ES2385509A1 - Plataforma oceánica, polivalente y su procedimiento de fabricación e instalación. - Google Patents

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Abstract

Plataforma oceánica polivalente y su procedimiento de fabricación e instalación en el agua para la instalación de equipos de generación de energía, de producción de agua desalada y de alimento a partir de recursos naturales del mar o para servir como cimentación de cualquier estructura a instalar en el agua. Comprende una cimentación formada por una o varias losas (1) de hormigón armado con pilares de celosía (3), pilotes para su hinca en el fondo del mar, colocados en el interior de los pilares (3), un sistema redundante de estanqueidad y flotabilidad (8), un sistema de control de la inmersión que permite la inmersión de la cimentación a velocidad controlada, una vez que la plataforma se encuentra en su emplazamiento definitivo, un sistema hidráulico para izado de la plataforma a una altura por encima de la ola mayor previsible, así como plantas (5) para la instalación de equipos.

Description

PLATAFORMA OCEÁNICA POLIVALENTE Y SU PROCEDIMIENTO DE FABRICACiÓN E INSTALACiÓN
Sector técnico
La presente invención se encuandra dentro del sector de las construcciones que se sitúan sobre superficies acuáticas, en general, estructuras o plataformas desarrolladas para la instalación de equipos de generación de energía, de producción de agua desalada y de alimentos a partir de recursos naturales del mar o para servir como cimentación de cualquier estructura que se pretenda instalar en el agua.
Antecedentes de la invención
Prácticamente todos los países desarrollados, las Organizaciones Internacionales y los medios científicos están unánimamente de acuerdo al afirmar que la tierra no tiene capacidad para producir las necesidades de agua, energía y alimentos de la población mundial, con los modelos de producción y consumo actuales. Las únicas soluciones posibles pasan por cambiar los modelos de producción y consumo y explotar prudente y racionalmente los recursos renovables de los mares, los océanos y las aguas continentales. Hasta ahora la humanidad solo ha realizado en los océanos, actividades extractivas, de alimentos, (algas y peces) y energía (petróleo y gas natural). Ninguna actividad productiva se ha realizado hasta ahora, con la única excepción de la acuicultura en aguas abrigadas y el incipiente desarrollo de la eólica marina. La industria del petróleo extrae en un día los recursos producidos y acumulados por la tierra a lo largo de miles o de millones de años, este hecho unido al alto precio en los mercados de la materia extraída, les permite disponer de recursos financieros suficientes para amortizar las plataformas, así como los equipos de perforación y extracción. Sin embargo la producción en el mar a partir de sus recursos renovables no permite, obviamente, el potencial de ingresos de las actividades de extracción. Por tanto, para aprovechar los recursos renovables del mar y satisfacer las necesidades de la población de agua, energía y alimentos es indispensable el desarrollo de soluciones, procedimientos y equipos que lo hagan posible, con viabilidad económica y respeto al medio ambiente. Como se ha dicho, los únicos equipos actualmente existentes tienen por objeto la ejecución de labores extractivas de recursos acumulados (básicamente petróleo y gas natural) son, por tanto, específicas y económicamente inadaptables para la realización de cualquier otra actividad. Métodos y equipos de la industria del petróleo offshore, se han utilizado en algunas instalaciones de aerogeneradores en el mar, que se han cimentado sobre pilotes de gran sección (monopilas), hincados en el fondo del mar. Esta solución, además de costosa y medioambientalmente inadecuada en muchos casos, está limitada a aquellas instalaciones en las que exista una profundidad menor de 15 a 20 m y fondos de gran espesor geotécnicamente óptimos (mayor de 32 m. para un aerogenerador mediano y un clima marítimo moderado), circunstancias que se dan en muy pocos emplazamientos. La instalación exige de condiciones meterológicas bonancibles por lo que cuando éstas no se dan, se incrementan los días de parada y los costos de movilización de los equipos hasta niveles inasumibles y es lógico entender que, si se ha seleccionado un emplazamiento para aprovechar la frecuencia e intensidad de los vientos, estos dificulten o imposibiliten la realización de operaciones que se han de ejecutar en situaciones de calma o brisas. También se han hecho propuestas de dedicar las viejas plataformas offshore, fuera de servicio a la instalación de equipos de generación de energía eólica, pero el valor neto del achatarramiento, es decir el precio de venta de la chatarra menos los costos de traslado y achatarramiento, es económicamente inasumible para actividades de producción basadas en el aprovechamiento de recursos renovables. Por todo ello, la presente invención tiene por objeto el describir una plataforma oceánica ligera, polivalente y multiusos que resuelva de manera económicamente viable los siguientes problemas técnicos:
•
Crear una forma de instalar equipos en el agua capaces de producir de forma económica alimentos, agua desalada y generar energía.
•
Instalación en el mar de una plataforma fabricada íntegramente en tierra.
•
Que permita la fabricación en serie.
•
Que sea válida para cualquier tipo de construcción y en cualquier emplazamiento, ya sea en el mar o en agua continental, independientemente de cómo sea el emplazamiento y el terreno.
•
Que se pueda trasladar al emplazamiento sin tener en cuenta las condiciones meteorológicas
Descripción de la invención
La plataforma oceánica objeto de la presente invención presenta una estructura que se construye íntegramente en tierra, instalando completamente todos los equipos de producción, ya sean para la producción de energía, de agua desalada, de alimentos ....
La plataforma comprende una cimentación formada por una o varias losas de hormigón armado rigidizadas por vigas o por canto en las que se empotran pilares de celosía y/o torres de sección tubular. En los elementos verticales, ya sean pilares de
celosía o en tubos situados en los vértices de las torres de sección tubular, se introducen pilotes para su hinca en el fondo del mar, una vez que la plataforma se encuentre situada en el emplazamiento. La plataforma también comprende un sistema redundante de estanqueidad y flotabilidad que consigue que sea flotante e insumergible, de forma que pueda remolcarse con seguridad hasta su emplazamiento final, independientemente de su tamaño, forma o peso y de las condiciones meteorológicas. Además cuenta con un sistema de control de la inmersión que permite la inmersión de la cimentación a velocidad controlada, una vez que la plataforma se encuentra en su emplazamiento definitivo. También consta de un sistema hidráulico para izado de la plataforma a una altura por encima de la ola mayor previsible. La plataforma también incluye plantas para la instalación de equipos de producción y de operación y mantenimiento de los mismos. El procedimiento de fabricación de la plataforma, teniendo en cuenta las operaciones realizadas en cada estación, comprende las etapas de: fabricación de la losa de hormigón armado que forma parte de la cimentación; instalación del sistema redundante de estanqueidad y flotabilidad así como el de control de la inmersión; instalación de los pilares prefabricados que incorporan los pilotes en su interior y en el caso en que la plataforma se emplee como soporte de un aerogenerador, se instalará la torre telescópica de dicho aerogenerador; instalación de todos los equipos necesarios para desarrollar la actividad que se pretende en la plataforma y en el caso de que la plataforma se utilice como soporte de un aerogenerador, también se instalará dicho aerogenerador con dos de sus palas sobre la torre telescópica junto a un sistema de colocación de la tercera pala. Una vez finalizada la fabricación de la plataforma, se procede a su puesta a flote y a su traslado hasta el emplazamiento final. Para ello la plataforma se remolca, ya que cumple la condición de buque nuevo en condición de intacto, es decir, que puede navegar en las mismas condiciones que lo haría cualquier buque. Una vez que se alcanza el emplazamiento se acciona el sistema de inmersión de la plataforma que permite el descenso en vertical de la cimentación, guiado por la torre y los pilares que consiguen que la plataforma llegue al suelo a velocidad controlada y sin oscilaciones hasta descansar en el fondo.
El fondo ha sido previamente acondicionado y nivelado. Una vez que la losa se posa en el fondo se hincan los pilotes mediante un sistema de presión hidraúlica, hasta que la carga de los mismos sea la prevista. De esta manera no habrá que sobredimensionar la cimentación, ya que el mecanismo de hincado proporciona el valor exacto de carga que resiste y sirve como prueba de carga. En el caso de que el tipo de suelo sea rocoso los pilotes se sustituyen por anclajes perforados. La parte de la plataforma que se mantiene a flote (planta de operación y mantenimiento) se eleva mediante un sistema hidráulico a una altura por encima de la altura de la ola máxima previsible. Esta plataforma y su procedimiento de fabricación y colocación en el mar, presenta una serie de ventajas respecto a las existentes en el estado de la técnica. Frente a los problemas señalados en el apartado anterior, la solución que se ha desarrollado y cuya protección se solicita presenta las siguientes ventajas:
•
Su diseño permite la fabricación e instalación de equipos de producción en tierra en una cadena de fabricación y montaje automatizada y en serie. No existe por tanto días de parada por inclemencias metereológicas ni imprevistos. Se reducen notablemente los costos y se mejora y asegura la calidad.
•
Totalmente terminada, la plataforma se pone a flote; sus sistemas de estanqueidad y estabilidad le permiten cumplir los requisitos de las normas internacionales, clasificando la plataforma como buque nuevo en condición de intacto, lo que implica que puede por tanto remolcarse a cualquier lugar y con cualquier condición climatológica.
•
Su especial diseño le permite adaptarse a las condiciones de cualquier emplazamiento, simplemente modificando la geometría de la losa de cimentación y/o el número, diámetro y longitud de los pilotes que la anclan al fondo.
•
Las estructuras verticales, por su especial concepción, pueden diseñarse para la instalación de cualquier equipo.
•
Se le puede dotar de plantas para la instalación de equipos y la operación y el mantenimiento de los mismos lo que disminuye notablemente los costos de O&M y permite el aprovechamiento múltiple de la instalación.
•
La losa de cimentación se ha diseñado especialmente para la instalación de un conjunto de dispositivos y equipos, para la inmersión controlada en el emplazamiento y la protección de la erosión de la cimentación. La realización automática y sucesiva de
ambos procedimientos reduce notablemente los costos de instalación y permite que esta se realice con independencia del estado de la mar.
•
Las plantas de equipo se han diseñado para permitir la instalación de un conjunto de equipos que las mantienen a flote durante el proceso de inmersión de la cimentación y tienen equipos y dispositivos que permiten el deslizamiento de las estructuras solidarias con la cimentación.
•
Las estructuras verticales y las plantas de equipos se han diseñado especialmente para permitir el izado automático de estas hasta situarlas a un nivel superior a la altura de la máxima ola previsible, en el periodo de recurrencia considerado en cada caso.
•
En el diseño de las estructuras sumergidas, se ha tenido especialmente en cuenta el que puedan diseñarse para evitar impacto medioambiental, sobre todo en la dinámica sedimentaria.
•
El diseño especial de las plantas de O&M permite la instalación de equipos ligeros para permitir el acceso desde el mar, haciendo innecesario el uso de los helicópteros que actualmente constituyen el método de acceso a los aerogeneradores instalados en el mar, lo que evita los costos de construcción de una plataforma sobre el aerogenerador y simplifica y reduce notablemente los costos de acceso para labores de reparación o mantenimiento.
•
El diseño, fabricación, botadura, remolque, instalación y seguridad de la operación cumple las normas tecnológicas internacionalmente aceptadas.
Descripción de las figuras
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña un juego de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1: Alzado de la plataforma con losa de cimentación rigidizada con vigas Figura 2: Vista en planta de la losa de cimentación rigidizada con vigas Figura 3: Alzado de la plataforma con losa de cimentación rigidizada por canto Figura 4: Vista en planta de la losa de cimentación rigidizada por canto Figura 5: Conjunto de plataforma con aerogenerador y depósito de gas natural licuado. Figura 6: Conjunto de plataforma con aerogenerador antes de ser hincada al fondo A continuación se proporciona un listado con las referencias utilizadas en las figuras:
(1)
Losa de cimentación
(2)
Vigas rigidizadoras
(3)
Pilares de celosía
(4)
Torre o Estructura tubular
(5)
Planta de operaciones y mantenimiento
(6)
Equipo instalador de la tercera pala del aerogenerador
(7)
Aerogenerador
(8)
Sistema redundante de estanqueidad y flotabilidad
(9)
Depósito de gas natural licuado
Descripción detallada de la invención
Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir, con ayuda de las figuras, la estructura de la plataforma así como su procedimiento de fabricación e instalación. Según se observa en la figura 1, la plataforma polivalente multifuncional está formada por una losa de hormigón (1) que se podrá rigidizar a base de vigas radiales (2) o por canto. Esta losa no tiene por qué tener una geometría definida, es decir, pOdrá ser de tipo octogonal, hexagonal, cuadrada ... El hormigón empleado para su fabricación tiene una alta resistencia inicial para poder mover la losa (1) en un corto intervalo de tiempo desde su fabricación y que de esta manera que no se retrase la producción y un bajo calor de hidratación para evitar fisuras y corrosión. Además cuenta con una serie de pilares (3) de celosía unidos a la cimentación mediante placas de anclaje. Por el interior de los pilares (3) se introducen los pilotes que completan la cimentación de la plataforma. Con este sistema de sujeción que comprende una losa de hormigón (1) que se pilota al fondo del mar, se consigue repartir la carga y los momentos entre la superficie y horizontes profundos del suelo. Además permite su instalación en cualquier emplazamiento, independientemente de la calidad del suelo, de manera que si se trata de un suelo de poca resistencia, tipo fango, serán los pilotes los que resistan más carga y si se trata de un suelo de mayor resistencia, será la losa (1) la que resista más carga. En el caso de que la plataforma se utilice para soportar un aerogenerador (7), la losa
(1) o la planta de operaciones y mantenimiento (5) llevará instalada en su centro la torre (4) del aerogenerador (7), de tipo telescópico que se une mediante placa de anclaje a la cimentación o a la planta (5). El aerogenerador (7) se instalará con sólo dos palas, puesto que si se instalara la tercera pala la altura del último tramo telescópico de la torre, en el que se coloca el aerogenerador, debería ser al menos igual a la longitud de la pala y el centro de gravedad del conjunto se elevaría haciendo inestable el conjunto en flotación y durante el traslado al emplazamiento final. Además se transportará sobre la plataforma el equipo de colocación de la tercera pala (6). En cuanto al procedimiento de fabricación, como se ha comentado anteriormente, se trata de una fabricación en serie realizada en tierra. Para llevarla a cabo se cuenta con una instalación que tiene una serie de estaciones alineadas de manera que la plataforma avance de forma ordenada entre dichas estaciones a través de un mecanismo de rodadura, realizando en cada una de ellas las operaciones que correspondan, hasta llegar a la última estación donde dará comienzo el procedimiento de flotación y botadura así como el traslado de la plataforma hasta el emplazamiento definitivo comenzando, una vez allí, el procedimiento de inmersión y de fijación al suelo. Antes de la primera estación existe un taller de prefabricados de hormigón y un taller de prefabricados de acero, donde se fabricarán los elementos requeridos para la construcción de la plataforma, tales como las vigas ridizadoras (2) de hormigón y los pilares de celosía (3) de acero. El procedimiento de fabricación de la plataforma, teniendo en cuenta las operaciones realizadas en cada estación, comprende las siguientes etapas:
1.
Primera estación: fabricación de la losa de hormigón armado (1) que forma parte de la cimentación, ya sea rigidizada por vigas o por canto.
2.
Segunda estación: instalación del sistema redundante de estanqueidad y flotabilidad. También se instalan los pilares prefabricados (3) que incorporan los pilotes en su interior para el hincado en el fondo. Además, en el caso de utilizar la plataforma como soporte de un aerogenerador (7), se colocará en este momento la torre telescópica (4) en el centro de la losa (1) o bien en la planta de operaciones y mantenimiento (5).
3.
Tercera estación: se completa la instalación del sistema redundante de estanqueidad y flotabilidad (8).
4.
Cuarta estación: en esta se instalan todos los equipos necesarios para desarrollar la actividad que se pretende en la plataforma. En el caso de que la plataforma se utilice como soporte de un aerogenerador (7), en esta estación tiene lugar la instalación de dicho aerogenerador sobre la torre telescópica. El aerogenerador (7) llevará incluídas dos de sus palas dispuestas hacia arriba, mientras que la tercera pala se coloca in situ en el emplazamiento final de la plataforma. También se instalará en esta estación el equipo (6) necesario para colocar la tercera pala.
Una vez finalizada la fabricación de la plataforma, se procede a su puesta a flote y a su traslado hasta el emplazamiento final. Para ello la plataforma se remolca, ya que cumple la condición de buque nuevo en condición de intacto, es decir, que puede navegar en las mismas condiciones que lo haría cualquier buque. Una vez que se alcanza el emplazamiento se acciona el sistema de inmersión de la plataforma que permite el descenso en vertical de la cimentación, guiado por la torre y los pilares que consiguen que la plataforma llegue al suelo a velocidad controlada y sin oscilaciones hasta descansar en el fondo. El fondo ha sido previamente acondicionado y nivelado. Una vez que la losa (1) se posa en el fondo se hincan los pilotes mediante un sistema de presión hidraúlica, hasta que la carga de los mismos sea la prevista. En el caso de que el tipo de suelo sea rocoso los pilotes se sustituyen por anclajes perforados. La parte de la plataforma que se mantiene a flote (planta de operación y mantenimiento) se eleva mediante un sistema hidráulico a una altura por encima de la altura de la ola máxima previsible. Estando la planta de operación y mantenimiento elevada, se fija a los pilares sobre unas placas de anclaje. La fijación se realizará en distintos puntos y a distintas alturas y se podrá llevar a cabo mediante tornillos o cualquier otro sistema de fijación equivalente que resista las condiciones de intemperie, corrosión y cargas a las que va a estar sometido. A continuación, si se ha instalado la torre con el generador, ésta se sube de forma hidraúlica hasta una altura que permite la instalación de la tercera pala. Con las tres palas instaladas, se termina de elevar la torre telescópica hasta la altura de producción. Este sistema se diseña especialmente para su aplicación como soporte de aerogeneradores, pero existen un gran número de aplicaciones alternativas como por ejemplo:
•
Plataforma para la instalación de motores eólicos que accionan directamente una desaladora de agua de mar
•
Plataforma para la instalación de desaladoras
•
Plataforma para instalación de ciclo combinado. Convencional o de Rankine orgánico o de Calima con depósito para el almacenamiento de combustible (9) construido sobre la losa de cimentación (1) (ver figura 5).
• Plataforma para instalación de un laboratorio de estudio marino y acuicultura No obstante, no se descarta su extensión a otros campos de la industria que requieran características similares ya que, como se ha comentado anteriormente, se trata de un sistema de fabricación e instalación con el que pueden proyectarse, fabricarse e instalarse cualquier tipo de construcción que haya de instalarse en el medio acuático. Cuenta con una capacidad de adaptación que permite su instalación y traslado a
5 cualquier ubicación, independientemente de cómo sea el terreno o cuáles sean las condiciones metereológicas.
De igual forma, podrá ser instalada en todo tipo de aguas, ya sean marítimas o continentales y, gracias a su multifuncionalidad, se podrá utilizar la plataforma en las aplicaciones descritas anteriormente y equivalentes o incluso, como pilares de un
10 puente, como cimentación para conducciones marinas, o cualquier otra obra o estructura que requiera ser fijada en el agua.

Claims (13)

  1. Reivindicaciones
    1. Plataforma oceánica polivalente para la instalación de equipos de generación de energía, de producción de agua desalada y de alimento a partir de recursos naturales del mar o para servir como cimentación de cualquier estructura que se pretenda instalar en el agua, que comprende los siguientes elementos:
    •
    Una cimentación formada por una o varias losas (1) de hormigón armado en las que se empotran pilares de celosía (3) y/o torres de sección tubular
    •
    Pilotes para su hinca en el fondo del mar, colocados en el interior de los pilares de celosía (3) o en las torres de sección tubular
    •
    Un sistema redundante de estanqueidad y flotabilidad (8)
    •
    Un sistema de control de la inmersión que permite la inmersión de la cimentación a velocidad controlada, una vez que la plataforma se encuentra en su emplazamiento definitivo
    •
    Un sistema hidráulico para izado de la plataforma a una altura por encima de la ola mayor previsible.
    •
    La plataforma también incluye plantas (5) para la instalación de equipos de producción y equipos de operación y mantenimiento de los mismos.
  2. 2.
    Plataforma oceánica según reivindicación 1, caracterizada porque la losa (1) se rigidiza por vigas (2).
  3. 3.
    Plataforma oceánica según reivindicación 1, caracterizada porque la losa (1) se rigidiza por canto.
  4. 4.
    Plataforma oceánica según reivindicación 1, caracterizada porque los pilares (3) son de celosía en acero.
  5. 5.
    Plataforma oceánica según reivindicación 1, caracterizada porque en el caso de que el fondo sea rocoso los pilares (3) contienen en su interior un equipo de perforación de anclajes.
  6. 6.
    Plataforma oceánica según reivindicación 1, caracterizada por comprender un aerogenerador (7) montado sobre una torre o estructura tubular (4) telescópica unida a la cimentación por su parte inferior o a la planta de operaciones y mantenimiento (5).
  7. 7.
    Procedimiento de fabricación e instalación de plataforma oceánica descrita en las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fabricación se realiza en tierra yen serie y comprende las siguientes etapas:
    •
    Fase previa de prefabricación de los pilares y fabricacion del hormigón
    •
    Fabricación de la plataforma pasando por las siguientes estaciones:
    -
    Primera estación: fabricación de la losa de hormigón armado (1) que forma parte de la cimentación, ya sea rigidizada por vigas o por canto.
    -
    Segunda estación: instalación del sistema redundante de estanqueidad y flotabilidad; también se instalan los pilares prefabricados (3) que incorporan los pilotes en su interior para el hincado en el fondo; además, en el caso de utilizar la plataforma como soporte de un aerogenerador (7), se colocará en este momento la torre telescópica (4) en el centro de la losa (1) o bien en la planta de operaciones y mantenimiento (5).
    -
    Tercera estación: se completa la instalación del sistema redundante de estanqueidad y flotabilidad (8). -Cuarta estación: en esta se instalan todos los equipos necesarios para desarrollar la actividad que se pretende en la plataforma;
    •
    Puesta a flote y botadura de la plataforma y su traslado hasta el emplazamiento final
    •
    Acondicionamiento y nivelado del fondo del emplazamiento
    •
    Inmersión de la plataforma que permite el descenso en vertical de la cimentación, guiado por la torre y los pilares, llegando al suelo sin oscilaciones y quedando plana en el fondo.
    •
    Hinca e inyección de los pilotes y/o perforación de los anclajes. Empotramiento de la losa a los pilotes y/o anclajes. Fijación de la estructura al suelo.
    •
    Elevación de la planta de operaciones y mantenimiento (5) a una altura superior a la de la ola máxima previsible
    •
    Atornillado de los pilares
  8. 8. Procedimiento de fabricación y colocación de plataforma oceánica en su emplazamiento final según reivindicación 7 caracterizado porque si la plataforma se va a emplear como soporte de aerogenerador (7) en la segunda estación del proceso de fabricación se colocará la torre telescópica (4) en el centro de la losa
    (1) o bien en la planta de operaciones y mantenimiento (5).
  9. 9.
    Procedimiento de fabricación e instalación de plataforma oceánica según reivindicación 8 caracterizado porque en la cuarta estación del proceso de fabricación tiene lugar la instalación del aerogenerador (7) con solo dos de sus palas, sobre la torre telescópica (4); también se instalará en esta estación el equipo (6) necesario para colocar la tercera pala.
  10. 10.
    Procedimiento de fabricación e instalación de plataforma oceánica en su emplazamiento final según reivindicación 9 caracterizado porque tras la elevación
    de la planta de operaciones y mantenimiento (5) y atornillado de los pilares (3), se eleva la torre (4) con el aerogenerador (7) hasta una altura que permite la instalación de la tercera pala.
  11. 11.
    Procedimiento de fabricación e instalación de plataforma oceánica en su
    5 emplazamiento final según reivindicación 7 caracterizado porque en la cuarta estación se instala un laboratorio de estudio marino y acuicultura
  12. 12. Procedimiento de fabricación e instalación de plataforma oceánica en su emplazamiento final según reivindicación 7 caracterizado porque en la cuarta estación se instalan motores eólicos que accionan directamente una desaladora de
    10 agua de mar.
  13. 13. Procedimiento de fabricación e instalación de plataforma oceánica en su emplazamiento final según reivindicación 7 caracterizado porque en la cuarta estación se instala un ciclo combinado de Rankine orgánico o calima con depósito de gas licuado.
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