BRPI0921272B1

BRPI0921272B1 - dispositivo de flutuação

Info

Publication number: BRPI0921272B1
Application number: BRPI0921272-8A
Authority: BR
Inventors: Pritchard Philip
Original assignee: Deep Sea Recovery Ltd
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2019-10-29
Also published as: GB0820333D0; WO2010052493A1; DK2358585T3; CN102271994B; EP2358585A1; EP2358585B1; MX2011004661A; BRPI0921272A2; GB2465170B; CN102271994A; GB2465170A; GB2465170C

Abstract

dispositivo de flutuação um dispositivo de flutuação (100) é provido, compreendendo uma câmara de flutuabilidade (110), um reservatório de criogênio (210); e um tubo de aquecimento (310) que provê comunicação fluida comutável entre o reservatório de criogênio (210) e a câmara de flutuabilidade (110). um método de elevar um item a partir do leito do mar é provido, o método compreendendo as etapas de: abaixar um dispositivo de flutuação ao leito do mar; afixar um dispositivo de flutuação ao item a ser elevado; criar um fluido supercrítico dentro de uma porção do dispositivo de flutuação; e permitir que o dispositivo de flutuação e o item se eleve para a superfície usando a flutuabilidade do fluido supercrítico para elevar o item para a superfície.

Description

“DISPOSITIVO DE FLUTUAÇÃO” [001] A invenção se refere a dispositivos de flutuação e em particular a dispositivos de flutuação para manipulação de dispositivos em ambiente submarino e elevação de itens a partir do leito do mar.

[002] Embarcações que atravessam os mares, tais como navios e submarinos, com freqüência transportam carga valiosa, e são geralmente muito valiosos por si próprios. Se tais navios forem danificados enquanto no mar e subsequentemente afundarem até o leito do mar, é altamente desejável se poder recuperar a carga, ou até mesmo o navio propriamente dito. A recuperação de itens tais como esse requer um método de elevação de itens para a superfície a partir do leito do mar. Outros casos que requerem que itens sejam elevados e abaixados para, e a partir do, leito do mar incluem a exploração no leito do mar, e a construção ou desativação de plataformas de petróleo e gás e equipamentos antigos.

[003] Um exemplo de um dispositivo de flutuação é exposto na

GB2435856. O dispositivo de flutuação compreende um recipiente contendo um gás liquefeito, uma câmara de gás e um dispositivo remotamente operável, o dispositivo remotamente operável sendo comutável entre um estado fechado no qual a comunicação fluida entre o recipiente e a câmara de gás é impedida, e um estado aberto no qual a comunicação fluida entre o recipiente e a câmara de gás é permitida, e a vaporização do gás liquefeito, no uso, carrega a câmara de gás com gás.

[004] A GB2435856 revela um método de elevação de um item a partir do leito do mar e abaixamento de um item ao leito do mar usando o dispositivo descrito acima. O método compreende as etapas de: afixar um dispositivo de flutuação como descrito acima ao item e comutar o dispositivo remotamente operável de seu estado fechado para seu estado aberto, de forma que a câmara de gás seja carregada com gás que resulta da vaporização do gás liquefeito.

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2/23 [005] Quando um objeto a ser recuperado está situado em condições extremas, gás não pode ser criado para escoar para a câmara de gás descrita na GB2438856 acima. Quando as condições são suficientemente extremas, o nitrogênio líquido não pode se evaporar para a fase gasosa no contexto de as condições extremas compreenderem profundidades em excesso de 300 m , ou seja, pressões em excesso de 32 Bars e/ou temperaturas próximas ou inferiores a 0°C.

[006] Foi agora indicado um dispositivo de flutuação aperfeiçoado que supera ou substancialmente abranda as desvantagens acima mencionadas associadas com a arte anterior.

[007] De acordo com a presente invenção, é provido um dispositivo de flutuação compreendendo: uma câmara de flutuabilidade; um reservatório de criogênio; um tubo de aquecimento que provê comunicação fluida comutável entre o reservatório de criogênio e a câmara de flutuabilidade. A provisão de um reservatório de criogênio que pode, no uso, conter um fluido que apresenta transição para um fluido supercrítico que possibilita ao dispositivo de flutuação operar a profundidades extremas na região de 2000 m. A câmara de flutuabilidade, reservatório de criogênio e tubo de aquecimento podem ser parcialmente ou totalmente contidos dentro de um alojamento.

[008] O alojamento pode ser provido com uma porção reforçada adjacente ao reservatório de criogênio. O reforço assegura que o reservatório de criogênio seja suficientemente robusto para operar a profundidades na região de 20000 m em que a pressão estará na região de 200 Bars.

[009] O dispositivo compreender ainda um microprocessador e uma pluralidade de sensores (410, 412, 414, 418, 420). Os sensores (410, 412, 414, 418, 420) são usados para detectar temperatura e pressão em vários locaischave dentro do dispositivo. Sensores (410, 412, 414, 418, 420) de deriva são também providos para monitorar a estabilidade do dispositivo. Todos dos

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3/23 sensores (410, 412, 414, 418, 420) transferem dados para o microprocessador. O microprocessador pode conter um identificador único para o dispositivo.

[0010] O alojamento pode incorporar uma porção de sopro que pode ser estendida se um desequilíbrio de pressão entre o dispositivo e o mar circunvizinho exercer um limite predeterminado. Um desequilíbrio poderia resultar em uma ascensão rápida descontrolada para a superfície, o que poderia resultar na rápida expansão do fluido supercrítico que poderia apresentar uma transição para uma fase gasosa e danificar o alojamento.

[0011] A câmara de flutuabilidade pode ser subdividida em uma pluralidade de compartimentos, cada um dos quais pode ser provido com um diafragma. A provisão de um número de diafragmas menores introduz um grau crescente de redundância no sistema porque, se um dos diafragmas falhar, o restante do dispositivo pode continuar a funcionar.

[0012] A câmara de flutuabilidade, ou cada compartimento da câmara de flutuabilidade, pode ser provido com pelo menos um orifício para permitir que água do mar se mova para dentro e para fora da câmara de flutuabilidade. O(s) orifício(s) pode(m) ser coberto(s) por uma grelha para impedir o ingresso de animais viventes marinhos.

[0013] A câmara de flutuabilidade, ou cada compartimento da câmara de flutuabilidade, pode ser provido com pelo menos uma válvula de uma via para permitir que fluido de criogênio supercrítico ou gás saia do dispositivo. A porção de sopro para fora pode ser provida pelas válvulas de uma via que permitem o egresso de fluidos, se o diferencial de pressão entre o interior do dispositivo e a circunvizinhança se tomar demasiadamente alto.

[0014] O tubo de aquecimento é conduzido através do alojamento de forma que pelo menos uma porção do tubo de aquecimento fica adjacente a uma superfície externa do alojamento. Isto permite o aquecimento do fluido criogênico pela extração de calor a partir da água do mar circunvizinha. Isto reduz ou elimina a necessidade de uma fonte de calor dentro do dispositivo. O

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4/23 dispositivo pode compreender ainda uma pluralidade de condutores de calor configurados para introduzir calor no reservatório de criogênio. Os condutores de calor permitem também que calor da água do mar circunvizinha seja introduzido no dispositivo, neste caso no reservatório de criogênio diretamente. O calor introduzido no reservatório de criogênio pelos condutores de calor ajuda a iniciar a transição do fluido criogênico para um fluido supercrítico e o subseqüente movimento deste fluido através do tubo de aquecimento. O tubo de aquecimento pode ser comutável usando uma válvula.

[0015] Além disso, de acordo com a presente invenção, é provido um método de elevar um item a partir do leito do mar, o método compreendendo as etapas de: abaixar um dispositivo de flutuação ao leito do mar; afixar um dispositivo de flutuação ao item a ser elevado; criar um fluido supercrítico dentro de uma porção do dispositivo de flutuação; e permitir que o dispositivo de flutuação e o item se eleve para a superfície usando a flutuação do fluido supercrítico para elevar o item para a superfície. O fluido supercrítico pode ser nitrogênio supercrítico, dióxido de carbono, hélio ou hidrogênio.

[0016] A presente invenção será agora descrita, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais:

as figuras IA e 1B são vistas em seção transversal esquemáticas através de uma câmara de fhituabilidade que faz parte de um dispositivo de flutuação de acordo com a invenção;

as figuras 2A e 2B são vistas em seção transversal esquemáticas através de um reservatório de criogênio que faz parte do dispositivo de acordo com a presente invenção;

as figuras 3A e 3B são vistas lateral e de seção transversal esquemáticas de um sistema de aquecimento para uso com o dispositivo de flutuação de acordo com a presente invenção.;

as figuras 4A e 4B são vistas em seção transversal

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5/23 esquemáticas do dispositivo de acordo com a presente invenção na configuração adotada quando o dispositivo desce para o leito do mar;

as figuras 5A e 5b são vistas em seção transversal esquemáticas do dispositivo mostrado nas figuras 4A e 4B na configuração adotada quando a câmara de flutuabilidade está pronta para ser enchida com um fluido de baixa densidade;

as figuras 6A e 6B são vistas de seção transversal esquemáticas do dispositivo mostrado nas figuras 4A e 4B na configuração adotada quando a câmara de flutuabilidade está sendo cheia com um fluido de baixa densidade;

as figuras 7A e 7B são vistas em seção transversal esquemáticas do dispositivo mostrado nas figuras 4A e 4B na configuração adotada quando o dispositivo ascende;

a figura 8 é uma visa em conjunto esquemática de um outro exemplo de um dispositivo de flutuação de acordo com a presente invenção;

a figura 9 é uma vista em seção transversal esquemática de ainda um outro exemplo de um dispositivo de flutuação de acordo com a presente invenção.

[0017] As figuras anexas são esquemáticas e as várias partes constituintes não são ilustradas em escala. Características a partir dos exemplos podem ser combinadas com os mesmos números de referência que são usados por toda a descrição quando os mesmos componentes são empregados. Por clareza, nem todos os componentes presentes são mostrados nas figuras.

[0018] O dispositivo de flutuação 100 tem uma câmara de flutuabilidade 110; um reservatório de criogênio 210; um sistema de aquecimento 302 e um sistema de controle 400. A câmara de flutuabilidade 110 é configurada para reter um fluido que é menos denso que água e facilitar assim a elevação do dispositivo 100 e de uma carga a ser elevada. O

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6/23 reservatório de criogênio 210 é configurado para conter fluido criogênico que está tipicamente em uma fase líquida a pressão atmosférica. O sistema de aquecimento 302 é configurado para aquecer o criogênio líquido de forma que ele se transforma em um fluido supercrítico que pode então mover a câmara de flutuabilidade 110. Um fluido supercrítico é qualquer substância a uma temperatura e pressão acima de seu ponto crítico termodinâmico. Próximo ao ponto crítico, pequenas alterações em pressão ou temperatura resultam em grandes variações em densidade. O dispositivo de flutuação 100 pode se estender entre 1 m e 20 m em comprimento e um dispositivo, ou um número de dispositivos 100 que cooperam conjuntamente pode ser capaz de elevar cargas que pesam entre 1 tonelada e 2000 toneladas.

[0019] No exemplo mostrado nas figuras com um sufixo A, esses inteiros estão todos contidos dentro de um alojamento fechado 112. Como um resultado da provisão de um alojamento fechado 112, embora o dispositivo 100 seja ilustrado com a câmara de flutuabilidade 110 posicionada verticalmente acima do reservatório de criogênio 210, o dispositivo poderia igualmente ser desenvolvido com a câmara de flutuabilidade 100 estendendose horizontalmente.

[0020] O alojamento 112 tem uma porção central alongada 114 de seção transversal circular, disposta entre duas porções de extremidade hemisféricas 115, 116. O alojamento 112 envolve a câmara de flutuabilidade 110; o reservatório de criogênio 210; algumas partes do sistema de aquecimento 302 e o sistema de controle 400. O alojamento 112 provê proteção e impede interações indesejadas entre os vários elementos que poderíam ocorrer caso eles não fossem contidos em uma única unidade.

[0021] O alojamento 112 pode ser formado como uma única peça ou pode ser parcialmente definida pelas superfícies externas da câmara de flutuabilidade 110 e o reservatório de criogênio 210. Por exemplo, na figura 4A, o alojamento é formado pela porção de extremidade hemisférica 115 e

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7/23 porção central alongada 114 da câmara de flutuabilidade 110 e parte do reservatório de criogênio 210. Em adição, um anel de material de alojamento é provido para unir os acima mencionados conjuntamente. O alojamento 112 pode ser fabricado a partir de material plástico reforçado com fibras de vidro (GRP), alumínio ou um compósito de carbono. Se alumínio for usado, então o alojamento 112 pode ser formado em várias peças que são subsequentemente fixadas conjuntamente usando juntas impermeáveis a era. O alojamento 112 deve ser capaz de resistir a pressão diferencial de 2 a 3 Bars entre o interior do alojamento 112 e o ambiente circunvizinho. Se o diferencial de pressão entre o interior e o exterior do dispositivo exceder em tomo de 3 Bars, alterações serão desencadeadas, que equalização a pressão antes de dano ser causado. Por exemplo, válvulas podem ser abertas para equalizar o diferencial de pressão entre o interior e o exterior do dispositivo 100.

[0022] No exemplo mostrado na figura 4A, o alojamento 112 é provido com uma seção reforçada 118, adjacente ao reservatório de criogênio 210. A seção reforçada 118 permite que o dispositivo 100 resista a pressões de operação nas condições extremas a profundidades na região de 2000 m e, por conseguinte, pressões de 200 bar. A seção reforçada 118 pode ser formada do mesmo material ou de um material diferente que o alojamento 112.

[0023] O alojamento 112 é provido com pelo menos uma fixação 130 que facilita a afixação do dispositivo 100 a um objeto a ser elevado a partir do leito do mar. A fixação 130 ilustrada inclui dois conjuntos de projeções paralelas que podem ser afixadas ao item a ser elevado. A fixação 130 pode ser afixada via uma peça intermediária, tal como um comprimento de cabo de aço passado através de um olhal provido na fixação 130.

[0024] A configuração das fixações 130 dita a orientação na qual o dispositivo 100 irá operar. No exemplo mostrado nas figuras IA a 7A, dois

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8/23 conjuntos de fixações 130 no exterior do alojamento 112 são providos. Se as fixações forem afixadas ao item a ser elevado em uma configuração horizontalmente espaçada, então o eixo maior do dispositivo 100 se situará substancialmente no plano horizontal quando o dispositivo 100 é afixado a um item a ser elevado. Inversamente, se as fixações forem afixadas ao item em uma configuração verticalmente espaçada, então o dispositivo irá operar na configuração vertical ilustrada nas figuras IA a 7A.

[0025] O alojamento 112 é também provido com pelo menos um olhai de elevação 140 que permite ao dispositivo 100 permanecer atrelada a um navio na superfície da água por todo o ciclo de ascensão e descensão. Altemativamente, o olhai de elevação 140 pode ser usado somente para ajudar a elevar o dispositivo 100 dentro da água antes do uso e/ou da remoção do dispositivo a partir da água depois do uso, em cujo caso o dispositivo 100 está em uso não atrelado. Se somente um olhai de elevação 140 for provido então ele está localizado no ápice da porção hemisférica 116 do alojamento 112. No exemplo ilustrado, o olhai de elevação mostrado está fora de simetria. Se um olhai de elevação estiver fora de simetria, ele é tipicamente usado em cooperação com pelo menos um outro olhai (não mostrado).

[0026] No exemplo mostrado nas figuras com um sufixo B, a câmara de fhituabilidade assume a forma de uma ensecadeira de base aberta 122, ou seja, um recinto em forma de sino que é pelo menos parcialmente aberto na base. A base da ensecadeira é indicada pela linha tracejada 124. Visto que a ensecadeira é aberta para as circunvizinhanças, o material a partir do qual ele é fabricado não é exigido que seja ideal aos grandes diferenciais de pressão. Portanto, ele poderia ser formado a partir de um material parciahnente flexível. Dependendo do material e do tamanho da ensecadeira 122 requeridos, a ensecadeira pode não ser em forma de sino, mas pode, ao invés desta, ser esférico ou ter um outro formato. A ensecadeira 122 é provida com fixações 130 e um olhai de elevação 140 similar àquele descrito acima com

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9/23 referência às figuras IA a 7A.

[0027] Na base da ensecadeira 122, um lábio 145 pode ser adicionalmente provido a fim de aumentar a estabilidade da ensecadeira 122. O lábio 145 impede que fluido supercrítico escoe para fora da ensecadeira 122, se a ensecadeira 122 está próximo a ser totalmente carregado e não é totalmente vertical.

[0028] Embora não ilustrado nesses exemplos, o alojamento 112 ou o reservatório de criogênio 210 pode ser provida com uma stand que inclui uma base que repousa sobre qualquer superfície de suporte apropriada, incluindo o deque de um navio ou o leito do mar, e quatro vigas inclinadas que se estendem da superfície superior da base e são fixadas à superfície externa do alojamento 112 ou reservatório de criogênio 210 em uma extremidade, suportando assim o dispositivo 100 em uma orientação vertical.

[0029] No exemplo alternativo, o alojamento 112 ou reservatório de criogênio 210 é provido com meios, pelos quais o dispositivo 100 pode apresentar uma interface com um berço. No exemplo mostrado na figura IA, os meios de interface poderíam ser as porções da serpentina de aquecimento que se enrola em tomo do exterior do alojamento 112 ou do reservatório de criogênio 210. Altemativamente, uma pluralidade de aletas pode ser provida para permitir que o alojamento 112 ou o reservatório de criogênio 210 repouse dentro de um berço.

[0030] Em um outro exemplo alternativo, o alojamento é provido com fixações adicionais que facilitam a afixação de um tanque de criogênio suplementar ao exterior do alojamento 112. O tanque suplementar poderia ser usado quando um número de descensões e ascensões parciais é planejado. O reservatório de criogênio 210 poderia então ser recarregado a partir do tanque suplementar sem exigir que o dispositivo 100 retome à superfície.

[0031] A câmara de flutuabilidade 110 é mostrada em detalhe nas figuras IA e 1B. no exemplo mostrado na figura IA, ela tem um casco rígido

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150 formado de material plástico reforçado com fibras de vidro (CRP). O volume interior do casco 150 tem uma porção cilíndrica central 152 e porções de extremidade hemisféricas 154, 156. O volume interno do casco 150 é dividido por um diafragma 160 em uma primeira câmara 162 e uma segunda câmara 164. O diafragma 160 é fixado em sua periferia à superfície interna do casco 150 em um plano que bisecciona o volume interno do casco 150 ao longo de seu eixo longitudinal.

[0032] O diafragma 160 é ampliado em relação à correspondente área de seção transversal do casco 150 de forma que o diafragma 160 pode ser deslocado de modo a se situar alongado em uma superfície interna do casco 150. Desta maneira, o deslocamento do diafragma 160 varia em relação aos tamanhos relativos da primeira e segunda câmaras 162, 164. O diafragma 160 pode ser formado de um material elástico de modo que ele está sob tensão quando está se situando alongado na superfície interna do casco. Altemativamente, o diafragma 160 pode ser formado de um material flexível e pode ser dimensionado para ficar situado ao longo do lado de uma superfície interna do casco 150.

[0033] O casco 150 compreende ainda um conjunto de orifícios 180 que permitem a passagem de água do mar para dentro e para fora da primeira câmara 162. Seis orifícios 180 são ilustrados na figura IA. Todavia, o número de orifícios e o tamanho dos orifícios podem ser alterados. Os orifícios 180 podem ser providos com uma grade e malha grossa a fim de impedir que grandes seres vivos marinhos entrem no dispositivo 100.

[0034] Em ambos dos exemplos mostrados, um conjunto de válvulas de uma via 170 é provido, que podem ser abertas a fim de permitir que fluido contido na câmara de flutuabilidade 110 saia do dispositivo 100. As válvulas de uma via 170 têm um Meca de liberação de pressão, pelo qual fluido é permitido que saia da câmara de flutuabilidade 110 quando a pressão dentro da câmara de flutuabilidade 110 excede a pressão da água do mar

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11/23 circunvizinha por um predeterminado valor limite, tal como 1 Bar. Seis válvulas de uma via 170 são ilustradas na figura IA e duas são ilustradas na figura 1B no ápice da ensecadeira em forma de sino 122. Todavia, o número de válvulas e o tamanho das válvulas podem ser alterados. Porque a ensecadeira 122 é aberto em sua base, ele deve ser operado na orientação mostrada na figura 1B. As válvulas de uma via 170 são, por conseguinte, providas na parte superior da ensecadeira 122 a fim de liberar fluido a partir de dentro da ensecadeira 122 sem desestabilizar o dispositivo 100.

[0035] O reservatório criogênico 210 é mostrado em detalhe nas figuras 2A e 2B. O reservatório de criogênio 210 tem uma parede interna 212 que define um recinto 214 apropriado para conter fluido criogênico 216, e uma parede externa 218 compreendendo totahnente a parede interna 212. O recinto 214, em ambos os exemplos ilustrados, tem uma porção hemisférica 222 e uma porção adelgaçada 224. A porção hemisférica 222 é configurada para se conformar ao formato do alojamento 112. Por conseguinte, se a porção de extremidade 116 do alojamento 112 adjacente ao reservatório de criogênio 210 não for hemisférica, o formato do recinto 214 irá diferir do exemplo mostrado, a fim que o formato do recinto 214 se conforme ao formato da porção de extremidade do alojamento 112.

[0036] A parede interna 212 do reservatório de criogênio 210 pode ser formado de aço austenítico, mas poderia ser de algum outro material, por exemplo 9% de aço ao níquel ou alumínio criogênico. A parede externa 218 pode ser formada de GR, mas poderia ser de algum outro material, por exemplo, compósito de carbono. A parede externa 218 é separada da parede interna 212 por uma cavidade hermeticamente vedada 226. Durante a fabricação, um vácuo é formado dentro desta cavidade entre as paredes interna e externa 212, 216, provendo assim o isolamento de calor para o recinto 214.

[0037] Na ponta da porção adelgaçada 224, um tubo de

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12/23 preenchimento 230 e um tubo de ventilação 232 se estendem através das paredes interna e externa 212, 218 do reservatório de criogênio 210.

[0038] O tubo de preenchimento 230 se estende substancialmente ao longo do comprimento do recinto 214 para uma posição próxima ao ponto mais inferior da porção hemisférica 222. O tubo de ventilação 232 termina na superfície interna da parede externa.

[0039] Na vizinhança do ponto mais inferior da porção hemisférica 222 do recinto 214, a parede interna 212 inclui pelo menos uma abertura 234. Uma serpentina de refrigeração 236 estende-se da vizinhança da abertura 234, e é enrolada em tomo da superfície externa da parede interna 212. A serpentina de refrigeração 236 inclui uma válvula de liberação de pressão em sua extremidade superior, que permite que fluido escoe desde a serpentina de refrigeração 236 para dentro da câmara de flutuabilidade 110 quando as pressões dentro da serpentina de refrigeração 236 são aproximadamente 100 milibares mais altas que a pressão dentro da câmara de flutuabilidade 110. A serpentina de refrigeração 236 é formada predominantemente de metal. Todavia, a porção 238 da serpentina de refrigeração 236 que se estende entre o reservatório de criogênio 210 e a câmara de flutuabilidade 110 é formada de um material plástico que tem um baixo coeficiente de condutividade térmica.

[0040] Como mostrado na figura 2B, o reservatório de criogênio 210 é encerrado em um recinto esférico reforçado 240. O recinto 240 deve ser de revestimento espesso e pode ser fabricado de um composto de carbono. O recinto 240 deve ser capaz de resistir a diferenciais de pressão de 1 Bar até 203 Bars de forma que ele possa operar a profundidades de 2000 m. Em adição ao revestimento espesso do recinto 240, reforço adicional pode ser provido por formações de nervuras ou internas ou externas ao recinto 240. O recinto esférico 240 pode ser provido com coberturas de inspeção resistentes a pressão, a prova d’água, (não mostradas), a fim de permitir o acesso dentro do recinto esférico 240 para manutenção ou outras finalidades. Além disso, pode

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13/23 ser provido um tubo adicional (não mostrado) que permite a recirculação de fluido criogênico de volta para o reservatório de criogênio 210 para ocupar o espaço acima do criogênio líquido.

[0041] Em adição, o recinto esférico 240 pode ser provido com fixações suplementares (não mostradas) para permitir que um tanque de criogênio suplementar (não mostrado) seja afixado ao recinto 240. Isto permite que o dispositivo 100 faça um número de elevações e descensões guiadas parciais sem precisar se elevar para a superfície para ser recarregado com criogênio. Em adição, o tanque de criogênio suplementar pode ser conectado ao reservatório de criogênio 210 de forma que o fluido criogênico 216 pode escoar do tanque suplementar, para dentro do reservatório de criogênio 210, o criogênio pode então ser submetido ao aquecimento e apresenta transição para um estado supercrítico e entra na ensecadeira 122. Esta configuração permite que o fluido criogênico 216 usado exceda a capacidade máxima do reservatório de criogênio 210.

[0042] O sistema de aquecimento 302 é mostrado, primariamente nas figuras 3A e 3B, embora algumas características sejam mostradas nas figuras 2A e 2B. O sistema de aquecimento 302 inclui um tubo de aquecimento 310 que se estende a partir da abertura 234 na parede interna 212 do recinto 214; uma câmara de aquecimento 336 e um par de elementos de aquecimento elétricos 346. O tubo de aquecimento 310 é tortuoso e uma porção que passa através do alojamento 112 e se enrola em tomo da superfície externa do alojamento 112. A porção do tubo de aquecimento 310 que está externa ao alojamento 112 é reforçada para resistir às pressões exercidas como um resultado de operação do dispositivo 100 sob condições extremas.

[0043] Uma grade de proteção (não mostrada) é provida para proteger o tubo de aquecimento 310 quando ele é exterior ao alojamento 112. A provisão de uma grade ou grelha reduz o risco de dano ao tubo de aquecimento 310 que ocorre como um resultado do contato entre o tubo de

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14/23 aquecimento 310 e o item a ser elevado, ou o leito do mar ou quaisquer outros perigos.

[0044] O sistema de aquecimento 302 também inclui uma válvula 338 para controlar o fluxo de fluido através do tubo de aquecimento 310 e, assim, para dentro da câmara de flutuabilidade 130. A válvula 338 é posicionada adjacente à superfície interna da parede externa 218.

[0045] O sistema de aquecimento 302 também inclui uma blindagem de calor 330 que é provida entre o reservatório de criogênio 210 e a câmara de flutuabilidade 110. No exemplo mostrado na figura 3A, blindagem de calor 330 inclui uma primeira porção 332 que é adjacente à câmara de flutuabilidade e uma segunda porção 334 que é adjacente ao reservatório de criogênio 210. As duas porções 332, 334 da blindagem de calor 330 definem a câmara de aquecimento anular 336. A câmara de aquecimento 336 é termicamente isolada tanto da câmara de flutuabilidade 110 quanto do reservatório de criogênio 210.

[0046] Uma pluralidade de condutores de calor remotamente operáveis 340 é fixada à superfície interna da parede externa 218 em tomo da porção hemisférica 222 do recinto 214. Os condutores de calor 340 compreendem, cada um, uma haste de cobre 342 que é pivotamente montada na superfície interna da parede externa 218 do reservatório de criogênio 210. As hastes de cobre 342 são pivotáveis entre uma posição ativa na qual as hastes se estendem substancialmente perpendicularmente à superfície da parede externa 218 e uma posição desativada na qual as hastes estão situadas substancialmente paralelas à superfície da parede externa 124. O comprimento das hastes 342 é selecionado para se adaptar estreitamente à distância entre a parede interna 212 e a parede externa 218, de forma que, quando as hastes são ativadas, elas provêem um trajeto para a condução térmica para dentro do recinto 214. No exemplo mostrado nos desenhos anexos, as paredes interna e externa do recinto são substancialmente paralelas

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15/23 e, portanto, todas das hastes 342 são substanciahnente de mesmo comprimento. O número de hastes 342 mostradas nas figuras são apenas ilustrativas. Elas podem ser providas na região de 30. Se o calor introduzido no reservatório de criogênio 210 pelos condutores de calor 340 for insuficiente, então isto pode ser amplificado por aquecimento elétrico a partir dos elementos de aquecimento elétrico 346. Embora um par de elementos de aquecimento elétrico seja provido no exemplo ilustrado, o número e o tamanho dos elementos de aquecimento podem ser variados de acordo com o tamanho do dispositivo 100 e/ou do campo destinado de uso. Por exemplo, mais elementos de aquecimento podem ser requeridos para um dispositivo empregado nas regiões polares.

[0047] As figuras 4a e 4B mostram um dispositivo completo, como descrito acima, incluindo a câmara de fhituabilidade 110, o reservatório de criogênio 210, o sistema de aquecimento 302 e o sistema de controle 400.

[0048] Embora no exemplo mostrado na figura 4B a largura da ensecadeira 122 seja substancialmente igual ao diâmetro do recinto esférico 240, a ensecadeira 122 poderia ser mais larga ou menos larga que o recinto esférico 240.

[0049] O recinto esférico 240 é conectado a ensecadeira usando pelo menos um aro cilíndrico 242. O aro cilíndrico 242 pode se estender parcialmente ou completamente em tomo da circunferência do recinto esférico. Altemativamente, uma pluralidade de aros pode ser usada. Neste último caso, cada aro pode ser alongado, isto é, seu comprimento excede em muito sua largura. Os aros podem ser rígidos ou flexíveis.

[0050] Em um exemplo alternativo, não mostrado nos desenhos anexos, um acoplamento universal poderia ser usado em lugar do(s) aro(s) a fim de conectar a ensecadeira 122 ao recinto esférico 240.

[0051] Porque a ensecadeira 122 e o reservatório de criogênio 210 não são integralmente formados, o tubo de aquecimento 310 termina em um

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16/23 suspiro de alimentação de criogênio 244 que se projeta a partir do recinto esférico 240 e para dentro da ensecadeira 122. O suspiro de alimentação de criogênio 244 é provido com uma válvula de uma via 245 para impedir o ingresso de água do mar 300 a partir da ensecadeira 122 para o interior do tubo de aquecimento 310.

[0052] Um sistema de controle 400 inclui um microprocessador 402 montado dentro do alojamento 112 do dispositivo 100 e um dispositivo de controle remoto (não mostrado) que é tipicamente posicionado no navio, a partir do qual o dispositivo 100 é lançado e controlado. O microprocessador 402 se comunica com o dispositivo de controle a bordo do navio via uma ligação de dado 404. A ligação de dado 404 pode ser provida por uma ligação de fibra óptica ou um cabo de cobre que é encerrado em um revestimento de proteção. A ligação de dado 404 pode ser destacável a partir do dispositivo 100.

[0053] O microprocessador 402 montado dentro do alojamento 112 é configurado para coletar dado a partir de sensores (410, 412, 414, 418, 420) montados dentro do dispositivo 100 e para transmitir esta informação para o dispositivo de controle remoto. Em adição, cada dispositivo 100 tem um identificador único, que é armazenado no microprocessador 402 e transmitido, juntamente com dado de posição, através da ligação de dado 404. Isto permite que dois ou mais dispositivos 100 sejam controlados para cooperar e assim elevar um item que ou é demasiadamente grande ou de um tal formato que um único dispositivo 100 seria insuficiente. O dado pode ser enviado diretamente para o dispositivo de controle remoto ou pode ser compartilhado diretamente entre dispositivos cooperantes 100.

[0054] Existe um número de sensores (410, 412, 414, 418, 420) diferentes montados em diferentes locais dentro e sobre a superfície externa do dispositivo 100. As posições ilustradas dos sensores (410, 412, 414, 418, 420) 410, 412, 414, 418, 420 dentro do dispositivo são meramente

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17/23 exemplificativos. Os sensores (410, 412, 414, 418, 420) podem ser providos em outros locais, ou um número de sensores (410, 412, 414, 418, 420) descritos abaixo pode ser provido em qualquer um dos locais ilustrados nos desenhos anexos. Os sensores (410, 412, 414,418, 420) são configurados para monitorar as condições de processo e para alimentar de volta informação para o microprocessador 402.

[0055] Alguns sensores (410, 412, 414, 418, 420), por exemplo, o sensor 410, pode ser um sensor de temperatura ou de pressão. A provisão de um número de sensores (410, 412, 414, 418, 420) de pressão permite que diferenciais de pressão entre diferentes partes do dispositivo 100 sejam calculados ou por meio do microprocessador 402 ou pelo dispositivo de controle remoto. Em adição, a pressão externa ao dispositivo 100 se correlaciona fortemente com a profundidade do dispositivo 100.

[0056] Alguns sensores (410, 412, 414, 418, 420), por exemplo, o sensor 412, pode ser configurado para contribuir para a gestão de recurso dentro do dispositivo. Neste exemplo, o sensor 412 pode indicar quanto criogênio remanesce dentro do reservatório 210.

[0057] Sensores (410, 412, 414, 418, 420), tais como o sensor 414, podem ser providos para assegurar a integridade de partes sensíveis do dispositivo 100. O sensor 414 é montado na vizinhança do microprocessador 402 que é isolado do dispositivo 100 por meio de uma blindagem de calor 350. Este sensor 414 irá monitorar as condições às quais o microprocessador 402 é submetido.

[0058] Em adição aos sensores (410, 412, 414, 418, 420) de posicionamento que identificam a posição do dispositivo 100 como um todo, e os sensores (410, 412, 414, 418, 420) de pressão que fornecem informação acerca da profundidade do dispositivo, a orientação do dispositivo 100 pode ser monitorada por um sensor de deriva 418. O sensor de deriva 418 fornece uma indicação da estabilidade do dispositivo 100 e identifica problemas que

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18/23 se desenvolvem quando inúmeros dispositivos estão trabalhando conjuntamente para recuperar um objeto que ou é irregular em formato ou parcialmente submerso no leito do mar. Informação do sensor de deriva 418 pode ser usada para identificar se uma parte do item está livre, enquanto outra permanece presa no leito do mar. Uma vez quando esta informação tiver sido alimentada através do microprocessador 402 e para cima através da ligação de dado 404 para o navio de superfície, o dispositivo 100 posicionado o mais próximo à parte do item que está presa pode ser instruído para produzir mais fluido supercrítico a fim de prover maior flutuação positiva para liberar a parte presa do item.

[0059] A ligação de dados 404 pode ser incorporada em um cabo de elevação que liga o olhai de elevação 140 ao navio de superfície, altemativamente, a liga de dado 404 pode ser separado do cabo de elevação. Se a ligação de cabo 404 e o cabo de elevação forem combinados, então o cabo combinado será reforçado a fim de assegurar que a integridade da ligação de dado 404 seja mantida bem como para prover suficiente resistência para elevar o dispositivo 100 a partir do navio para dentro do mar.

[0060] O exemplo mostrado na figura 8 difere dos exemplos mostrados nas figuras 1 a 7 pelo fato de que a câmara de flutuabilidade 110 é subdividida em uma pluralidade de compartimentos 190, cada um incluindo um diafragma 166. Cada um dos compartimentos 190 é provido com pelo menos uma válvula de uma via 170 e pelo menos um orifício 180. A provisão de um número de compartimentos diferentes introduz um nível de redundância no dispositivo, porque, se um diafragma 166 tiver falhado, o dispositivo ainda seria operável, embora o peso máximo que poderia ser elevado fosse reduzido. Além disso, se uma carga irregular deva ser elevada, ou um número de dispositivos devem ser usados conjuntamente para elevar um item, certos compartimentos poderíam ser cheios antes de outros a fim de otimizar o desempenho do dispositivo 100.

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19/23 [0061] Embora os condutores de calor 340 sejam ilustrados em todas das figuras, eles não são essenciais para a operação do dispositivo 100 e o reservatório de criogênio 210 poderia atingir a transferência de calor requerida por meios alternativos.

[0062] A figura 9 mostra uma outra configuração alternativa com uma ensecadeira aberta 122. A ensecadeira 122 no exemplo mostrado na figura 9 difere da ensecadeira 122 mostrada nas figuras 1B a 7B pelo fato de que a ensecadeira 122 da figura 9 é somente parcialmente aberta. A ensecadeira 122 é também alongada no plano horizontal, ao invés de no plano vertical. Em adição, o reservatório de criogênio 210 é posicionado dentro da ensecadeira 122. Esta configuração permite a afixação muito conveniente do dispositivo 100 a um item a ser elevado usando as fixações 130. Para melhorar a estabilidade do dispositivo 100, dois olhais de elevação 140 são providos.

[0063] O método pelo qual o dispositivo 100 é operado será agora descrito.

[0064] A fim de preparar o dispositivo 100 pronto para o uso, o recinto 214 é carregado com um fluido criogênico 216. Este pode ser nitrogênio liquido, dióxido de carbono, hélio ou hidrogênio. A escolha do fluido depende da profundidade que o dispositivo irá ser operado. Nitrogênio pode ser usado em profundidades na região de 1000 m. Hélio e hidrogênio podem ser usados em profundidades de e em excesso de 1000 m, incluindo 2000 m.

[0065] O processo de preparação ou carregamento do dispositivo 100 é usualmente realizado enquanto o dispositivo de flutuação está a bordo de um navio ou similar. Um suprimento de fluido criogênico 216 é introduzido no dispositivo 100 através de uma escotilha à prova de pressão 350 e afixado ao tubo de preenchimento 230. O fluido criogênico 216 passa ao longo do tubo de preenchimento 230 e entra no recinto 214 próximo à sua base. Uma vez que o interior do recinto 214 está a uma temperatura comparativamente

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20/23 elevada em relação ao fluido criogênico, algum do fluido se evaporará no contato com o interior do tubo de preenchimento 230 e o recinto 214 e o gás resultante da evaporação do fluido criogênico abandonará o recinto 214 através do tubo de suspiro de criogênio 232.

[0066] Este processo é continuado até o interior do recinto 214 estar a uma temperatura suficientemente baixa para o fluido criogênico 216 permanecer em um estado liquido. Uma vez que o recinto 214 foi totahnente carregado com o fluido criogênico 216 na fase líquida, o suprimento é desacoplado a partir do tubo de preenchimento 230 e as escotilhas à prova de pressão 350, 352 são fechadas.

[0067] O dispositivo 100 é então cuidadosamente abaixado no mar e permitido que desça em direção à carga a ser elevada (não mostrada nas figuras) sobre o leito do mar.

[0068] Quando o dispositivo 100 é primeiramente colocado na água, a água do mar 300 entra na primeira câmara 162 através dos orifícios 180, como mostrado na figura 4A. No exemplo mostrado na figura 4B, a água do mar 300 entra na ensecadeira 122 através das aberturas na base da ensecadeira 122, como indicado pelas setas na figura 4B. a água do mar 300 desloca o ar a partir da câmara de flutuabilidade 110 e causa com que o diafragma 160 diminua o tamanho da segunda câmara 164 em relação ao tamanho da primeira câmara 162. Uma vez quando a primeira câmara 162 ocupa substancialmente todo o volume da câmara de flutuabilidade 110 e a primeira câmara 162 é cheia com água, o dispositivo 100 como um todo é negativamente flutuante e desce em direção ao fundo do mar.

[0069] Se o dispositivo 100 não for suficientemente negativamente flutuante para descer em direção ao fundo do mar, pesos podem ser afixados à fixação 130 ou à parte inferior da superfície externa do alojamento para ajudar uma descensão estável. O dispositivo 100 pode ser positivamente flutuante como um resultado da presença de bolsas de ar na câmara de aquecimento

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336 ou como um resultado da densidade de fluido criogênico 216. Por exemplo, nitrogênio líquido tem uma densidade na região de 80% daquela da água. Enquanto o dispositivo é descendente em direção à carga, uma pequena quantidade de fluido criogênico 216 se evaporará para formar gás. Devido à construção do dispositivo 100, o fluido na serpentina de refrigeração 236 irá tender a se vaporizar, ao invés de o fluido criogênico 216 dentro do recinto 214. A vaporização refrigera a serpentina de refrigeração 236 e, por conseguinte, ajuda a manter o fluido criogênico dentro do recinto 214 frio. O gás formando na serpentina de refrigeração 236 irá se mover através da serpentina de refrigeração 236 e para dentro da segunda câmara 164 da câmara de flutuabilidade 110. A fim de prevenir que o diafragma 160 permita que a segunda câmara 164 se expanda e desloque alguma da água do mar 300, as válvulas de uma via 170 podem ser mantidas em um estado aberto. Altemativamente, as válvulas de uma via 170 podem ser mantidas fechadas a fim de impedir que o criogênio entre em ebulição e se mova para dentro do mar. Isto é especificamente aplicável quando o dispositivo 100 é mantido no leito do mar por algum tempo antes de ser ativado para elevar uma carga.

[0070] Quando o dispositivo de flutuação 100 atinge o leito do mar e a carga a ser elevada, a carga é retida nas fixações 130 de uma maneira apropriada. A ação de afixação do dispositivo de flutuação à carga é tipicamente realizada por um robô (não mostrado nas figuras) que é controlado por um usuário na superfície.

[0071] O dispositivo de flutuação 100 é então atuado pela transmissão de sinais para próximo das válvulas de uma via 170 e para abrir a válvula 338, colocando o tubo de aquecimento 310 em comunicação fluida com o fluido criogênico 216 contido no recinto 214. Como um resultado das condições extremas que circundam o dispositivo, o fluido criogênico 216 toma-se supercrítico à medida que ele passa através do tubo de aquecimento 310. O fluido supercrítico se move para dentro da unidade de flutuação 110 e força o

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22/23 diafragma 160 para se mover, aumentando o tamanho da segunda câmara 164. Como um resultado do aumento em tamanho da segunda câmara 164, a primeira câmara 162 reduz o tamanho e a pressão da água do mar na mesma excede a pressão da água de mar circundante e, portanto, a água do mar 300 sai através dos orifícios 180, como mostrado na figura 6A. No exemplo mostrado na figura 6B, a água do mar 300 sai através da área aberta na base 124 da ensecadeira 122.

[0072] Uma vez quando a câmara de fhituabilidade 110 está suficientemente carregada com fluido criogênico supercrítico 216, como mostrado nas figuras 7A e 7B, o dispositivo de flutuação 100 e carga começarão a ascender. No exemplo mostrado na figura 7A, a fim de controlar a ascensão do dispositivo de flutuação e carga, a válvula de uma via 170 pode ser aberta para permitir que fluido supercrítico saia da câmara de flutuabilidade 110, e a água do mar 300 entre na primeira câmara 162, reduzindo assim a força de flutuação ascendente. Quando o dispositivo de flutuação 100 e carga ascendem em direção à superfície, a pressão da água do mar diminuirá. O fluido supercrítico 216 pode apresentar transição para uma fase gasosa e sairá através das válvulas de uma via 170 ou através da área aberta da base 124 da ensecadeira 122 quando o dispositivo 100 ascende.

[0073] Em adição ao uso do dispositivo 100 para a elevação de uma carga a partir do leito do mar para a superfície, o dispositivo 100 pode ser usado para prover força de ascensão para um item reduzindo seu peso efetivo e tomando-o assim mais fácil de ser manipulado sob a água. Por exemplo, se o dispositivo for afixado a um item pesando 50 toneladas, e suficiente criogênio apresentar transição para um estado supercrítico para reduzir o peso efetivo do objeto para apenas 5 toneladas, então o item será mais fácil de ser manipulado.

[0074] Como mencionado acima, mais que um dispositivo 100 pode ser usado para elevar um item especiahnente grande ou configurado

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23/23 irregularmente. É especialmente importante, neste caso, que as válvulas de uma via 170 possam ser abertas, sob demanda, a fim de criar flutuação negativa temporária durante uma fase de elevação em um ou mais dos dispositivos 100 que estão sendo operados conjuntamente. Isto contribui para o controle eficaz da orientação do item que está sendo elevado a partir de, ou guiado para, o leito do mar.

[0075] Quando a parte a mais superior do dispositivo 100 atinge a superfície da água, a carga irá permanecer submersa por uma maior ou menor extensão, dependendo da configuração do dispositivo. A partir desta posição na superfície ou próxima à superfície da água, o dispositivo de flutuação 100 e a carga são recuperadas e o dispositivo de flutuação 100 é destacado a partir da carga. O dispositivo de flutuação 100 pode ser recarregado com fluido criogênico 216 e reutilizado.

[0076] Em um outro exemplo, não ilustrado nos desenhos acompanhantes, o alojamento 112 pode ser substancialmente esférico ou pode tomar a forma de um polígono regular ou irregular. O formato de losango e o formato esférico são vantajosos porque eles são formados somente por formatos curvos e, por conseguinte, evitam as tensões associadas com os cantos agudos e bordas agudas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de flutuação (100), compreendendo:

uma câmara de flutuabilidade (110);

um reservatório de criogênio (210);

um tubo de aquecimento (310) que provê comunicação fluida comutável entre o reservatório de criogênio (210) e a câmara de flutuabilidade (110); e, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um microprocessador (402) e uma pluralidade de sensores (410, 412, 414, 418, 420);

em que o microprocessador (402) contém um identificador único para o dispositivo.
2. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de flutuabilidade (110), o reservatório de criogênio (210) e o tubo de aquecimento (310) estão pelo menos parcialmente contidos em um alojamento (112).
3. Dispositivo (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o alojamento (112) é provido com uma porção reforçada adjacente ao reservatório de criogênio (210).
4. Dispositivo (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a câmara de flutuabilidade (110) é subdividida em uma pluralidade de compartimentos (190).
5. Dispositivo (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a câmara de flutuabilidade (110) ou cada compartimento da câmara de flutuabilidade (110) é provido com pelo menos um orifício (180) para permitir que água do mar se mova para dentro e para fora da câmara de flutuabilidade (110).
6. Dispositivo (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a câmara de flutuabilidade

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2/2 (110) ou cada compartimento da câmara de flutuabilidade (110) é provido com pelo menos uma válvula de uma via (170) para permitir que fluido de criogênio supercrítico ou gás saia do dispositivo (100).
7. Dispositivo (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o tubo de aquecimento (310) é conduzido através do alojamento (112) de forma que pelo menos uma porção do tubo de aquecimento (310) fica adjacente a uma superfície externa do alojamento (112).
8. Dispositivo (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o tubo de aquecimento (310) é comutável usando uma válvula (338).
9. Dispositivo (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de condutores de calor (340) configurados para introduzir calor no reservatório de criogênio (210).