Um caminho para a residência

(Foto: Olav Bruset)

Nos últimos 12 meses, um conceito há muito previsto no campo submarino residente finalmente o tornou popular. A ideia agora aparece em conversas dos diretores de tecnologia em grandes eventos do setor, em vez de apenas ser o foco de eventos secundários submarinos menores. Mas o caminho a seguir será esburacado?

Enquanto novas tecnologias de drones residentes submarinos estão sendo comprovadas, demonstradas e os primeiros contratos concedidos, ainda está longe de ser claro qual será o futuro comercial real.

A ideia é atraente; ter robôs submarinos com base permanente no submarino, reduzindo a necessidade de pessoas e embarcações caras no mar e as emissões que isso envolve. De acordo com a Oceaneering, as emissões anuais de CO2 de um navio de veículo subaquático (ROV) operado remotamente são de cerca de 25.500 toneladas. A queda de um de seus E-ROVs em uma missão temporária reduziria para 3.600 toneladas. O uso de um veículo implantado permanentemente, como o veículo Freedom, reduziria para 500 toneladas. Também é talvez inevitável, pois os executivos buscam oportunidades em seus negócios para modernizar e obter eficiência por meio da digitalização, automação e operações remotas. Para a Equinor, isso é um facilitador para fábricas submarinas. Para outros, já é hora de os ROVs entrarem no século XXI. O CTO da TechnipFMC, Justin Rounce, disse à Offshore Europe que a tecnologia ROV não mudou em décadas. É hora de começar a usar tecnologias como a visão computacional nessa arena, diz ele.

Passos foram feitos. O controle remoto de sistemas ROV já está sendo feito. A i-tech 7, uma empresa da Subsea 7, possui centros de controle na Noruega e no Reino Unido, assim como outras empresas, incluindo Fugro, Oceaneering e IKM Subsea.

Os fornecedores também fizeram grandes progressos no desenvolvimento de novos sistemas de veículos para o que parece ser um mercado faminto. No ano passado, a empresa de robótica elétrica submarina Saab Seaeye demonstrou que seu veículo subaquático autônomo (AUV) Sabertooth realiza carregamento e comunicação indutivos na estação de ancoragem submarina (SDS) da Equinor - algo que o operador norueguês espera ajudar a incentivar a adoção dessa tecnologia, permitindo que os fornecedores se concentrem no desenvolvimento do veículo, se todos concordarem em usar o mesmo design de acoplamento (a Equinor está trabalhando com o Subsea Wireless Group, por exemplo, SWiG e Deepstar, nos padrões sem fio e mecânicos para esses).

A padronização pode abrir a possibilidade de fornecer um serviço Uber AUV - ou robótica submarina sob demanda -. Pål Atle Solheimsnes, principal consultor de intervenção submarina, reparo de dutos e tubulações, disse à Offshore Europe: “O plano com o UiD (drone de intervenção subaquático) é que ele deve ser um serviço Uber. Queremos compartilhar com outras licenças, 1, 2, 3, que atendem a toda uma área. Apenas precisamos testá-los e instalar a estação de acoplamento e, em seguida, ofereceremos esse serviço. Isso faz parte do grande plano. ” John Brian, da Chevron, fez um comentário semelhante no mesmo evento. “E o UiD Uber? Em toda a bacia, as empresas investem em robôs residentes que todos podem acessar em seu aplicativo e ver quais estão disponíveis? ”

Então o que foi feito? Há muito trabalho para ter robôs para o serviço submarino permanente. A empresa de serviços e tecnologia submarina dos EUA Oceaneering vem trabalhando no seu veículo Freedom, cuja versão em escala foi usada para o desenvolvimento intensivo de software na Noruega e também foi demonstrada a realização de acoplamento no SDS, usando acústica, marcadores visuais e visão de máquina, e o campo magnético de um conector indutivo para acessar a placa de encaixe. Testes offshore de um veículo em grande escala em um projeto de inspeção de oleoduto no Reino Unido são esperados este ano antes de entrar em operação comercial. Enquanto isso, a Saipem vem trabalhando duro em sua série de veículos HyDrone, um dos quais deverá ser implantado no campo de Njord da Equinor, sob um contrato comercial este ano. Outra empresa, a Subsea 7, tem seu veículo de inspeção autônomo (AIV), que realizou uma inspeção estruturada de uma árvore submarina no “modo autônomo completo”, tendo navegado por conta própria.

Grande parte - mas não toda - dessa atividade foi incentivada pela Equinor, que pagou a construção do SDS, com um instalado em um local de teste em Trondheim, um devido no campo de Åsgard, para testar uma versão vinculada de outro conceito - Eelume, construído por uma empresa com sede em Trondheim - e o terceiro sendo usado para testes pela Saipem antes de sua implantação. A empresa acredita ter sete no projeto de expansão da Snorre para instalar drones residentes. Rune Aase, vice-presidente da Equinor, disse em um evento de demonstração de drones, organizado pela Stinger AS, uma empresa especializada em tecnologia submarina, na Noruega no ano passado, que outros campos estão sendo considerados para UiDs, incluindo Johan Sverdrup, Johan Castberg e Bay du Nord. "Depois, existem todos os brownfields que devem ser suportados por alguns drones e precisamos analisar como vamos fazer isso."

(Imagem: Eelume)

Para que isso aconteça, é necessário que haja infraestrutura - como redes de energia, para recarregar veículos - e os equipamentos submarinos precisam ser compatíveis com o veículo. Olhando para o futuro, para um mundo em que diferentes veículos de fornecedores podem atracar em diferentes estações de acoplamento, como serão gerenciados como eles se conectam a diferentes redes de dados e controle? Isso é algo que Jan Christian Torvestad, da Equinor, está considerando.

“Se eu tiver um telefone celular com assinatura norueguesa, ainda posso viajar para a América e usá-lo, mesmo que o serviço não esteja lá - temos acordos. Com uma estação de ancoragem padronizada, posso obter energia, comunicação e, em seguida, um provedor de serviços, certificando-me de que, se um drone de ancoragem em uma estação de ancoragem Equinor estiver conectado à sala de controle correta ”, diz ele. “Se for para uma docking station da Shell, ainda terá a mesma sala de controle? O serviço de TI e arquitetura em segundo plano precisa ser considerado. Faz parte do quebra-cabeça. Pode ser o equivalente a um cartão SIM, provando quem se conecta e, em seguida, um fluxo dinâmico de dados para onde ele precisa ir; nuvem, sala de controle, operador etc. "

Como você prioriza a largura de banda e garante a segurança dos dados? Como isso funciona comercialmente? pode até haver taxas para um veículo atracar e cobrar em diferentes estações, ele sugere. Responda a essas perguntas e “então você pode ter o Uber AUV e alta utilização, porque você pode mudar de uma missão para outra e entre empresas”, diz Torvestad. "Imagine se tivermos um número suficiente de operadores, o NCS (usando drones), onde obtemos uma massa crítica e gerenciamos a padronização mecanicamente, eletricamente e em TI". Isso pressupõe que todos estejam felizes em seguir as mesmas estações de ancoragem padronizadas.

Uma estação de ancoragem submarina de padrão aberto (Imagem: Blue Logic)

Mesmo assim, os modelos comerciais funcionarão? O sucesso desse conceito pode resultar em algumas mudanças significativas na maneira como as operações submarinas são feitas. "Estamos à beira de algumas mudanças realmente grandes em nossa indústria", disse Stephen Gray, CEO da empresa de serviços de ROV do Reino Unido, ROVOP, durante a conferência de Robótica Subaquática da Subsea UK em Aberdeen. Gray sugere que a mudança refletirá uma mudança que já aconteceu em outros setores, como telecomunicações (pense em telefones celulares e o que aconteceu com a Nokia quando a Apple surgiu do nada).

O que deixa mais perguntas. Jim Jamieson, Estratégia e Tecnologia, Gerente de Desenvolvimento i-Tech 7, comentou no evento Underwater Robotics que, com crescente automação, quem corre o risco de qualquer dano causado por esses veículos e quando você precisa ou não de um humano no ciclo? Steffan Lindsø, diretor de tecnologia emergente da Europa, na Oceaneering, disse no mesmo evento: “Não é o desenvolvimento tecnológico que está ficando para trás, é o desenvolvimento comercial para explorá-lo. A luta está encontrando valor comercial. ” Alguns campos podem não ser densos o suficiente para que um sistema residente faça sentido. Mas, quando você olha mapas de campos em uma área, há densidade, mas os campos são executados por muitos operadores diferentes, diz ele. "Isso faria muito sentido se fosse compartilhado com todos", diz ele. Para inspecionar a densa infraestrutura de parques eólicos offshore, também pode fazer sentido, diz ele. Mas, "as mentalidades precisam mudar sobre como fazer as coisas e direcionar os custos".

Também existem outras abordagens que podem ser adotadas. Enquanto Rounce se empenhava em promover o avanço de veículos submarinos, sua empresa também incorporou a robótica - ou mais especificamente a mecatrônica - à infraestrutura submarina. Em agosto de 2018, a TechnipFMC, que assumiu o controle do fabricante de manipuladores e ROV Schilling Robotics por meio da aquisição da FMC Technologies em 2017, instalou um coletor robótico compacto no coletor de gás alternativo de água com quatro slots no Brasil. Um braço robótico foi instalado mais tarde. Ele pode operar 30 válvulas (que de outra forma precisariam de um atuador) e pode executar 30.000 ciclos, diz Rounce. O braço robótico foi operado por quatro a cinco meses sem problemas e foi recuperado para medir o impacto de uma implantação de longo prazo no ambiente submarino. Ele deveria ser reinstalado no final de 2019. Um segundo coletor também está sendo instalado. "Acho que estamos apenas arranhando a superfície de oportunidades nessas áreas", diz Rounce.

Isso abriria outra visão sobre o tema da robótica residente. Ainda não se sabe qual é o conceito - até o valor dos sistemas residentes, veículos e até das estações de ancoragem -. Embora a Equinor tenha promovido sua visão, outros operadores não foram tão vocais. O risco é que eles apresentem requisitos diferentes e que nenhum veículo único atenda aos requisitos de um único operador. O que limitaria o mercado. "Seria interessante ver em 10 anos se alguém estava certo", diz Lindsø. De fato.

(Foto: Transmark Subsea)

Fazendo conexões
A Transmark Subsea da Noruega, que comprou o WiSub baseado em Bergen no ano passado, desenvolveu o conector de alimentação e comunicação sem pinos Torden 3kW, com um estilo de transdutor plano, para uso em veículos residentes ou estações de ancoragem UiD. Seu desenvolvimento, que inclui alguma tolerância a falhas, foi iniciado em um projeto conjunto da indústria envolvendo a Equinor e os fabricantes de veículos residentes. Considera-se que 3kW atende às necessidades de veículos residentes, inclusive ao trabalhar com sistemas de energia DCFO (energia DC combinada, sistemas de cabos de comunicações por fibra óptica que a Equinor está analisando).

A empresa também possui o sistema Fonn, um sistema de 250W, e a Maelstrom, a 1.000 W. No ano passado, antes de ser adquirida, o WiSub e a Transmark entregaram o produto à Equinor para suas estações de ancoragem. A empresa espera ganhar o contrato para construir sete estações de acoplamento para o projeto de expansão planejado da Snorre.

(Foto: SMD)

Pensar fora da caixa
Todos os sistemas elétricos estão começando a libertar as empresas dos tradicionais fatores de forma rígidos que os ROVs tradicionalmente adotam. Com um chicote modular mais flexível, os veículos podem ser construídos a partir de blocos de construção padronizados.

A Saab Seaeye tem feito barulho nessa direção, usando a inteligência que está desenvolvendo para o Sabertooth para novos veículos elétricos.

Outra empresa que procura entrar no espaço de veículos residentes é a SMD. No ano passado, lançou seu Quantum EV ROV. Enquanto o Quantum EV ROV chegou às manchetes, o que a SMD lançou foi um pacote de tecnologia, em vez de um único ROV, baseado em uma estrutura elétrica aberta para qualquer forma de veículo necessária e que possa ser adaptada para uma variedade de operações com ou sem fio.

Mark Collins, diretor de tecnologias remotas e autônomas da SMD, disse que quatro anos de trabalho foram dedicados ao design, que estará disponível como produto em 2020 - mas também será usado como equipamento para outros sistemas de fator de forma, como AUVs por causa de sua modularidade.

A Key estava totalmente elétrica, usando um sistema interno de propulsão elétrica de 25kW DC, para torná-lo mais ecológico, mas também mais eficiente em termos de energia, em comparação com os sistemas acionados hidraulicamente, diz Collins. Isso inclui um novo propulsor, baseado em uma caixa de engrenagens magnética fechada com apenas duas partes móveis, e um novo sistema de transmissão HV DC. Isso significa que umbilicais de menor diâmetro podem ser usados e até 6.000 metros, fornecendo energia a um sistema CC principal de anel de 680 volts, que permite sistemas plug and play.

Ele foi projetado para operar com ou sem conexão com uma bateria como sistema residente ou implantado em embarcações tripuladas ou não tripuladas. Além disso, o design visa permitir a fácil incorporação de tecnologias futuras, como desenvolvimentos em inteligência artificial.

Collins diz que o EV terá 20% mais empuxo e 50% menos peças móveis, em comparação com os sistemas hidráulicos. Também é 20% mais compacto e 20% mais leve, para que possa ser operado a partir de embarcações menores. Uma unidade de energia hidráulica foi desenvolvida para o uso de ferramentas hidráulicas - até que ferramentas totalmente elétricas sejam desenvolvidas - usando os novos motores de propulsão DC e as novas unidades de controle hidráulico. Quando as ferramentas elétricas chegarem, elas poderão ser armazenadas no veículo no espaço livre, removendo a hidráulica, em vez de adicionar patins.

"A tecnologia é uma família de blocos de construção industrializados para máquinas submarinas", diz Collins. “Eles são escaláveis e podem ser reunidos para formar máquinas diferentes. Criamos um ROV da classe de trabalho usando a tecnologia para o lançamento inicial, mas isso é familiar. Poderíamos facilmente criar um drone de intervenção subaquático ou outro tipo de veículo. ”

(Imagem: Teledyne)

Sobrealimentação submarina
A Teledyne desenvolveu um “Supercharger Submarino” baseado em células de combustível para fornecer energia remota a veículos residentes submarinos - ou qualquer outra coisa que precise de energia no fundo do mar. A empresa fabrica células de combustível há anos e, embora possa produzir muitos tipos diferentes para a infinidade de veículos submarinos por aí, a empresa pensou que também seria legal ter um que muitos veículos possam usar, Dr. Thomas Valdez, Teledyne , Gerente de Engenharia Química, disse em uma reunião da Society of Underwater Technology em Aberdeen. "A maioria dos clientes não quer um sistema de superfície, eles querem largar o veículo e ter um sistema no qual eles possam carregar e carregar", disse Valdez. Essas tecnologias - veículos residentes - ainda são bastante incipientes, por isso a Teledyne analisou outras aplicações, como onde os sistemas submarinos podem precisar de energia adicional - onde há necessidade de energia para injeção ou reforço ou problemas em relação aos umbilicais falidos, disse Valdez.

Valdez é um eletroquímico que trabalha no espaço há 25 anos, em sistemas de energia como o gerador termoelétrico radioisótopo (RTG) presente na Mars Rovers. Mas, embora os RTGs funcionem bem no espaço, eles exigem o uso de plutônio. Assim, para o setor submarino, a Teledyne está focada em uma célula a combustível de membrana de troca de prótons (PEM) - uma tecnologia que outros também desenvolveram para uso em veículos subaquáticos maiores e não tripulados.

Em uma célula de combustível PEM, hidrogênio e oxigênio são alimentados a um eletrólito de membrana polimérica e eletrodos à base de platina, para gerar energia com calor e água como subproduto. "A tecnologia existe desde a década de 1950, mas tem sido cara, por isso não é decolada", diz Valdez. "Está começando a acontecer com grandes sistemas, como trens, mas não com transporte pessoal". Uma variação dessa tecnologia é uma célula de combustível de reator acionado por ejetor (EDR). Isso não possui partes móveis, ao invés de usar uma alteração na pressão da célula de combustível, durante o processo de produção de energia, para permitir a circulação do reagente e a remoção da água do subproduto da água. Uma versão submarina capaz de fornecer uma saída de 8 kWhr é fornecida em um vaso de pressão com um sistema de expulsão de água - o único novo componente para uso submarino - pois precisa trabalhar a 5 psig. A unidade, que foi a última em Stavanger (onde a Teledyne espera encontrar ensaios) pesa 1,2 tonelada e incorpora conectores Teledyne wet mate e um modem acústico Teledyne Benthos. Valdez disse que as unidades, fornecendo mais de 1 MW / h de energia, do tamanho de um contêiner ISO de 20 pés, são trocáveis a quente, para reabastecer até 30 vezes cada uma antes que precisem ser reconstruídas; em vez de reabastecê-los no fundo do mar, eles podem ser trocados. A unidade de teste passou por testes de vibração, modo de falha total e análise de efeitos, em -20 a 70 graus C, e testes simulados a 1.000 m a 1.500 psi. O próximo passo da Teledyne seria qualificar-se para 1.000 e potencialmente 2.000 metros.