wo 02/057551 Al [ 111(1 lllll!l! II lililí HUI Illl I K III HUI mu IIIII lllll ll]ll lili I1I1III lili lili ??? abbreviations, refer to the "Guid-ance Notes on Codes and Abbreviations " appearing at the begin-ning of each regular issue ofthe PCT Gazetis.
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MÉTODO PARA DRAGADO HIDRÁULICO SUBMARINO
Antecedentes Es deseable poder remover sedimento de áreas del fondo del mar en varias situaciones. Estas áreas pueden ser puertos, rutas de navegación o áreas cor-sedimento contaminado. Puede ser deseable redepositar el sedimento bajo el mar para colocar el sedimento en depósitos en tierra, posiblemente después de la purificación del mismo. También hay diques de agua, principalmente en terrenos donde el río afluente puede depositar grandes cantidades de sedimento de modo que el dique se rellene gradualmente con sedimento a un grado donde llegue a ser indeseablemente baja la capacidad de agua del dique. Adicionalmente , el sedimento puede influenciar negativamente la estabilidad del dique, bloquear las compuertas/puertas o similares y conducir a un desgaste indeseado de las turbinas, si el sedimento va detrás del agua en una estación eléctrica. El sedimento puede estar en la forma de rocas grandes, partículas de grano muy fino tal como cieno y arcilla y cualquier cosa entre los mismos . Es bien conocido en la técnica que una bomba no puede generar una sub-presión o una succión mayor que una 2
atmósfera que se coloca en o sobre la superficie del agua. Por lo tanto, es una limitación como se puede dragar de manera efectiva el sedimento del fondo del mar, y de que profundidades se puede dragar este sedimento, cuando se arreglan bombas en o sobre la superficie del agua . Es posible arreglar bombas de presión en el fondo del mar, para levantar el sedimento, pero es costoso colocar y re-colocar este equipo. Además, se conoce en la técnica del dragado remover el sedimento del fondo del mar y colocar el sedimento a un nivel elevado que aun está por abajo de la superficie del agua. De esta manera se logra la ventaja que la diferencia de presión en la columna de agua entre la superficie natural de agua y el nivel a la cual se bombea el sedimento, se puede utilizar como parte de la fuerza de levantamiento para el bombeo. El dragado se puede realizar a través de boquillas colocadas en contacto con el fondo del mar y a una cierta primera posición, desde la cual se absorbe una cantidad de sedimento, formando un cráter en el fondo del mar. Dependiendo de que tan suelto o compacto esté el sedimento en la ubicación en cuestión, el sedimento tenderá a deslizarse hacia el cráter conforme llegue a 3'
ser más profundo y las paredes de cráter llegarán a ser más pronunciadas. A veces, más bien grandes cantidades de sedimento se deslizaran abruptamente sin prevención, con la consecuencia que las boquillas se llegarán a tapar y/o atascar. Tradicionalmente , no ha habido manera para evitar este problema excepto al mover frecuentemente las boquillas, de modo que el cráter nunca llega a ser muy profundo o se haga que las paredes del cráter estén ..muy pronunciadas. Sin embargo, esto no es conveniente si se van a remover grandes cantidades de sedimento, puesto que cada ubicación en el área en cuestión necesita ser tratada varias veces a fin de remover la cantidad requerida de sedimento. Otra condición que ha conducido a problemas, está relacionada al hecho que el fondo del mar varía ¦ bastante con respecto a su carácter o naturaleza, y que una boquilla que es bien adecuada para el sedimento suelto, es menos adecuada para el sedimento compacto. Ha sido previamente pobre la posibilidad de ajusfar la potencia de succión de acuerdo con el carácter del fondo del mar . La patente de los Estados Unidos número 3,693,272 describe un sistema (un aparato) que permite principalmente el dragado en (desde) grandes profundidades. La solución tiende la limitación, sin 4
embargo, que está relacionada a un sisízema principalmente cerrado que será vulnerable, por ejemplo a rocas grandes y otra materia extraña, y no está fácilmente disponible para la inspección y mantenimiento. De esta manera, no es bien adecuado para el propósito de la presente invención donde se debe esperar una variación significativa en el tamaño de partícula, con rocas y tamaños sustanciales que constituyen un elemento esencial . La patente de los Estados Unidos número 3,815,267 también describe un sistema cerrado para absorber sedimento desde el fondo del mar u océano, y tiene en general las mismas desventajas o limitaciones como la patente .mencionada anteriormente," si se usa para sedimento que tiene una gran variación de tamaño de partícula. La patente de los Estados Unidos número 1,468,199 describe un método y un dispositivo para dragar por medio de un recipiente abierto semi- sumergible que opera a presión atmosférica, y un tubo de succión que se hace bajar al fondo del mar, en donde se proporciona la fuerza de succión completamente a través de la diferencia en la presión de líquido entre la superficie y la salida del tubo de succión en el recipiente abierto. La patente también describe equipo para levantar el sedimento al nivel de la superficie del agua.
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Obj etivos Es un objeto de la presente invención proporcionar un método para dragar/bombear sedimento que consiste tanto de partículas finas como de rocas de tamaños significativos, desde el fondo del mar a un nivel por arriba de la superficie natural del agua, y transportar subsecuentemente el sedimento de forma adicional por medio de tecnología convencional . Es un objeto adicional de la invención proporcionar un método que permita la concentración más alta posible de sedimento, de modo que se puede realizar con un costo tal bajo como sea posible el tratamiento subsiguiente y depósito del sedimento. Es un objeto adicional de la invención proporcionar un método que sea versátil, de modo que en casos donde el sedimento se va a depositar en un relleno de tierra especial, se puede transferir fácilmente a este relleno de tierra, o -el sedimento se puede bombear a por ejemplo barcazas para el transporte adicional. Es un objeto adicional de la invención proporcionar un método que sea útil para transportar sedimento desde un dique de agua a un ubicación por abajo de la superficie del agua del dique, donde el transporte se lleva a cabo a través de una tubería o túnel hacia la 6
ubicación de una manera en la cual se mantiene tan baja • como sea posible la necesidad de energía externa. Además, es un objeto se capaces de transportar la mayor concentración posible de sedimento sin bloquear la tubería o túnel con el sedimento. Es un objeto de la invención llevar a cabo un método por medio de un sistema abierto con buena accesibilidad para el mantenimiento y trabajo de reparación, y con un alto grado de conflabilidad operativa. Además es un objeto llevar a cabo el método de una manera que a un gran grado es auto-regulable con respecto al transporte de sedimento suelto y compacto, y por un medio que es fuerte en el sentido que no se bloqueará por deslizamientos comunes que surgen del dragado . Es además un objeto proporcionar un método que permita el trabajo continuo independiente de la variación del tamaño de partícula del sedimento que se va a dragar. Es u objeto aun adicional de la invención proporcionar un método a bajo costo tal que a un gran grado permita el uso de equipo convencional.
La invención Los objetos mencionados con anterioridad se 7
logran por el método de acuerdo con la invención como se define por la reivindicación 1. Las modalidades preferidas del método de acuerdo a la invención se describen por las reivindicaciones dependientes. En lo siguiente, la invención se describe en más detalle con referencia a los dibujos anexos, donde La Figura 1 muestra una vista esquemática de una modalidad de la invención; Las Figuras 2 y 3 muestran diferentes variantes de algunos detalles de la invención; La Figura 4 es una vista, esquemática de una modalidad de la invención para una aplicación particular; La Figura 5 muestra una modalidad particular de un cierto detalle de la invención; La Figura 6 muestra una funcionalidad adicional con relación a la modalidad de la invención ilustrada en la Figura 2. La Figura 1 muestra esquemáticamente un medio adecuado para llevar a cabo la invención con relación al dragado de un área del fondo 1 del mar o el fondo de un dique de agua. Se arregla una manguera o tubo 2 para transportar sedimento desde el fondo 1 a un recipiente 3 que está arreglado de una manera donde el nivel 4 de agua y el sedimento dentro del recipiente es menor que el 8
nivel 5 natural de agua fuera del recipiente. El recipiente 3 está de manera preferente abierto a las inmediaciones y está bajo cualquier circunstancia arreglado de una manera de modo que tienen fácil acceso a los trabajadores de mantenimiento y reparación. En conexión al recipiente 3 se arreglan medios para trasportar el sedimento adicionalmente en una o más fracciones de acuerdo al tamaño de partícula. Es una característica importante de la invención que se pueden absorber rocas y otras partículas grandes desde el fondo del mar sin riesgo de bloqueo, puesto que el tubo 2 es liso y sin ninguna reducción en la sección transversal . El recipiente 3 se puede arreglar, por ejemplo, como parte de una barcaza o puede tener la forma de un tanque conectado a por ejemplo la extremidad de una plataforma de petróleo. Se prefiere que el nivel vertical del recipiente se pueda ajusfar de acuerdo a requisitos variables . Como se indica por la Figura 1, se arregla un enrejado 6 al nivel entre la salida 7 del tubo y el nivel 4 del agua y sedimento del recipiente. Por este arreglo, las rocas y partículas con un diámetro más pequeño mayor que las aberturas del enrejado o parrilla se mantendrán de regreso en la parrilla en tanto que el otro sedimento 9
pasará a través del mismo. El sedimento que consiste de partículas grandes se denota por la fracción gruesa 8, en tanto que el sedimento que consiste de partículas más pequeñas se denota por la fracción fina 9. Ayudada por el enrejado, la fracción fina 9 se puede remover de forma separada por medio de equipo que no necesita ser dimensionado para manejar rocas grandes u otras partículas grandes. Este medio puede comprender bombas convencionales o similar. La Figura 1 muestra esta bomba 10 con un tubo 11 conectado a la misma y arreglado para · transportar la fracción fina 12 junto con una cantidad regular de agua, a un tanque separado 13, que por ejemplo puede estar localizado en una barcaza. La fracción fina se puede bombear de manera alternativa de regreso a una ubicación diferente bajo el agua o un relleno de tierra especial, posiblemente a una estación intermedia para purificación y subsiguiente transporte adicional. El tratamiento adicional de la fracción fina y/o fracción gruesa no es el objeto, sin embargo, de esta invención. Además, la Figura 1 muestra un dispositivo 14 de excavación o levantamiento arreglado para tomar cuidado de la fracción gruesa 8 mantenida de regreso en el enrejado 6. De una manera similar a la fracción fina, la fracción gruesa se puede dejar caer de regreso, de manera alternativa, y en forma controlada, a una ubicación 10
conveniente bajo el mar o se coloca en un recipiente separado (no mostrado) por ejemplo en una barcaza o en un relleno de tierra. En el extremo inferior del tubo 2, la Figura 1 representa un distribuidor 15 de succión, particular (también denotado como "cabeza de saxofón") con varias aberturas o cortes 16 en "su extremo inferior, y con una abertura 17 a una distancia vertical desde las aberturas 16, arreglada en el extremo libre de la cabeza de saxofón. En tanto que las aberturas 16 en cualquier momento absorberán sedimento y cantidades variables de agua, la abertura 17 siempre absorberá sólo agua. Entre menor sea la concentración de sedimento en el tubo, mayor será la velocidad mayor llegará a ser la fuerza de absorción. De forma inversa, a altas concentraciones de sedimento se reduce la velocidad y de este modo se reduce la fuerza de succión, que conduce a una reducción en la cantidad de sedimento que se succiona o absorbe a través de las aberturas 16 en comparación a la cantidad de agua que se succiona a través de la abertura 17. Expresado de otra manera, la cabeza de saxofón tiene la propiedad que la fuerza de succión o absorción se determina por la velocidad con la cual fluye el agua en el tubo. De esta manera, el distribuidor 15 de succión es auto-regul ble y no se llegará a bloquear fácilmente.
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Con un ' dimensxonamiento conveniente del distribuidor 15 de succión, es decir, una distancia vertical suficiente entre las aberturas 16 y la abertura 17, el distribuidor de succión también funcionará durante y subsiguiente a un deslizamiento de sedimento en el cráter que puede generar del dragado el distribuidor de succión. Esto es debido al hecho que la abertura 17 está elevada a un nivel donde siempre estará libre y es capaz de absorber agua, asegurando que la concentración de sedimento en la boquilla 15 y el tubo 2' se reducirá rápidamente aun después de un bloqueo casi completo. Dependiendo del uso, una distancia suficiente puede estar en el orden de 2-6 metros. El distribuidor de succión mostrado en la Figura 1 proporciona, en el uso, la ventaja importante que a un gran grado te puede dejar sólo en el fondo del mar durante periodos cortos o prolongados, y no necesita ser controlado de forma continua. Para mantener el distribuidor de succión en una posición vertical, se pueden conectar medios de flotación (no mostrados) al distribuidor de succión mismo y/o a partes del tubo 2. Cuando se draga, el distribuidor de succión se hundirá gradualmente en el cráter auto-creado en el fondo del mar, en tanto que mantiene una concentración auto-regulable de sedimento, como se menciona, el riesgo de 12
bloqueo del tubo o distribuidor de succión que es tan bueno como se elimina. Se debe enfatizar que las dimensiones de la Figura están distorsionadas, puesto que la longitud del tubo 2 puede ser varios cientos de metros en tanto que el distribuidor 15 de succión está típicamente a 2-6 metros de alto. . .. La Figura 2 muestra otra modalidad del recipiente 3. Aquí, no hay enrejado que detenga las partículas más grandes, en cambio se arregla un tubo 18 para bombear lejos de este sedimento. Este bombeo se puede efectuar por medio de una bomba 19 expulsadora conectada el tubo 18. Una ventaja de esta manera de manejar fracción gruesa es que a un gran grado se puede realizar como un proceso continuo, la desventaja es que proporciona una distinción menos aguda entre la fracción fina la fracción gruesa, puesto, que algunas partículas finas necesariamente seguirán a la fracción gruesa. La fracción fina se removerá, de acuerdo a la Figura 2, por medio de una bomba convencional 10. La Figura 3 muestra una modalidad aun adicional del recipiente 3, donde una tubería 20 sustancialmente vertical con una escotilla 21 se arregla en el fondo del recipiente. Normalmente se cierra la escotilla, y con la ausencia de un enrejado en el recipiente, las rocas 13
granes se recolectarán cerca a la escotilla, en tanto que las partículas finas a un gran grado, se dispersarán en el agua por arriba. De acuerdo a las necesidades o de acuerdo a intervalos regulares, la escotilla se habré temporalmente de modo que las rocas retroceden al fondo por abajo del recipiente. Durante la abertura de la escotilla existe comunicación para fluidos para el agua dentro de y fuera del recipiente 3. De esta manera, el agua fluirá a la tubería buscando compensar los niveles dentro y fuera del recipiente. Por lo tanto, es deseable mantener abierta la escotilla durante periodos tan cortos como sea posible, y subsiguiente a una abertura- se requerirá normalmente bombear algo de agua desde el recipiente a fin de obtener la diferencia deseada entre los niveles. La Figura 4 muestra una variante de la invención con relación a un dique 22. Muchos de los detalles corresponden a los detalles encontrados en la Figura 1, tal como los enrejados 6 en el recipiente 3 para retener las partículas/rocas más grandes 8. Desde el recipiente 3, un tubo 23 para el transporte de la fracción fina junto con una cantidad conveniente de agua, se extiende a una posición corriente abajo del dique 22, posición que está a un nivel menor del nivel 4 en el recipiente 3. Dentro del recipiente 3, el tubo 23 se 14
extiende con un tubo 24 acanalado que tiene ranuras que permiten que las partículas se viei~tan en la tubería junto con una cantidad controlada de agua. Este tubo acanalado (esclusa de sedimento) se describe primero en "Géminís" No. 3, Diciembre de 1994 y en "Hydropower and Dams" , Marzo de 1995. Por medio de este arreglo se puede verter la mayor concentración posible de sedimento que el tubo 23 es capaz de transportar sin riesgo de bloquear el tubo. Se puede bombear agua en exceso de regreso al dique de agua/mar o se puede dejar agua adicional en el recipiente, si' se requiere. Se debe señalar que el uso de un tubo 23 para transportar la fracción fina a una posición interior, tal como fuera de un dique, no es condicional del uso de este tubo ranurado como se describe anteriormente. Además, puede ser conveniente, si el tubo 23 es largo, proveerlo con una bomba convencional a fin de mantener una capacidad deseable de transporte bajo todas las condiciones . Donde exista un excedente indeseado de agua en el recipiente 3, las cantidades del agua menos contaminada se pueden bombear desde esta parte del recipiente por medio de una bomba (no mostrada) . Si el nivel del agua llega a ser bajo de modo que no se puede alcanzar la relación deseada en el tubo 23, se puede 15
permitir que entre más agua al recipiente 3. La Figura 5 muestra un diseño alternativo de un distribuidor 25 de succión con dos aberturas o' dos conjuntos de aberturas 16', 17'. El distribuidor de succión es sustancialmente recto y comprende una capa 26 cilindrica, exterior dentro de la cual se define un hueco 27 sustancialmente anular. En el extremo superior de la capa 26, se proporciona una abertura 17' en el hueco anular. La extensión vertical de la capa 26 es de la misma magnitud como la altura del extremo libre de la "cabeza de saxofón" 15. La manera de operación para el distribuidor 25 de succión es similar a la manera de operación para la cabeza 15 de saxofón. El sedimento y algo de agua se absorberán, durante el dragado, en la abertura 16' y se transportarán a través del tubo 2' a un recipiente (no mostrado) cerca de la superficie del agua. Se absorberá agua en la(s) 17' y se transportará hacia abajo en el hueco anular 27 a un extremo inferior de distribuidor de succión, y desde ahí en una mezcla con el sedimento hasta el recipiente. La cantidad de agua absorbida en la(s) abertura (s) 17' será, igual que para la cabeza de saxofón, a un mayor grado, auto-regulable dependiendo de la concentración del sedimento en el tubo. La ventaja con esta cabeza en comparación a la cabeza del saxofón es que es algo menos voluminosa y que tiene una 16
abertura que corresponde a una sección transversal completa del tubo y puede transportar aun roca grandes sin ningún riesgo de bloqueo. Por otra parte, el distribuidor de succión recto no puede al mismo grado ser dejado sólo en el fondo, si no que necesita ser controlado de manera más continúa. La Figura 6 muestra principalmente la misma modalidad de la invención como la Figura 2, pero como con la funcionalidad adicional que se conecta una bomba expulsada 28 al tubo 2 por arriba del distribuidor de succión (no mostrado) para mejorar la capacidad de succión. A fin de contaminar tan poca agua como sea posible, es conveniente que la bomba expulsora 28 se suministre con agua desde el recipiente 3 a través de un conducto 29 de suministro. Puede ser conveniente, posiblemente, filtrar esta agua conforme entra al conducto 29 de suministro. Esta Bomba expulsadora 28 también se puede usar en cualquier modalidad de la invención, no solo la representada en la Figura 6. Las bombas expulsadoras , útiles para este propósito se describen en la solicitud de patente PCT No. PCT/NOOO/00359 y la solicitud de patente en Noruega NO. 20001-4843. Por la presente invención, se obtiene una maniobra y colocación simple del distribuidor de succión, 17
y se puede colocar exactamente en una posición deseada. Se puede usar para el dragado en aguas comparati amente profundas y es muy pequeño el riesgo de bloqueo del tubo de succión, que conduce a un paro. Todo el equipo conectado al segundo nivel, es decir, el recipiente 3, se accesa fácilmente para el mantenimiento y trabajos de reparación, etcétera. En el uso, se debe distinguir entre el dragado en cuencas donde la profundidad es típicamente 3-0 metros y el dragado mar adentro donde la profundidad es al menos 50 metros y de manera más típica a 200-300 metros. La invención es adecuada para el espectro completo de profundidades, pero naturalmente será necesario con un ajuste de la diferencia de altura entre el nivel natural de agua y el segundo nivel, dependiendo de la profundidad a la cual tome lugar el dragado. La sección transversal del tubo 2 se ajustará a un gran grado de acuerdo con la necesidad real, pero no excederá en general 50 cm y de manera infrecuente, será, en el otro extremo de la escala, menos de 10 cm.
Ejemplo de Cálculo En la tabla a continuación, se muestran cuatro ejemplos de cálculo. Se debe señalar que estos ejemplos son sólo teóricos, y que las capacidades reales 18
dependerán de la naturaleza del sedimento y que tan efectivamente se absorba en el tubo. Donde se incluya un expulsador, se anticipa que se accionará por agua parcialmente contaminada que se ha absorbido anteriormente .
Ejemplos de Cálculo, capacidades teóricas
Los primeros dos ejemplos de cálculo son validos para una situación típica donde el dragado toma lugar en una cuenca de puerto. Se puede ver que el consumo de agua se reduce de manera significativa y se usa el expulsador, y además, se puede reducir el diámetro 19
del tubo de succión y de este modo es más fácil el manejo. Los dos últimos ejemplos son validos para una situación típica mar a adentro donde la profundidad es típicamente mayor que en una cuenca. También en esta situación, el uso de un expulsador hará posible dragar con concentraciones significativamente mayores de material seco, con la condición que el expulsador se accione por agua ya contaminada. Otras ventajas de usar el expulsador son la posibilidad de dragar a grandes profundidades, incrementando la capacidad- total y la capacidad para reducir la altura por abajo del nivel 2.