DISPOSITIVO E PROCESSO PARA COLETA DE AMOSTRA DE FLUÍDOS EM

MEIOS SUBAQUÁTICOS

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção se situa nos campos das engenharias, mecânica dos fluídos e geologia. Mais especificamente, a presente invenção proporciona um processo para coleta e amostragem de fluídos em meios subaquáticos e um dispositivo coletor e/ou amostrador de fluídos em geral, em especial gases, operado remotamente e para aplicações em altas profundidades submarinas, atuando de modo que o fluído de interesse seja coletado, sem contaminação e preservando a pressão da amostra no retorno a superfície.

Antecedentes da Invenção

[0002] A exploração de solos em ambientes subaquáticos, em especial fundo e subfundo submarinos, tem se tornado cada vez mais crucial, dada a diminuição de alguns recursos naturais em terra e o elevado potencial de obtenção dos mesmos em regiões submarinas. Neste ponto, no entanto, há uma série de empecilhos no que diz respeito às dificuldades de acesso e trabalho em regiões submarinas, mesmo para que se possa realizar análises de solo e coleta de amostras para estudo de viabilidade de exploração de solo.

[0003] Dentre os principais problemas encontrados por aqueles que necessitam realizar, ou realizam, coleta de amostras em ambientes submarinos, pode-se listar: impossibilidade de se manter uma pessoa acompanhando/realizando a coleta (devido à elevada pressão, tempo de realização da coleta, limitação de alimentação de oxigénio, dentre outros); risco de haver "contaminação" do material a ser coletado (ou seja, o fluído/gás que verte a partir do solo) com o ar e a água da superfície e/ou dissociação de gases (hidratos) por alívio de pressão na superfície; dificuldade de manutenção do equipamento em posição ideal de coleta; dentre outros. [0004] A busca na literatura patentária apontou alguns documentos apenas parcialmente relevantes, sendo descritos a seguir.

[0005] O documento US 4,635,487 versa sobre um dispositivo para amostragem de fluidos, o qual consiste em um vaso de pressão compreendendo uma bexiga de borracha montada em seu interior, a qual é inflada com um determinado gás até atingir a pressão do fluido a ser coletado. Uma vez que o dispositivo é imerso no meio do fluído a ser coletado, a bexiga é esvaziada, forçando a entrada do fluído externo para dentro do vaso de pressão e, quando a coleta de amostra é concluída, a válvula de abertura (que pode ser controlada remotamente) é fechada e a amostra é retida. O gás restante na bexiga age como um reservatório de pressão mantendo a amostra na pressão a qual foi coletada. Tal dispositivo compreende, ainda, uma estrutura inferior formada por barras de metal, com o objetivo de manter o dispositivo devidamente apoiado na superfície que for alojado. Este dispositivo, no entanto, não permite a coleta de fluídos/gases que vertem a partir do solo de ambiente subaquáticos, visto que sua coleta de amostras de fluídos no fundo do mar se dá pelo esvaziamento da bexiga disposta em seu interior, capturando o fluído do meio em que for inserido.

[0006] O documento RU2055340 versa sobre um dispositivo para amostragem compreendendo uma coluna preenchida com um adsorvente, uma tampa com um tubo de união e um funil de coleta, um tubo de união e uma capa de proteção com aberturas para troca gasosa. O referido dispositivo é destinado para amostragem de gases oriundos do solo e extratos subterrâneos para aplicação em campo, por meio do funil de coleta que direciona o gás para um meio adsorvente e descartado posteriormente, sendo o material adsorvente analisado posteriormente. Este dispositivo apresenta a desvantagem de não absorver o gás coletado, em si, para análise do mesmo. Ademais, seu uso é idealizado para aplicação em solo não sendo, portanto, idealizado para operar em ambientes de elevadas pressões como um ambiente submarino. [0007] O documento CN101907531 versa sobre um amostrador de gases do tipo pistão, destinado a permitir a coleta de gases na superfície de líquidos, transferir e armazenar os gases coletados em um container especial após a amostragem, especialmente destinada para a coleta de metano sob a água, hidrocarbonetos em geral, além de possibilitar a transferência e estocagem dos gases coletados em um container especial. Este dispositivo, no entanto, não opera de maneira autónoma e não possui meios para impedir a captura de fluído do meio, que não aquele de interesse para coleta e nem de apoio ao solo do local de obtenção de amostra.

[0008] Do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.

Sumário da Invenção

[0009] A presente invenção proporciona um dispositivo coletor e/ou amostrador de fluídos, em especial gases, acionado remotamente para aplicações em altas profundidades subaquáticas, para coleta de gases e/ou fluídos em geral, de modo que apenas o(s) fluído(s) de interesse seja(m) coletado, bem como um processo para coleta de fluídos/gases utilizando o referido dispositivo.

[0010] É, portanto, um objeto da presente invenção um dispositivo para coleta de amostra de fluídos em meios subaquáticos compreendendo:

- estrutura de suporte 8;

- reservatório de amostra 3; e

- direcionador de amostra 7,

sendo uma abertura entre a região interna do reservatório de amostra e o direcionador de amostra controlada por meio de pelo menos uma válvula de coleta 1 . [0011] Em uma realização preferencial, o direcionador de amostra 7 é definido por um corpo cónico, opaco, transparente ou com janelas de observação, oco vazado na base e ponta de cone, com a região de ponta de cone associada ao reservatório de amostra e a base voltada para uma região distai ao reservatório de amostra.

[0012] Em uma realização preferencial, a estrutura de suporte 8 é definida por um arranjo de tubos associados entre si, definindo um arranjo em volta do direcionador de amostra 7.

[0013] Em uma realização preferencial, o dispositivo compreende um vaso de pressão 2 para condicionamento de equipamentos de controle do referido dispositivo.

[0014] Em uma realização preferencial, uma abertura entre a região interna do reservatório de amostra e o meio externo ao dispositivo é controlada por uma válvula de alívio 4.

[0015] Em uma realização preferencial, o dispositivo compreende um elemento de segurança 6 para liberação do fluído acondicionado no reservatório de amostra 3 ao meio externo.

[0016] É um outro objeto da presente invenção um processo para coleta de amostra de fluídos em meios subaquáticos, compreendendo pelo menos uma das etapas definidas por:

a) dispor um dispositivo de coleta conforme definido nas reivindicações 1 a 6 em uma superfície subaquática, sob um ponto/região de saída/vazamento de fluído de interesse e de densidade e/ou diferença de pressão diferente do fluído do meio externo ao dispositivo;

b) posicionar o direcionador de amostra 7 sobre o ponto/região de saída/vazamento do fluído de interesse;

c) aguardar que uma parcela do volume do direcionador de amostra 7 seja preenchido pelo fluído de interesse;

d) acionar a abertura da válvula de coleta 1 ; e) aguardar o preenchimento do reservatório de amostra 3 com o fluído de interesse;

f) fechar a válvula de coleta 1 ;

g) mover o dispositivo de coleta para um local de interesse para coleta e análise do fluído de interesse armazenado no reservatório de amostra 3.

[0017] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.

Breve Descrição das Figuras

[0018] A figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma concretização preferencial do dispositivo da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

[0019] A presente invenção proporciona um dispositivo coletor e/ou amostrador de fluídos, em especial gases, acionado remotamente para aplicações em altas profundidades subaquática, para coleta de gases e/ou fluídos em geral, de modo que apenas o fluído de interesse seja coletado, bem como um processo para coleta de fluídos/gases utilizando o referido dispositivo.

[0020] O dispositivo para coleta de amostra de fluídos em meios subaquáticos da presente invenção compreende, ao menos: uma estrutura de suporte 8; um reservatório de amostra 3; e um direcionador de amostra 7, sendo o direcionador de amostra 7 e o reservatório de amostra 3 associados entre si, compreendendo uma abertura de conexão entre tais componentes controlada por pelo menos uma válvula de coleta 1 .

[0021] Para fins da presente invenção, entende-se como estrutura de suporte 8 uma estrutura associada aos demais componentes do dispositivo e capaz de manter o dispositivo apoiado em uma superfície de interesse, de maneira rígida e precisa, garantindo que o ponto de coleta esteja coberto pelo direcionador de amostra 7.

[0022] Em uma realização preferencial, a estrutura de suporte 8 é definida por um arranjo de tubos associados entre si, definindo um arranjo em volta do direcionador de amostra 7.

[0023] Para fins da presente invenção, direcionador de amostra 7 entende-se como um corpo dotado de geometria capaz de facilitar a entrada do fluido de amostra a partir de sua fonte de obtenção, conduzindo tal fluído até um reservatório de amostra 3.

[0024] Em uma realização preferencial, o direcionador de amostra 7 é definido por um corpo cónico, opaco, transparente ou com janelas de observação oco vazado na base e ponta de cone, com a região de ponta de cone associada ao reservatório de amostra 3, intermediado por pelo menos uma válvula de coleta 1 , e a base voltada para uma região distai ao reservatório de amostra.

[0025] Em uma realização, o direcionador de amostra 7 é composto de policarbonato, visando aumento à resistência e, consequentemente, à vida útil do dispositivo.

[0026] O dispositivo da presente invenção compreende, ainda um vaso de pressão 2 para o acondicionamento de equipamentos de controle do referido dispositivo, tais como equipamentos de comunicação e controle sendo, para fins da presente invenção, entendido como vaso de pressão qualquer corpo oco que possa ser hermeticamente fechado e que suporte variações de pressão entre o meio interno e externo sem sofrer deformações plásticas e/ou elásticas de grande amplitude.

[0027] Em uma realização, o vaso de pressão 2 é definido por um tubo schedule 80, de 4" de diâmetro, composto de alumínio ABNT 6351 . O mesmo material sendo empregado nas tampas do vaso de pressão 2 e no flange de conexão da válvula de coleta (1 ). O uso do alumínio ABNT 6351 tem por objetivo a redução de peso ao conjunto e a maior resistência à corroção, prolongando a vida útil do dispositivo. [0028] O reservatório de amostra 3 do dispositivo da presente invenção compreende uma válvula de alívio 4 para controle da pressão no interior do reservatório de amostra 3 dentro de um limite pré-determinado, liberando o conteúdo do interior do reservatório de amostra para o meio externo, caso ocorra uma elevação na pressão acima de um valor definido como ideal de operação do dispositivo. Em uma realização, o reservatório de amostra 3 é composto de Titânio, para suportar elevadas pressões e prolongar a vida útil do dispositivo, dada a elevada resistência à corrosão.

[0029] O reservatório de amostra 3 do dispositivo da presente invenção compreende, ainda, um elemento de segurança 6, destinado a evitar a ocorrência de elevadas pressões no interior do reservatório de amostra 3. Tal elemento de segurança 6, para fins da presente invenção, entende-se como qualquer componente capaz de permitir a abertura de uma passagem entre o meio externo e interno ao reservatório de amostra 3, de modo autónomo, quando a diferença de pressão entre os meios atingirem um valor pré- determinado de interesse, sendo acionado, em especial, quando houver alguma falha na operação da válvula de alívio 4.

[0030] O dispositivo da presente invenção compreende também uma válvula para amostragem 5 associada ao reservatório de amostra 3 para retirada do fluído de amostra coletado, para fins de análise.

[0031] Em uma realização, o dispositivo compreende válvulas de múltiplas vias, ou "manifolds", para a realização de múltiplas coletas com um único dispositivo.

[0032] Em uma realização o dispositivo compreende, ainda, um equipamento de sinalização luminoso, visando facilitar a sua localização, quando instalado em ambiente subaquático.

[0033] A presente invenção versa, ainda, sobre um processo para coleta de amostra de fluídos em meios subaquáticos, compreendendo as etapas de: a) dispor um dispositivo de coleta conforme definido acima, em uma superfície subaquática, podendo ser rios, mares, oceanos, piscinas, reservatórios e/ou equivalentes, sob um ponto/região de saída/vazamento de fluído de interesse (tal como fendas e/ou aberturas) e de menor, maior ou igual densidade que o fluído do meio externo ao dispositivo, de modo a permitir a coleta do fluído de interesse pela diferença de densidade e/ou devido à diferença de pressão entre o ambiente subaquático (pressão mais elevada) e o interior do reservatório (pressão menos elevada atingida por vácuo ou gás inerte);

b) posicionar o direcionador de amostra sobre o ponto/região de saída/vazamento do fluído de interesse, tal posicionamento podendo ser feito manualmente por um operador e/ou por meio de um veículo subaquático/submarino, preferivelmente do tipo não tripulado (exemplo um ROV - Remotely Operated Vehicle - em especial para condições de elevada profundidade);

c) observar através do direcionador de amostra e/ou aguardar que uma parcela do volume do direcionador de amostra 7 seja preenchido pelo fluído de interesse, por meio do preenchimento do mesmo por conta da vazão do mesmo a partir do ponto/região de saída/vazamento do fluído de interesse;

d) acionar a abertura da válvula de coleta 1 , permitindo a entrada do fluído de interesse no interior do reservatório de amostra 3, fazendo o mesmo escoar para dentro do mesmo por meio da diferença de densidade entre o fluído de interesse e o fluído do meio e/ou devido à diferença de pressão entre o ambiente subaquático (pressão mais elevada) e o interior do reservatório (pressão menos elevada atingida por vácuo ou gás inerte);

e) aguardar o preenchimento do reservatório de amostra 3 com o fluído de interesse;

f) fechar a válvula de coleta 1 para interromper a entrada do fluído de interesse no reservatório de amostra 3, retendo a amostra; e g) mover o dispositivo de coleta para um local de interesse para coleta e análise do fluído de interesse armazenado no reservatório de amostra, tal deslocamento podendo ser feito manualmente por um operador e/ou por meio de um veículo subaquático/submarino, preferivelmente do tipo não tripulado (exemplo um ROV - Remotely Operated Vehicle - em especial para condições de elevada profundidade).

[0034] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar algumas das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

Exemplo 1. Dispositivo coletor

[0035] Em uma concretização preferencial, ilustrada exemplificativamente na figura 1 , o dispositivo coletor e/ou amostrador, compreende meios para captura de amostras gasosa e/ou líquida, de forma autónoma, de fluidos dispersados em superfícies subaquáticas com densidade maior, menor ou igual e/ou diferença de pressão diferente da água que circunda o referido dispositivo.

[0036] O dispositivo contém uma válvula de coleta 1 sendo do tipo de esfera, acionada por um motor elétrico alimentado por um conjunto de baterias. O motor elétrico podendo ser acionado por três sistemas distintos, sendo estes: em uma primeira realização, um temporizador programável; em uma segunda realização, um acionamento por meios acústicos; e em uma terceira realização acionamento por interruptores submarinos.

[0037] O motor, as baterias e o sistema de comando do motor sendo montados em um vaso de pressão 2, com a função de manter o acionamento da válvula de coleta 1 estanque até a pressão equivalente a 3000 metros de profundidade em água.

[0038] O dispositivo coletor e/ou amostrador é idealizado para ser lançado e transportado no meio submarino até o local desejado para coleta por meios de, preferencialmente, um ROV {Remotely Operated Vehicle), ou qualquer veículo submersível de operação remota ou não. [0039] Uma estrutura de suporte 8 aplica-se na região inferior do dispositivo, para conferir estabilização e manutenção do dispositivo coletor e/ou amostrador na posição vertical tendo, ainda, a função de proteger o direcionador de amostra 7, com geometria cónica, para acumulação e coleta do fluído de interesse. O dispositivo coletor e/ou amostrador é posicionado no leito marinho.

[0040] O acúmulo de gás ocorre no direcionador de amostra 7 sendo que, uma vez constatado acumulo de gás e/ou fluido de interesse, a válvula de coleta 1 é aberta, permitindo desta forma a passagem do mesmo para o interior do reservatório de amostra 3. Após alguns instantes a válvula de coleta 1 é fechada, retendo desta maneira a amostra do fluído coletado no reservatório de amostra 3. A entrada de gases e/ou fluidos dentro do recipiente ocorre devido à diferença de pressão entre o ambiente marinho (pressão mais elevada) e o interior do reservatório (pressão menos elevada atingida por vácuo ou gás inerte).

[0041] O controle de operação da válvula de coleta 1 pode ocorrer por meio de temporizador, por meio de acionamento acústico ou por meio de interruptores submarinos. Em uma concretização preferencial, o dispositivo compreende um temporizador para abertura e fechamento da mesma, sendo que no sistema temporizado o acúmulo e o momento da abertura e fechamento da válvula de coleta 1 ocorrem por estimativa de tempo pré-programado em superfície. No caso do acionamento acústico o momento da abertura e fechamento da válvula de coleta 1 é controlado remotamente e ocorrendo quando ativado pelo operador. No terceiro caso o momento da abertura e fechamento da válvula de coleta 1 é feito preferencialmente pelos braços do ROV ou outro tipo de acionador, acionando interruptores submarinos.

[0042] O reservatório de amostra 3 é projetado para suportar pressões de até 300 bar e compreende dois dispositivos de segurança, sendo o primeiro uma válvula de alívio 4 e o segundo um elemento de segurança 6, preferivelmente um disco de ruptura. A válvula de alívio 4 alivia a pressão de forma contínua e mantém o reservatório de amostra 3 dentro da pressão de trabalho, adicionalmente, preservando o conteúdo de amostragem. Caso a válvula de alívio 4 falhe, o elemento de segurança 6 libera todo o conteúdo do reservatório de amostra 3 protegendo-o de deformações estruturais e ou danos.

[0043] Para tornar o interior do reservatório de amostra 3 inerte e livre de gases contaminantes, dois procedimentos podem ser feitos antes do lançamento do dispositivo coletor e/ou amostrador, sendo o primeiro a geração de vácuo no interior do reservatório 3, e o segundo a inserção de gás inerte no interior do reservatório 3.

[0044] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outros variantes, abrangidos no escopo das reivindicações anexas.