ES2637142T3 - Estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores y subestaciones o elementos similares, en instalaciones marítimas - Google Patents

Estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores y subestaciones o elementos similares, en instalaciones marítimas Download PDF

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ES2637142T3 ES13883480.9T ES13883480T ES2637142T3 ES 2637142 T3 ES2637142 T3 ES 2637142T3 ES 13883480 T ES13883480 T ES 13883480T ES 2637142 T3 ES2637142 T3 ES 2637142T3
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José Alfonso NEBRERA GARCÍA
Jaime ALTOLAGUIRRE MCCRUMLISH
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Abstract

Estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores y subestaciones o elementos similares, en instalaciones marítimas que se configura a partir de cuerpos huecos de hormigón unidos entre sí mediante tramos o brazos a través de los que pasa agua de uno a otro, con un sistema de bombeo que regula la inclinación de la estructura en función del momento de vuelco, contando con medios de regulación de inmersión, que regulan la cantidad de agua en los cuerpos huecos de manera que, en su posición de trabajo, el centro de gravedad de la estructura está por debajo del centro de carena de la misma y el área de la sección de la estructura en la línea de flotación es menor que la suma de las secciones sumergidas de dichos cuerpos huecos. Además, el conjunto podrá operar con un sistema de amarrado tradicional o con uno del tipo "único punto de amarre" que permitirá que el conjunto se auto posicione de cara al viento. Por último, para su instalación en zonas de escasa profundidad, se podrá adoptar un diseño especial el cual permita que el conjunto pueda apoyarse sobre el lecho marino reduciendo y homogeneizando las cargas sobre el mismo.

Description

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Estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores y subestaciones o elementos similares, en insta-
laciones mantimas
DESCRIPCION
Materia objeto de la invencion
La presente invencion, estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores y subestaciones o elementos similares, en instalaciones mantimas, se refiere a una estructura de soporte del tipo destinado a la sujecion de turbinas eolicas y subestaciones, u otro tipo de elementos similares que se instalan en el mar, y que, debido a que es del tipo que se puede denominar activo, pues esta dotada de medios que permiten adaptar su resistencia a los esfuerzos cambiantes que ha de soportar, presenta, por una parte, la innovadora particularidad especial de ser de inmersion regulable, de modo que queda parcialmente sumergida en su posicion de trabajo, evitando las resistencias debidas al oleaje, y, por otra, la de estar ventajosamente realizada en hormigon, haciendo que su coste sea menor debido a la flexibilidad en la fabricacion, y aumentando asf su vida util gracias a su resistencia en el entorno marino.
El campo de aplicacion de la presente invencion se enmarca dentro del sector de la industria dedicado a la fabricacion de estructuras de soporte marinas, centrandose basicamente en el ambito de las estructuras destinadas a soportar turbinas eolicas y subestaciones, o elementos similares.
Antecedentes de la invencion
Como bien se sabe, existen elementos tecnicos, tales como las turbinas de energfa eolica, que, para aprovechar al maximo sus prestaciones, se instalan en ubicaciones mantimas, en lugar de terrestres. Tales ubicaciones, sin embargo, plantean problemas de sujecion, debido por una parte, a los distintos niveles de profundidad que puede tener el fondo marino en la ubicacion elegida, como, especialmente, a los esfuerzos que deben afrontar tanto a causa del viento como a causa de los embates del oleaje.
Como referencia al estado actual de la tecnica, tal como el documento WO 99/51821 A, cabe senalar que, si bien se conocen multiples soluciones a estos problemas, pocas de ellas son realmente efectivas en terminos economicos.
En tal sentido, cabe mencionar que, como documento mas similar, se tiene conocimiento de la solicitud de patente US20110037264A1, que se refiere a una “Plataforma marina estabilizada por columnas con placas de atrapamiento de agua y sistema de amarre asimetrico para soportar las turbinas eolicas mantimas” (Column-stabilized offshore platform with water-entrapment plates and asymmetric mooring system for support of offshore wind turbines). Dicha solicitud describe una turbina eolica flotante que comprende, al menos, tres columnas estabilizadoras, teniendo cada columna un volumen interior para contener un fluido de lastre; una torre que esta acoplada a la plataforma; un rotor de turbina acoplado a un generador electrico, montado cerca del extremo superior de la torre; travesanos principales interconectados a las tres columnas estabilizadores; placas situadas en el extremo inferior de las columnas estabilizadoras; y un sistema de control de lastre para mover el fluido de lastre entre los volumenes internos de las tres columnas para ajustar el alineamiento vertical de la torre. Dicho documento reivindica una plataforma flotante, un metodo para desplegar una plataforma semisumergible, y un metodo para operar una plataforma flotante de turbina eolica.
Aunque a la plataforma descrita en dicho documento se le llama semisumergible, en realidad es flotante, ya que la mayona de su volumen queda flotando sobre la superficie, es decir, gran parte de las columnas que la forman esta fuera del agua y otra parte, sumergida. Por tanto, la lmea de flotacion atraviesa toda la estructura, los cuerpos de las columnas, y se ve totalmente afectada por el movimiento de las olas. La lmea de flotacion es la lmea formada por la interseccion del plano formado por la superficie del agua, o nivel del mar, con la estructura (por ejemplo un buque), separando la parte sumergida de la que no lo esta. Dicha lmea de flotacion puede variar en funcion de la carga o del estado del agua. Este tipo de estructura funciona como un barco (centro de gravedad por encima del centro de carena). Esto significa que el sistema de bombas, para estabilizar y mantener la torre vertical, deba compensar el momento de vuelco tanto frente al embate del oleaje, como del viento. La plataforma incorpora placas en las bases de las columnas para evitar el vuelco, asf como para amortiguar el movimiento vertical de arfada, es decir, el movimiento vertical de ascenso y descenso, y ha de montarse totalmente en tierra y flotarse posteriormente hasta su ubicacion.
Por ultimo, otro de los inconvenientes que presenta la materia objeto de dicha solicitud es que, dado que se menciona que las columnas se pueden construir soldando entre sf secciones tubulares de diametro uniforme, se deduce que se trata de una estructura ideada para ser construida en acero, lo que implica limitaciones, tanto por el coste economico de su fabricacion y mantenimiento, como por la vida util en funcion de los efectos del entorno marino.
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El numero de solicitud de la tecnica anterior WO03/004869A se refiere a una turbina eolica mantima soportada sobre un cimiento flotante, que comprende un cuerpo de carena sumergido que esta asegurado al fondo del mar por uno o mas cables, comprendiendo el cimiento flotante una estructura sumergible de apoyo activo con tres cuerpos huecos unidos entre sf mediante travesanos. Asimismo, este documento no describe una estructura de hormigon que tenga cuerpos huecos hechos de hormigon, travesanos huecos, un sistema de bombeo, en al menos uno de los cuerpos, que regule el movimiento del agua entre los cuerpos, ni tampoco menciona que el area de la seccion transversal de la estructura en la lmea de flotacion es mas pequena que la suma de las secciones transversales sumergidas de dichos cuerpos huecos.
Otro inconveniente de los documentos de la tecnica anterior conocida es que, la misma, no puede montarse en el puerto y remolcarse ya montada hasta su sitio final en el mar junto con el mastil y la turbina, en el caso de que haya una turbina, y por lo tanto, solo pueden montarse donde vayan a instalarse.
Sena deseable, pues, contar con una plataforma que evite tales inconvenientes, permitiendo mayor flexibilidad tanto a la hora de su construccion como de su instalacion, siendo este, como se ha senalado anteriormente, el objetivo de la presente invencion.
Sumario de la invencion
Asf, la estructura sumergible de soporte activo para torres de turbinas y subestaciones o elementos similares, en instalaciones mantimas, que propone la presente invencion, es una estructura de soporte para colocar en el mar torres de turbinas y subestaciones o elementos similares, que esta constituida a partir de un conjunto de cuerpos huecos de hormigon, que son preferentemente cilindros (el numero puede variar, dependiendo del tamano y peso del elemento que ha de soportarse, asf como su seccion transversal, que no sera necesariamente circular), unidos entre sf por miembros resistentes huecos, es decir, tramos o travesanos, tambien de hormigon, que transmiten los esfuerzos entre ellos. En las aplicaciones de la estructura para torres de turbina, se dispondra de un cuerpo hueco principal sobre el que se situara el mastil de la turbina. En aquellas aplicaciones en donde la estructura sumergible, objeto de la invencion, soporte una subestacion o plataforma, esta ultima podra disponerse sobre varios mastiles o columnas. La parte superior de dicho cuerpo hueco principal puede presentar una seccion transversal de menor area que la seccion transversal de la parte inferior que permanece sumergida en su posicion de trabajo, minimizando asf el area de superficie en la lmea de flotacion.
Una estructura de hormigon tiene mejor comportamiento frente a la corrosion bajo el agua marina; en este caso, esto es importante puesto que una gran parte del volumen de la estructura, al menos el 60 %, estara sumergida. Asimismo, con el fin de conseguir una estructura sumergida estable, dicha estabilidad se consigue haciendo que su centro de gravedad se encuentra por debajo del centro de carena (centro de gravedad del volumen de agua desplazado por un elemento flotante, para una condicion dada, donde se considera la aplicacion de fuerza de empuje con fines de estabilidad). De esta manera, la estructura es autoadrizante.
Asf, algunos de dichos cuerpos huecos (o todos, segun el diseno), preferentemente cilindros, que conforman la estructura, estan parcialmente llenos de agua, hasta un nivel tal que, en su posicion de trabajo, es decir, cuando la plataforma esta situada en su emplazamiento definitivo, el conjunto se mantiene sumergido a una profundidad suficiente para evitar el efecto de las olas sobre el mismo, de manera que todo lo que se proyecta por encima de la superficie del mar una parte del tramo con una menor seccion transversal del cuerpo hueco principal o del mastil situado sobre el cuerpo hueco principal, y sobre cuyo extremo superior se fija la turbina o elemento similar a soportar, o como maximo, una parte del cuerpo hueco principal. Dicha plataforma se disena para profundidades de entre 20 y 35 metros o mas, dependiendo de las caractensticas metoceanicas y del suelo del area de instalacion, y en particular, para profundidades en donde el uso de fundaciones tipo monopilote no es la mejor solucion.
Ademas, en al menos uno, aunque puede ser en varios de dichos cuerpos huecos de hormigon, preferentemente cilmdricos, se incorpora un sistema de bombeo que permite regular la cantidad total de agua en los cilindros, y asegurar asf que la inmersion descrita del conjunto de elementos puede regularse, y que, preferentemente a la vez, permite desplazar el agua de los cilindros de unos a otros, en funcion del momento de vuelco de la estructura en su totalidad, originado por el viento que choca en la turbina o en el elemento que la soporta, y dependiendo del sistema de amarre, por el esfuerzo de las amarras sobre el punto o puntos de amarre, ayudando a regular la inclinacion de la estructura en funcion del citado momento de vuelco.
Opcionalmente se podra contar con un sistema de bombeo para cada regulacion y/o para cada cuerpo hueco o cilindro.
El hecho de que la mayor parte del volumen de la estructura, al menos el 60 %, este bajo la superficie, permite reducir el efecto del oleaje sobre la verticalidad de la estructura, y asimismo, el hecho de que la mayor parte de la masa este sumergida lo mas abajo posible, proporciona estabilidad a la estructura al colocar el centro de gravedad
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por debajo del centro de carena, manteniendo as^ la aceleracion de la turbina eolica inducida por el movimiento del mar dentro de los lfmites aceptables establecidos por el fabricante de la turbina.
Como se ha senalado anteriormente, la estructura podra tener un mastil de hormigon para la turbina o elemento similar para el que se destine, aportando asf una mayor durabilidad a todo el conjunto y ofreciendo mayor flexibilidad en cuanto a fabricacion y logfstica, estando dispuesto dicho mastil sobre el cuerpo hueco principal. Dicho mastil dispondra de una seccion transversal menor que la seccion transversal del cuerpo hueco principal que permanece sumergida.
Con el fin de que el oleaje afecte lo menos posible a la estabilidad de la estructura, en la posicion de trabajo de la misma, una vez colocada en su emplazamiento de operacion, la seccion transversal cortada al nivel del mar y que determina la lmea de flotacion, debena ser lo mas pequena posible. Por esta razon, la seccion transversal cortada al nivel del mar es, dependiendo del diseno de la estructura, o bien la seccion transversal de la parte superior del cuerpo hueco principal cuando este tiene al menos dos secciones transversales diferentes, donde la seccion transversal mayor esta sumergida, o bien la seccion transversal del mastil cuando este se dispone directamente sobre el cuerpo hueco principal.
En cualquiera de las posibles aplicaciones, la seccion transversal en la lmea de flotacion debena ser lo menor posible, y en cualquier caso, dicha seccion transversal en la lmea de flotacion debena ser menor que la suma de las secciones transversales sumergidas de los cuerpos huecos que conforman la estructura. De esta manera, la estructura sumergible puede adoptar diferentes configuraciones, por ejemplo:
- Uno de los cuerpos huecos de la estructura tiene una seccion transversal constante y una parte de su extremo superior se mantiene por encima del nivel del mar, mientras que el resto de los cuerpos huecos se encuentran sumergidos, o
- uno de los cuerpos huecos de la estructura tiene una seccion transversal variable, siendo mayor la seccion transversal sumergida y menor la seccion transversal superior en la lmea de flotacion, mientras que el resto de los cuerpos huecos se encuentran sumergidos, o
- los cuerpos huecos de la estructura tienen una seccion transversal variable, siendo mayor la seccion transversal sumergida y menor la seccion transversal superior en la lmea de flotacion,
- los cuerpos huecos de la estructura, de seccion transversal constante o variable, se encuentran sumergidos, y un mastil cuya seccion transversal es la lmea de flotacion se dispone sobre al menos uno de los mismos, o
- los cuerpos huecos de la estructura, que tienen una seccion transversal constante o variable, se encuentran sumergidos y se dispone un mastil en cada uno de ellos, que determina la seccion transversal en la lmea de flotacion. En estos casos, cada uno de los cuerpos huecos que disponga de un mastil es un cuerpo hueco principal.
En todos los casos, y tal y como se ha mencionado, dicha seccion transversal en la lmea de flotacion es menor que la suma de las secciones transversales sumergidas de los cuerpos huecos que conforman la estructura.
Por lo tanto, el objeto principal de la presente invencion es una estructura sumergible de soporte activo segun la reivindicacion 1.
Por su parte, el sistema de amarre a emplear podra ser del tipo “unico punto de amarre”, en donde la estructura esta acoplada a una boya (en la superficie o habiendo sido sumergida previamente y amarrada al fondo marino) mediante unos medios de sujecion, que pueden ser un elemento ngido, tal como un travesano de acero inoxidable, hormigon o similar, o un elemento ngido combinado con un elemento flexible, tal como un tirante de acero, un cable, una cuerda de material sintetico, una cadena o similar, realizando la conexion a la plataforma de forma que se agilicen las operaciones de enganche. A su vez, este tipo de amarre permite que la estructura se autoposicione de cara al viento; por lo tanto, la gondola de la turbina eolica podna no tener la capacidad de rotar y se contemplara, opcionalmente, la posibilidad de optimizar el diseno de la estructura. Por ejemplo, de esta forma la estructura no es axisimetrica, es decir, con disenos no circulares en la torre, etc. Asimismo, se podnan emplear otros sistemas de amarre tradicionales.
A su vez la boya presenta medios de amarre para su sujecion al fondo marino, pudiendo ser dichos medios de amarre un cable, cadena, cuerda de material sintetico, o similares.
Al adoptar el sistema de amarre tipo “unico punto” senalado anteriormente, para evitar que el cable de alimentacion se tuerza, convendra anadir un sistema de transmision electrica de tipo giratorio para establecer la conexion entre la turbina y la boya.
Por lo tanto, los aspectos innovadores mas significativos de la estructura de la presente invencion son:
- Que se trata de una estructura sumergible en donde el centro de carena se encuentra por encima del centro de
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gravedad, y en donde el area de la seccion transversal de la estructura en la lmea de flotacion es menor que la suma de las secciones transversales sumergidas de dichos cuerpos huecos.
- Que se trata de una estructura sumergible activa, en donde se pueden compensar los momentos de vuelco variando la cantidad de agua de lastre que se ubica en cada uno de los cuerpos huecos de hormigon que la conforman, en funcion de la direccion e intensidad del viento. Hasta ahora todas las estructuras de este tipo han sido pasivas, y la unica estructura activa existente hasta ahora, divulgada en la ya comentada solicitud de patente US20110037264A1, opera flotando sobre la superficie del mar, de modo que sus sistemas deben compensar el oleaje, ademas del momento de vuelco causado por el viento, lo que implica un mayor dimensionamiento de las bombas y mayor consumo de energfa.
- La utilizacion de hormigon para construir los cuerpos huecos, preferentemente cuerpos huecos cilmdricos, y del mastil o columnas de la estructura. Hasta ahora, tales estructuras de hormigon siempre han sido pasivas, y la estructura activa del documento estadounidense citado anteriormente, es de acero. Las formas cilmdricas de hormigon permiten reducir los costes de fabricacion gracias a una alta industrializacion del proceso, ademas de alargar la vida util de la estructura y reducir los costes de mantenimiento (pinturas, revestimientos), lo que es muy importante en entornos marinos.
- Al poder regular la profundidad de la estructura, el sistema permite montar la totalidad del equipo en puerto, incluida la prueba de puesta en marcha, y despues trasladar el conjunto hasta su emplazamiento definitivo en el mar, jugando con la capacidad de reducir o aumentar su flotabilidad e inmersion a voluntad, segun convenga.
La estructura objeto de la presente invencion mejora sustancialmente las limitaciones actuales de las estructuras de
soporte similares existentes, con las siguientes ventajas:
- Una vida util muy larga del hormigon en entornos marinos, manteniendo sus propiedades estructurales, frente a la limitada duracion y necesidades de mantenimiento y repintado del acero.
- Menor exposicion al oleaje al disponer de una seccion transversal en la lmea de flotacion con un area menor que el resto de dispositivos conocidos.
- Bajo coste de fabricacion, gracias al diseno basado en formas de hormigon preferentemente cilmdricas, que permite el uso de tecnologfas efectivas y probadas: encofrados, deslizantes, cajones portuarios, hormigon fundido, postensado, etc., frente al coste elevado de estructuras de soporte de acero.
- Elimina la necesidad de usar mecanismos marinos especializados de grandes dimensiones y/o medios de elevacion muy grandes para la instalacion de las estructuras en el mar.
- En profundidades menores, donde sea aconsejable colocar la plataforma en el fondo marino, permite reducir las cargas transmitidas al fondo marino, lo que permite simplificar y abaratar los sistemas de anclaje (pilotes, anclas, cadenas, etc.).
- Reduce la necesidad de tener que realizar parte de los trabajos en el mar.
- Facilita el mantenimiento, en especial en caso de avenas importantes, al permitir su remolque a puerto para sustituir o reparar la gondola de la turbina u otros elementos, gracias a la posibilidad de modificar el calado de la estructura a voluntad.
- Permite la repotenciacion al final de la vida util del generador (15 a 25 anos), puesto que la estructura se disena para 50 anos de vida util.
- Reduce considerablemente el impacto ambiental durante la instalacion, y facilita y abarata el desmantelamiento al final de la vida util del proyecto, haciendo posible un reciclado total de la estructura.
- En el caso de la utilizacion de mastiles aerodinamicos, se reduce la resistencia del mastil al viento, reduciendo asf los esfuerzos y momentos de vuelco y los efectos estela que reducen el rendimiento de las turbinas eolicas a sotavento.
- En el caso que se adopte el sistema de amarre denominado “unico punto de amarre”, la estructura se autoposicionara de cara al viento, cosa que podna aportar grandes ventajas en cuanto a la optimizacion estructural, ademas de agilizar las maniobras de enganche.
Descripcion de los dibujos
Para complementar la descripcion de la invencion y con objeto de facilitar la comprension de las caractensticas de la
misma, se acompana la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de figuras,
en las que con caracter ilustrativo y no limitante se ha representado lo siguiente:
La figura numero 1 muestra una vista esquematica en alzado de la estructura sumergible de soporte activo para torres de turbinas y subestaciones o elementos similares, en instalaciones mantimas, objeto de la invencion, en una realizacion a modo de ejemplo de la misma con cuatro cilindros y un mastil axialmente simetrico, sujeta en un unico punto con un travesano ngido a una boya flotante, aplicable en aguas poco profundas.
La figura numero 2 muestra una vista en planta de la realizacion a modo de ejemplo de la estructura, segun la invencion, mostrada en la figura anterior.
Las figuras numeros 3 y 4 muestran, en sendas vistas en alzado y planta respectivamente, otra realizacion a modo de ejemplo de la estructura sumergible de soporte activo de la invencion, en este caso, con menos cilindros e igualmente sujeta a una boya.
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Las figuras 5 y 6 muestran, en las respectivas vistas en alzado y planta, otra realizacion a modo de ejemplo de la estructura sumergible objeto de la invencion, en donde los componentes sumergidos se encuentran situados en el interior de una unica carcasa.
Las figuras 7 y 8 muestran, en las vistas en alzado y planta, otro ejemplo en donde la estructura sumergida presenta otra construccion de cuerpos huecos.
Las figuras 9a y 9b muestran las vistas en alzado y planta de un ejemplo de la invencion para bajas profundidades en donde la estructura se encuentra anclada al fondo marino por medio de pilotes.
Las figuras 10a y 10b muestran las vistas en alzado y planta de otro ejemplo de la invencion para bajas profundidades en donde la estructura se encuentra anclada al fondo marino por medio de cadenas y anclas.
Las figuras 11a y 11b, muestran un ejemplo de una estructura con un cuerpo hueco principal con seccion transversal variable.
La figura 12 muestra un ejemplo de una subestacion o plataforma soportada por una estructura que es el objeto de la presente invencion.
Realizacion preferida de la invencion
A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeracion adoptada, se puede observar en las mismas como la estructura (1) en cuestion, aplicable como soporte de un mastil (2), en cuyo extremo superior se incorpora un elemento (3) a soportar, tal como una turbina eolica u otro elemento similar, esta formada a partir de dos o mas cuerpos huecos cilmdricos (4', 4) susceptibles de contener agua en su interior, y que estan unidos entre sf mediante tramos (5) o travesanos huecos, preferentemente prismaticos, a traves de los que pasa agua desde un cuerpo a otro, existiendo un sistema de bombeo (no representado) que regula el desplazamiento del agua entre dichos cilindros, en funcion del momento de vuelco originado por el viento contra el mastil (2) y contra el elemento (3) que soportado en el mismo, con la particularidad de que dicho sistema de bombeo u otro sistema de bombeo complementario constituye un medio que regula la inmersion de la plataforma, ya que tambien regula la cantidad total de agua contenida en dichos cuerpos o cilindros (4', 4), y que penetra a traves de una o mas tomas (6) en dichos cuerpos (4', 4) para controlar la profundidad del conjunto, de manera que en su posicion de trabajo, situa la estructura de manera que los cuerpos o cilindros (4', 4) permanecen sumergidos a una profundidad suficiente para evitar el efecto de las olas sobre los mismos, y de forma que solamente el mastil (2) sobresalga por encima de la superficie, o como maximo una parte del cuerpo hueco principal (4') que soporta dicho mastil, por encima de la superficie. En una posicion de transporte es preferible tambien mantener los cuerpos huecos o cilindros (4', 4) sumergidos pero a menos profundidad, aunque tambien se podna mantener dichos cuerpos o cilindros (4', 4) semisumergidos, flotando sobre la superficie.
Es importante destacar, ademas, que los cuerpos huecos o cilindros (4', 4) estan fabricados de hormigon y, preferentemente tambien el mastil (2), y dichas tomas (6) estan ubicadas, o bien en alguna parte de los cuerpos huecos o cilindros (4', 4), o bien en otra posicion de la estructura.
En este ejemplo, la estructura comprende el hecho de que una seccion transversal del cuerpo hueco principal (4') sumergida disminuye ligeramente por su parte superior hasta cortar al nivel del mar, de manera que el area de la seccion transversal en la lmea de flotacion es menor que el area de la seccion transversal sumergida del cuerpo hueco principal, por lo que el mastil (2) se situa sobre dicha parte con seccion transversal menor y no sumergida. Una alternativa a esta construccion sena que el mastil (2) se situase directamente sobre el cuerpo hueco principal sumergido, de manera que la seccion transversal en la lmea de flotacion la determinana el area de la seccion transversal del mastil (2), cortada al nivel del mar.
Las figuras 11a y 11b muestran un ejemplo de una estructura en donde el cuerpo hueco principal comprende al menos dos secciones transversales de diferente area.
Opcionalmente, con el fin de amortiguar la arfada, en todos o alguno de los cuerpos o cilindros (4', 4) se preve la incorporacion de placas (no representadas), que, al operar dichos cuerpos o cilindros mientras que estan totalmente sumergidos, pueden incorporarse en la parte de los mismos que mejor convenga.
La estructura (1) comprende medios de sujecion (9) ngidos o ngidos y flexibles, tal como un travesano ngido de acero u otro material, un tirante de acero, un cable, una cadena o cuerda de material sintetico, sujetandolo a una boya (7) de amarre, que puede estar sumergida o no, que esta fijada al fondo marino (FM) con medios de amarre, preferentemente cables, cadenas o cuerdas de un material sintetico (8). Debido a dichos medios de sujecion (9), la estructura (1) rotara (R) alrededor de la boya (7) en funcion de la direccion en la que sople el viento.
En las figuras 1 y 2 puede observarse como, en una realizacion a modo de ejemplo, la estructura (1) comprende tres cuerpos huecos o cilindros (4) de hormigon dispuestos radialmente en torno al mastil (2), siendo la parte inferior de dicho mastil (2) un cuarto cilindro o cuerpo hueco principal (4') que se une al resto mediante tramos o travesanos huecos (5) radiales. En este ejemplo, dicho mastil (2) tiene una seccion transversal circular, aunque podnan emplearse otros tipos de secciones transversales. Tambien en este ejemplo la estructura (1) comprende una boya
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(7) flotante que a su vez se encuentra amarrada al fondo marino (FM) mediante los correspondientes medios de amarre, cables, cadenas o cuerdas de un material sintetico (8). La estructura esta unida a dicha boya (7), que a su vez puede incorporar un conector giratorio tipo swivel (10) para permitir el libre giro de la estructura en torno a la boya mediante un brazo ngido (9), que podna complementarse con otro elemento de sujecion flexible, tal como un cable. El cable de conexion (11) encargado de transmitir la energfa generada por la turbina eolica (3) tambien esta conectado a dicha boya (7), opcionalmente mediante un elemento de transmision electrica giratorio que previene que el cable se retuerza. A dicha boya (7) tambien esta conectado el cable de alimentacion y/o los cables de interconexion (inter-array), segun corresponda.
En otra realizacion a modo de ejemplo, mostrada en las figuras 3 y 4, la estructura (1) de la invencion comprende unicamente dos cilindros (4', 4) de hormigon, es decir, un cilindro principal (4') situado bajo el mastil (2) con el elemento (3) que ha de soportar, una turbina eolica (3), y el otro (4) unido al primero (4') mediante un tramo o brazo (5) que permite el paso del agua entre ambos. En este ejemplo, la seccion transversal en la lmea de flotacion esta determinada por la menor seccion transversal de la parte superior del cilindro hueco principal (4'), aunque tambien podna ser la seccion transversal del mastil. Al igual que en el caso anterior, la estructura (1) esta unida a una boya (7), que en este caso esta sumergida y amarrada al fondo marino (FM) mediante cables, cadenas o cuerdas sinteticas (8), mediante un brazo ngido u otro elemento de sujecion (9), o una combinacion de un elemento ngido y uno flexible, y una junta tipo swivel (10) que permite el giro libre de la misma, en funcion de la direccion del viento. En este ejemplo, el brazo ngido, que puede complementarse con un elemento flexible, tal como un cable o cuerda (9), se encuentra inclinado entre la boya (7) y la estructura (1), y en concreto, se encuentra anclado al mastil (2), de manera que dicho brazo que es ngido o que es ngido junto a un elemento flexible, tal como un tirante de acero, cable o cuerda, ayuda a minimizar la posibilidad de que la estructura vuelque. La boya, en cualquiera de los ejemplos, puede fabricarse con acero u hormigon, dependiendo de las condiciones del emplazamiento y del equilibrio entre durabilidad e inversion inicial. Los elementos de sujecion flexibles impiden que la estructura se vuelque hacia el lado que sopla el viento, trabajando por tanto a traccion, y actuando como un tirante. Por otro lado, los elementos de sujecion ngidos permiten mantener una distancia constante entre la estructura (1) y la boya (7), ademas de ayudar a contrarrestar el momento de vuelco causado por las fuerzas del viento.
En los dos ejemplos anteriores se han incluido mastiles con seccion circular; sin embargo, los mismos pueden presentar otras secciones transversales que ofrezcan menos resistencia frente al viento. Un ejemplo de una seccion transversal alternativa de mastil se puede observar en las figuras 6 y 8, donde el mastil no es circular, sino ligeramente ovoide. En cualquier caso, con el fin de dotar al mastil de caractensticas aerodinamicas, este puede tener una seccion transversal que no sea circular y que este adaptada a las condiciones meteorologicas y marinas del lugar de emplazamiento de la estructura.
Asimismo, los cuerpos huecos de la estructura, que como se ha mencionado son preferentemente cilmdricos, tambien pueden presentar una seccion transversal que no sea cilmdrica.
En el ejemplo de las figuras 5 y 6, se puede observar una estructura alternativa, con un mastil (20), con seccion transversal no circular, con una turbina eolica (3) en su extremo superior, y una estructura sumergida formada por dos cuerpos huecos (40) con las mismas caractensticas que los cilindros citados anteriormente, y estando comunicados dichos cuerpos huecos (40) por tramos huecos (50), cuyos elementos, es decir, los cuerpos huecos (40) y los tramos (50), estan incorporados en el interior de una carcasa (45) que tambien esta hecha de hormigon. El objetivo de esta estructura es reducir el coste de construccion de los cimientos al facilitar el uso de encofrados deslizantes en cajones, cuando los calculos asf lo permitan, en funcion de las condiciones del mar en el emplazamiento de dicha estructura. En este ejemplo, la seccion transversal en la lmea de flotacion la determina la menor seccion transversal del mastil (2).
En el ejemplo de las figuras 7 y 8, puede observarse otra estructura alternativa que comprende un cilindro hueco sumergido (400), situado debajo del mastil y que tiene una seccion transversal no circular sobre la que se coloca una turbina eolica (3), estando dicho cilindro (400) unido a traves de un tramo o brazo hueco (500) a un cuerpo hueco (410), tambien sumergido, de mayores dimensiones que el citado cilindro (400). Esta estructura es de especial aplicacion en lugares donde sea habitual un fuerte oleaje transversal en la direccion del viento, pues mejora la estabilidad lateral ante esfuerzos transversales. Al igual que en el ejemplo anterior, la menor seccion transversal del mastil (2) determina la seccion transversal en la lmea de flotacion.
En otros ejemplos de aplicacion en zonas poco profundas, mostrados en las figuras 9a, 9b, 10a y 10b, las cualidades de la estructura, que son: flotabilidad variable; mitigacion del oleaje; reduccion de la arfada; y compensacion automatica del momento de vuelco, se utilizan para reducir y homogeneizar la carga transmitida hacia el fondo marino (FM), lo que resulta especialmente util durante las maniobras de instalacion/desinstalacion, y en particular en areas donde el suelo marino esta constituido por materiales poco consistentes (arenas sueltas, fangos) o con resistencia irregular. En estos ejemplos, no es necesaria la utilizacion de boyas (7) y se fija directamente la estructura al fondo marino mediante medios de anclaje (8, 80). De esta manera, el conjunto puede apoyarse sobre el lecho marino reduciendo y homogeneizando las cargas sobre el mismo. La estructura no queda completamente
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apoyada sobre el fondo marino (FM), sino que queda parcialmente suspendida, pudiendo llegar a apoyarse en mayor medida sobre el mismo, complementando as^ al sistema activo que se opone al momento de vuelco ejercido por las fuerzas del viento.
Con esta finalidad, las figuras 9a y 9b, muestran una estructura como la de las figuras 1 y 2, formada por cuatro cuerpos huecos (4, 4') unidos por tramos o brazos preferentemente prismaticos (5) que tienen una disposicion en forma de “Y”, estando situado el mastil (2), con la turbina eolica (3) en su extremo superior, en el cuerpo cilmdrico (4') principal y central. Esta estructura esta anclada al fondo marino (FM) mediante unos medios de anclaje (80) constituidos por pilotes que se situan sobre los tres cuerpos huecos (4) perifericos.
Las figuras 10a y 10b muestran una estructura como la de las figuras 9a y 9b, en donde los medios de anclaje (800), que se anclan al fondo marino (FM), son anclas con cadenas que se apoyan parcialmente en el fondo marino (FM). El objetivo de las diferentes construcciones es conseguir una estructura de un material duradero y que permita una construccion en serie sencilla, como el hormigon, y que se reduzca su tendencia al volteo lo maximo posible cuando se encuentra situada en alta mar y sujeta a una boya.
En aquellos casos en los que se utilice un amarre convencional, o amarres como los de las figuras 9 y 10, sera necesario que la turbina eolica (3) o gondola sea capaz de rotar sobre el mastil.
La figura 12 muestra una subestacion electrica o una plataforma (30) que se dispone sobre una estructura objeto de la presente invencion. La estructura comprende en este caso cuatro cuerpos huecos cilmdricos (4') con seccion transversal variable, donde la mayor seccion transversal inferior de cada uno de ellos esta sumergida, y la seccion transversal superior, de menor tamano que la seccion transversal sumergida, determinando la suma de estas secciones transversales menores la seccion transversal en la lmea de flotacion. Dicha seccion transversal en la lmea de flotacion es menor que la suma de las secciones transversales sumergidas de los cuerpos huecos que conforman la estructura. Asimismo, se pueden disponer varios mastiles o columnas (2) sobre los cuerpos huecos que conforman la estructura, de manera que sea la seccion transversal de dichos mastiles o columnas (2) los que determinan la seccion transversal en la lmea de flotacion.

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    REIVINDICACIONES
    1. Una estructura sumergible de soporte activo para torres de turbinas (3) y subestaciones (30) o elementos similares, en instalaciones mantimas, que puede montarse en el puerto y trasladarse despues montada a su emplazamiento mantimo final, junto con el mastil (2) y la turbina (3) en el caso de torres de turbina (3) y junto con otros componentes en el caso de subestaciones (30), que comprende dicha estructura de soporte al menos dos cuerpos huecos (4, 4', 40, 400) capaces de contener el agua dentro de los mismos, y que estan unidos entre sf mediante al menos un tramo o brazo (5, 50, 500),
    - caracterizada porque para regular la profundidad de la estructura alterando la cantidad de agua de lastre albergada en cada uno de los cuerpos comprende, un sistema de bombeo en al menos uno de dichos cuerpos (4, 4', 40, 400) que regula el movimiento del agua entre los mismos en funcion del momento de vuelco provocado por el viento contra el elemento (3), en que
    - dicho al menos un tramo o brazo (5, 50, 500) es hueco, y a traves del mismo, el agua fluye desde un cuerpo (4, 4', 40, 400) hasta otro,
    - dichos cuerpos huecos (4, 4', 40, 400) estan hechos de hormigon, y en que en una posicion de trabajo:
    - el centro de gravedad de la estructura esta por debajo del centro de carena de la misma, y
    - el area de la seccion transversal de la estructura en la lmea de flotacion es menor que la suma de las secciones transversales sumergidas de dichos cuerpos huecos, y en que en una posicion de transporte los cuerpos huecos (4', 4) se mantienen semisumergidos o sumergidos.
  2. 2. La estructura segun la reivindicacion 1, caracterizada porque comprende al menos un mastil o columna (2, 20), en cuyo extremo superior se incorpora un elemento (3, 30) que ha de soportarse, estando dispuesta sobre uno de los cuerpos huecos (4') o sobre el cuerpo hueco principal (4').
  3. 3. La estructura segun las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque el cuerpo hueco (4, 4', 40, 400) comprende al menos dos secciones transversales, estando la seccion transversal en la lmea de flotacion, la seccion transversal de la parte superior, siendo menor que la seccion transversal sumergida, la seccion transversal de la parte inferior.
  4. 4. La estructura segun la reivindicacion 2, caracterizada porque al menos un mastil o columna (2, 20) determina la seccion transversal en la lmea de flotacion, siendo la seccion transversal del mastil menor que la seccion transversal sumergida del cuerpo hueco principal, quedando los cuerpos huecos (4, 4', 40, 400) completamente sumergidos, por lo que unicamente sobresale por encima de la lmea de flotacion el mastil o columna (2).
  5. 5. La estructura segun la reivindicacion 1, caracterizada porque comprende medios para regular la inmersion de la plataforma que regula la cantidad total de agua contenida dentro de dichos cuerpos (4, 4', 40, 400), y que penetra a traves de las tomas (6) situadas en dichos cuerpos huecos (4, 4', 40, 400), o en otra posicion de la estructura, para controlar la profundidad del conjunto.
  6. 6. La estructura segun la reivindicacion 5, caracterizada porque los medios para regular la inmersion de la plataforma estan constituidos por el sistema de bombeo en sf, que regula el movimiento del agua entre los cuerpos huecos (4, 4', 40, 400) a traves de los tramos o brazos (5, 50, 500), en funcion del momento de vuelco.
  7. 7. La estructura segun la reivindicacion 5, caracterizada porque los medios de regulacion de la inmersion de la plataforma estan constituidos por un sistema de bombeo que es complementario al sistema de bombeo que regula el movimiento del agua entre los cuerpos huecos (4, 4' 40, 400) a traves de los tramos (5, 50, 500), en funcion del momento de vuelco.
  8. 8. La estructura segun las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque comprende una boya (7) de amarre, amarrada al fondo marino (FM) con medios de amarre (8), y a la que se fija la estructura (1) mediante medios de sujecion (9).
  9. 9. La estructura segun la reivindicacion 8, caracterizada porque los medios de sujecion (9) son un elemento ngido, para asf mantener una distancia constante entre la estructura (1) y la boya (7) ademas de ayudar a contrarrestar el momento de vuelco originado por la fuerza del viento.
  10. 10. La estructura segun reivindicacion 9, caracterizada porque el elemento de sujecion (9) comprende ademas un elemento flexible que se oponga al esfuerzo de traccion provocado por el momento de vuelco originado por la fuerza del viento.
  11. 11. La estructura segun la reivindicacion 8, caracterizada porque el elemento de sujecion (9) esta unido a la boya (7) mediante un elemento de union (10) de tipo swivel, permitiendo el giro libre de la estructura en funcion de la direccion del viento.
  12. 12. La estructura segun la reivindicacion 8, caracterizada porque el elemento que ha de soportarse es una turbina eolica conectada a la boya (7) mediante un cable de conexion (11) que transmite la energfa generada desde cada turbina eolica, cuya boya (7) puede tener un sistema de transmision electrica de tipo giratorio que hace posible transmitir la ene^a sin retorcer el cable de alimentacion de energfa que sale de la boya (7).
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  13. 13. La estructura segun reivindicacion 1, caracterizada porque dichos cuerpos huecos son cilindros.
  14. 14. La estructura segun la reivindicacion 1, caracterizada porque dichos cuerpos huecos (40) y los tramos o brazos (50) se encuentran en el interior de una carcasa de hormigon (45).
    10
  15. 15. La estructura segun la reivindicacion 1, caracterizada porque queda directamente fijada al fondo marino (FM) mediante los medios de anclaje (80, 800).
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