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Un sistema de protección de cables ( CPS ) protege los cables de alimentación submarinos contra varios factores que impactan negativamente en la vida útil del cable, que normalmente se usa al ingresar a una estructura costa afuera . Cuando se coloca un cable de alimentación submarina, hay un área donde el cable puede estar sujeto a mayores fuerzas dinámicas, que el cable no está diseñado necesariamente para sobrevivir durante la vida útil de la instalación.

Los sistemas de protección de cables se utilizan para reducir la especificación y, por tanto, el coste de un cable de alimentación submarina, eliminando la necesidad de incluir blindaje adicional del cable. Los cables resultantes se pueden producir de forma más económica, sin dejar de ofrecer la vida útil de más de 20 años necesaria.

Los desarrolladores de parques eólicos marinos, en particular, han adoptado el uso de sistemas de protección de cables debido al área dinámica donde el cable proviene del lecho marino y entra en el monopilote / tubo en J. Esto se debe en parte a la posibilidad de que se produzca una erosión localizada cerca de la estructura.

Un CPS generalmente consta de tres secciones, una interfaz centralizadora o monopila, un sistema de protección para el área dinámica y un sistema de protección para el área estática.

La instalación de tubos en J para monopilotes renovables en alta mar se consideró un enfoque costoso, y un tipo de sistema de protección de cable de `` enganche '' que penetra la pared exterior del monopilote, a través de una abertura en ángulo específicamente diseñada, permite la simplificación del diseño del monopil elimina la necesidad de trabajos adicionales después de la hinca de pilotes, lo que generalmente implicaba el uso de buzos. Este enfoque se está convirtiendo en el estándar de la industria en diseño de monopilotes, ayudando a los desarrolladores a reducir sus costos de construcción.

Historia [ editar ]

Los sistemas de protección de cables de media tubería articulada se han utilizado tradicionalmente para la protección de cables en los desembarcaderos en tierra y en otras áreas donde se podían prever daños en los cables y el entierro no era práctico. Las patentes para variaciones de protecciones de cables de tubería articulada se remontan a 1929. El sistema se describió como un blindaje de cable.

"adaptado para proteger el cable de los daños y el desgaste ocasionados por el roce con rocas, el contacto con barcos, anclas u otros objetos, y tiene por objeto proporcionar un blindaje flexible y práctico de esta clase que pueda aplicarse fácilmente al cable en cualquier punto a lo largo de su longitud ". [1]

Desde el principio, los sistemas de protección de cables fueron diseñados para ser simples, efectivos y fáciles de montar. Los sistemas consistían en una serie de medias carcasas que tenían una brida convexa en un extremo y una brida de enchufe más grande en el otro, lo que permitía que las secciones formaran una conexión de junta universal flexible entre ellas. Debido al uso previsto de metales pesados fundidos o forjados , también tenían la ventaja adicional de aumentar el peso del cable que se estaba instalando, reduciendo así el movimiento en el lecho marino.

A lo largo de los años, se han producido innovaciones que mejoran la articulación de las juntas, siendo las tuberías articuladas modernas más parecidas a las rótulas , y algunos fabricantes ofrecen tuberías articuladas 'sin tornillos', lo que ahorra tiempo de montaje. [2] [3] [4]

También se han producido cambios en la metalurgia , lo que ha llevado a que la mayoría de los tubos articulados de media carcasa ahora se fabriquen con hierro dúctil , debido a sus características mejoradas de resistencia y elasticidad. [5]

Hoy en día, estos tubos articulados también se utilizan por sus propiedades de restricción de curvatura, lo que les permite ser utilizados como limitadores de curvatura para el cable protegido.

Consideraciones de diseño [ editar ]

Los sistemas de protección de cables están diseñados principalmente para proteger el sistema de daños durante la vida útil del cable causados ​​por fatiga , flexión excesiva del cable y para brindar protección al cable hasta que llegue a un área de enterramiento.

Diseño de vida [ editar ]

El sistema de protección de cables se diseñará para brindar protección durante una vida útil específica, la "vida útil de diseño" del sistema, que puede variar según las condiciones que se encuentren.

Flexión excesiva del cable [ editar ]

La sobredobladura del cable ocurre cuando el cable se dobla en un radio menor que el radio de curvatura mínimo definido por el fabricante. Aunque el cable puede sobrevivir inicialmente a la sobredoblamiento, esto puede conducir a una fatiga posterior dentro del cable que finalmente conduce a una falla del cable. El CPS seleccionado debe mantener un radio mayor que el radio de curvatura mínimo especificado.

Fatiga de CPS / cable dentro de [ editar ]

Los sistemas de protección de cables submarinos pueden sufrir desgaste debido al movimiento y cambios generales en la composición debido a estar sumergidos durante un período prolongado de tiempo, como corrosión o cambios en compuestos basados en polímeros . Deben tenerse en cuenta los efectos inducidos sobre el CPS que resultan de los elementos dinámicos del medio. Cambios simples como cambios de temperatura, corriente o salinidadpuede resultar en cambios en la capacidad del CPS para ofrecer protección durante la vida útil del cable. Es aconsejable evaluar cuidadosamente los efectos potenciales del movimiento del CPS, relacionados con las capacidades dinámicas del cable. El CPS puede soportar las peores condiciones observadas durante un período de 100 años, pero ¿el cable dentro del CPS sobreviviría a estos movimientos? En algunos casos, como los extremos de la orilla para cables de fibra óptica donde hay afloramientos rocosos, las influencias dinámicas se pueden reducir asegurando la tubería articulada a la roca del fondo marino, reduciendo así el grado de movimiento restante.

Algunos fabricantes han realizado pruebas empíricas independientes para proporcionar un ciclo de vida simulado de 25 años de las fuerzas dinámicas aplicables a su producto con el fin de brindar a los clientes una mayor confianza en la capacidad de supervivencia del sistema. [3]

Otra causa de falla de los cables de alimentación submarinos es el sobrecalentamiento, que puede ocurrir cuando un cable está contenido dentro de un CPS sin la capacidad adecuada para disipar el calor producido por el cable. Estos conducen a una fatiga temprana del aislamiento del cable, lo que requiere la sustitución del cable.

Los incidentes con cables submarinos representan alrededor del 77% del costo global total de las pérdidas de los parques eólicos. Desde 2007 este porcentaje, que ha variado entre el 70% y el 80%, se reporta estadísticamente año tras año. [3]

Estabilidad del fondo marino [ editar ]

La estabilidad del lecho marino es un factor importante asociado con los sistemas de protección de cables. Si el sistema de protección del cable es demasiado flotante , es menos probable que permanezca en contacto con el lecho marino, por lo que es más probable que el CPS requiera medidas de estabilidad correctivas adicionales, como la instalación de colchones de hormigón, sacos para rocas o volcado de rocas.

Fuerza de suspensión [ editar ]

Cuando se instala un CPS para interactuar con una estructura de monopilotes, es probable que haya algún grado de socavación del lecho marino. Si el fregado se vuelve excesivo, el CPS puede suspenderse dentro de un agujero de fregado y debe ser capaz de soportar su propio peso y el del cable que lleva dentro. No sostener este escenario de carga conducirá a la falla del CPS, lo que a su vez permitirá que las fuerzas actúen sobre el cable interno, lo que en última instancia provocará daños en el cable.

Instalación [ editar ]

En el mercado de las energías renovables en particular, se prefiere la instalación de CPS para que sea completamente sin buzos, ya que esto reduce el costo de los desarrolladores y elimina el riesgo para la vida humana al bucear en un área peligrosa.

Eliminación / reinstalación [ editar ]

Una consideración final para CPS es la remoción del cable en caso de que ocurra una falla. Algunos diseños requieren la intervención del buceador para recuperar el cable con el CPS. También se debe prestar la debida atención a la eliminación de una CPS en caso de que la propia CPS falle. Los costos asociados con el reemplazo de CPS durante la vida útil operativa de un parque eólico marino no son insignificantes, ya que lo más probable es que el cable requiera reparación / reemplazo como parte del proceso.

Restricciones de curvatura [ editar ]

Video externo
icono de video Un ejemplo de estos limitadores de curvatura de polímero
icono de video Un proveedor con medias carcasas metálicas para la zona estática y limitador de curvatura a base de polímero
icono de video Otro ejemplo de un sistema de polímero y metal.

Se han desarrollado varios sistemas innovadores para proporcionar restricción de flexión, incluidos tubos articulados de hierro dúctil y sistemas de vértebras a base de polímero o metal. Los limitadores de curvatura de vértebras están disponibles en formas a base de metal y polímero. Algunos sistemas de protección de cables incluyen un sistema de vértebras a base de polímero que restringe el radio de curvatura a un máximo de unos pocos grados por segmento. Estos sistemas son más livianos (en agua) que sus equivalentes metálicos y, a menudo, más costosos de producir, pero deben evaluarse cuidadosamente para determinar su longevidad en la aplicación propuesta. Debido al uso de polímeros, estos sistemas tienden a tener un diámetro mayor que sus contrapartes metálicas, lo que presenta una superficie mayor para las fuerzas inducidas por el arrastre provocadas por las corrientes.

Doblar refuerzos [ editar ]

Artículo principal: Refuerzo de curvatura

Los refuerzos de flexión son molduras de polímero de forma cónica diseñadas para agregar rigidez local al producto contenido dentro, limitando las tensiones de flexión y la curvatura a niveles aceptables. Los refuerzos de curvatura son generalmente adecuados para profundidades de agua de 35 metros o menos, y su idoneidad depende en gran medida de las corrientes y las condiciones del lecho marino en el sitio. Se debe tener mucho cuidado al seleccionar un refuerzo, especialmente en relación con la vida útil del sistema, ya que estos mismos pueden fatigarse o volverse frágiles. Dado que la rigidez de estos productos depende de la naturaleza del plástico utilizado, se deben considerar cuidadosamente las pruebas y el control de calidad de los plásticos como defectos introducidos durante la fabricación, el procesamiento, el mecanizado y el moldeado del material. [3]

Otros sistemas [ editar ]

Se han desarrollado varios otros sistemas basados ​​en polímeros que proporcionan un "tubo" flexible que se puede unir a la estructura antes de que se instale el cable, aunque son relativamente nuevos en la industria y algunos los consideran no probados.

Estándares aplicables [ editar ]

Aunque no existen estándares específicos para los sistemas de protección de cables, los cables de alimentación submarina DNVGL-RP-0360 en aguas poco profundas incluyen una sección sobre Protección de cables en la interfaz de una estructura (Sección 4.7).

Referencias [ editar ]

  1. ↑ O, Hoeftmann Alexander (inventor) (8 de septiembre de 1931). "Blindaje de cable - US1822624 A" . Patentes de Google . Consultado el 15 de marzo de 2017 .
  2. ^ "Vos Prodect" . www.vos-prodect.com . Consultado el 15 de marzo de 2017 .
  3. ^ a b c d "Ingeniería CPNL | soluciones de protección de cables" . Ingeniería CPNL | soluciones de protección de cables . Consultado el 15 de marzo de 2017 .
  4. ^ "Protectorshell Articulado / Tubo partido" . www.protectorshell.com . Consultado el 15 de marzo de 2017 .
  5. ^ "Datos de hierro dúctil - Sección 3 - Parte 1" . www.ductile.org . Consultado el 15 de marzo de 2017 .