Boya de fondeo mono-punto giratoria y sumergible para dispositivos sumergidos,

con conexiones eléctricas y ópticas.

Se trata de una boya para el fondeo de dispositivos de aprovechamiento de energías renovables marinas que, permite su fijación al dispositivo y al fondo con geometrías reconfigurables, incluyendo el giro libre en horizontal del dispositivo. Esta boya permite la orientación óptima del dispositivo en zonas de corrientes variables.

La boya consta de dos partes principales: una exterior a la que se enganchan los cables resistentes y electro-ópticos que unen la boya con el dispositivo, y un núcleo interior que se une al sistema de fondeo y del que sale el cable de exportación de energía, permitiéndose el giro de una parte con respecto a otra. El conjunto tiene una serie de aberturas de conexión en la parte inferior y una campana de aire interior que permite el uso de equipos interiores convencionales.

Boya de fondeo mono-punto giratoria y sumergible para dispositivos sumergidos, con conexiones eléctricas y ópticas.

Sector técnico

La invención se encuadra dentro del sector de la "tecnología fuera-costa marina" (offshore technology) y específicamente dentro las plantas de aprovechamiento de energías renovables marinas.

Estado de la técnica

En la actualidad, existe un marcado interés en el aprovechamiento de las energías renovables marinas. Entre ellas, el aprovechamiento de las energías de las corrientes y las de las olas están suscitando un gran interés existiendo múltiples diseños y prototipos para ambos tipos de energías.

Parte de estos dispositivos, están basados en sistemas flotantes (en la superficie o sumergidos), sujetos al fondo marino por sistemas de fondeo, compuestos por cables o cadenas que unen (de forma rígida o flexible) el dispositivo con los puntos de enganche situados en el fondo.

En todos los sistemas marinos fondeados, uno de los problemas a resolver es el del giro de los elementos, cuando las corrientes marinas van girando y, de forma natural no deseada, se puede producir un "retorcimiento" de los cables y un enrollamiento de unos con otros.

Para solucionar este problema muchos sistemas de fondeo se basan en sistemas "multi-punto" que sólo permiten ligeros desplazamientos y giros del dispositivo.

Además, el uso de boyas pasivas con sistemas de enganche y disparo de los cables de tipo sumergible, tiene costes de capital e instalación elevados.

En los sistemas de explotación "offshore" de hidrocarburos, es corriente el uso de sistemas de fondeo mono-punto, normalmente con una boya flotando en la superficie del mar, que permiten que el buque amarrado a ella se oriente automáticamente, según la dirección de los vientos, olas y corrientes marinas.

Estas boyas pueden girar, gracias a que en las líneas de fondeo se disponen de elementos especiales, como los grilletes giratorios, adaptándose su orientación a la posición del buque. También existen diseños de boyas que trabajan sumergidas (para reducir el impacto de las olas) y que disponen de sistemas de conexión giratorios para la transmisión de fluidos por medio de tuberías, pero no con sistemas de conexión eléctrica para altas potencias, por el problema del riesgo de contacto de los conductores en tensión con el agua.

Dentro del campo de las energías renovables marinas, la transmisión de la energía se realiza normalmente por medio de cables eléctricos, combinados con cables de fibra óptica para la transmisión de señales, existiendo conectores rotatorios para trabajar en el aire, pero no sumergibles de la potencia necesaria para estas aplicaciones.

Descripción detallada de la invención

El objeto de la presente invención es una boya (B) para el fondeo mono-punto de dispositivos (D) para el aprovechamiento de las energías renovables marinas (DAERM), que permite, por un lado, la fijación entre la boya (B) y el dispositivo (D) y por otro, el enganche entre la boya (B) y el fondo marino con geometrías reconfigurables, incluyendo el giro libre en horizontal y conexiones giratorias para los sistemas mecánicos y electro-ópticos del dispositivo (D).

La boya (B) consta de dos partes principales (figura 1): una parte exterior (1), a la que se enganchan los cables resistentes (21, 23) y electro-ópticos (15) que la unen con el dispositivo (D) de aprovechamiento de la energía, y un núcleo o conjunto interior (2), que se une al sistema de fondeo y del que sale el cable electro-óptico de exportación de energía (16), permitiéndose el giro de una parte (1) con respecto a otra (2). La parte exterior (1) puede ser cilíndrica, pero es preferible que tenga forma currentiforme con objeto de reducir la resistencia ante las corrientes marinas, evitando el efecto de la boya (B) sobre el dispositivo que se encuentra aguas abajo.

Dentro de la parte exterior (1) (figura 2) existe una amplia cámara (3), llena de aire, estanca salvo por unos tubos (4, 5, 6) que la comunican con la parte inferior de la boya (B), a través de los cuales pasan el cable resistente de enganche, de fondeo de longitud controlable, y los cables electro-ópticos.

El conjunto de cámara (3) y tubos (4, 5, 6) actúa como una campana hidrostática, manteniéndose el nivel de agua hacia la mitad de la longitud de los tubos (4, 5, 6), por medio del control del volumen de aire en la cámara (3), que debe estar a una presión igual a la hidrostática del agua, que es función de la profundidad a la que trabaja la boya (B).

En el espacio entre la cámara (3) y la envolvente de la parte exterior (1), existen una serie de tanques de lastre (7), que, cuando están llenos de agua, permiten que la boya (B) se sumerja y que, cuando están llenos de aire proporcionan un alto empuje ascensional.

Durante el proceso de inmersión de la boya (B), desde la superficie hasta la profundidad de operación, el aire para la cámara (3) y los tanques de lastre (7), es suministrado a partir de una tubería exterior que se desconecta una vez que la boya (B) está situada en su posición de trabajo. Durante la operación, la pequeña cantidad de aire adicional necesaria para compensar las pérdidas y los cambios de temperatura se obtiene de botellas de aire comprimido (8) situadas en la cámara (3).

Para acceder al interior de la cámara (3), cuando está en la superficie del agua, existe una escotilla estanca (9). Cuando ésta (9) se abre, se pierde la estanqueidad de la campana, por lo que la boya (B) debe estar sujeta por medio de flotadores adicionales, amarrada a una embarcación o colgada de una grúa, de tal forma que se impida que se pueda hundir.

Dentro de la cámara (3) se sitúa el núcleo interior (2) de la boya (B) (figura 3). El núcleo interior (2) está compuesto por una plataforma circular (10) unida a un tubo de salida principal del núcleo (11) y a una estructura de soporte tipo jaula (12). El tubo de salida principal del núcleo (11) es concéntrico con el primer tubo de comunicación principal (4), acoplándose mecánicamente ambos por medios de juntas rotatorias (13) que transmiten los esfuerzos entre el núcleo interior (2) y la parte exterior (1). La parte inferior del tubo de salida principal del núcleo (11) tiene una zona reforzada (19) para poder enganchar otros cables de fondeo.

En la parte superior de la estructura de soporte tipo jaula (12) se sitúa un conector electro-óptico rotatorio (14) para efectuar la conexión entre el cable electro-óptico de unión boya-dispositivo (15) que va al dispositivo (D) DAERM y el cable electro-óptico de exportación de energía (16), hacia el fondo del mar.

El conjunto formado por el conector electro-óptico rotatorio (14) y las juntas rotatorias (13), permite que el núcleo interior (2) pueda girar libremente con respecto a la parte exterior (1), no existiendo ningún límite en el número de vueltas.

Sobre la plataforma circular (10) se sitúa el sistema de enganche y recogida (17) del cable resistente de fondeo de longitud variable (18) de la boya (B), cuyos detalles de funcionamiento se describen más adelante.

En la figura 4 se muestra el modo de instalación de los distintos cables del conjunto boya (B)-dispositivo (D). El cable electro-óptico de unión boya-dispositivo (15) sale hacia el dispositivo (D) DAERM a través del tercer tubo para el paso del cable electro-óptico (6). El cable electro-óptico de exportación de energía (16) de conexión con el exterior y el cable resistente de fondeo de longitud variable (18) salen a través del tubo de salida principal del núcleo (11).

Desde la cámara (3) sale el cable resistente de unión boya-dispositivo (21), de longitud variable, hacia el dispositivo (D) DAERM, a través del segundo tubo de salida auxiliar (5), sujetándose este cable con un sistema de enganche y recogida (20), similar al situado en la plataforma circular.

Además de este cable resistente de unión boya-dispositivo (21), existen otros cables resistentes de fondeo (22), de longitud fija, de fondeo de la boya (B) y un cable resistente de reserva de unión boya-dispositivo (23). El conjunto de cables se puede operar de la forma siguiente:

En operación normal (figura 5), la boya se mantiene en una posición fija, gracias a los cables de fondeo (18, 22) que se mantienen tensos por el efecto del empuje hidrostático de la boya (B). En la figura 4 aparecen como cables dobles,...

1. Boya de fondeo mono-punto para dispositivos sumergidos caracterizada por estar formada por dos partes principales (1, 2), pudiendo girar una con respecto a la otra, mediante un conector electro-óptico rotatorio (14) y juntas rotatorias (13):