BRPI0600797B1

BRPI0600797B1 - Sistema de monitoração e registro de ondas e marés

Info

Publication number: BRPI0600797B1
Application number: BRPI0600797-0A
Authority: BR
Inventors: Manoel Paiva Nunes Luís; Brantes Bacellar Mendes Leonardo; Penteado Diorgenes
Original assignee: Petroleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2018-03-20
Also published as: BRPI0600797A; US20080052002A1

Abstract

sistema de monitoração e registro de ondas e marés. a presente invenção se refere a um sistema de monitoração e registro de ondas e marés, que se baseia no emprego de um equipamento para monitoração e registro das marés e das características de amplitude, e período de ondas do mar, a partir da medição indireta da variação do nível da água ao redor de um tubo hermeticamente fechado na sua extremidade superior e possuindo extremidade inferior mergulhada no mar, e sua correlação com a medição da correspondente variação de pressão no interior do tubo. o sistema agora proposto pode ser aplicado para o registro contínuo das variações da superfície do mar, obtendo-se o nível das marés e as características de suas ondas.

Description

(54) Título: SISTEMA DE MONITORAÇÃO E REGISTRO DE ONDAS E MARÉS (73) Titular: PETROLEO BRASILEIRO S.A. - PETROBRAS, Indústria. CGC/CPF: 33000167081942. Endereço: Av. República do Chile, 65, Centro, Rio de Janeiro, RJ, BRASIL(BR) (72) Inventor: LUÍS MANOEL PAIVA NUNES; LEONARDO BRANTES BACELLAR MENDES; DIORGENES PENTEADO

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 20/03/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 20/03/2018

Assinado digitalmente por:

Júlio César Castelo Branco Reis Moreira

Diretor de Patente

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SISTEMA DE MONITORAÇÃO E REGISTRO DE ONDAS E MARÉS Campo da Invenção

A presente invenção trata de um sistema para monitoração de ondas e marés a partir da medição indireta da variação do nível da água ao redor de um corpo tubular hermeticamente fechado no extremo superior mergulhado em um meio líquido. O método de medida toma como base a variação de pressão que ocorre no interior de um corpo tubular mergulhado em um meio líquido em decorrência da variação da altura de coluna de água em seu redor. Mais particularmente, a presente invenção se refere a um equipamento e método para monitoração e registro das marés e das características de amplitude e período de ondas marítimas, que permite registrar e acompanhar a variação das ondulações e marés de forma simples, econômica e segura.

Fundamentos da Invenção

Um dos pontos críticos para a exploração de petróleo no mar se refere às condições ambientais, pois para que em uma unidade flutuante os equipamentos possam atuar com precisão e segurança devem ser realizados estudos oceanográficos prévios a partir da coleta de dados “in situ”. As operações marítimas são complexas e exigem uma logística planejada com antecedência, para se evitar uma elevação de custos desnecessária. Desta forma, precisa-se monitorar, com a melhor precisão possível, se as condições de mar estarão favoráveis, para que o planejamento operacional funcione a contento. Neste contexto, a medição das ondas e marés torna-se de fundamental importância.

Sistemas sofisticados têm sido desenvolvidos com o objetivo de monitorar as ondas e marés, visando dentre outras aplicações, antecipar a ocorrência de elevados valores destes parâmetros oceanográficos em apoio aos profissionais que trabalham no mar.

O objetivo da presente invenção é apresentar um sistema que, de forma simples, de baixo custo, porém segura, atenda às necessidades

2/7 imediatas daqueles que trabalham e dependem do mar, dando suporte, por exemplo, em projetos de construção naval e em operações de explotação de petróleo no mar.

Descrição do Estado da Técnica

São conhecidas técnicas que utilizam diferentes tipos de equipamentos desenvolvidos com objetivos semelhantes ao da presente invenção. Todavia, tais equipamentos utilizam métodos sofisticados de medição, que, se aplicados, aumentariam em muito os custos operacionais, além de apresentarem alguns inconvenientes os quais serão discutidos a seguir.

São bastante empregadas bóias equipadas com instrumentos de medição bastante sofisticados, que medem as acelerações verticais e horizontais das ondas. Os sinais medidos são depois adequadamente tratados para se obter os valores dos deslocamentos registrados. Tais dispositivos, entretanto, apresentam o inconveniente de exigirem ancoragem, além de serem muito caros e estarem sujeitos a atos de vandalismo. Os documentos de patente EP 1262792 e JP 2005083998 retratam este tipo de equipamento.

São igualmente conhecidos os sensores de pressão que atuam submersos. A passagem da onda altera a pressão registrada peio equipamento, permitindo que sejam acompanhadas suas variações. A desvantagem apresentada por esse tipo de equipamento é que necessita de manutenção constante devido à incrustação biológica, a qual altera as características do equipamento, e depende da atuação de mergulhadores para executar sua manutenção. Podem ser citados como exemplo os documentos de patente GB 2379741 e JP 2000161955.

Largamente empregados são aparelhos que atuam por radar. As características das ondas são obtidas pela diferença entre as freqüências emitida e recebida (Doppler) e pela intensidade do eco. Contudo, essa medição indireta torna-se menos precisa, possui custo elevado e não

3/7 permite a obtenção de séries temporais dos dados, pois só trabalha no domínio da freqüência. Como exemplo cita-se o documento de patente JP 8292273.

Também podem ser utilizados os chamados “staffs” resistivos, que são circuitos elétricos que têm uma de suas características, como por exemplo a resistência elétrica, alterados pela variação do nível do mar. Tratam-se de equipamentos pouco resistentes e que necessitam de manutenção constante devido às incrustações. O documento de patente JP 2001027572 retrata este tipo de equipamento.

ío Alguns aparelhos empregam a medição por efeito Doppler de um transmissor acústico invertido (ADCP). Todavia, apresentam custo igualmente elevado, necessitam de mergulho para sua manutenção e estão sujeitos à íncrustação. O documento de patente JP 622472278 ilustra este tipo de aparelho.

i5 Outros dispositivos utilizam “laseP para efetuar suas medições;

investiga-se a alteração do nível do mar por reflexão de sinal na superfície. Tais dispositivos apresentam como principal inconveniente o fato de o sinal sofrer alteração pelo respingo das ondas.

Sumário da Invenção

A presente invenção se refere a um sistema de monitoração e registro de ondas e marés, que se baseia no emprego de um equipamento para monitoração e registro das marés e das características de amplitude e período de ondas do mar, a partir da medição indireta da variação do nível da água ao redor de um tubo hermeticamente fechado na sua extremidade superior e possuindo extremidade inferior mergulhada no mar, e sua correlação com a medição da correspondente variação de pressão no interior do tubo. A invenção trata, ainda, do método de utilização do referido equipamento.

A presente invenção pode ser aplicada para o registro contínuo da elevação da superfície do mar, obtendo-se o nível das marés e as

4/7 características das ondas do mar.

Breve Descrição das Figuras

A Figura 1 apresenta uma representação esquemática que ilustra o princípio em que se fundamenta o equipamento da invenção.

A Figura 2 apresenta uma representação esquemática do sistema da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

Para facilidade de entendimento da invenção sua descrição será feita de forma detalhada em conjunto com as figuras que acompanham este relatório e dele é parte integrante.

O sistema da presente invenção se baseia no princípio físico de que a pressão no interior de um fluido é constante para as mesmas profundidades e corresponde à pressão da superfície acrescida do produto da densidade do fluido (d) pela aceleração da gravidade (g) e pela altura da coluna de fluido (h) acima do ponto até a superfície.

Como ilustrado na Figura 1, a pressão (P1) medida na extremidade inferior de um tubo mergulhado em um fluído, será igual a

P1 = PA + dgh onde :

PA = pressão na superfície do fluido; d = densidade do fluido; g = aceleração da gravidade;

h - altura da coluna de fluido acima do ponto em questão.

Como o tubo é vedado hermeticamente na extremidade superior, forma uma coluna cheia de ar ao ser mergulhado em um fluido, no vaso, no mar; a pressão neste ponto em seu interior (P3) será muito próxima àquela de sua extremidade inferior (P2), submerso no fluido, conforme mostrado na Figura 1. Assim, com a variação de altura de coluna de fluido ao redor do tubo, a variação de pressão no interior do tubo (P3) será

5/7 diretamente proporcional à altura da coluna de fluido ao seu redor. Esta correlação entre variação de pressão e altura da coluna de fluido poderá, portanto, ser usada como variável a ser medida.

De acordo com o princípio acima exposto, foi desenvolvido um sistema de monitoração e registro de ondas e marés, objeto da presente invenção, o qual, de forma simples, porém segura, se propõe a solucionar os problemas técnicos discutidos anteriormente e com a vantagem de apresentar um baixo custo.

O sistema da presente invenção se baseia no emprego de um equipamento para monitoração e registro das marés e das características amplitude e período de ondas do mar, a partir da medição indireta da variação do nível da água ao redor de um tubo hermeticamente fechado na sua extremidade superior e possuindo extremidade inferior mergulhada no mar, e sua correlação com a medição da correspondente variação de pressão no interior do tubo.

Por outro lado, também deve ser levado em conta que o efeito do aquecimento do ar contido no interior do tubo pode alterar a pressão interna do mesmo, uma vez que este é o parâmetro utilizado para estimativa das ondas e marés. Verificou-se, todavia, em testes realizados em protótipo do equipamento, que este efeito, em princípio, é pequeno para as condições ambientais da costa brasileira. No caso de locais sujeitos a grande amplitude térmica, pode ser necessário isolar o tubo termicamente, ou corrigir o efeito do aquecimento interno do ar por meio de medição simultânea da temperatura deste ar, utilizando-se sensores de temperatura instalados no equipamento, por exemplo, um termopar (não mostrado nas Figuras). Desta forma, caso necessário, pode-se compensar a influência do aquecimento sobre a pressão interna medida.

Conforme mostrado na Figura 2, o sistema compreende uma disposição construtiva arranjada de forma peculiar dos seguintes elementos: um tubo (1), hermeticamente fechado, provido com um sensor

6/7 de pressão (2) em sua extremidade superior e tendo sua extremidade inferior mergulhada no mar; um condutor de sinal (3), conectado ao referido sensor de pressão (2); um módulo de aquisição de sinal (4); e, um microprocessador (5), equipado com software dedicado, para aquisição, registro e processamento dos sinais, os quais são convertidos e apresentados sob a forma de um gráfico.

Nos ensaios realizados empregando o sistema da invenção, utilizouse um sensor de sinal de pressão (2) conectado à extremidade superior do tubo (1), e o condutor de sinal com saída em sinal elétrico de 4-20 mA.

O tubo (1) foi fixado a uma estrutura situada no local em que se desejava monitorar as ondas e marés. Instalaram-se os componentes do sistema ligando-se o transmissor de pressão (3), o módulo de aquisição de sinais elétricos (4) e o microprocessador (5); executou-se o programa que monitora e registra a elevação da superfície do mar ao redor do tubo (1).

À medida que o nível (6) da água ao redor do tubo (1) se altera, produz uma variação na pressão do volume de ar no interior (7) do tubo, a qual é direta e linearmente proporcional àquela alteração. Esta variação de pressão é convertida em um sinal elétrico de 4-20 mA, proporcional à pressão no interior do tubo. Um par de fios (8) ligados à entrada de um módulo de aquisição de sinais (4) conduz o sinal elétrico de saída; o módulo de aquisição de sinais (4) converte o sinal elétrico de 4-20 mA em informação digital, a qual é enviada a um microprocessador (5) contendo um software dedicado, para monitoração, registro e processamento desses sinais.

Nos ensaios realizados, ondas foram simuladas para que as condições ambientais ao redor do tubo fossem semelhantes o mais possível a ondas reais; utilizou-se um tanque profundo, impondo-se um deslocamento vertical da mesma ordem de grandeza das ondas. Os sinais coletados pelo sistema (sinais elétricos de 4 a 20 mA) são convertidos em altura de onda e mostrados na tela de saída do software de aquisição sob

7/7 a forma de um gráfico (altura de onda versus tempo).

O sistema agora proposto pode ser aplicado para o registro contínuo das variações da superfície do mar, obtendo-se o nível das marés e as características de suas ondas. No caso de locais sujeitos a grande amplitude térmica, pode ser necessário isolar o tubo de forma a evitar a condução da energia térmica, ou corrigir o efeito do aquecimento interno do ar por meio de medição simultânea da temperatura deste ar, utilizandose sensores de temperatura instalados no equipamento.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. SISTEMA DE MONITORAÇÃO E REGISTRO DE ONDAS E MARÉS caracterizado por compreender uma disposição construtiva arranjada de forma peculiar dos seguintes elementos: um tubo (1), hermeticamente fechado, provido com sensor de pressão (2) em sua extremidade superior e tendo sua extremidade inferior mergulhada no mar; um transmissor de sinal (3), conectado ao referido sensor de pressão (2); um módulo de aquisição de sinal (4); e, um microprocessador (5), equipado com software dedicado, para aquisição, registro e processamento dos sinais, os quais são convertidos e apresentados sob a forma de um gráfico.
2. SISTEMA DE MONITORAÇÃO E REGISTRO DE ONDAS E MARÉS de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por basear-se no emprego de um equipamento para monitoração e registro das marés e das características amplitude e período de ondas do mar, a partir da medição indireta da variação do nível da água, ao redor de um tubo hermeticamente fechado na sua extremidade superior e possuindo extremidade inferior mergulhada no mar, e sua correlação com a medição da correspondente variação de pressão no interior do tubo.
3. SISTEMA DE MONITORAÇÃO E REGISTRO DE ONDAS E MARÉS de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o transmissor de sinal de pressão (3) conectado à extremidade superior do tubo(1) possuir saída em sinal elétrico de 4-20 mA.
4. SISTEMA DE MONITORAÇÃO E REGISTRO DE ONDAS E MARÉS de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de aquisição de sinais (4) converter o sinal elétrico de 4-20 mA em informação digital, a qual é enviada a um microprocessador (5) contendo um software dedicado, para monitoração, registro e processamento desses sinais.
5. SISTEMA DE MONITORAÇÃO E REGISTRO DE ONDAS E MARÉS de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente isolar o

2/2 tubo (1) de forma a evitar a condução da energia térmica para corrigir o efeito do aquecimento do ar no interior do mesmo.
6. SISTEMA DE MONITORAÇÃO E REGISTRO DE ONDAS E MARÉS de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente prover sensores de temperatura instalados no equipamento para corrigir o efeito do aquecimento do ar no interior do tubo (1).

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