PT104178B - Sistema de protecção para equipamentos offshore em caso de tempestade - Google Patents

Abstract

ESTA PATENTE CONSISTE NUM DISPOSITIVO E PROCESSO DE PROTECÇÃO DE INSTALAÇÕES OFFFSHORE EM SITUAÇÃO DE TEMPESTADE, POR AFUNDAMENTO DA INSTALAÇÃO PRINCIPAL (B) ATÉ UMA PROFUNDIDADE INTERMÉDIA, MEDIANTE O ENCHIMENTO COM AR OU COM ÁGUA DE TANQUES DE EMERSÃO/SUBMERSÃO E A UTILIZAÇÃO DE UM PEQUENO FLUTUADOR AUXILIAR (A), PRESO À INSTALAÇÃO POR UM CABO, CUJO COMPRIMENTO DETERMINA A DISTÂNCIA DE SUBMERSÃO EM RELAÇÃO À SUPERFÍCIE DO MAR. ESTE DISPOSITIVO PODE SER COMPLEMENTADO POR ELEMENTOS ELÁSTICOS NO CABO OU NAS SUAS EXTREMIDADES E POR ELEMENTOS DE RESISTÊNCIA TIPO PÁRA-QUEDAS (FIG. 2).

Description

Sistema de Protecção para Equipamentos

Offshore em caso de tempestade presente invento, desenvolvido no IST, refere-se a um sistema de protecção de equipamentos flutuantes offshore (offshore é um termo técnico internacional que significa «no mar, sem ser muito junto à costa», portanto, tem uma significação mais abrangente que as expressões técnicas «alto mar», ou «águas profundas»). Os equipamentos a que esta patente se aplica podem ser, nomeadamente, bóias de transfega de instalações petrolíferas, ou instalações de aproveitamento de energia das ondas.

INTRODUÇÃO

O interesse crescente nos sistemas offshore levanta problemas novos de segurança, pela muito maior violência das tempestades nessas zonas de maior profundidade. As bóias de transfega das instalações petrolíferas offshore estão muito expostas e estão sujeitas a riscos económicos e ecológicos muito grandes. Mais recentemente, têm-se proposto sistemas offshore de aproveitamento de energia das ondas, por causa da maior abundância do recurso energético em águas de algumas dezenas de metros de profundidade. Por outro lado, os locais mais favorecidos pela abundância deste tipo de energia são também aqueles onde as tempestades são mais intensas e, portanto, onde o risco para a sobrevivência das instalações é maior.

A potência máxima a que o dispositivo fica sujeito durante uma tempestade pode ser 10 a 50 vezes maior que a potência nominal. Na verdade, no decurso de uma tempestade, as potências instantâneas podem ultrapassar largamente esta proporção, se as ondas rebentarem sobre o equipamento.

custo de, por razões de segurança, sobredimensionar um sistema de aproveitamento de energia renovável pode comprometer a sua viabilidade económica. Em geral, esse custo de segurança pesa comparativamente menos nas instalações petrolíferas, mas aí os prejuízos de um acidente costumam ser mais graves.

Compreende-se, por isso, o interesse de desenvolver mecanismos de protecção, contra o efeito das tempestades.

movimento da água associado às ondas do mar atenua-se muito rapidamente com a profundidade. Por isso, uma forma segura de proteger um equipamento offshore seria afundá-lo alguns metros abaixo da superfície do mar, enquanto a tempestade durar.

Poderia mesmo pensar-se em afundar completamente o dispositivo, até ele assentar no fundo, no entanto, estas instalações costumam pesar dezenas ou centenas de toneladas e não é fácil controlar a sua aterragem com a necessária suavidade no momento do impacto. Além disso, muitas vezes o fundo não é horizontal, ou é constituído por rochas de forma irregular, ou por areias que se podem acumular nalgumas partes da estrutura, se ela assentar directamente no fundo.

Por outro lado, basta submergir o equipamento alguns metros abaixo da superfície, ainda bastante acima do fundo, para o proteger eficazmente.

LEGENDA DAS FIGURAS

Figura 1: À esquerda, esquema geral de um sistema de aproveitamento de energia das ondas, constituído por (um ou mais) corpos oscilantes. À direita, o mecanismo de protecção descrito nesta patente, posicionando a instalação a uma profundidade intermédia entre a superfície e o fundo, adequada para a protecção do conjunto em caso de tempestade.

Os elementos identificados na figura são (A) — um pequeno flutuador auxiliar;

(B) — a instalação principal (que, no caso do desenho, é um sistema de extracção de energia das ondas constituído por corpos oscilantes com movimento relativo);

(Cj - a ancoragem da instalação ao fundo submarino.

Estes esquemas representam apenas a parte superior do mar e, portanto, não mostram a extremidade inferior dos cabos de amarração (C) no fundo, que pode estar a grande profundidade.

Figura 2: Esquema de dispositivos do tipo pára-quedas, destinados a retardar os movimentos bruscos de subida da instalação principal, em virtude de solicitações ascendentes do cabo que une esta instalação ao flutuador auxiliar.

DESCRIÇÃO DA PATENTE

A presente patente descreve uma forma de posicionar estavelmente um corpo numa profundidade intermédia entre o fundo e a superfície do mar.

Aplica-se a quaisquer instalações offshore que convenha proteger em situação de tempestade, tais como bóias de transfega de instalações petrolíferas, ou sistemas de aproveitamento de energia das ondas constituídos por corpos flutuantes.

Consideremos o caso dos sistemas de aproveitamento de energia das ondas constituídos por (um ou mais) corpos flutuantes, por exemplo, o tipo genericamente proposto pela US Patent 4277690, e esquematizado na parte esquerda da Fig. 1, constituído por um flutuador parcialmente emerso, rigidamente ligado por um conjunto de colunas ou outros elementos estruturais a um tubo vertical. Esse conjunto (B) oscila por acção das ondas, ancorado ao fundo, por algum tipo de amarração (C) .

A configuração particular do equipamento offshore não é relevante para efeitos de ilustrar o dispositivo de protecção, pelo que o sistema de extracção de energia das ondas referido acima e representado na Fig. 1 deve entender-se apenas como exemplo de uma instalação offshore.

O elemento fundamental desta patente consiste em adicionar à instalação principal (B) um pequeno flutuador auxiliar (A), que se pode destacar dela, ficando preso a ela por um cabo, como se vê na parte direita da Fig. 1.

Em condições normais de operação, as instalações offshore flutuantes (B) emergem parcialmente acima do nível do mar, mas possuem um volume interno livre bastante amplo, onde é possível alojar tanques com uma capacidade um pouco inferior ao volume da parte habitualmente emersa da instalação. Desta forma, é possível submergir a instalação enchendo esses tanques de água. Uma vez cheios, o peso do corpo principal (B) ultrapassa ligeiramente em módulo a impulsão, e ele tende a afundar-se (cf. parte direita da Fig. 1).

Por outro lado, com o flutuador auxiliar (A) em contacto com a água, o conjunto (A+B) flutua, de modo que o corpo principal da instalação (B) fica suspenso do flutuador auxiliar (A), como se mostra na parte direita da Fig. 1.

Durante a tempestade, praticamente só o pequeno flutuador auxiliar (A) fica sujeito à força das ondas. Uma certa elasticidade do cabo que o liga à instalação (B), ou dos apoios nas extremidades desse cabo, regulariza os esforços transmitidos, quando o pequeno flutuador é movido pelas ondas. Na verdade, os esforços quase-estáticos no cabo estão limitados pela impulsão do flutuador auxiliar (A) — e, portanto, são relativamente pequenos.

Os esforços dinâmicos são maiores que os quase-estáticos, mas ficam atenuados pela flexibilidade da ligação entre o flutuador auxiliar (A) e a instalação principal (B).

Passada a tempestade, o cabo que une o flutuador (A) à instalação principal (B) é recolhido por um guincho, e/ou uma pequena parte da água é expulsa dos tanques de submersão usando uma reserva de ar comprimido. Como a instalação (B) estaria praticamente em condições de flutuabilidade neutra, basta expulsar uma pequena quantidade de água dos tanques para lhe permitir aflorar à superfície.

Uma vez que o corpo principal (B) tenha chegado perto da superfície, um compressor de ar, aspirando da atmosfera, pode acabar de expulsar a água dos tanques de submersão e fazer a instalação regressar à posição inicial (parte esquerda da Fig. 1).

comportamento dinâmico do conjunto do flutuador auxiliar e instalação principal submersa (parte direita da Fig. 1) pode ser eventualmente melhorado por um ou mais pequenos dispositivos, semelhantes a pára-quedas, que retardem os movimentos ascendentes da instalação principal. A Fig. 2 ilustra esquematicamente a configuração deste tipo de pára-quedas invertidos.

Em média, esses dispositivos pára-quedas ficam pendurados da instalação principal, entre esta e o fundo, mas, no caso de uma solicitação ascendente mais forte do flutuador auxiliar (A), os pára-quedas oferecem resistência e tendem a atrasar a subida do conjunto.

A operação do sistema presta-se a ser inteiramente automática, porque as sucessivas posições da instalação são estáveis em relação ao nível médio do mar e em relação ao fundo, e, portanto, não exigem um manobrador humano ou um controlador automático: basta um sistema de comando on/off para iniciar ou terminar cada operação.

Claims (4)

1 - Sistema de protecção para equipamentos offshore em caso de tempestade, e de segurança de instalações flutuantes offshore que convenha proteger das ondas em caso de tempestade, caracterizado por um dispositivo constituído por um flutuador auxiliar (A), e tanques de água inseridos no espaço vazio da instalação principal (B), de modo que

a) o enchimento dos tanques com água afunda a instalação principal (B),

b) a impulsão do flutuador auxiliar (A), quando está em contacto com a água, compensa o excesso de peso de (B) e mantém o conjunto (A+B) a flutuar,

c) em submersão, a distância da instalação principal à superfície é determinada pelo comprimento do cabo que une a instalação (B) ao flutuador auxiliar (A).

2 - Um sistema de protecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dispositivo de segurança ser operado de modo que

a) o enchimento dos tanques com água permite afundar a instalação principal (B) até à profundidade determinada pelo comprimento do cabo de ligação ao flutuador auxiliar (A),

b) depois de uma tempestade, o retorno à situação normal de operação efectua-se b-1) por redução do comprimento livre do cabo referido na alínea anterior e/ou por diminuição da quantidade de água presente nos tanques de água de (B) (por exemplo, introduzindo ar comprimido), até o flutuador principal (B) ficar próximo da superfície, b-2) e, depois, por extracção da restante água presente nos tanques (por bombagem e/ou por insuflação de mais ar comprimido), até se atingir a linha inicial de flutuação;

c) em condições usuais de operação, o cabo que une o flutuador auxiliar (A) à instalação principal (B) está totalmente recolhido, de modo que o flutuador auxiliar (A) fica rigidamente acoplado à instalação principal (B).

3 - Um sistema de protecção de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por um dispositivo com adição de elementos de elasticidade no cabo que une o flutuador auxiliar (A) à instalação principal (B) e/ou nas ligações das extremidades desse cabo ao flutuador auxiliar (A) e à instalação principal (B).

4 - Um sistema de protecção de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado pela adição de um ou mais dispositivos amoví-veis, semelhantes a pára-quedas, destinados a amortecer as oscilações da instalação principal, sendo esses disposi-tivos

a) feitos de a-1) chapa, a-2) ou de material flexível, como lona ou rede, eventualmente com alguma estrutura simples, que mantenha o material flexível esticado,

b) presos à instalação principal (B) por cabos, que se podem desenrolar e recolher,

c) sendo ainda cada um destes dispositivos um pouco mais denso que a água, de modo a tender para a posição de pendurado da instalação principal (B), entre ela e o fundo.