BR102021014412A2 - Sistema flutuante e estacionário para acondicionamento de equipamentos auxiliares do fornecimento de energia elétrica a navios atracados em portos e terminais portuários - Google Patents

Abstract

A presente invenção se aplica no campo da operação de portos e terminais portuários marítimos e fluviais, especificamente em termos do fornecimento de energia em terra para embarcações atracadas quando o píer de atracação não dispor do espaço necessário para acondicionamento dos equipamentos auxiliares utilizados para conexão com o navio.
A presente invenção, Figuras 1 a 3, consiste de um sistema flutuante e estacionário (também denominado Balsa Ilha) para acondicionamento de enrolador de cabos de média tensão, seus flutuadores e demais equipamentos auxiliares como parte da infraestrutura de fornecimento de energia elétrica em terra para embarcações atracadas. O sistema compreende uma base flutuante (1), defensas (2), sistema de acionamento (3), anéis coletores (4), fixadores (5), flutuadores (9) e enrolador (12) de cabos de média tensão, cabeços de amarração (6), eletrocentro (7), enrolador de cabo de aço (8), flutuadores (9), painel de controle (10), guarda corpos (11), e pontos de ancoragem (13).
A Balsa Ilha poderá ser posicionada em local estratégico do porto ou terminal portuário de modo a minimizar as interferências nas operações de navegação e trânsito de embarcações, além de ocupar uma posição segura de modo a ser protegida das grandes oscilações causadas por ondas e ventos fortes.

Description

SISTEMA FLUTUANTE E ESTACIONÁRIO PARA ACONDICIONAMENTO DE EQUIPAMENTOS AUXILIARES DO FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA A NAVIOS ATRACADOS EM PORTOS E TERMINAIS PORTUÁRIOS CAMPO DE APLICAÇÃO

[01] A presente invenção se aplica no campo da operação de portos e terminais portuários marítimos e fluviais, especificamente em termos do fornecimento de energia em terra para embarcações atracadas quando o píer de atracação não dispor do espaço necessário para acondicionamento do enrolador dos cabos flutuantes de média tensão e equipamentos auxiliares utilizados para conexão com o navio.

[02] A presente invenção, figuras 1 a 3, consiste de um sistema flutuante e estacionário (também denominado Balsa Ilha) para acondicionamento de enrolador de cabos de média tensão, seus flutuadores e demais equipamentos auxiliares como parte da infraestrutura de fornecimento de energia elétrica em terra para embarcações atracadas. Na sua configuração básica o sistema compreende uma base flutuante (1), um compartimento para deslize e armazenagem do cabo de média tensão e de flutuadores (12), um eletrocentro de média tensão (7), um painel de controle (10) e um enrolador de cabo de aço (8).

[03] A Balsa Ilha poderá ser posicionada em local estratégico do porto ou terminal portuário de modo a minimizar as interferências nas operações de navegação e trânsito de embarcações. A Balsa Ilha também poderá ocupar uma posição segura de modo a ser protegida das grandes oscilações causadas por ondas e ventos fortes.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[04] A presente invenção compreende um sistema para acondicionamento do enrolador de cabos de média tensão e flutuadores utilizados no fornecimento de energia elétrica em terra para embarcações atracadas e demais dispositivos auxiliares.

[05] Quando um navio está atracado em um porto ou terminal portuário, apesar da maioria das máquinas estarem desligadas, a embarcação ainda precisa de energia para atendimento de serviços de aquecimento, iluminação, fonte de alimentação geral, auxiliares, dentre outros. Essa energia é normalmente fornecida pela queima de combustíveis fósseis, tal como o diesel marítimo, em equipamentos auxiliares (MCA) e nos geradores das embarcações. Às vezes porém, algumas embarcações são adaptadas para substituir a energia proveniente da queima de combustíveis fósseis por energia elétrica fornecida no píer de atracação.

[06] O sistema para fornecimento de energia elétrica em terra para embarcações atracadas é denominado shore power ou cold ironing e é instalado no píer de atracação. Todavia, em alguns casos, principalmente se tratado de píers não contínuos, não há espaço suficiente no píer para instalação de todos os dispositivos que compõe o sistema shore power, ou ainda o ponto de conexão para recebimento de energia elétrica do navio é posicionado em lado oposto ao de atracação, sendo necessário o uso de cabos de média tensão flutuantes. Dessa forma, é preciso promover a alocação dos equipamentos auxiliares do shore power em local seguro e que não interfira, tanto nas operações do píer, quanto no movimento das embarcações no porto ou terminal.

[07] Com o intuito de resolver essa problemática, nesta invenção propõe-se um sistema flutuante e estacionário, ou Balsa Ilha, que possa auxiliar a operação de fornecimento de energia elétrica às embarcações atracadas em portos e terminais marítimos, fluviais e lacustres. Esse sistema, figuras 1 a 3, é constituído, basicamente, de uma base flutuante (1), um compartimento para deslize e armazenagem do cabo de média tensão e de flutuadores (12), um eletrocentro de média tensão (7), um painel de controle (10) e um enrolador de cabo de aço (8).

[08] Quando uma embarcação adaptada para o shore power atraca no píer, primeiro é necessário promover a conexão entre a mesma e o ponto de tomada de energia do porto ou terminal. Nos casos em que será utilizada a Balsa Ilha, desenrola-se o cabo de média tensão com os flutuadores. O cabo flutuante é então levado, com o auxílio de uma embarcação rebocando o sistema que contenha o dispositivo de conexão do tipo T, pois recebe energia de terra da subestação e conecta-se ao ponto de conexão do navio, seja ele posicionado no lado de atracação ou não. Uma vez que o plugue da conexão da Balsa Ilha é levado até próximo ao navio, que está conectado ao sistema que contenha o dispositivo de conexão do tipo T, onde será conectado ao plugue do navio e estabelecido o fornecimento de energia elétrica à embarcação.

[09] A base flutuante da Balsa Ilha é constituída de: Estrutura - com a função básica de suportar todos os componentes que são alojados em sua superfície e garantir a flutuabilidade através da estanqueidade das células flutuadoras e reduzir ao máximo as oscilações proporcionadas pelo mar, sua dimensão deve ser tal que em sua superfície possa ser acondicionada o dispositivo Tomada T, o enrolador de cabo/flutuadores, o sistemas de fixação dos cabos de entrada e saída do eletrocentro, painel de controle do enrolador de cabo de média tensão e auxiliares e área de acomodação do cabo de média tensão e dos flutuadores. Seu piso deve ser de material antiderrapante.

[010] Guarda corpo lateral - Tem a função de segurança de pessoas que fazem acesso a Balsa Ilha evitando possíveis projeções de pessoas ao mar por descuido ou oscilações da Balsa Ilha devido as condições de instabilidade do mar.

[011] Defensas - Sistema de proteção da estrutura da Balsa Ilha, localizada em toda a superfície lateral da Balsa Ilha com a função de absorver a energia gerada nos choques contra o casco de embarcações e estrutura do píer, constituída na sua integralidade de borracha específica para esta funcionalidade.

[012] Pontos de ancoragem (Cabeços) - Região onde é reforçada a estrutura da Balsa Ilha para receber os cabeços de fixação de correntes ou cabos de amarração junto ao local selecionado para sua instalação. Estes cabos são normalmente conectados ao píer ou em embarcações, devem existir no mínimo 7 pontos de ancoragem na Balsa Ilha distribuídos ao seu redor lados.

[013] Estrutura de suporte de amarração de cabos elétricos - Estrutura tubular que tem a função de suportar a amarração e peso dos cabos elétricos de entrada (alimentação da Balsa Ilha) e saída (para alimentação opcional do navio) do eletrocentro. As estruturas de amarração devem possuir tratamento para evitar a danificação dos cabos elétricos de 6,6 kV.

[014] Enrolador de cabo de média tensão 6,6kV - É constituído de cilindro com diâmetro mínimo para atender o menor raio de curvatura do cabo de média tensão equipado com os flutuadores, onde este cabo ficará acondicionado totalmente enrolado quando a Balsa Ilha estiver fora de funcionamento. O cilindro do enrolador é apoiado em mancais com rolamentos capazes de suportar o peso de sua estrutura com todo o cabo de média tensão recolhido/enrolado no cilindro de acondicionamento. O cilindro de acondicionamento do cabo de média tensão é movido por conjunto moto-redutor com freio acoplado na parte traseira do motor. O sistema moto-redutor de acionamento do enrolador de cabo de média tensão é alimentado por um drive de controle de torque que por sua vez recebe alimentação do eletrocentro ou conjunto de baterias recarregáveis podendo ser de baterias de íon de Lítio (Li+) com autonomia suficiente para no mínimo duas manobras de atracação consecutivas para abastecimento de navios pela Balsa Ilha.

[015] Cabo de média tensão 6,6kV - Cabo de média tensão equipado com os flutuadores, onde este cabo ficará acondicionado totalmente enrolado quando a Balsa Ilha estiver fora de funcionamento. Cabo formado por condutores de cobre eletrolítico, têmpera mole, tipo cabo móvel - SO-M - classe de encordoamento 5, forma redonda compacta, formação mínima de 1x3/C#120mm2 mais um condutor terra C#90mm2 com estrutura e revestimento externo próprio para utilização em ambiente marinho. O comprimento do cabo de média tensão deve ser compatível com a distância máxima de utilização para navio quando atracados na condição de maior distância da conexão em terra, distancia esta não menor que 250 metros.

[016] Painel de controle do enrolador de cabo de média tensão - Tem a função de controlar a velocidade do cilindro do enrolador de cabo de média tensão, freio estacionário do conjunto moto-redutor do enrolador e serviços auxiliares. É provido de todos os dispositivos de proteção, sinalização e comando necessários para que o cilindro do enrolador possa realizar o processo de enrolar ou desenrolar o cabo de média tensão com torque e velocidade compatível ao movimento do sistema que contenha a tomada T, sendo rebocado por embarcação apropriada, com a maior segurança possível.

[017] Flutuadores para cabo de média tensão - Dispositivos instalados no cabo de média tensão com a finalidade de elevar o cabo de média para fora da água, quando este estiver lançado sobre o mar. Fabricados de Polietileno linear de média densidade, virgem, atóxicos, são dispositivos de formato cilíndrico bipartido para que se possa fixar as duas partes abraçando o cabo de média tensão em distancias simétricas ao longo de todo o trecho de cabo que é lançado ao mar. O comprimento de cada flutuador é definido também pela dimensão e peso do cabo de média, de modo que os flutuadores montados no cabo de média tensão possibilitem a conformação ideal do conjunto cabo/flutuadores quando acondicionados no cilindro do enrolador de cabos.

[018] Quando for necessária a condução do cabo de média tensão sobre a água para conexão ao navio, necessariamente o plugue do cabo de média tensão da Balsa Ilha deverá ser levado próximo ao navio para ser conectado ao um equipamento/tomada para interfacear com o plugue oriundo do navio, ou conectar o plugue da Balsa Ilha diretamente no navio em tomada de média tensão a bordo apropriada.

[019] O sistema estacionário e flutuante poderá ser posicionado em local estratégico do porto ou terminal portuário de modo a minimizar as interferências nas operações de navegação e trânsito de embarcações, ou ainda poderá ocupar uma posição segura e protegida das grandes oscilações causadas por ondas e ventos fortes.

ESTADO DA TÉCNICA

[020] No contexto da melhora do desempenho ambiental em portos e terminais portuários uma série de inciativas tem sido implementadas para melhorar as operações e minimizar os impactos ambientais na área do porto.

[021] Uma dessas alternativas consiste na substituição da queima de combustíveis de origem fóssil por embarcações atracas nos portos e terminais. Sabe-se que na queima de combustíveis fósseis são gerados gases do efeito estufa, como o dióxido de carbono e o metano, gases que promovem a ocorrência de chuva ácida, a saber os óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio, e materiais particulados, que contribuem para elevados índices de poluição do ar na região do porto, que muitas vezes é circundada por cidades com grande contingente populacional.

[022] A substituição da queima desses combustíveis nas máquinas auxiliares e geradores das embarcações quando as mesmas estão atracadas se dá através da conexão da embarcação ao sistema de fornecimento de energia elétrica em terra, também denominado shore power ou cold ironing. E dessa forma, os serviços de aquecimento, iluminação, fonte de alimentação geral, bombas de deslastre, auxiliares, dentre outros, continuam em pleno funcionamento.

[023] Como a implementação do shore power é uma iniciativa relativamente recente, muitos portos e terminais portuários não tem infraestrutura adequada para acondicionamento de todos os equipamento que compõe o sistema. E ainda, em alguns casos, as particularidades de design do píer não permitem o posicionamento desses equipamentos seja por questões de interferências nas operações, seja por indisponibilidade de espaço ou ainda devido a características do próprio navio, como por exemplo nos casos em que o plugue da embarcação é localizado em lado oposto ao de atracação.

[024] Como o sistema auxiliar para viabilizar a implementação do shore power em portos e terminais portuários com píers de atracação com as características mencionadas acima, desenvolveu-se a presente invenção, Figuras 1 a 3, que consiste de um sistema flutuante e estacionário (também denominado Balsa Ilha) para acondicionamento de enrolador de cabos de média tensão, seus flutuadores e demais equipamentos auxiliares como parte da infraestrutura de fornecimento de energia elétrica em terra para embarcações atracadas. O sistema compreende uma base flutuante (1), defensas (2), sistema de acionamento (3), anéis coletores (4), fixadores (5), flutuadores (9) e enrolador (12) de cabos de média tensão, cabeços de amarração (6), eletrocentro (7), enrolador de cabo de aço (8), flutuadores (9), painel de controle (10), guarda corpos (11), e pontos de ancoragem (13).

[025] As invenções relacionadas aos dispositivos auxiliares de fornecimento de energia elétrica para navios através de mecanismos flutuantes são escassas; algumas delas focam no fornecimento de eletricidade meramente on-shore.

[026] A invenção CN103850178A trata de um dispositivo de proteção contra colisões de embarcações sobre a água em formato de ilha flutuante.

[027] A invenção se refere a um dispositivo amortecedor de proteção contra colisão de barcos, ele é usado em instalações sobre a água, como pontes, cais, barcos, cursos e plataformas. A estrutura funciona como uma barcaça anticolisão, suspensa na água, posicionada na vera da instalação aquática, tais como pontes, cais, plataformas. Apesar disso, a invenção não pretende resolver problemas de eletrificação de navios atracados num cais.

[028] A patente US5421282A: ilha flutuante artificial; constitui-se numa ilha flutuante artificial formada por uma série de módulos flutuadores (contendo ar no seu interior). Cada módulo flutuador está acoplado a uma plataforma principal, a qual é usada como superfície para alocação de qualquer tipo de equipamento que precise ser disposto sobre a água (mar). Cada um dos flutuadores inclui equipamentos e estruturas de segurança que fornecem resistência ao sistema como um todo. Assim, a união entre flutuadores e plataformas criam um módulo integrado flutuante de superfície plana que serve como ilha artificial flutuante. O dispositivo pode ser usado com diversas finalidades, apesar disso, este não foi projetado para trabalhar em consonância com as demandas de shore power.

[029] A invenção CN209426992U: sistema de coleta de esgoto em doca para navios; corresponde a um cais flutuante bipartido, o qual conta com um sistema de coleta de esgoto montado sobre uma estrutura flutuante. O equipamento tem as vantagens de permitir realizar a segregação e tratamento da água de esgoto decorrente de navios, constituindo-se num equipamento projetado para trabalhar ao costado do navio, embora não sendo autopropelido. Esta invenção trata de um corpo flutuante que serve aos navios atracados num cais; apesar disso, não contemplam a mesma finalidade de fornecimento de energia.

[030] A invenção CN109703727A, trata de um Barco de armazenamento de energia com bateria flutuante de alta capacidade. A invenção está composta por num barco acoplado a uma bateria flutuante destinada ao armazenamento de energia através de baterias de alta capacidade. O sistema destina-se ao fornecimento de energia elétrica demandada por navios e demais sistemas que transitam por uma determinada rota de navegação costeira, é rebocada e transportada por um navio até o local de uso; apesar disso, não se constitui numa solução projetada para trabalhar ao costado do navio, do lado do píer/cais de atracação com finalidades de suprimento de energia a grande escala.

[031] A seguinte invenção: CN105383645A - Sistema e método de controle de monitoramento de energia/Estação de energia solar, tipo flutuante, acoplada ao costado do navio._Constitui-se numa plataforma modular móvel de pequeno porte, que contém uma estação de energia solar, a qual flutua na água e que pode ser arrastada por uma embarcação no seu costado. A estação de energia solar é uma plataforma que ergue um painel fotovoltaico de grande área, se mantem flutuando devido a quatro ou mais cilindros flutuantes, coleta, armazena e supre energia ao navio. Desta forma, a estação de energia solar é fixada ao navio através de dois ganchos, alimentando equipamentos e /ou motores elétricos; dita estação funciona fornecendo energia alternativa ao navio; embora, em menor escala, sendo assim uma aplicação para embarcações de pequeno porte ou de lazer. Além disso, não se constitui numa solução acoplada ao cais, com a finalidade de conectar o navio a uma fonte de alimentação elétrica com o caso de uma subestação por exemplo.

[032] A invenção US2018326857A1 - Fornecimento de energia elétrica para uma embarcação elétrica, se constitui numa estrutura com conectores elétricos acoplada na vera de um píer, cais ou doca de atracação de navios. Dita estrutura pode ser fixada onshore ou colocada offshore, no costado do píer, cais ou doca de atracação de navios. A estrutura conta com unidades de conexão elétrica dispostas para a atracação e desatracação mecânica de embarcações, de forma que seja possível o fornecimento/transmissão de energia elétrica durante a atracação do navio ao píer. A invenção US2018326857A1 está conceitualmente mais próxima da proposta trazida neste depósito de patente, uma vez que a sua aplicação é feita diretamente no cais, sendo um ponto de conexão que fornece eletricidade para o navio.

SÚMARIO DA INVENÇÃO

[033] A presente invenção, figuras 1 a 3, consiste de um sistema flutuante e estacionário (também denominado Balsa Ilha) para acondicionamento de enrolador de cabos de média tensão, seus flutuadores e demais equipamentos auxiliares como parte da infraestrutura de fornecimento de energia elétrica em terra para embarcações atracadas. Na sua configuração básica O sistema compreende uma base flutuante (1) sobre a qual é montada a infraestrutura auxiliar do sistema de fornecimento de energia elétrica em terra. As defensas (2) no entorno da base flutuante são posicionadas para evitar o dano à Balsa Ilha no caso de uma eventual colisão. Os cabos elétricos de média tensão utilizados para conexão com a embarcação quando fora de operação são mantidos no enrolador (12) juntamente com seus flutuadores (9). Quando necessário, o enrolador (12) promove a liberação ou recolhimento dos cabos e flutuadores através de comando junto ao seu sistema de acionamento (3). O cabo de média tensão passa através do anel coletor (4). Por questões de segurança, os cabos elétricos de média tensão são mantidos nos fixadores (5) na entrada e na saída do eletrocentro (7).

[034] A Balsa Ilha conta ainda com dispositivos de segurança, como os cabeços de amarração (6) dos cabos de aço que podem ser recolhidos através de enrolador (8) dedicado. Há também guarda corpos (11) para contribuir com a segurança dos operadores e pontos de ancoragem (13) para manter todo o sistema em posição estacionária quando necessário. Para controle dos dispositivos que compõe a Balsa Ilha, o sistema dispõe de um painel de controle (10) localizado nas adjacências do eletrocentro (7).

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS E TABELAS

[035] A Figura 1 é a representação esquemática do sistema flutuante e estacionário para acondicionamento de equipamentos auxiliares do fornecimento de energia elétrica a navios atracados.

[036] A Figura 2 é a representação esquemática do sistema flutuante e estacionário para acondicionamento de equipamentos auxiliares do fornecimento de energia elétrica a navios atracados- Vista frontal.

[037] A Figura 3 é a representação esquemática do sistema flutuante e estacionário para acondicionamento de equipamentos auxiliares do fornecimento de energia elétrica a navios atracados- Vista superior.

[038] A tabela a seguir é a lista de referências numéricas da figura 1, figura 2 e figura 3.

Claims (10)

1. Sistema flutuante e estacionário para acondicionamento de equipamentos auxiliares para o fornecimento de energia elétrica de terra para navios atracados em portos e terminais portuários marítimos, fluviais e lacustres quando da limitação de espaço no píer de atracação CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma base flutuante (1), defensas para proteção contra abalroamento (2), sistema de acionamento (3), anéis coletores de cabos de média tensão (4), fixadores (5), flutuadores (9) e enrolador (12) de cabos de média tensão, cabeços de amarração (6), eletrocentro (7), enrolador de cabo de aço (8), flutuadores (9), painel de controle (10), guarda corpos (11), e pontos de ancoragem (13).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato consistir de um casco (1) que configura a base flutuante para a balsa ilha ser posicionado e dotada de equipamentos sobre o convés principal (3).
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da estrutura (1) ser dotada de defensas para proteção da estrutura (1) do casco em toda sua extensão para proteção contra colisões nas estruturas onde for instalada.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato anel coletor de cabo de média tensão (4) e o fixador de cabo de média tensão (5) permitirem ter um controle em relação a passagem do cabo de média tensão para ser direcionado ao navio.
5. Processo, de acordo com a reivindicação de 1, CARACTERIZADO pelo fato de os flutuadores (9) permitirão que os cabos lançados pelo enrolador (12) de cabos de média tensão fiquem sobre a água evitando assim o seu contato direto com água durante o fornecimento de energia para o navio, bem como durante seu recolhimento para ser armazenado no enrolador de cabos.
6. Processo, de acordo com a reivindicação de 1, CARACTERIZADO pelo fato de ser dotada de cabeços de amarração para permitir o posicionamento da estrutura do casco e sua fixação no local escolhido (6).
7. Processo, de acordo com a reivindicação de 1, CARACTERIZADO pelo fato de ser dotado de enrolador de cabo de aço (8) para lançamento e recolhimento dos cabos de média tensão.
8. Processo, de acordo com a reivindicação de 1, CARACTERIZADO pelo fato de ser dotada painel de controle (10) de energia e comandos elétricos.
9. Processo, de acordo com a reivindicação de 1, CARACTERIZADO pelo fato de ser dotada painel de controle (10) de energia e comandos elétricos.
10. Processo, de acordo com a reivindicação de 1, CARACTERIZADO pelo fato de ser dotada guarda corpos (11) para proteção e segurança operacional, e pontos de ancoragem (13) para fixação da estrutura do casco.

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