BR102021024485A2 - Robô subaquático para remoção de bioincrustação marinha de cascos de unidades flutuantes com sistema de contenção e captura de resíduos - Google Patents

Abstract

A presente invenção é um equipamento robô subaquático teleoperado de remoção de bioincrustação marinha, objetivando principalmente organismos como o Coral Sol, os quais ficam instalados em cascos de unidades flutuantes para transporte de Petróleo e seus derivados, ou em plataformas de exploração e produção. O sistema compreende um robô teleoperado que remove a bioincrustação marinha destes cascos, sem danos ao casco, contendo e capturando os resíduos. Trata-se de um equipamento inteligente capaz de atuar em dois modos: ROV para permitir navegar dentro da água, e Crawler para efetuar as funções próprias e consequentes da remoção da macro incrustação contendo coral sol. Possui sistemas de referência não georeferencais utilizando elementos acústicos para facilitar a localização ao operador. Utiliza visão computacional para entrar nos locais de garagem sem auxílio humano. Tem inseridos Thrusters para controle de movimentos aquáticos, sistemas para autonivelamento com controle da dinâmica do centro de flutuabilidade e possui rodas de movimentação podendo ser eletroímãs ou por um conjunto de rodas que trabalha em conjunto com um sistema de fixação magnética, ambas com variação da força de acoplamento. Possui ou um sistema de remoção, contenção, captação e trituração das bioincrustações ou um sistema de remoção por cavitação e impacto mecânico podendo ter altura aproximada de 30 centímetros, normalmente aplicado ao Coral Sol.

Description

ROBÔ SUBAQUÁTICO PARA REMOÇÃO DE BIOINCRUSTAÇÃO MARINHA DE CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES COM SISTEMA DE CONTENÇÃO E CAPTURA DE RESÍDUOS Campo da Invenção

[001] A presente invenção está relacionada à remoção de bioincrustações em cascos de embarcações marítimas que realizam operações offshore e transporte de cru e derivados. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a um robô subaquático teleoperado que contém embutido um sistema de contenção e captura de resíduos para atuar em bioincrustações, normalmente contendo espécies invasoras de outros oceanos, tipo o Coral Sol.

[002] A presente invenção propõe em sua forma mais ampla um sistema de remoção de bioincrustação marinha predominantemente composta por organismos calcários de esqueleto rígido tais como corais pétreos ou escleractíneos, podendo haver a presença de organismos fibrosos, com até 30 centímetros de espessura, aqui designada macroincrustação, e envio do bioresíduo gerado após remoção para uma unidade modular remota para tratamento do efluente gerado.

Descrição do estado da técnica

[003] A bioincrustação marinha ocorre em cascos de FPSO, plataformas semissubmerssíveis, embarcações de apoio/serviço e cascos de navios similares, podendo apresentar espessuras de até 30 centímetros. Esta camada espessa aumenta a resistência ao deslizamento na água e, consequentemente, o gasto com combustível bem como provoca corrosão na superfície, além de aumentar o peso da embarcação.

[004] Devido ao desenvolvimento de bioincrustação em embarcações, plataformas e estruturas flutuantes em geral, esses anteparos mostram-se como um dos principais vetores de dispersão e introdução de espécies exóticas no ambiente marinho. Busca-se a contenção e o controle populacional destas espécies proliferativas por conta dos potenciais impactos sobre as espécies nativas, podendo reduzir ou afetar a biodiversidade do litoral brasileiro.

[005] Um dos principais invasores da biodiversidade Brasileira é o Coral-Sol1, proveniente do oceano pacífico, conhecidamente desde a década de 80, por ter invadido costões rochosos do litoral. Alguns estudos comprovaram que o Coral-sol é um invasor eficiente, com rápido crescimento. O coral-sol modifica ambiente invadido, criando um ambiente favorável à sua permanência, e para isso produz substâncias químicas nocivas o qual exclui alguns atores da fauna e flora nativa. O coral-sol foi também observado matando espécies nativas de corais, algumas inclusive endêmicas do Brasil, competindo com espécies de valor econômico, tais como o mexilhão, afetando a produtividade primária e costeira (pesqueira e de recursos do mar), prejudicando assim uma fonte de alimento.

[006] As leis nacionais exigem a identificação, o acompanhamento e a eliminação dos organismos não nativos que vieram se radicar nas áreas naturais de importância biológica. Busca-se a eliminação destas espécies proliferativas por conta dos impactos sobre as espécies nativas, podendo reduzir ou afetar a biodiversidade do litoral brasileiro. Esta motivação criou a necessidade de projetar um robô que promove a remoção e coleta de vetores que empregam o casco de embarcações para se disseminar pelo mundo, comprometendo neste caso o habitat marinho do país.

[007] As incrustações interferem de forma negativa pois trazem uma carga adicional a um projeto que, possivelmente, não tenha levado em conta tal excedente de peso, trazendo problemas estruturais e/ou de estabilidade (flutuabilidade).

[008] Navios incrustados sofrem com o aumento do arrasto (maior atrito com a água), tem sua velocidade de deslocamento reduzida, aumentando o consumo de combustível.

[009] Os cascos possuem desde geometrias planas e com grandes raios de curvatura até geometrias mais complexas com áreas nichos, como por exemplo, balcões de riser’s, estruturas de proteção dos cascos, reforços estruturais, áreas de difícil acesso etc.

[010] Comumente, a remoção da bioincrustação tanto no casco quanto em lugares difíceis é realizada por mergulhadores munido de ferramentas apropriadas e o material removido pode não ser totalmente recolhido, mas sim deixado no ambiente. A operação apresenta riscos para o operador devido à grande extensão e irregularidades da superfície bem como para o meio ambiente uma vez que espécies invasoras e fragmentos da tinta da superfície contendo metais pesados ou outras substâncias nocivas espalham-se no ambiente desregulando o equilíbrio daquele subsistema.

[011] O desenvolvimento de tecnologias que não demandem o mergulho humano é fundamental para proporcionar operações mais seguras. Nesse contexto, o projeto de um sistema robótico para a remoção de bioincrustação apresenta-se como uma excelente alternativa para a redução de custos e da exposição humana a esse tipo de operação. Da mesma forma, é importante que o sistema esteja acoplado a um módulo de tratamento do efluente contendo bioincrustação, que garanta a destinação adequada dos resíduos sólidos gerados e devolução de efluente líquido ao mar (livre de organismos vivos), impossibilitando a proliferação de espécies exóticas. Com o desenvolvimento de tecnologias, atualmente é possível a substituição da mão de obra humana nesta atividade, proporcionando assim uma operação mais eficiente e segura.

[012] Sistema atuais que poderiam atender a esta tarefas foram encontrados nos documentos US7905192B1, WO2019028562A1, JP2008018745A, WO2018096214A1, GB2528871A e US20140230711, mas tem uma série de limitações para o problema técnico ora apresentado, de modo que simples adaptações das soluções reveladas nestes documentos não seriam adequadas para a remoção de macroincrustações, aqui denominada de incrustações de até 30 centímetros, mas sim para remoção de biofouling de menor espessura, predominantemente formado por algas, mexilhões e cracas, aqui designada microincrustação.

[013] O sistema reivindicado no documento US7905192B1 compreende um sistema integrado de limpeza e tratamento que compreende um veículo consistindo em um compartimento dotado de escovas para remoção da bioincrustação e um compartimento para separação dos sólidos da bioincrustação e estes sólidos são bombeados para uma estação de tratamento por meio de uma mangueira flexível. Este veículo precisa ser conduzido por um operador, a resistência mecânica das cerdas escovas é considerada baixa devido ao seu índice de esbeltez o que limita a remoção em organismo a base de carbonato de cálcio, em especial, o coral sol; somando a esse fator temos a captação que é ligada a uma bomba sem o intermédio de triturador, o que ocasiona um baixo fluxo de solido/liquido ou uma obstrução total do sistema.

[014] O documento WO2019028562A1 revela uma máquina com auto-propulsão guiada por um operador para remoção de bioincrustação que é conectada a uma unidade de tratamento, embora esta unidade não esteja compreendida na invenção.

[015] O documento JP2008018745A se refere a um robô de limpeza subaquática para remover organismos como mexilhões azuis e cracas vermelhas crescendo em uma superfície submersa. O sistema de locomoção do referido robô é realizado por thrusters e rodas guias. A força gerada pelos thrusters são usados para pressionar o robô contra a superfície a ser limpa, gerando uma perturbação fluidodinâmica, que é uma grande inconveniente, pois gera vibrações na água fazendo com que algumas espécies de corais potencialmente liberem suas plânulas no ambiente. Este robô de limpeza subaquática inclui um dispositivo de raspagem que raspa o organismo vivo que se estabeleceu na superfície da parede. O robô de limpeza subaquática suga os organismos raspados pelo dispositivo de raspagem. Um dispositivo de trituração tritura os organismos que são sugados por uma porta de sucção, em uma unidade de armazenamento.

[016] O dispositivo de trituração descrito neste documento JP2008018745 é configurado por um tambor rotativo de trituração posicionado em um estágio anterior e um tambor rotativo de cisalhamento posicionado em um estágio subsequente do tambor rotativo de trituração. O sistema de trituração revelado tem um desenho não apropriado para triturar macroincrustações, como por exemplo o coral sol, pois o material seccionado não tem uma redução de tamanho antes de ser enviado aos rolos o que poderia provocar obstrução. Existe uma limitação de agarre pelos rolos de partículas maiores, que é uma característica das macroincrustações, em especial, das colônias de corais que tem sua resistência estrutural maior do que a de adesão ao casco, aumentando a possibilidade de desprender colônias inteiras durante a remoção. Somando a isso, temos o fato das partículas solidas serem de características heterogêneas contendo algas elementos fibrosos e carbonáceos, favorecendo a obstrução da passagem destinada a passagem da água, provocando a obstrução do sistema. No sistema proposto objeto da presente invenção, esse fenômeno não acontece devido ao fato de a redução de tamanho de partículas da macroincrustação acontecer de forma escalonada ou de forma simultânea por meio de dispositivos cisalhantes além da existência de dispositivos que evitam a obstrução do sistema de remoção, captação e trituração como poderá ser verificado na descrição detalhada a seguir.

[017] Num escoamento de um sistema bifásico, as partículas sólidas têm seu tempo de residência maior que a fase líquida quando passam pelos rolos durante a trituração. Desta forma, a vazão de fluido é reduzida devido a obstrução gerada, comprometendo a eficiência na captação, o que é potencializado quando se tem rolos em série. Além disso, os fragmentos quando não alcançam os tamanhos desejado, recirculam novamente pelos trituradores potencializando a perda de carga e reduzindo a eficiência global do sistema.

[018] O documento WO2018096214A1 revela um dispositivo ROV para manutenção de embarcações marítimas subaquáticas que é capaz de percorrer uma superfície ferrosa. O dispositivo ROV tem uma via contínua que se agarra à superfície ferrosa com eletroímãs, enquanto o aparelho executa tarefas de manutenção no casco da embarcação. O ROV pode ser usado para a seleção de tarefas submarinas para embarcações marinhas, tais como limpeza ou inspeção de cascos de navios. O ROV pode transportar vários dispositivos para diversos fins, como câmeras, portas de sucção, escovas, luzes, UV luzes, sonares ou dispositivos para análise ou vigilância subaquática. O ROV pode compreender um cordão umbilical ligado ao host, por exemplo, no convés do navio que transporta informações ou consumíveis, tais como energia elétrica entre o ROV e o host. O cordão umbilical pode entregar os detritos ou incrustações destacadas do casco ou da hélice para o host para posterior gerenciamento de resíduos. Os detritos podem ser filtrados e coletados, permitindo assim o uso em portos ou locais com limites ambientais. Nessa invenção não se observa dimensões e versatilidade para o dispositivo possa executar tarefas para eliminar o Coral-Sol, inclusive foi desenvolvido para ter um braço giratório, com objetivo de limpeza de incrustações com baixa espessuras, as microinscrustações, e por isso, também não tem um sistema de trituração conforme a invenção aqui proposta. O diferencial deste dispositivo reside na existência de um sistema de acoplamento por meio de um módulo de sucção que permite rotação em seu próprio eixo dando flexibilidade maior na mobilidade da plataforma robótica. Mesmo que este dispositivo fosse aplicado para remoção de bioincrustação marinha, este não seria adequado para remoção de macroincrustação e tampouco efetuaria a contenção e captação do material de forma eficiente como é a proposta da presente invenção.

[019] O documento GB2528871A revela um veículo operado remotamente (ROV) para limpeza e/ou inspeção de cascos, compreendendo uma unidade de força hidráulica (HPU) a bordo, acionada eletricamente. Compreende uma ou mais pistas para proporcionar aderência e tração em um casco, a pista compreende uma pluralidade de elementos magnéticos. O veículo é controlado por um PLC (programmable logic controller) embarcado, usando sensores de bordo e entradas do operador, com comunicação de dados ao console de controle de superfície via conexão óptica Ethernet. O ROV pode compreender elementos de limpeza modulares, com diferentes módulos que permitem que a limpeza da superfície seja feita por vários processos, incluindo, mas não limitado a escovas com eixo rotacional normal à superfície, escovas com eixo rotacional paralelo à superfície, ou jato de água. O ROV pode recolher os detritos de bioincrustação e limpeza e devolvê-los à superfície por meio de um umbilical, ou armazená-los a bordo. O ROV pode compreender propulsores e ajuste de lastro que permitem que ele nade na água, permitindo manobras na água até uma superfície ferrítica e se prenda. O ROV pode compreender uma ou mais câmeras para transmitir vídeo ao vivo para um console de controle de superfície. Apesar de todos estes elementos, este veículo não atende ao serviço de remoção de incrustações de até 30 centímetros, as macroincrustações, e também não traz um dispositivo de trituração, trazendo apenas escovas do tipo Rilsan.

[020] O documento WO2018061122A1 revela um dispositivo robô de movimentação em superfície simples ou parede e um método de movimentação em superfície ou parede, que pode usar uma força magnética atrativa de forma eficiente, propiciando uma movimentação de forma estável sobre uma superfície ou parede metálica ferrítica. O robô compreende uma escova rotativa para limpeza da superfície enquanto se viaja por ela. O documento além de não revelar um dispositivo de trituração de organismos incrustantes conforme a invenção, não revela claramente como o veículo é operado.

[021] O documento US20140230711A1 revela um dispositivo robô focado em soluções para determinada força atrativa puxando-o em direção à estrutura, principalmente vertical. Tal força pode ser exercida por um eletroímã ou um ímã permanente, fazendo com que um rolamento de ferramenta ou um chassi móvel do dispositivo se agarre a uma superfície ferrosa, sendo manobrado sobre a superfície do casco de um navio. O diferencial alegado para este dispositivo é o sistema de fixação magnética que utiliza sistema de imãs permanentes, estes são alocados dentro das rodas, ou eletroímãs, variando somente a distância entre o ímã e a superfície. Ainda revela uma série de realizações contendo ferramentas para limpeza de superfícies, inclusive por jato, porém nenhuma delas revela um dispositivo de trituração de organismos incrustantes conforme a invenção.

[022] Com relação ao sistema de remoção da bioincrustação, os documentos WO2018096214A1, GB2528871A, WO2018061122A1 e US20140230711A1 apresentam soluções já conhecidas do estado da técnica tais como escovas, rolos ou jateamento. Estes sistemas de remoção são dimensionados para a remoção de incrustações de espessura máxima de 1 cm. Logo, não são adequados para remoção de macroincrustações rígidas que poderão conter material calcário e orgânico fibroso com espessuras de até 30 centímetro. Outro fator relevante é que, conforme observado, nenhum documento têm um sistema de contenção e captação eficiente da bioincrustação para um tratamento posterior, potencializando assim que espécies indesejadas (exóticas) liberem plânulas durante a atividade de remoção, não sendo relevante quando comparado com os sistemas de remoção, captação e trituração da presente invenção.

[023] Com o desenvolvimento de tecnologias conforme mostrado, atualmente é possível a substituição da mão de obra humana in locco nesta atividade, proporcionando assim uma operação mais eficiente e segura.

[024] A invenção poderá ser aplicada integralmente para atender as restrições ambientais o qual envolve à remoção de bioincrustação marinha contendo coral-sol de cascos de unidades flutuantes (FPSO, SS, NS e embarcações de serviço/apoio e cascos similares).

[025] Com o intuito de solucionar os problemas relacionados, a presente invenção foi desenvolvida para atender não somente as exigências ambientais relativas a bioincrustação, principalmente referente a macroincrustações contendo Coral-Sol, mas também foi desenvolvida com foco no aumento de produtividade através de uma remoção mais eficiente do que foi apresentado no estado da técnica e mais rápida; e com foco econômico, pois quanto mais rápida for a remoção mais cedo uma unidade (FPSO, SS, etc.) é liberada para sua atividade fim evitando perdas de produção por tempo parado esperando a remoção da bioincrustação marinha do casco.

Resumo da Invenção

[026] A invenção proposta trata-se de um equipamento inteligente capaz de atuar em dois modos: ROV, para lhe permitir navegar dentro da água, e Crawler para efetuar as funções próprias e consequentes da remoção da macroincrustação contendo coral sol.

[027] Com o objetivo de remover, captar e transportar a bioincrustação, a invenção robô de operação subaquática foi dividida em subsistemas conforme apresentado na Figura 1. Esta divisão tem como intuito facilitar e mapear os possíveis componentes e sistemas do robô, decompondo a complexidade da solução final em partes menores.

[028] A invenção foi concebida contendo uma unidade robótica que adere a cascos ferromagnéticos, por eletroímãs, alternativamente eletroímãs em conjunto com ímãs permanentes, percorrendo o caminho, sendo inserida um módulo interno contendo uma unidade de remoção, trituração e acomodação de resíduos, o qual envia o material removido para um sistema modular de tratamento de efluente (SMTE), descrito em outro pedido de invenção com o título de Sistema Modular de Tratamento de Efluentes Provenientes da Limpeza de Cascos de Unidades Flutuantes.

[029] O sistema robótico teleoperado elimina a necessidade do mergulho humano em quaisquer etapas dos processos de remoção, contenção e captura da bioincrustação marinha removida do casco.

[030] A presente invenção prevê a necessidade de um operador para posicionar a região frontal do robô, encarregada da remoção, na proximidade da macroincrustação. O robô teleoperado, objeto da presente invenção, é capaz de remover, captar e triturar bioincrustação, contendo coral sol e densa quantidade de organismos marinhos que possuem esqueleto calcário, como é o caso dos corais, aqui referida como macroincrustação.

Descrição dos desenhos

[031] Nos desenhos, têm-se:

[032] A Figura 1 apresenta um diagrama dos subsistemas do robô.

[033] A Figura 2 apresenta um esquema do robô em módulos.

[034] A Figura 3 ilustra o robô subaquático teleoperado da concretização 1 mostrando o corpo com sua carenagem externa de proteção.

[035] A Figura 4 mostra a capacidade do robô da concretização 1 em se adaptar a diferentes curvaturas devido a divisão em módulos independentes. O robô neste estado é apresentado sem a carenagem de proteção.

[036] A Figura 5 mostra a divisão detalhada do robô da concretização 1 em 3 módulos separados: frontal, central e parte posterior.

[037] A Figura 6 mostra a vista superior do robô da concretização 1.

[038] A Figura 7 mostra vista superior do robô da concretização 1 com seus principais componentes.

[039] A Figura 8 apresenta a vista traseira do robô da concretização 1 detalhando os componentes alocados no módulo posterior.

[040] A Figura 9 mostra uma vista lateral do robô da concretização 1 e com detalhes de componentes visíveis externamente.

[041] A Figura 10 mostra uma vista frontal do robô da concretização 1 com os principais sensores dispostos neste módulo.

[042] A Figura 11 apresenta uma vista isométrica do robô da concretização 1 contendo todos os sensores instalados nele.

[043] A Figura 12 ilustra o campo de visão de 360° da parte frontal, traseira e das laterais do robô da concretização 1.

[044] A Figura 13 ilustra a mudança do centro de flutuabilidade do robô da concretização 1 para facilitar na manobrabilidade dele.

[045] A Figura 14 ilustra detalhes internos do sistema de remoção, contenção, captação e trituração do robô da concretização 1.

[046] A Figura 15 mostra uma vista contendo as partes preenchidas do sistema de remoção do robô da concretização 1.

[047] A Figura 16 ilustra detalhes dás pás do sistema de remoção, contenção e captação do robô da concretização 1.

[048] A Figura 17 apresenta detalhes do sistema de autolimpeza do sistema de remoção, contenção e captação do robô da concretização 1.

[049] A Figura 18 mostra uma vista do sistema de trituração do robô da concretização 1.

[050] A Figura 19 mostra os dutos de sucção da bomba do sistema de trituração do robô da concretização 1.

[051] A Figura 20 ilustra o interior do eixo dos rolos e filtro do sistema de trituração do robô da concretização 1.

[052] A Figura 21 ilustra o componente do sistema de rodas e seus motores da concretização 2.

[053] A Figura 22 ilustra uma vista isométrica do conjunto responsável pela fixação na superfície metálica da concretização 2.

[054] A Figura 23 ilustra uma vista lateral mostrando os dois graus de liberdade que permitem a adaptabilidade do sistema de fixação na superfície metálica.

[055] A Figura 24 mostra uma vista inferior do robô da concretização 2 com destaque para o sistema de movimentação composto pelo conjunto de quatro rodas e respectivos motores e pelo posicionamento dos sistemas de fixação.

[056] A Figura 25 ilustra o posicionamento adequado para o sistema de fixação e os conjuntos de rodas no módulo frontal e traseiro da concretização 2.

[057] A Figura 26 ilustra o robô da concretização 2 com destaque para a parte do módulo frontal contendo o mecanismo de contenção passivo, as lonas e a cortina.

[058] A Figura 27 ilustra em detalhes de como é composto o segmento da cortina e seu formato preferencial de construção.

[059] A Figura 28 mostra o comportamento esperado dos segmentos da cortina ao encontrar um material sólido de incrustação.

[060] A Figura 29 ilustra o sistema de remoção por cavitação composto pelo conjunto de lanças de cavitação.

[061] A Figura 30 ilustra os discos do sistema de remoção de impacto mecânico.

[062] A Figura 31 mostra a estrutura e componentes do sistema de remoção por impacto mecânico.

[063] A Figura 32 mostra o mecanismo de três barras e suas partes que servem para promover a movimentação relativa entre os módulos.

[064] A Figura 33 mostra a instalação do mecanismo de três barras em que os cilindros hidráulicos ficam situados no módulo central possibilitando atuar sobre os demais módulos.

[065] A Figura 34 mostra o robô da concretização 2 com a carenagem externa.

Descrição da Invenção

[066] O projeto do robô subaquático de Remoção de Bioincrustação Marinha (RBIM) foi concebido ser dividido em 3 partes conceituais independentes. A primeira parte é composta pelo conceito de invenção aqui apresentado, representado pelo detalhamento das duas concretizações preferenciais do Robô subaquático que executará em campo a tarefa de remoção das bioincrustrações. A segunda parte é composta pelo uso de uma embarcação de apoio que conterá não somente a Garagem do Robô, mas um sistema integrado de controle e operação do Robô e SMTE, assim como um sistema de lançamento no mar, os quais estão descritas no documento BR 10 2020 026998-4. E a terceira parte é composta pelo Sistema Modular de Tratamento de Efluentes (SMTE) o qual processa todo o resíduo gerado durante a operação de remoção pelo Robô descrito em BR 10 2020 027017-6. A Figura 1 ilustra o projeto onde está inserido a presente invenção, em que a parte compreendida pelo conceito inventivo do Robô de remoção de bioincrustação é composta por basicamente em subsistemas inseridos dentro de módulos sendo eles: o conjunto ou módulo frontal, central e traseiro. As conexões entre os módulos são através de um ponto que contém fixações mecânicas não rígidas e através em outro ponto contendo um sistema de amortecimento composto por cilindros ativos.

[067] O robô de operação subaquática tem a capacidade de atuar em áreas planas e raios grandes, compreendendo conceitos adequados aos desafios e particularidades do ambiente em que ele deverá operar, tais como: superfícies não uniformes (desníveis, raios grandes); forças proveniente do meio onde deve operar (ondas, correntes marítimas); evasão da bioincrustação após remoção; necessidade de se locomover em ambiente subaquático; locomoção quando aderido ao casco de embarcações do tipo FPSO, SS, NS e embarcações (RSV, PSV, AHTS, PLSV, SDSV e cascos similares), Casco típico (FPSO, UMS e NS), e Casco de Semissubimersível (SS). A divisão do robô em módulos, como mostrado de forma genérica na Figura 2, é conveniente pois viabiliza a sua adaptação em superfícies de raios côncavos e convexos e, consequentemente, assegura que toda sua estrutura esteja em contato com a superfície.

[068] O robô é disposto na água a partir de um sistema de lançamento construído para tal operação. Após a soltura do robô, o operador irá operá-lo na forma ROV, onde o operador irá controlá-lo por via de um controle especializado para movimentação de ROVs, no qual o software irá transformar os comandos feitos pelo operador em informações para os thruster (propulsores) dispostos no robô. Thrusters são normalmente hélices marítimas impulsadas por motores hidráulicos ou elétricos montados em um robô subaquático como um dispositivo de propulsão. Isso dá ao robô movimento e manobrabilidade contra a resistência do fluído o qual está submerso.

[069] Internamente, o robô conta com um sistema de auto nivelamento e auto atitude, com o qual, automaticamente o robô estará se adaptando às solicitações do meio. Em modo ROV, o robô contará com um sistema de localização não georeferencial (coordenadas de localização em determinado sistema de referência a ser estabelecida em cada missão), o qual, a partir do fusionamento de dados provenientes destes sensores, o sistema dá ao operador a localização do robô em relação ao barco de apoio. A altitude e atitude do robô são dados que os sensores provêm, no caso a altitude é dada em função do fundo do mar e a atitude em relação aos eixos principais do robô. O sistema USBL é baseado na transmissão e recepção de um sinal acústico transmitido e recebido por um transdutor contendo multi-elementos instalado no fundo das embarcações, ou seja, compara a fase na chegada do pulso, também chamado de ping, entre esses multi-elementos individuais para determinar o ângulo e distância entre o transponder e o transducer.

[070] Quando a plataforma robótica estiver próxima à superfície metálica, o robô deve-se transladar e rotacionar até ficar paralelo à superfície que irá se acoplar. Para efetuar esta operação, o robô poderá alterar o seu centro de flutuabilidade por meio de um sistema de flutuabilidade dinâmica (37) conforme apresentado na Figura 13. Este sistema é composto de reservatórios de ar (7) que poderão ser preenchidos com ar proveniente do sistema auxiliar do barco de apoio, vide Figura 7. À medida que o ar preenche estes reservatórios, o volume deslocado proveniente pelo reservatório a ser enchido provocará uma mudança na dinâmica do robô quando este está submerso, possibilitando assim o maior controle do sistema. Assim como alterar o centro de flutuabilidade do robô pode ser uma maneira, a outra opção é alterar a potência de cada Thruster individualmente, forçando que o robô fique na posição necessária, ambas as soluções poderão ser alcançadas pelo robô. Outra solução que o sistema contempla é a utilização de pesos móveis, chamado de ballast. Estes pesos móveis utilizam o mesmo mecanismo apresentado na Figura 13, porém, ao invés de alterar o centro de flutuabilidade, o centro de massa é deslocado, logo, a rotação do corpo se daria por conta da variação deste centro de massa.

[071] Os componentes dos subsistemas de cada módulo estão apresentados na Figura 1. O módulo central abriga rodas, acopladas ou não a uma esteira, sistema de fixação eletromagnética, podendo compreender imã permanente, uma central elétrica, um suporte para um braço robótico, podendo também compreender sensores. O módulo traseiro abriga as rodas, acopladas ou não a uma esteira, sistema de fixação eletromagnética, podendo compreender imã permanente, propulsores, sensores e conexão do umbilical. O módulo frontal abriga o sistema de remoção, captação, trituração e transporte da bioincrustação bem como rodas, acopladas ou não a uma esteira, sistema de fixação eletromagnética, podendo compreender imã permanente, propulsores e sensores.

[072] Por conta de o robô ser dividido em módulos. Os módulos contam com fixações mecânicas (16) em um ponto e em outro ponto os cilindros ativos (17) para amortecer a movimentação relativa entre os módulos e auxiliar na conformação do robô em superfícies com raios grandes, sendo convexos ou côncavos. Isso ocorre pois, quando o robô irá se fixar à superfície, não necessariamente todos os módulos estarão em contato com o casco metálico, logo, se faz necessário que existam atuadores que conformem o corpo deforma que, os módulos e os eletroímãs entrem em contato com a superfície. Quando em modo ROV, os cilindros ativos providenciarão maior estabilidade entre os módulos, inibindo o movimento relativo entre eles e habilitando desta forma uma maior estabilidade do robô. O chassi do robô é feito de forma modular e vazado de forma que as solicitações provenientes do meio sejam minimizadas.

[073] Em outra configuração alternativa, os módulos são conectados por mecanismo de três barras (104), acionados por um atuador linear (100). Este mecanismo propicia ao robô uma maior flexibilidade, garantindo assim a sua adaptação a raios grandes, assim como, superar obstáculos, conforme visto na Figura 32 e Figura 33. Para superar um obstáculo à frente o operador aciona os atuadores lineares frontais (100), provocando a movimentação vertical do módulo frontal do robô (105) se deslocando contra a superfície do casco. Quando o robô está em modo ROV, todos os atuadores lineares são acionados em posições pré-determinadas, garantindo assim a rigidez do sistema, inibindo que os módulos tenham graus de liberdade entre eles.

[074] O mecanismo (104) é composto por dois elos em metal, de diferentes tamanhos (101), com rótulas (102) em suas extremidades, além do cilindro hidráulico. Quando este é atuado, permite que o sistema se locomova, transladando assim a conexão entre os dois elos metálicos. Esta conexão, por sua vez está interligada com a estrutura (103) do robô, a fim de propiciar ao robô adaptabilidade e habilidade de superar obstáculos.

[075] O sistema de remoção e captação pode compreender de mecanismos dimensionados para ambientes subaquáticos para efetuar a remoção de bioincrustações dispostas em cascos de unidades flutuantes. Estes mecanismos podem desempenhar métodos distintos de remoção, como cavitação, impacto e vibração. Os métodos podem ser utilizados de forma simultânea ou em etapas, dependendo somente das condições da superfície a ser limpa e as características do meio.

[076] O sistema de remoção e captação pode compreender: um conjunto de mecanismos para aplicação bidirecional de forças de cisalhamento a partir da utilização da ação rotacional do próprio sistema de trituração ou por meio de dispositivo exclusivo para geração de dito princípio. Além de contar com um sistema de jateamento por cavitação utilizando um conjunto de lanças distribuídas em toda a extensão da abertura de captação do robô, garantindo em todo caso, a total contenção das partículas removidas a partir do uso de uma força de sução proveniente da parte central do robô, em ação conjunta com o sistema de contenção.

[077] O subsistema de captação pode compreender de elementos móveis ou fixos com o intuito de inibir a dispersão de oócitos e partículas orgânicas para o leito marinho logo após a operação de limpeza. Estes componentes podem agir de forma passiva, agindo somente por solicitações do meio ou provenientes do próprio robô, ou de forma ativa, sendo operadas a partir de atuadores a partir da necessidade da operação.

[078] O sistema de trituração pode compreender por um ou mais dispositivos de cominuição operando de forma sequencial ou simultânea em que qual as partículas removidas são quebradas até atingirem uma determinada granularidade e dimensão. O sistema pode ser composto por elementos que triturem e removam a bioincrustação simultaneamente sem necessitar de múltiplas etapas, diminuindo tempo de operação e complexidade de fabricação.

Descrição Detalhada da Invenção

[079] A presente invenção será descrita com mais detalhes a partir da descrição apresentada através da concretização 1 (Figura 3) e concretização 2 (Figura 26), com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de realização da mesma.

Concretização 1

[080] Em uma modalidade preferida, o robô de operação subaquática tem sistema de locomoção consistindo por esteiras eletromagnéticas, que provêm a fixação do sistema em superfícies metálicas, conforme ilustrado na Figura 9. O seu sistema de remoção e captação consiste de hélices perfuradas rotativas o qual removem e captam bioincrustação de forma simultânea, já o seu sistema de trituração consiste em um sistema de duas fases o qual contêm dois trituradores de rolos com o intuito de reduzir a partícula a uma granularidade específica conforme apresentado na 14 e Figura 15. Além dos rolos, o sistema conta com filtros autolimpantes que diminui a possibilidade de entupimento e tempo ocioso.

[081] Estando paralelo à superfície, o robô se fixa a ela por meio de eletroímãs dispostos na esteira (08) conforme apresentado na Figura 9. Esta esteira eletromagnética (08) possibilita o robô se locomover por superfícies metálicas permitindo a movimentação do robô em três graus de liberdade sobre a superfície. Esta esteira eletromagnética (08) conta com módulos de eletroímãs (15) dispostos nela de forma que se divida as forças de eletromagnetismo na maior parte da área em que o robô está se locomovendo. Para o controle desta força eletromagnética, o sistema poderá diminuir ou aumentar a potência disposta para os eletroímãs (15), possibilitando assim uma maior força de adesão quando necessário. Em outra configuração do robô, é utilizado uma esteira com ímãs convencionais, em que para alterar a força magnética proveniente deste sistema, os ímãs são afastados por meio de um mecanismo de alavanca que promove o deslocamento relativo entre o eletroímã e a superfície metálica. A alteração da força eletromagnética tem como principal função auxiliar na movimentação do robô, quando este estiver removendo a bioincrustação, a força eletromagnética deverá ser maior do que quando o robô estiver se movimentando. Se faz necessário diminuir a força magnética quando o robô se locomove, por via das esteiras, para que assim os motores que fazem o robô se transladar não precisarem de altas potências.

[082] Por conta de o robô ser dividido em módulos frontal (2), central (3) e traseira (4), conforme apresentado na Figura 5, a esteira conta com rodas tensionadoras (18) com suspensões individuais (13), para propiciar aos módulos movimentação individual. Essa movimentação individual garantirá a maior adaptação do robô em superfícies desreguladas e superfícies com raios grandes, como caso de plataformas SS como apresentado na Figura 4. Os módulos contam com fixações mecânicas (16) em um ponto e em outro ponto os cilindros ativos (17) para amortecer a movimentação relativa entre os módulos e auxiliar na conformação do robô em superfícies com raios grandes, sendo convexos ou côncavos. Isso ocorre pois, quando o robô irá se fixar à superfície, não necessariamente todos os módulos estarão em contato com o casco metálico, logo, se faz necessário que existam atuadores que conformem o corpo de forma que, os módulos e os eletroímãs entrem em contato com a superfície. Quando em modo ROV, os cilindros ativos providenciarão maior estabilidade entre os módulos, inibindo o movimento relativo entre eles e habilitando desta forma uma maior estabilidade do robô. O chassi do robô é feito de forma modular e vazado de forma que as solicitações provenientes do meio sejam minimizadas.

[083] Na parte frontal do robô (02), temos o primeiro módulo, onde é feita a remoção, captação e contenção da bioincrustação. Após esta operação, a bioincrustação é triturada em sua parte interior a fim de auxiliar no transporte para o SMTE (sistema de modular de tratamento de efluentes) localizado na embarcação de apoio.

[084] O módulo central (03) une os outros dois módulos e nele está disposto (se precisar) parte das pressure housings que contém os elementos eletrônicos para controle e acionamento dos atuadores o sistema de locomoção quando o robô opera em modo ROV, utilizando dos Thrusters (5) para prover sua locomoção.

[085] No terceiro módulo (04), (na parte posterior) estão dispostos possíveis pressure housings (11) e componentes eletrônicos.

[086] As medidas ideais para que o robô atinja seus objetivos é preferencialmente entre 1.0 a 1.5 m de largura, 0.6 a 0.8 m de altura e 1,8 a 2.0 m de comprimento. A altura da parte frontal, onde a bioincrustação é contida, teve como requisito ser maior que 30 centímetros, já era necessário para a retirada de macroincrustações de até 30 centímetros de altura.

[087] Para se localizar no espaço e mapear e perceber o ambiente existem alguns sensores. Os sensores utilizados para perceber o ambiente, como câmeras (10), sonar multifeixe (24), sonar mecânico (27), Câmeras ultrawide (28) e sensor de partículas (25) são colocados na parte externa do veículo, como demonstrado na Figura 11. Para auxiliar as câmeras (10), servindo como uma fonte de luz artificial, existem iluminadores led (9) também dispostos na parte externa do robô.

[088] O sistema robótico contará com um sensor de vazão (29) que estará instalado na tubulação de transporte do fluído (6). Este sensor irá auxiliar o sistema na medição da vazão e taxa de remoção de bioincrustações que está sendo executada pelo robô crawler.

[089] A Figura 9 ilustra a lateral e alguns elementos do robô, como a esteira (08), sistema de eletroímãs (15), cilindros ativos (17), roda tensionadora (18), carenagem do sistema (20), Chassi lateral (19), Câmera ultrawide (28), altímetro (32).

[090] A Figura 8 mostra a parte traseira do veículo robô. O transponder do sistema de posicionamento USBL (12), relacionado a funcionalidade de localização, também está na parte externa do robô. Por outro lado, na parte interna do veículo robô estão acomodados os sensores INS (33), Encoders (21) nas rodas tensionadoras (18), e sensor de profundidade (31), também relacionados a funcionalidade de localização. O Sistema de sensores INS (33) é um sistema que contém giroscópio e acelerômetros, uma plataforma de inércia e um computador para medir e calcular a posição em relação ao ponto inicial. Ao combinar as medições de todos os quatro transdutores e o tempo entre cada pulso acústico, é possível estimar com muita precisão a velocidade e a direção do movimento. Os sensores SVS são para medição da velocidade do som do ambiente e, consequentemente, calibração do DVL e demais sensores acústicos que precisem dessa informação mais exata. O sensor de profundidade (31) do tipo barométrico seria para medir a profundidade do veículo em comparação a pressão hidrostática do meio.

[091] A operação do robô na superfície a ser limpa é feita de maneira tele operada, auxiliada pelo sistema proveniente do robô. Este sistema providenciará ao operador visão da frente (35), laterais (34) e traseira (36) do robô, conforme Figura 10 e 12. O operador será capaz de saber o local onde está no casco da embarcação, aumentando assim a eficiência do processo, já que, desta forma o operador sabe onde já foi efetuada a limpeza e programar de forma otimizada a operação de remoção.

[092] Uma vez posicionado, o robô inicia a remoção da bioincrustação através de duplas hélices de 3 pás retas rotativas (45) localizada na região de remoção (38). Na região do sistema de captação (39), vide Figura 14, é feita a contenção por barreiras mecânicas (43) o qual contém um espaço de acomodação que se amolda à superfície a ser limpa. O material captado segue para uma região de trituração (40) contendo uma série de hélices com pás tipo facas (46) dispostos em 2 eixos rotativos, e com maior número de pás rotativas, dois filtros rotativos (47) para diminuir a perda de carga e dois rolos de moagem (48). O sistema é apresentado nas Figura 14 e Figura 15.

[093] A remoção acontece de forma simultânea, com um impacto mecânico com torque de baixa rotação e pressão necessária, o que confere ao processo de remoção uma menor dispersão. Somando-se a isso, temos uma sucção dinâmica inserida nas pás rotativas captando as partículas no ato da remoção, oferecendo ao sistema uma contenção eficiente, pois reduz o raio de dispersão do material e o volume de água necessária para auxiliar na captação.

[094] O sistema de remoção e captação é composto de rotores e pás (45) que se movimentam ajustando-se à altura a fim de manter o contato com a superfície no momento da remoção e partes moveis que se desloca em torno da superfície de fixação, as mesmas são pressionadas por molas para manter as pás em contato com a superfície a ser limpa, realizando o movimento de subida quando for acionada por uma superfície ascendente. As pás são constituídas de material com dureza inferior a tinta das embarcações evitando danificar a mesma. Essas pás moveis são dotadas de furações (50) que no ato da remoção por rotação (Figura 17) acontece o desalinhamento das furações (55), restringindo assim a seção de sucção e alinhando as furações no ato da descarga, evitando a obstrução dos canais e furações.

[095] A bioincrustação contendo fase sólida e líquida é direcionada através de uma diferença de pressão para as furações (50) que retém as partículas maiores que seu menor diâmetro e o fluxo segue por canais (53) que têm sua secção maior que as furações (50) evitando assim retenção de partículas. O fluxo segue para a galeria de sucção do eixo fixo através de rasgos.

[096] Na Figura 16 (B), é apresentada uma vista de corte do sistema de remoção evidenciando o fluxo nas furações (50) da pá (45) que faz remoção da bioincrustação. O fluxo de água e bioincrustação é proveniente da diferença de pressão entrando nos furos. Estes furos (50) são cônicos, logo, a abertura para o lado de fora é maior que a interna, com isso, há uma inibição que as partículas que sejam maiores que os diâmetros internos entrem no sistema. Quando a pá rotaciona, as partículas que ficaram retidas nestes furos irão ser expulsas por diferença de pressão positiva no canal de alta pressão (54) na região do sistema de captação (39). Processo semelhante acontece nos filtros (58) e nos rolos (61), vide Figura 18.

[097] A geometria destas furações favorece a expulsão de partículas retidas no processo, esse processo de alinhamento e desalinhamento das furações (56) é acionado através de cames (49) posicionados em localização definida, aumentando assim a seção de saída, evitando a residência de material retido no ato da sucção. Estas partes móveis deslocam no sentido vertical ao serem pressionadas por irregularidades de auto-relevo ou baixo relevo da superfície, vencendo a pressão das molas, ajustando as irregularidades das superfícies, realizando uma remoção mais eficiente. Quando as pás realizam um giro de 180° as furações são alinhadas a um canal de alta pressão (54) realizando o movimento contrário da sucção, ou seja, uma expulsão dos materiais contidos no ato da captação, conferindo uma autolimpeza dinâmica das pás em uma posição estratégica que permite projetar os materiais na direção do sistema de trituração. Além deste movimento das pás somado ao sistema de remoção por impacto mecânico, o robô é dotado de um sistema de remoção hidrodinâmico por jato d’água ou cavitação posicionado na parte inferior das pás. Este sistema auxilia na remoção contendo posição de acionamento e desacionamento predefinidas, reduzindo a dispersão das partículas.

[098] Auxiliando na captação, existem furações cônicas (51) em uma superfície localizada na região acima das pás (45) que efetuam a sucção do material removido, conforme pode ser visto nas Figuras 16 e 17. Estas furações têm ângulos em que o diâmetro menor fica na parte externa selecionando partículas de tamanhos menores que poderiam dispersar no ambiente. Estas furações são desobstruídas de partículas maiores pela passagem das pás durante sua rotação.

[099] Integrado às ferramentas de remoção e captação, o robô é dotado, na parte superior na direção ao sistema de trituração, de um dispositivo de cavitação fixado em um trilho móvel com deslocamento transversal e regulagem na posição de ataque, permitindo ampliar a área de remoção superior e o ajuste do ângulo de ataque com regulagem na posição. Este dispositivo dá ao controlador a escolha no ângulo de ataque, oferecendo uma versatilidade ao sistema na seleção do método de remoção frente aos desafios encontrados na superfície a ser tratada sujeita a uma mudança brusca em tamanhos dos corais e características físico-químicas.

[100] A contenção é realizada através de barreiras mecânicas fixas com paredes verticais e horizontais e paredes flexíveis que se amolda à bioincrustação oferecendo uma barreira a dispersão no ambiente, ligado ao sistema de remoção.

[101] Após remoção e captação, a bioincrustação marinha é direcionada para o sistema de trituração que acontece de maneira escalonada, passando pela pré-redução de tamanho por meio de dois eixos rotativos contendo facas (46) para pré-redução de tamanho e segregação. Estes eixos são separados por uma distância predefinida, sincronizado como engrenagem, com braços fixados ao mesmo com uma defasagem na posição angular oferecendo uma área de compressão escalonada, reduzindo assim o torque necessário para etapa. A relação de giro acontece na relação dois para um, o que promove um deslocamento no momento do giro entre ambas, forçando o impacto entres as pás, provocando redução e segregação da bioincrustração.

[102] Para atenuar a perda de carga que o triturador oferece ao sistema, é instalado um filtro (47) em paralelo ao fluxo, como um sistema de by pass autolimpante. Este filtro opera em um movimento giratório entre o eixo fixo que tem canais separados (56) e (57) em uma posição angular pré-definida e não comunicáveis, que, no momento em que o rolo giratório dotado de furações cônicas, coincide com o duto de sucção (42), é realizado um fluxo para o interior do duto por meio de diferença de pressão gerado por bomba. O fluido captado pelo filtro, ao passar pela bomba e retornar para o duto de descarga (57), gera uma pressão oposta nas furações dos rolos móveis (58) provocando a expulsão das partículas e limpeza dos filtros (47), ficando assim os furos limpos para mais um giro de 180 graus para retornar e fazer o ciclo novamente.

[103] Por fim, o material passa por rolos de moagem (48) que giram cada um em torno de um eixo fixo, com dois canais de água incomunicáveis (59) e (60), ilustrados na Figura 20, ligados ao rolo móvel por meio de furações cônicas (61) que se conectam a galeria do eixo fixo, permitindo a entrada de material particulado na galeria interna de sucção (59) do eixo fixo conectado a uma bomba. Estas furações (61) favorecem o fluxo em direção aos rolos, reduzindo assim a perda de carga e aumentando fluxo processado. Quando os rolos moveis de moagem (48) realizam o movimento giratório de 180°, as furações coincidem com a galeria de descarga (60) que é conectada a bomba elevando a pressão interna da galeria, forçando assim a expulsão dos fragmentos de bioincrustação que ficaram retidas nas furações cônicas das partes giratórias dos filtros no ato da sucção. A furação do eixo fixo na galeria de sucção (65) tem diâmetro menor que a furação na galeria de descarga (66), vide Figura 20, para evitar obstrução do fluxo por material particulado.

[104] Vale salientar que, tanto nos filtros (47) quanto nos rolos de moagem (48), os canais ligados à sucção da bomba (42) são alimentados por dutos de diâmetro menor (63) e (67) que os dos dutos de sucção (64) e (68), conforme pode ser visto pela Figura 19, favorecendo assim que fragmentos da bioincrustação não fiquem retidos no percurso, acontecendo assim de forma sincronizada e cíclica, reduzindo a recirculação da bioincrustação nas rodas dentadas, reduzindo o tempo de residência, aumentando a eficiência comparado aos tradicionais. Os dutos de sucção dos filtros (64) e dutos de sucção dos rolos de moagem (68) desembocam na galeria de descarga (62) e posteriormente são misturados para que fluxo do efluente prossiga ao duto de sucção da bomba (42), Figura 19. A bomba normalmente fica localizada fora da unidade do robô, normalmente numa embarcação de apoio.

[105] Todo o fluxo primário da bioincrustação, resultado do processo de trituração somado à passagem auxiliar dos filtros auto-limpante se unem e seguem conduzindo o material pelo duto de sucção (42) ligado à uma bomba situada em uma unidade de bombeamento externa ao robô. Outra modalidade da invenção, prevê um duto paralelo que envia o fluxo da descarga dos filtros de forma independente para tratamento.

Concretização 2

[106] Em outra modalidade preferida da invenção, vide as Figuras 24, 25 e 26, o sistema de movimentação (106) dispõe de 4 (quatro) rodas (107) ao longo do seu chassi (108), o qual possibilita a sua locomoção como um robô diferencial. A Figura 21 mostra que o sistema de rodas deste robô é construído utilizando um motor (69) em cada roda (107), possibilitando assim a maior manobrabilidade em áreas desniveladas, possibilitando aumentar o torque necessário para cada roda, assim como alcançar movimentações distintas de acordo com a configuração de acionamento dos motores. As rodas são constituídas por um pneu (70) feito de elementos poliméricos com alta dureza superficial, a partir de 80 Shore, com geometria semelhante a rodas utilizadas em veículos off-road, além de uma alma (71) constituída de elemento metálico de alta resistência. Os motores são dispostos no mesmo eixo da roda, sendo acionados remotamente de forma tele operada. Para que este conjunto atue em ambiente submerso, foi utilizado um sistema de housings (72) para comportar os eletrônicos e motores (69).

[107] Nesta concretização de invenção, o sistema de fixação magnético alternativo, apresentado nas Figuras 22 e 23, consiste em um conjunto de eletroímãs (73) e ímãs permanentes (74) dispostos no corpo do robô. O sistema de fixação (75) é composto por um mecanismo que possibilita a melhor adequação do robô, de forma que o conjunto de eletroímãs sempre estará em contato com a superfície das embarcações. A união de eletroímãs (73) e ímãs permanentes (74) possibilita ao conjunto uma menor potência de trabalho, tendo como consequência, um menor dimensionamento elétrico. O conjunto foi calculado de forma que os eletroímãs presentes no conjunto atuem de forma mínima, afim de possibilitar apenas a fixação do conjunto com um pequeno esforço, e possibilitar a operação do robô de forma segura.

[108] O sistema de fixação magnética, ilustrado na Figura 23, é disposto de um braço pivotante superior (76) e o conjunto rotacional (77), que possibilitam a movimentação do conjunto contra e a favor da superfície submersa. O deslocamento do pivotante superior (76) é dimensionado de forma que o sistema supere incrustações, cordões de solda e desníveis. Este grau de liberdade garante um sistema de segurança para o conjunto, pois, caso haja algum obstáculo não mapeado à frente, todo o sistema de fixação irá se transladar, aumentando assim a distância entre os ímãs e a superfície. Com esse afastamento, os eletroímãs e ímãs permanentes não terão força de atração suficiente para fixar o robô. Com isso, se elaborou um mecanismo contendo um elemento de máquina (78) com rigidez suficiente para sempre estar pressionando os atuadores magnéticos contra a superfície de forma passiva. O braço pivotante superior (76) contém uma limitação de movimento mecânica a partir de um pino que se move dentro de um oblongo (79), não deixando o sistema se deslocar mais que o dimensionado. O conjunto rotacional inferior (77) tem como intuito possibilitar que o conjunto de ímãs sempre estejam paralelos a superfícies de embarcações, possibilitando assim a utilização deste conjunto em regiões de desnível e raios grandes. Para possibilitar essa adequação à superfície, o sistema contém um pino e um oblongo, o qual, o conjunto de suporte dos eletroímãs (80) rotaciona em torno do braço pivotante (76), sendo esta rotação limitada pelo oblongo, este movimento é representado na Figura 23.

[109] O sistema de contenção da bioincrustação removida pela operação robô nesta modalidade da invenção é passivo. O mecanismo de contenção passivo (81) simula uma cortina de cílios que, a partir da movimentação do robô, tangencia bioincrustação na direção do movimento, contendo o material suspenso gerado pelo sistema de trituração em uma região de controle. Estes cílios são constituídos por pequenos tubos poliméricos flexíveis suficiente para não quebrar incrustações o dispersar oócitos no leito marinho. A cortina, onde estão arranjadas as cerdas poliméricas, é constituída de segmentos (82), cada um disposto de uma forma que os cílios se sobrepõem. Esta sobreposição possibilita ao sistema simular uma peneira permitindo a passagem apenas de líquidos ou pequenas partículas. Nas laterais, vide Figura 34, são dispostas lonas flexíveis (83) com pequenas aberturas para possibilitar a passagem de fluídos, todavia, inibindo a saída de elementos orgânicos.

[110] Os segmentos da cortina, conforme mostrado na Figura 27, são compostos de cerdas poliméricas flexíveis (84), uma alma polimérica (85) e um enrijecedor metálico no centro (86), com o intuito de aumentar a resistência do conjunto. Este conjunto de peças flexíveis dispostos na porção frontal do robô fletem para o interior da cavidade (97) ao entrar em contato com o material sólido (rígido) da incrustação. Devido à sua segmentação, cada uma das partes se ajustarão às diversas alturas que os corais tenham em sua formação, promovendo um fechamento entre o robô e formação existente no local, representado pela Figura 28.

[111] A invenção na forma de concretização 2 utiliza dispositivos de remoção por cavitação (109) e impacto mecânico (110) de forma não simultânea representados respectivamente pelas Figuras 29 e 30. A plataforma robótica em sua operação poderá atuar em regiões de alta densidade de bioincrustação, podendo estar dispostos diversos tipos de animais em cascos de unidades flutuantes, com isso, o robô nesta modalidade dispõe de dois métodos distintos para atuar na limpeza destas superfícies.

[112] O sistema de remoção por cavitação (109), conforme mostrado na Figura 29, é dado pela utilização de pelo menos 3 conjuntos de lanças de cavitação (87) ao final de um manifold (88), sendo estes acionados por um sistema de válvulas hidráulicas solenoides (89) de 2 vias. Os conjuntos de lanças são dispostos em um labirinto (90), em que, são acionados a partir das válvulas dispostas no sistema. As válvulas solenoides (89) são montadas em um manifold (88) que conecta a tubulação principal a elas, dando a opção de acionar cada conjunto de lanças transversais, e assim possibilita a remoção em toda a superfície transversal de atuação da plataforma robótica, dispensando um sistema móvel para deslocamento do conjunto. Este sistema é responsável pela limpeza de incrustações menores dispostas no casco, provendo uma limpeza fina à operação.

[113] O sistema de remoção por cavitação é acionado de forma segmentada, sendo cada conjunto de lanças da cavitação (91) acionada momentaneamente, até que toda a área de atuação do robô esteja limpa. Este acionamento fracionado provêm uma menor potência requerida dos equipamentos dispostos na embarcação de apoio e redução de vibrações mecânicas no robô.

[114] O sistema de remoção por impacto mecânico (110), ilustrado nas Figuras 30 e 31, provêm ao sistema uma limpeza grossa, sendo direcionada a incrustações grandes e com alta concentração. Este sistema atua removendo e triturando as incrustações dispostas no casco, diminuindo a quantidade total de equipamentos requeridos para a plataforma robótica. O triturador atua em duas formas distintas, primeiro removendo bioincrustações do casco de navios na forma de impacto mecânico e em seguida, triturando as partículas que estarão dispostas na região de controle do sistema de contenção. A operação de limpeza se dá da seguinte forma: A fratura da bioincrustração acontece em duas etapas, primeiro com o contato dos discos de corte com corpo em alumínio (98) e arestas de cortes com insertos metálicos de elevada dureza (99), com espaçamento predefinido e inclinação que favoreça o agarre e remoção da bioincrustação, realizando uma fratura em pedaços maiores. Estes insertos metálicos (99) simulam pequenos gumes, que ao contato com a bioincrustação a cisalha. A partir do movimento giratório dos discos de cortes (98) contra as colunas intercambiáveis verticais (92) e base inferior (93) as partículas são cisalhadas em pequenos pedaços, possibilitando assim a condução pelo duto de transporte (6).

[115] O sistema de remoção por impacto mecânico (110) é acionado por um motoredutor (94) encapsulado em uma housing, o qual aciona por corrente o eixo motriz (95), sendo este acionamento dividido em duas partes para os mancais de transmissão (96), com o intuito de equilíbrio de solicitações. A partir da rotação dos discos de cortes (98) ocorre a trituração, e assim, o sistema remove e tritura a bioincrustação disponível nas superfícies de cascos de embarcações. A velocidade de rotação dos discos de cortes (98) pode ser variável a partir da necessidade da operação, bem como os insertos (99) podem ter diferentes tipos de material.

[116] Deve ser notado que, apesar de a presente invenção ter sido descrita com relação as concretizações 1 e 2 referentes aos desenhos das Figuras 1 à 34, ambas poderão sofrer modificações e adaptações pelos técnicos versados no assunto, dependendo da situação específica, mas sempre dentro do escopo inventivo definido nas reivindicações.

Claims (37)

1. ROBÔ SUBAQUÁTICO PARA REMOÇÃO DE BIOINCRUSTAÇÃO MARINHA DE CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES, contendo componentes acessórios tipo câmeras, sensores sonares, sistemas acústicos, laser scanner, fonte de luz artificial, conjunto de rodas envoltas por esteiras magnéticas, thrusters, caracterizado por compreender:

   • - um conjunto de sensores para compor o sistema de localização não georeferencial contendo um transponder (12) nos padrões USBL localizados na parte externa, e na parte interna do robô temos os sensores do sistema INS (33), um sensor de profundidade (31), dois altímetros (32), conjunto de câmeras (10) e iluminadores led (9), câmera Ultrawide (28), sonar de multifeixe (24), sonar mecânico (27) em que através do fusionamento dos dados possibilita mapear a posição e permite perceber o ambiente através de uma arquitetura computacional;
   • - o chassi aberto sendo dividido em três módulos: frontal (2), central (3) e posterior (4), sendo estes conectados por cilindros ativos para auxiliar na adaptabilidade do sistema em superfícies com raios grandes;
   • - um sistema de remoção, captação, contenção e trituração da bioincrustação no módulo frontal (2);
   • - sensor de vazão (29) disposto na tubulação de transporte do fluído (6);
   • - sensor de partículas (25) disposto na parte frontal do robô;
   • - conjunto de câmeras (26) para visão do operador localizados nas partes laterais, frontal e traseira, criando uma cobertura de 360° em tempo integral;
   • - sistema de suspensão individual para cada roda tensionadora (18) sendo estas contendo uma esteira formada por eletroímãs com um controle da graduação na imposição das forças de aderência a superfície metálica;
   • - sistema de flutuabilidade dinâmica (37) contendo reservatórios (7) de ar que combinado com os Thrusters (05), permite uma mudança na dinâmica de movimentação do robô quando estiver submerso.
2. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos módulos contarem com fixações mecânicas (16) em um ponto e em outro ponto cilindros ativos (17) para auxiliar na adaptabilidade do robô em superfícies com raios grandes ou mantê-lo reto quando este está em modo ROV.
3. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizado pelo módulo frontal conter o sistema de remoção, captação, contenção e trituração (50).
4. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizado pelo módulo central contém um ROV, contendo o sistema de propulsão, o sistema de flutuabilidade dinâmica (37) e na parte superior os Thrusters (5).
5. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo terceiro módulo (04), parte posterior do robô, conter os pressure housings (11), componentes eletrônicos e os demais sistemas de localização.
6. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sensor de partículas (25) ser do tipo óptico e acústico.
7. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo o sistema de flutuabilidade dinâmica (37) ser realizado por pesos móveis (ballast) deslocando o centro de massa e possibilitando a rotação do corpo do veículo.
8. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas laterais compreenderem pelo menos uma roda tensionadora (18) com suspensão individual (13), eletroímã (15), esteira tensionadora (8), carenagem do sistema (20), chassi lateral (19), câmera ultrawide (28) e altímetro (32).
9. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 1 ou 8, caracterizado por cada roda tensionadora (18) ter instalado encoders (21).
10. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por alternativamente compreender um sistema de movimentação (106) que dispõe de 4 (quatro) rodas (107) ao longo do seu chassi (108), sistema de fixação magnético (75), mecanismo de contenção passivo (81), sistema de remoção por cavitação (109), sistema de remoção por impacto mecânico (110).
11. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelas rodas (107) utilizarem um motor (69).
12. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelas rodas (107) serem constituídas por pneus (70) feitos de elementos poliméricos com dureza superficial a partir de 80 Shore e uma alma (71) constituída de elemento metálico de alta resistência.
13. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10, 11, ou 12, caracterizado por possuir um sistema de housings (72) para comportar os eletrônicos e motores (69).
14. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10, 11, 12, ou 13 caracterizado pelo sistema de fixação magnético (75) consistirem um conjunto de eletroímãs (73) e ímãs permanentes (74) dispostos no corpo do robô.
15. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10, 11, 12, 13 ou 14, caracterizado pelo sistema de fixação magnético (75) ser disposto de um braço pivotante superior (76) e o conjunto rotacional (77).
16. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo suporte dos eletroímãs (80) rotacionar em torno do braço pivotante (76), sendo esta rotação limitada pelo oblongo (79).
17. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10, 11, 12, 13, 14, 15 ou 16, caracterizado por possuir um elemento de máquina (78) para sempre estar pressionando os atuadores magnéticos contra a superfície de forma passiva.
18. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ou 17, caracterizado pelo mecanismo de contenção passivo (81), o qual simula uma cortina de cílios, e é constituído por segmentos (82) poliméricos flexíveis.
19. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelos segmentos (82) serem compostos de cerdas poliméricas flexíveis (84), uma alma polimérica (85) e um enrijecedor metálico no centro (86).
20. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10, 18 ou 19 caracterizado pelo mecanismo de contenção passivo (81) dispõe, nas laterais, de lonas flexíveis (83) com pequenas aberturas para possibilitar a passagem de fluídos.
21. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10, 18, 19 ou 20, caracterizado pelo sistema de remoção por cavitação (109) utilizar de pelo menos 3 conjuntos de lanças de cavitação (87) ao final de um manifold (88), sendo estes acionados por um sistema de válvulas hidráulicas solenoides (89) de 2 vias.
22. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelos conjuntos de lanças serem dispostos em um labirinto (90), sendo acionados a partir das válvulas dispostas no sistema de remoção por cavitação (109).
23. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10,18, 19, 20, 21 ou 22, caracterizado pelo sistema de remoção por impacto mecânico (110) possuir discos de corte com corpo em alumínio (98) e arestas de cortes com insertos metálicos (99), colunas intercambiáveis verticais (92) e base inferior (93).
24. ROBÔ SUBAQUÁTICO, de acordo com a reivindicação 10, 18, 19, 20, 21, 22 ou 23, caracterizado pelo sistema de remoção por impacto mecânico (110) ser acionado por um motoredutor (94) encapsulado em uma housing, que aciona por corrente um eixo motriz (95).
25. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES, conforme definido no conceito inventivo da reivindicação 1, caracterizado por compreender:

    • - Sistema de remoção (38) contendo duplas hélices de 3 pás rotativas (45);
    • - Sistema de captação (39) por barreiras mecânicas (43) onde o espaço se amolda à superfície;
    • - Sistema de trituração (40) o qual compreende uma série de pás do tipo facas (46), dispostos em dois eixos rotativos, filtros rotativos perfurados (47) e rolos moagem (48).
26. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelas pás rotativas (45) possuírem um sistema de sucção (52), captando as partículas durante o ato da remoção por meio de furações (50) e direcionando-as para os canais (53), ditas pás rotativas (45) possuem ainda ajuste de altura com sistema de molas para ter contato com a superfície.
27. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 25 ou 26, caracterizado pelas furações (50) nas pás rotativas (45) ficarem desalinhadas (56), no ato da remoção, restringindo a seção de sucção e alinhando as furações no ato da descarga e quando realizam um giro de 180° as furações são alinhadas a um canal de alta pressão (54), realizando movimento contrário da sucção, expulsando os materiais na região do sistema de captação (39).
28. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 25, 26 ou 27, caracterizado pelas furações (50) serem em formato cônico, sendo a abertura para o lado de fora maior que a interna.
29. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 27 ou 28, caracterizado pelo alinhamento e desalinhamento das furações (56) ser realizado pelo acionamento de cames (49).
30. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 25, 28 ou 29, caracterizado pelas pás rotativas (45) terem um sistema de remoção hidrodinâmico por jato d’água ou cavitação na parte inferior das pás.
31. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 25, 28, 29 ou 30, caracterizado por, na região superior das pás rotativas (45), existirem furações cônicas (51), cujo diâmetro menor fica na parte externa, que efetuam a sucção do material removido.
32. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 25, 28, 29, 30 ou 31, caracterizado pela parte superior frontal ser dotada de um sistema de remoção por cavitação (109) fixado em um trilho móvel do sistema de trituração uma regulagem na posição do ângulo de ataque.
33. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 25, 28, 29, 30, 31 ou 32, caracterizado pelo sistema de contenção conter barreiras mecânicas (43) fixas com paredes verticais, horizontais e flexíveis.
34. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 25, 28, 29, 30, 31, 32 ou 33, caracterizado pelo sistema de trituração ser dotado de dois eixos rotativos (46) contendo facas, estes eixos separados por uma distância predefinida, sincronizado como engrenagem, com braços fixados ao mesmo e com uma defasagem na posição angular.
35. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pela região contendo o triturador ter um sistema de filtragem (47) dotado de furações cônicas dos filtros (58) que opera em movimento giratório em torno de um eixo fixo e que tem canais separados (56) e (57) a uma posição angular pré-definida e não comunicáveis.
36. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pela região de moagem, compreender dois rolos de moagem (48) dotados de furações cônicas (61) que giram cada um em torno de um eixo fixo, com dois canais de água incomunicáveis, sendo uma galeria de sucção (59) e uma galeria de descarga (60) dotados de furações cônicas (61), em que as furações do eixo fixo na galeria de sucção (65) tem diâmetro menor que a furação na galeria de descarga (62).
37. SISTEMA DE LIMPEZA DE BIOINCRUSTRAÇÕES EM CASCOS DE UNIDADES FLUTUANTES de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo sistema de trituração (40) em que os filtros (47) e os rolos de moagem (48) são alimentados respectivamente por dutos de diâmetro menor (63) e (67) que desembocam respectivamente nos dutos de sucção (64) e (68), aonde chegam na galeria de descarga (62), por fim sendo succionados no duto de sucção (42) ligados a bomba que é situada numa unidade externa.

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