(têm) portas impermeáveis, que são dotadas de proteções robustas de borracha. O interior do túnel também pode incluir proteções para facilitar a ancoragem. Quando as portas impermeáveis do túnel forem todas fechadas, o túnel pode ser drenado de modo a criar um ambiente de dique seco dentro do casco. O túnel pode incluir ramificações únicas ou múltiplas com múltiplas penetrações através do casco. O túnel pode incluir seções e interseções retas, curvadas ou afuniladas em uma variedade de elevações e configurações. O depósito de armazenagem marítimo é idealmente ancorado de tal modo que uma ou mais entradas de túnel sejam protegidas contra ventos, ondas e correntes existentes. Em uma ou mais realizações, encontra-se uma montagem de içamento de barcos disposta dentro do túnel. A montagem de içamento de barcos é usada para içar os barcos de transporte com a finalidade de eliminar qualquer arfagem e rolagem em relação ao depósito de armazenagem marítimo, estabelecendo, assim, uma condição segura para o embarque e desembarque de passageiros. Adicionalmente ou ao invés de uma montagem de içamento de barcos, podem-se dispor bocais de alta pressão de ar e/ou água em vários pontos no túnel abaixo da linha d’água com a finalidade de fazer uma incursão aérea da coluna de água, influenciando, assim, a ação das ondas e de ondulações localizadas dentro do túnel. O depósito de armazenagem marítimo inclui uma superestrutura que compreende idealmente acomodações de atracagem e refeição, instalações médicas, oficinas, oficinas de usinagem, um heliporto e similares. A superestrutura também pode incluir um ou mais guindastes, turcos ou similares, conforme apropriado para os serviços a serem oferecidos.

Breve Descrição dos Desenhos Nas partes que se seguem do presente documento, descreve-se a invenção em detalhes com base nas realizações representadas nas figuras em anexo, onde: A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um depósito de armazenagem marítimo flutuante ancorado ao leito do mar de acordo com uma realização preferencial da invenção, mostrada com uma superestrutura transportada pelo casco para suportar operações marítimas e com um túnel formado através do casco para receber, com segurança, pequenos barcos para transferência de equipes, e similares; A Figura 2 é um desenho em corte transversal axial do perfil de casco do depósito de armazenagem marítimo flutuante de acordo com a realização preferencial da invenção, que mostra uma porção de parede vertical superior, uma seção de parede superior afunilada para dentro, uma seção de parede inferior afunilada para fora, e uma seção de parede vertical inferior; A Figura 3 é uma vista em perspectiva ampliada do depósito de armazenagem marítimo da Figura 1, que mostra os detalhes do túnel, portas do túnel, e um pequeno barco para transferência de equipes ancorado ao mesmo; A Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma montagem de içamento de barcos do depósito de armazenagem marítimo da Figura 1 que, de acordo com uma realização preferencial, é disposto dentro do túnel; A Figura 5 é uma seção transversal horizontal tomada através do casco do depósito de armazenagem marítimo da Figura 1, que mostra um túnel reto completamente formado através do mesmo; A Figura 6 é uma seção transversal horizontal tomada através do casco de um depósito de armazenagem marítimo de acordo com outra realização da invenção, que mostra um túnel cruciforme tendo entradas formadas através do casco em intervalos de noventa graus; A Figura 7 é uma vista em elevação lateral em seção transversal parcial do casco do depósito de armazenagem marítimo da Figura 1, que mostra defletores opcionais que servem para reduzir as ondas dentro do túnel; e A Figura 8 é uma vista em eievação lateral em seção transversal parcial do casco de um depósito de armazenagem marítimo de acordo com uma realização alternativa da invenção, que mostra uma abertura do poço entre o túnel e a quilha e defletores opcionais que servem para reduzir as ondas dentro do túnel.

Descrição de Realizações da Invenção A Figura 1 ilustra um depósito de armazenagem marítimo flutuante 10 que serve para suportar operacionalmente instalações marítimas de exploração, perfuração, produção e armazenamento de acordo com uma realizações preferencial da invenção. O depósito de armazenagem marítimo 10 inclui um casco flutuante 12, que pode transportar uma superestrutura 13 sobre ele. A superestrutura 13 pode incluir uma diversa coleção de equipamentos e estruturas, tais como acomodações para uma tripulação, armazenagem de equipamentos, um heliporto, e um miríade de outras estruturas, sistemas, e equipamentos, dependendo do tipo de operações marítimas a serem suportadas. O casco 12 é preferencialmente ancorado ao leito do mar através de uma série de linhas de ancoragem catenárias 16. A Figura 2 é uma vista simplificada do perfil vertical do casco 12 de acordo com uma realização preferencial da invenção. Reportando-se tanto à Figura 1 como à Figura 2, em uma realização preferencial, o casco 12 do depósito de armazenagem marítimo 10 tem um convés principal circular 12a, uma seção lateral cilíndrica superior 12b que se estende para baixo a partir do convés 12a, uma seção lateral troncônica superior afunilando-se para dentro 12c localizada abaixo da porção cilíndrica superior 12b, uma seção lateral troncônica inferior 12d que se estende para baixo e se alarga para fora a partir da seção lateral troncônica superior 12c, uma seção lateral cilíndrica inferior 12e que se estende para baixo a partir da seção troncônica inferior 12d, e uma quilha circular plana 12f. De preferência, a seção lateral troncônica superior 12c tem uma altura vertical substancialmente maior que a seção troncônica inferior 12d, e a seção cilíndrica superior 12b tem uma altura vertical ligeiramente maior que a seção cilíndrica inferior 12e. Conforme mostrado, a seção cilíndrica superior 12b pode opcionalmente ser conectada à seção de transição troncônica superior 12g com a finalidade de proporcionar um convés principal de raio maior e uma superestrutura maior concomitante 13. A seção de transição 12g é idealmente localizada acima da linha d’água. O convés principal circular 12a, a seção lateral cilíndrica superior 12b, a seção de transição 12g, a seção lateral troncônica superior 12c, a seção lateral troncônica inferior 12d, a seção cilíndrica inferior 12e, e a quilha circular 12f são todas coaxiais a um eixo geométrico vertical comum 100 (Figura 2). Consequentemente, o casco 12 é caracterizado por uma seção transversal circular quando tomado perpendicularmente ao eixo geométrico 100 em qualquer elevação.

Devido a sua forma circular, a resposta dinâmica do casco 12 é independe da direção de onda (ao se ignorar quaisquer simetrias no sistema de ancoragem, risers, e apêndices subaquáticos), minimizando, assim, as forças de guinada induzidas por ondas. Adicionalmente, a forma cônica do casco 12 é estruturalmente eficiente, oferecendo uma grande carga útil e volume de armazenagem por tonelada de aço quando comparado a estruturas marítimas tradicionais com formato de navio. De preferência, o casco 12 tem paredes arredondadas que são circulares na seção transversal radial, porém, tal formato pode ser aproximado utilizando-se um grande número de chapas metálicas planas ao invés de dobrar as chapas em uma curvatura desejada. Embora uma forma de casco circular seja preferencial, podem-se utilizar formas de casco poligonal de acordo com realizações alternativas.

Em uma realização alternativa (não ilustrada), o casco 12 pode ter uma forma oval ou elíptica. Um formato elíptico pode ser vantajoso quando o depósito de armazenagem 10 for ancorado estreitamente adjacente à outra plataforma marítima com a finalidade de permitir um passadiço entre as duas estruturas. Um casco elíptico 12 pode minimizar ou eliminar a interferência de ondas a partir das pernas da plataforma com formato “batido”. O projeto específico das paredes de casco inclinadas superior e inferior 12c, 12d gera um grau significativo de amortecimento radial resultando quase em nenhuma amplificação de arfagem para qualquer período de onda, conforme descrito abaixo. A seção de parede afunilada para dentro 12c fica localizada na zona de onda. No projeto do calado, a linha d’água fica localizada sobre a seção troncônica superior 12c logo abaixo da interseção com a seção lateral cilíndrica superior 12b. A seção superior afunilada para dentro 12c se inclina preferencialmente em um ângulo α em relação ao eixo geométrico vertical da embarcação 100 entre 10 e 15 graus. O alargamento para dentro antes de alcançar a linha d’água amortece significativamente a arfagem descendente, porque um movimento para baixo do casco 12 aumenta a área de flutuação. Em outras palavras, a área do casco normal ao eixo geométrico vertical 100 que rompe a superfície da água aumentará com o movimento para baixo do casco, e tal área aumentada é submetida à resistência oposta da interface de ar/água. Descobriu-se que 10 a 15 graus de alargamento proporciona um grau desejado de amortecimento de arfagem descendente sem sacrificar muito o volume de armazenagem para a embarcação.

De modo semelhante, a superfície afunilada inferior 12d amortece a arfagem ascendente. A seção de parede de inclinação inferior 12d fica localizada abaixo da zona de onda (cerca de 30 metros abaixo da linha d’água). Devido ao fato de toda a superfície de parede inferior inclinada para fora 12d estar abaixo da superfície da água, deseja-se uma área maior (normal ao eixo geométrico vertical 100) para alcançar um amortecimento para cima.

Consequentemente, o diâmetro D1 da seção de casco inferior é preferencialmente maior que o maior diâmetro D2 da seção troncônica superior 12c. A seção de parede inferior inclinada para fora 12d se inclina preferencialmente em um ângulo γ em relação ao eixo geométrico vertical da embarcação 100 entre 55 e 65 graus. A seção inferior se alarga para fora em um ângulo maior ou igual a 55 graus de modo a proporcionar uma inércia maior aos movimentos de arfagem, rolagem e guinada. A massa aumentada contribui aos períodos naturais para arfagem, guinada e rolagem acima da energia de onda esperada. O limite superior de 65 graus se baseia em evitar alterações abruptas na estabilidade durante o lastreamento inicial na instalação. Ou seja, a superfície de parede 12d pode ser perpendicular ao eixo geométrico vertical 100 e alcançar um grau desejado de amortecimento de arfagem ascendente, porém, o perfil de casco resultaria em uma alteração gradual indesejável em estabilidade durante o lastreamento inicial na instalação.

Conforme ilustrado na Figura 2, o centro de gravidade da embarcação marítima 10 fica localizado abaixo de seu centro de flutuabilidade para proporcionar uma estabilidade inerente. A adição de lastro ao casco 12 é usada para reduzir o CG. De forma ideal, adiciona-se lastro o suficiente para reduzir o CG abaixo do CB para qualquer que seja a configuração da superestrutura 13 (Figura 1) e a carga útil a ser transportada pelo casco 12. A forma do casco do depósito de armazenagem 10 é caracterizada por um metacentro relativamente alto. Porém, devido ao fato de o CG ser baixo, a altura metacêntrica é adicionalmente aumentada, resultando em grandes momentos de correção. Ademais, a localização periférica do lastro fixo aumenta adicionalmente os momentos de correção. Consequentemente, o depósito de armazenagem marítimo 10 resiste em rigor à rolagem e guinada e se diz ser “rígido”. Tipicamente, as embarcações rígidas são caracterizadas por acelerações irregulares abruptas à medida que os grandes momentos de correção reagem à guinada e rolagem. No entanto, a inércia associada à massa total alta de depósito de armazenagem 10, especificamente aumentada pelo lastro fixo, suaviza tais acelerações. Em particular, a massa do lastro fixo aumenta o período natural do depósito de armazenagem 10 até acima do período das ondas mais comuns, limitando, assim, a aceleração induzida por ondas em todos os graus de liberdade.

As Figuras 1,2, 5, e 6 mostram apêndices opcionais com formato de aleta 84 que podem ser usados para criar massa adicional e reduzir a arfagem e, de outro modo, estabilizar o depósito de armazenagem marítimo 10. Uma ou mais aletas 84 são fixadas a uma porção inferior e externa da seção lateral cilíndrica inferior 12e do casco 12. Em uma ou mais realizações conforme mostrado, as aletas 84 compreendem quatro seções de aleta separadas entre si por lacunas 86. As lacunas 86 acomodam as linhas de âncora 16 na parte externa do casco 12 sem entrar em contato com as aletas 84.

Reportando-se à Figura 2, uma aleta 84 que serve para reduzir a arfagem é mostrada em seção transversal. Em uma realização preferencial, a aleta 84 tem o formato de um triângulo reto em uma seção transversal vertical, onde o ângulo reto fica localizado adjacente a uma parede lateral externa mais inferior da seção cilíndrica inferior 12e do casco 12, de tal modo que a borda inferior 84e do formato triangular seja co-planar à superfície da quilha 12f, e a hipotenusa 84f do formato triangular se estenda a partir de uma extremidade distai da borda inferior 84e do formato triangular para cima e para dentro de modo a se fixar à parede lateral externa da seção cilíndrica inferior 12e. O número, o tamanho, e a orientação das aletas 84 podem ser variados para que se obtenha uma eficácia ótima em suprimir a arfagem. Por exemplo, a borda inferior 84e pode se estender radialmente para fora a uma distância que tenha cerca da metade da altura vertical da seção cilíndrica inferior 12e, com a hipotenusa 84f ligando-se à seção cilíndrica inferior 12e cerca de um quarto da altura vertical da seção cilíndrica inferior 12e em relação ao nível da quilha. Alternativamente, com o raio R da seção cilíndrica inferior 12e definido como D-i/2, então, a borda inferior 84e da aleta 84 pode se estender radialmente para fora a uma distância adicional r, onde 0,05R> r > 0,20R, de preferência, cerca de 0,1 OR > r > 0,15R, e, com mais preferência, r« 0,125R. Muito embora quatro aletas 84 de uma configuração particular que define uma determinada cobertura radial sejam mostradas nas Figuras 5 e 6, um número diferente de aletas que definem uma cobertura radial maior ou menor pode ser usado para variar a quantidade de massa adicionada conforme a necessidade. A massa adicionada pode ser desejável ou não dependendo dos requerimentos de uma estrutura de flutuação particular. No entanto, a massa adicionada é genericamente o método menos dispendioso de aumentar a massa de uma estrutura de flutuação para os propósitos de influenciar o período natural de movimento.

Deseja-se que a altura h do casco 12 seja limitada a uma dimensão que permita que o depósito de armazenagem marítimo 10 seja montado em terra ou no cais utilizando-se métodos de construção naval convencionais e rebocado verticalmente até um local marítimo. Uma vez instalado, as linhas de âncora 16 (Figura 1) são fixadas às âncoras no leito do mar, ancorando, assim, o depósito de armazenagem marítimo 10 em um local desejado.

Conforme ilustrado nas Figuras 1 a 3, e 5 a 8, o depósito de armazenagem marítimo 10 inclui um túnel 30 formado dentro ou através do casco 12 na linha d’água. O túnel 30 proporciona uma área protegida dentro do casco 12 para um lançamento/ancoragem seguro e fácil de barcos e embarque/desembarque de equipes. A superfície afunilada inferior 12d proporciona um "efeito praia” que absorve a maior parte da energia de onda superficial na(s) entrada(s) do túnel, reduzindo, assim, os efeitos de batida e harmônico sobre os barcos ao atravessarem ou quando ancorados dentro do túnel 30. O túnel 30 pode opcionalmente ser parte de, ou incluir, um poço 150 (Figura 8) que se abre através da quilha 12f. Esse poço, se proporcionado, pode se abrir ao mar abaixo, utilizando-se uma rede 152 para evitar que objetos caiam através do mesmo, por exemplo, ou pode ser fechável por uma escotilha impermeável (não ilustrada), se desejado. Um poço aberto 150 pode proporcionar uma resposta de movimento geral ligeiramente melhor. O túnel 30 tem, em cada entrada, portas impermeáveis e estanques ao tempo 34 que podem ser abertas e fechadas conforme a necessidade. As portas 34 também funcionam como sistemas de orientação e penetração, devido ao fato de que as portas 34 são dotadas de proteções robustas de borracha 36 para reduzir danos potenciais ao casco 12 e impedir que ocorram impactos a um pequeno barco 200. O interior do túnel 30 também pode incluir proteções 38 para facilitar a ancoragem. Quando as portas impermeáveis 34 forem todas fechadas, o túnel pode ser drenado, utilizando-se, por exemplo, um sistema de drenagem baseado na gravidade ou bombas de alta capacidade, com a finalidade e criar um ambiente de dique seco dentro do casco 12. Podem-se utilizar, também, portas estanques ao tempo, que podem incluir aberturas abaixo da linha d’água, no lugar as portas impermeáveis para permitir uma circulação controlada de água entre o túnel 30 e a parte externa. As portas 34 podem ser articuladas, ou podem deslizar vertical ou horizontalmente, conforme é conhecido no estado da técnica. O túnel 30 pode incluir ramificações únicas ou múltiplas com múltiplas penetrações através do casco 12. O túnel 30 pode incluir seções e interseções retas, curvadas ou afuniladas em uma variedade de elevações e configurações. Por exemplo, a Figura 5 ilustra um túnel reto 30 que passa completamente através do casco 12 em um diâmetro. A Figura 6 ilustra um túnel cruciforme 30 que proporciona quatro entradas dispostas em intervalos de noventa graus ao redor do casco 12. O depósito de armazenagem marítimo 10 é idealmente ancorado de tal modo que uma ou mais entradas de túnel sejam protegidas contra ventos, ondas e correntes.

As Figuras 7 e 8 ilustram soleiras opcionais 33 dispostas próximas às entradas do túnel 30, reduzindo a energia das ondas que entram no túnel 30. Um ou mais defletores internos 37 podem ser incluídos no piso do túnel 35 para reduzir adicionalmente a propensão de ocorrer um efeito de aspersão dentro do túnel 30.

Em uma ou mais realizações, encontra-se uma montagem de içamento de barcos 40 disposta dentro do túnel 30. A montagem de içamento de barcos 40 pode incluir uma caverna rígida 42 portando calços 44 que são posicionados e dispostos para suportar o barco 200. Em uma realização preferencial, a caverna 42 é formada por feixes em I com um formato retangular de aproximadamente 15 metros por 40 metros com uma carga permitida de 200 a 300 toneladas. Essa caverna 42 é adequada para suspender unidade de transporte rápido (“FTU”) - um barco de tripulação tipo trimaram de alumínio com propulsão a jato de água capaz de transportar até 200 pessoas com uma velocidade de trânsito de até 40 nós. Uma montagem de acionamento 46, que pode incluir uma engrenagem de pinhão e cremalheira, disposições de pistão-cilindro, ou um sistema de cordame de laborar, por exemplo, eleva e rebaixa a caverna 42 com sua carga útil. A montagem de içamento de barcos é preferencialmente capaz de içar o barco 200 de 1 a 2 metros ou mais com a finalidade de eliminar qualquer arfagem e rolagem do barco 200 em relação ao depósito de armazenagem 10, estabelecendo, assim, uma condição segura para embarcar e desembarcar os passageiros.

Adicionalmente ou ao invés da montagem de içamento de barcos 40, podem-se dispor bocais de alta pressão de ar e/ou água 39 (Figura 5) em vários pontos no túnel 30 abaixo da água com a finalidade de fazer uma incursão aérea da coluna de água, influenciando, assim, a ação das ondas e de ondulações localizadas dentro do túnel 30.

Como uma alternativa ao uso de uma montagem de içamento de barcos ativa para elevar o barco 200, o depósito de armazenagem marítimo 10 pode ser lastreado para rebaixar sua posição na água de modo a permitir que o barco 200 entre no túnel 30. Uma vez que o barco 200 estiver posicionado acima dos calços apropriados, o depósito de armazenagem marítimo 10 pode ser deslastreado, elevando, assim, o depósito de armazenagem 10 ainda mais fora da água, drenando água a partir do túnel 30, e fazendo com que o barco 200 seja assentado em seus calços em uma condição de dique seco.

Em operação, um FTU ou barco similar 200 chegará nas proximidades do depósito de armazenagem marítimo estável 10 ancorado. O barco 200 se aproxima idealmente à entrada do túnel 30 que é a mais protegida contra os efeitos do vento, ondas e corrente. Se ainda não estiver em um estado inundado, o túnel 30 é inundado. As portas correspondentes 34 são abertas, e o barco 200 entra no túnel 30 sob a ação de sua própria energia. As proteções de porta e túnel 36, 38, assim como o formato de doca de alinhamento auto-orientável do próprio túnel 30, proporcionam uma orientação de afastamento segura e confiável. As proteções 36, 38 também eliminam ou reduzem drasticamente a instabilidade vertical do barco 200 contra o lado de dique interno do túnel 30. Após o barco 200 liberar a entrada, uma ou ambas as portas 34 podem ser fechadas para reduzir os efeitos das ondas, do vento e da ondulação contra as condições ambientais externas. O barco 200 é alinhado sobre a montagem de içamento de barcos 40, opcionalmente auxiliado pelo uso de câmaras subaquáticas controladas e monitoradas e sistemas transportadores. O barco 200 pode, então, ser elevado pela montagem de içamento de barcos 40 conforme desejado. O procedimento inverso será usado para lançar o barco 200. O depósito de armazenagem marítimo 10 pode ser projetado e dimensionado para satisfazer as exigências de uma aplicação particular. As dimensões podem ser escalonadas utilizando-se uma técnica de escalonamento de Froude conhecida. As dimensões do túnel 30, que podem ser escalonadas conforme apropriado, têm aproximadamente 17 metros de largura por 21 metros de altura. Essas dimensões são apropriadas para os FTUs de casco triplo descritos anteriormente.

Além do túnel 30, o casco 12 inclui compartimentos de armazenagem, que podem ser usados para produtos de hidrocarboneto, combustível diesel marinho para barcos, combustível de propulsão a jato, tal como JP-5 para helicópteros, e água potável, por exemplo, e compartimentos de lastro. Conforme mostrado na Figura 3, a parte externa do casco 12 pode incluir um ou mais fixadores, como compartimentos, olhais, bases de reboque 60, ou montam-se dispositivos de conexão similares que possam ser usados para rebocar o depósito de armazenagem marítimo 10 ou atracar outras embarcações. A superestrutura 13 pode incluir acomodações de cabine e refeição 50, instalações médicas, oficinas, oficinas de usinagem, e similares. Um ou mais deques para helicópteros 52, uma torre de controle 54, hangares para aeronaves 56, e uma parede de explosão a jato 58, são preferencialmente proporcionados. A superestrutura 13 também pode incluir um ou mais guindastes 70, turcos ou similares, conforme apropriado para os serviços a serem oferecidos. O Resumo da descrição é escrito somente para proporcionar ao Escritório Norte-Americano de Marcas e Patentes e ao público em geral uma forma através da qual se determina rapidamente a partir de uma leitura superficial a natureza e a ideia central da descrição técnica, e esta representa apenas uma realização preferencial e não é indicativa da natureza da invenção como um todo.

Muito embora algumas realizações da invenção tenham sido ilustradas em detalhes, a invenção não se limita às realizações mostradas; podem ocorrer modificações e adaptações da realização, anterior, aos técnicos no assunto. Essas modificações e adaptações se encontram no espírito e escopo da invenção aqui apresentada.

Claims

1. ESTRUTURA FLUTUANTE (10), caracterizada por compreender: um casco (12) formado por uma porção troncônica superior (12c) tendo paredes inclinadas para dentro dispostas acima de uma porção troncônica inferior (12d) tendo paredes inclinadas para fora; e um túnel (30) formado dentro do dito casco ao nível da linha d’água, sendo que o dito túnel se abre a uma parte externa do dito casco e é dimensionado com a finalidade de receber uma embarcação (200) nele.

2. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: o dito túnel (30) ser formado dentro da dita porção troncônica superior (12c) e da dita porção troncônica inferior (12d).

3. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por, adicionalmente, compreender: uma porta (34) disposta em uma abertura do dito túnel (30) no dito casco (12) de modo a proporcionar um isolamento seletivo entre o dito túnel e a dita parte externa; desse modo, o dito túnel pode ser mantido em uma condição úmida ou em uma condição seca enquanto a dita estrutura (10) flutua em um corpo de água.

4. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por: a dita porta (34) ser impermeável; desse modo, o dito túnel pode ser mantido em uma condição úmida ou em uma condição seca enquanto a dita estrutura (10) flutua em um corpo de água

5. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: o dito túnel (30) ser formado para passar através do dito casco (12), sendo que o dito túnel define uma primeira e uma segunda aberturas no dito casco até a dita parte externa.

6. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por: o dito túnel (30) incluir uma primeira e uma segunda ramificações.

7. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por: o dito túnel (30) compreender um formato cruciforme e definir, adicionalmente, uma terceira e uma quarta aberturas no dito casco até a dita parte externa.

8. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por, adicionalmente, compreender: uma montagem de içamento de barcos (40) disposta dentro do dito túnel (30).

9. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: o dito casco (12) incluir um convés principal (12a) que cobre completamente o dito túnel (30) e transporta uma superestrutura (13) nele; e a dita superestrutura incluir pelo menos um a partir do grupo que consiste em uma instalação de atracação, um heliporto, um guindaste, uma torre de controle e um hangar para aeronave.

10. ESTRUTURA FLUTUANTE (10), caracterizada por compreender: um casco (12) formado por uma seção transversal horizontal genericamente circular; e um túnel (30) formado dentro do dito casco ao nível da linha d’água, sendo que o dito túnel se abre a uma parte externa do dito casco e é dimensionado com a finalidade e receber uma embarcação (200) nele.

11. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por: o dito túnel (30) ser formado dentro da dita porção troncônica superior (12c) e da dita porção troncônica inferior (12d).

12. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por, adicionalmente, compreender: uma porta (34) disposta em uma abertura do dito túnel (30) no dito casco (12) de modo a proporcionar um isolamento seletivo entre o dito túnel e a dita parte externa.

13. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por: a dita porta (34) ser impermeável: desse modo, ao dito túnel pode ser mantido em uma condição úmida ou em uma condição seca enquanto a dita estrutura (10) flutua em um corpo de água.

14. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por: o dito túnel (30) ser formado para passar através do casco (12), sendo que o dito túnel define uma primeira e uma segunda aberturas no dito casco até a dita parte externa.

15. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 14, caracterizada por: o dito túnel (30) incluir uma primeira e uma segunda ramificações.

16. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 15, caracterizada por: o dito túnel (30) compreender por um formato cruciforme e definir, adicionalmente, uma terceira e uma quarta aberturas no dito casco até a dita parte externa.

17. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por, adicionalmente, compreender: uma montagem de içamento de barcos (40) disposta dentro do dito túnel (30).

18. ESTRUTURA (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por: o dito casco (12) incluir um convés principal (12a) que cobre completamente o dito túnel (30) e transporta uma superestrutura (13) nele; e a dita superestrutura incluir pelo menos um a partir do grupo que consiste em uma instalação de atracação, um heliporto, um guindaste, uma torre de controle e um hangar para aeronave.