PT103792B

PT103792B - Sistema de monitorização e registo de ondas e marés

Info

Publication number: PT103792B
Application number: PT10379207A
Authority: PT
Inventors: Luis Manoel Paiva Nunes; Leonardo Brantes Bacell Mendes; Diorgenes Penteado
Original assignee: Petroleo Brasileiro Sa
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2009-06-01
Also published as: PT103792A

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UM SISTEMA DE MONITORIZAÇÃO E REGISTO DE ONDAS E MARÉS, QUE SE BASEIA NO EMPREGO DE UM EQUIPAMENTO PARA MONITORIZAÇÃO E REGISTO DAS MARÉS E DAS CARACTERÍSTICAS DE AMPLITUDE, E PERÍODO DE ONDAS DO MAR, A PARTIR DA MEDIÇÃO INDIRECTA DA VARIAÇÃO DO NÍVEL DA ÁGUA AO REDOR DE UM TUBO (1) HERMETICAMENTE FECHADO NA SUA EXTREMIDADE SUPERIOR E POSSUINDO EXTREMIDADE INFERIOR MERGULHADA NO MAR, E A SUA CORRELAÇÃO COM A MEDIÇÃO DA CORRESPONDENTE VARIAÇÃO DE PRESSÃO NO INTERIOR DO TUBO. O SISTEMA AGORA PROPOSTO PODE SER APLICADO PARA O REGISTO CONTINUO DAS VARIAÇÕES DA SUPERFÍCIE DO MAR, OBTENDO- SE O NÍVEL DAS MARÉS E AS CARACTERÍSTICAS DAS SUAS ONDAS.

Description

(57) Resumo:

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UM SISTEMA DE MONITORIZAÇÃO E REGISTO DE ONDAS E MARÉS, QUE SE BASEIA NO EMPREGO DE UM EQUIPAMENTO PARA MONITORIZAÇÃO E REGISTO DAS MARÉS E DAS CARACTERISTICAS DE AMPLITUDE, E PERÍODO DE ONDAS DO MAR, A PARTIR DA MEDIÇÃO INDIRECTA DA VARIAÇÃO DO NÍVEL DA ÁGUA AO REDOR DE UM TUBO (1) HERMETICAMENTE FECHADO NA SUA EXTREMIDADE SUPERIOR E POSSUINDO

EXTREMIDADE INFERIOR MERGULHADA NO MAR, E

A SUA CORRELAÇÃO COM A MEDIÇÃO DA CORRESPONDENTE VARIAÇÃO DE PRESSÃO NO

INTERIOR DO TUBO. O SISTEMA AGORA PROPOSTO PODE SER APLICADO PARA O REGISTO

CONTINUO DAS VARIAÇÕES DA SUPERFÍCIE DO MAR, OBTENDO- SE O NÍVEL DAS MARÉS E AS CARACTERISTICAS DAS SUAS ONDAS.

RESUMO

Sistema de monitorização e registo de ondas e marés

A presente invenção refere-se a um sistema de monitorização e registo de ondas e marés, que se baseia no emprego de um equipamento para monitorização e registo das marés e das caracteristicas de amplitude, e período de ondas do mar, a partir da medição indirecta da variação do nível da água ao redor de um tubo (1) hermeticamente fechado na sua extremidade superior e possuindo extremidade inferior mergulhada no mar, e a sua correlação com a medição da correspondente variação de pressão no interior do tubo.

sistema agora proposto pode ser aplicado para o registo contínuo das variações da superfície do mar, obtendose o nível das marés e as caracteristicas das suas ondas.

DESCRIÇÃO

Sistema de monitorização e registo de ondas e marés

A presente invenção trata de um sistema para monitorização de ondas e marés a partir da medição indirecta da variação do nível da água ao redor de um corpo tubular hermeticamente fechado no extremo superior mergulhado num meio líquido. 0 método de medida toma como base a variação de pressão que ocorre no interior de um corpo tubular mergulhado num meio liquido no decorrer da variação da altura de coluna de água em seu redor. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um eguipamento e método para monitorização e registo das marés e das características de amplitude e período de ondas marítimas, gue permite registar e acompanhar a variação das ondulações e marés de forma simples, económica e segura.

Fundamentos da invenção

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

Têm sido desenvolvidos sistemas sofisticados com o objectivo de monitorizar as ondas e marés, visando de entre outras aplicações, antecipar a ocorrência de elevados valores destes parâmetros oceanográficos em apoio aos profissionais gue trabalham no mar.

objectivo da presente invenção é apresentar um sistema gue, de forma simples, de baixo custo, porém segura, atenda às necessidades imediatas daqueles que trabalham e dependem do mar, dando suporte, por exemplo, em projectos de construção naval e em operações de exploração de petróleo no mar.

Descrição do estado da técnica

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

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

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

São largamente empregues aparelhos que actuam por radar. As características das ondas são obtidas pela diferença entre as frequências emitidas e recebidas (Doppler) e pela intensidade do eco. Contudo, essa medição indirecta torna-se menos precisa, possui custo elevado e não permite a obtenção de séries temporais dos dados, pois só trabalha no domínio da frequência. Como exemplo cita-se o documento de patente JP 8292273.

Também podem ser utilizados os chamados staffs resistivos, que são circuitos eléctricos que têm uma das suas caracteristicas, como por exemplo a resistência eléctrica, alteradas pela variação do nivel do mar. Tratam-se de equipamentos pouco resistentes e que necessitam de manutenção constante devido às incrustações. 0 documento de patente JP 2001027572 retrata este tipo de equipamento.

Alguns aparelhos empregam a medição por efeito Doppler de um transmissor acústico invertido (ADCP). Todavia, apresentam um custo igualmente elevado, necessitam de mergulho para a sua manutenção e estão sujeitos à incrustação. O documento de patente JP 62247278 ilustra este tipo de aparelho.

Outros dispositivos utilizam laser para efectuar as suas medições; investiga-se a alteração do nivel do mar por reflexão de sinal na superfície. Tais dispositivos apresentam ondas.

como principal inconveniente o facto de alteração pelo respingo das sinal sofrer

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

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

Breve descrição das figuras

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

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

Descrição detalhada da invenção

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

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

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

Pl = PA + dgh onde:

PA = pressão na superfície do fluído;

d = densidade do fluído;

g = aceleração da gravidade;

h = altura da coluna de fluído acima do ponto em questão.

Como o tubo é vedado hermeticamente na extremidade superior, forma uma coluna cheia de ar ao ser mergulhado num fluído, no vaso, no mar; a pressão neste ponto no seu interior (P3) será muito próxima àquela da sua extremidade inferior (P2), submerso no fluído, conforme mostrado na Figura 1.

Assim, com a variação de altura de coluna de fluído ao redor do tubo, a variação de pressão no interior do tubo (P3) será directamente proporcional à altura da coluna de fluído ao seu redor. Esta correlação entre variação de pressão e altura da coluna de fluído poderá, portanto, ser usada como variável a ser medida.

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

sistema da presente invenção baseia-se no emprego de um equipamento para monitorização e registo das marés e das caracteristicas amplitude e periodo de ondas do mar, a partir da medição indirecta da variação do nivel da água ao redor de um tubo hermeticamente fechado na sua extremidade superior e possuindo extremidade inferior mergulhada no mar, e a sua correlação com a medição da correspondente variação de pressão no interior do tubo.

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

Conforme mostrado na Figura 2, o sistema compreende uma disposição construtiva disposta de forma peculiar dos seguintes elementos: um tubo (1), hermeticamente fechado, provido de um sensor de pressão (2) na sua extremidade superior e tendo a sua extremidade inferior mergulhada no mar; um condutor de sinal (3), ligado ao referido sensor de pressão (2); um módulo de aquisição de sinal (4); e um microprocessador (5), equipado com suporte lógico dedicado, para aguisição, registo e processamento dos sinais, os quais são convertidos e apresentados sob a forma de um gráfico.

Nos ensaios realizados que empregam o sistema da invenção, utilizou-se um sensor de sinal de pressão (2) ligado à extremidade superior do tubo (1), e o condutor de sinal com saida em sinal eléctrico de 4-20 mA.

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

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

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

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

Lisboa,2009-05-22

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REIVINDICAÇÕES

Claims

1 - Sistema de monitorização e registo de ondas e marés, caracterizado por ser constituído por: um tubo (1) , hermeticamente fechado, provido de sensor de pressão (2) na sua extremidade superior e tendo a sua extremidade inferior mergulhada no mar; um transmissor de sinal (3), ligado ao referido sensor de pressão (2) ; um módulo de aquisição de sinal (4) ; e um microprocessador (5) , equipado com suporte lógico dedicado, para aquisição, registo e processamento dos

sinais, os quais um gráfico. são convertidos e apresentados sob a forma de 2 - Sistema de monitorização e registo de ondas e marés de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o transmissor de sinal de pressão (3) ligado à extremidade superior do tubo (D possuir saída em sinal eléctrico de 4-20 mA. 3 - Sistema de monitorização e registo de ondas e marés

de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de aquisição de sinais (4) converter o sinal eléctrico de 4-20 mA em informação digital, a qual é enviada a um microprocessador (5) contendo um suporte lógico dedicado, para monitorização, registo e processamento desses sinais.

4 - Sistema de monitorização e registo de ondas e marés de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente isolar o tubo (1) de forma a evitar a condução da energia térmica para corrigir o efeito do aquecimento do ar no interior do mesmo.

5 - Sistema de monitorização e registo de ondas e marés de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente proporcionar sensores de temperatura instalados no equipamento para corrigir o efeito do aquecimento do ar no interior do tubo (D ·

Lisboa,2009-05-22

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Fig. 1

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Fig. 2