Conector Universal AUV da WiSub

Por Claudio Paschoa • 28 fevereiro 2018

A carreira inicial do CEO da WiSub Mark Bokenfohr baseou-se no desenvolvimento, entrega e operação offshore de veículos subaquáticos (ROV) de classe operacional e sistemas relacionados, onde as limitações dos conectores subaquáticos podem ser facilmente observadas. "Tendo usado modems indutivos de baixa velocidade como um piloto ROV durante operações de ciência oceanográfica, eu estava convencido de que os conectores sem pin também deveriam ser desenvolvidos para a indústria de petróleo e gás, embora tenha demorado mais uma década, algumas mudanças de país e o tempo certo antes de dar o salto para construir uma empresa que entregaria essas soluções. Oficialmente, o projeto UAC é denominado "Universal AUV Pin-less Charging and Data Transfer Interface". Internamente chamamos este projeto "Pin-less AUV Interface" ou PAX. "O WiSub desenvolveu avanços significativos para o avanço da conexão subaquática de última geração, no entanto, devemos compartilhar o crédito para o desenvolvimento de tecnologias de conexão anteriores sem pin-less por nos fornecer a inspiração para ir mais longe e sonhar maiores ", disse Bokenfohr.

Ao falar com o Bokenfohr, você sente imediatamente a paixão e o conhecimento que ele tem pelo potencial do Universal AUV Connector (UAC). É importante analisar a história envolvida neste avanço. "Os conectores indutivos de Pin-less estão em uso sob a água por décadas, desenvolvidos para superar as limitações significativas dos conectores fixos molhados fixados. Algumas das primeiras aplicações nesta área foram simplesmente dividir as metades do transformador, fornecendo energia sem fio com base nos princípios patenteados por Nikola Tesla cem anos antes. Os dados também foram transferidos sem fio pela água através de eletromagnetismo (EM) por décadas ", explica Bokenfohr. No entanto, para que o conceito de UAC tenha idade, os desenvolvimentos tecnológicos importantes eram necessários. "Desenvolvimentos significativos e relativamente recentes nas tecnologias via-aéreas permitiram avançar no estado-da-arte para a conexão subaquática baseada em EM. A disponibilidade comercial de carros elétricos também gerou o desenvolvimento do carregamento sem fio de alta potência; O WiSub desenvolveu o nosso produto Torden em colaboração com um desses desenvolvedores que estava transferindo 18kW para um carro elétrico em movimento. O WiSub se casa com os métodos e circuitos mais recentes possíveis na transferência de energia ressonante com a aplicação revolucionária de altas freqüências subaquáticas para transmitir dados e poder sobre brechas curtas de água do mar. Nós já vimos nos nossos ombros dos gigantes ".

De acordo com a Bokenfohr, existem algumas características específicas da conexão sem pinos que permitem ao UAC manter dados confiáveis ​​e transferência de energia subaquática, o que é vital para permitir uma estação de ancoragem AUV confiável - "Manter conexões confiáveis ​​significa manter a capacidade de conexão e desligar sem aumentar o risco de falha ou desempenho degradado. As ligações fixadas com legado podem funcionar razoavelmente de forma confiável, se manuseadas cuidadosamente e ligadas apenas uma vez; alguns podem considerá-los como uma junta de solda - conectada uma vez e não pretende ser separada. Para manter as partes móveis de precisão do conector seguras e a conexão confiável em vários ciclos de molhados é muito mais desafiadora devido à necessidade de vedação dinâmica contra a água corrosiva de alta pressão, alinhe os pinos perfeitamente toda vez que tente selar e re-selar sem incorrendo em avarias à terra ou falha. Os contaminantes na água e o manejo brusco do operador exacerbam o problema da vedação e alinhamento. A física básica da construção de pino a soquete também limita as velocidades possíveis para a transferência de dados devido aos longos comprimentos de pinos não blindados que não introduzem a possibilidade de interferência. A conexão sem pinos é inerentemente mais confiável em vários ciclos de acoplamento, uma vez que não há vedantes dinâmicos que se desgastam, uma tolerância de acoplamento muito mais tolerante, imunidade à contaminação e sem pinos para alinhar, quebrar ou dobrar. Uma complexidade mecânica reduzida é valiosa para aumentar a confiabilidade e justifica a aplicação de eletrônicos em estado sólido. Existem outras melhorias que um conector inteligente pode fornecer quais pinos "simples" não podem, como diagnósticos de rede localizados ".

Um dos avanços vitais que tornaram o conceito UAC viável se relaciona com a tecnologia eletrônica de microondas com alta freqüência e alta freqüência da WiSub - "A comunicação baseada em EM tem sido conhecida há décadas na faixa de radiofrequências (abaixo de 300 MHz) e foi aplicado a transmissão de dados de baixa velocidade em curtas distâncias (alguns metros). A transmissão de dados de alta freqüência foi ignorada devido à sua alta atenuação na água do mar. A propagação da onda EM de nível de GHz não é possível além de 10 centímetros através da água do mar e, mais praticamente, é útil em menos de 5 centímetros. Isso nunca foi considerado uma distância prática para "comunicação sem fio", uma vez que "transferir a uma certa distância" sempre foi entendido para a tecnologia "sem fio". O EM de alta frequência funciona muito bem para os conectores sem pinos, e como nunca foi óbvio para os outros, conseguimos garantir patentes para este passo inventivo na comunicação subaquática ", explicou o Bokenfohr. Também é interessante notar as vantagens desta tecnologia em relação às tecnologias tradicionais RF, indutivas ou acústicas de baixa freqüência. A alta velocidade de transmissão de dados através da ampla largura de banda é a principal vantagem oferecida pelo link de dados subaquáticos baseado em microondas do WiSub, começando em 100Mbps e estendendo-se após 1Gbps em desenvolvimento. "Esta vantagem de alta velocidade é possível devido às freqüências envolvidas, que requer comprimentos de onda pequenos (micro), o que também é a mesma característica que evita o deslocamento de longa distância dessas ondas. As microondas são definidas para operar na faixa de freqüência de 300MHz a 300GHz; As outras tecnologias aplicadas no campo da comunicação subaquática operam tipicamente em freqüências muito baixas e taxas de dados correspondentemente mais baixas. As velocidades de dados de kbps (kilobits por segundo) são possíveis com comunicações acústicas. Os links de comunicação de radiofrequência (dentro da faixa de 3 KHz a 300 GHz) são capazes de alcançar velocidades de dados semelhantes em alguns metros. Os links indutivos utilizados para a transferência de energia também são freqüentemente usados ​​para transferência de dados, com pequena separação entre freqüências, o que também apresenta algum risco de interferência. Um benefício prático adicional de usar microondas a GHz para transferência de dados e longos comprimentos de onda em kHz para transferência de energia é a grande separação entre freqüências, o que evita problemas de interferência. Além disso, as comunicações acústicas são afetadas negativamente pela turbidez e o ruído na coluna de água, o que não afeta os sistemas baseados em EM ", disse Bokenfohr.

A busca de uma estação de ancoragem AUV subaquática robusta e confiável tem ocorrido há pelo menos uma década. Com o aumento do tamanho, profundidade e complexidade dos campos de produção de petróleo e gás submarinas, a necessidade de encaminhamento AUV e ROV a longo prazo aumentou consideravelmente. Em termos de simplificação da logística operacional e redução dos custos de embarcações de apoio, as possibilidades oferecidas pelo UAC podem ser verdadeiramente um trocador de jogos. De acordo com o Bokenfohr "A ancoragem AUV é extremamente arriscada, a menos que seja estabelecida através de um conector sem pino. O Docking já foi demonstrado por outros que utilizam tecnologias subaquáticas sem fio, mas esses desenvolvimentos foram limitados em compatibilidade com outros sistemas e específicos de certos veículos e redes. O sistema de conexão PAX aumentará a viabilidade das estações de ancoragem subaquáticas de longo prazo, fornecendo um sistema de conexão universal que seja compatível entre vários sistemas AUV, incentivando a implantação e a proliferação da tecnologia em todas as indústrias submarinas internacionalmente. Um resultado adicional do projeto será a capacidade de fornecer energia do AUV para sensores distribuídos no ambiente subaquático, bem como a colheita de dados coletados por esses sensores. Os sensores implantados subaquáticos e não conectados a uma rede cableada caras são limitados na vida da bateria, velocidade de transmissão de dados e distância de comunicação. Permitir que o AUV seja "residente submarino permite uma distribuição de energia localizada sem necessidade de uma rede por cabo, reduzindo a distância de comunicação para centímetros enquanto aumenta a velocidade de comunicação de dados para Mbps em vez dos limites impostos pela física de comunicação acústica".

As principais características e capacidades do UAC e sua avaliação de profundidade mostram os muitos usos possíveis que pode ter para o setor de O & G. "O projeto PAX fornecerá duas interfaces discretas, a tecnologia dentro desses sistemas, ambos com base nos produtos premiados da WiSub Torden e Maelstrom. O desenvolvimento Torden PAX será usado para carregar o AUV, e o novo desenvolvimento Fonn será usado para carregar do AUV. Ambos irão aplicar o link de dados com base em microondas semi-duplex 100Mbps com WiSub. "

Estas são as tolerâncias de abertura na conexão e seus dados e capacidades de transferência de energia - espaço de 10mm. Transferência de dados de 100Mbps, 250W @ 24vdc (interface do instrumento Fonn) e 3kW @ 300vdc (interface Torden PAX AUV). "Nós não observamos que a profundidade afeta o desempenho do conector sem pinos, exceto no caso em que os materiais comprimem (por exemplo, material de encapsulamento em torno das cabeças do transdutor) e o aumento da água do mar aumenta. Outras pesquisas no projeto confirmarão os parâmetros operacionais dos resultados do projeto. Espera-se que a pesquisa planejada do projeto em depósitos calcários forneça informações úteis adicionais sobre fatores ambientais que possam influenciar o desempenho do conector sem pin. "Bokenfohr também apontou a diversidade e importância de seus parceiros no projeto:" O projeto PAX reúne uma diversidade grupo de participantes, alguns que estão em concorrência direta uns com os outros, mas todos se beneficiarão dos desenvolvimentos. Vários dos participantes do projeto têm relações comerciais existentes e incluem fabricantes de AUV, operadores de AUV, provedores de sistemas de comunicação acústica, partes interessadas de infraestrutura submarinas e academia, que desempenham um papel no projeto. Cada um traz sua própria competência única e sua inestimável experiência e conselho para o desenvolvimento dos resultados mais relevantes ".

O WiSub acredita que terá a tecnologia UAC operacional para uso em uma estação de ancoragem AUV em águas profundas no futuro próximo, com um sistema a ser implantado até o final deste ano. "O desenvolvimento Fonn 250W está em fase final, o primeiro hardware a ser implantado em dezembro de 2017. O Torden PAX 3kW será implantado no Q2 / Q3 2018. Ambos os sistemas ROV e AUV residentes serão habilitados através desses desenvolvimentos. Os produtos existentes da WiSub já foram implantados e utilizados como interfaces de ancoragem AUV com clientes na América do Norte. A inovação do WiSub na transferência de dados de alta freqüência adicionou um componente essencial para permitir velocidades de transferência de dados mais rápidas, um avanço que foi reconhecido no OTC 2015 através de um painel de especialistas da indústria que concede o sistema de conexão Maelstrom do WiSub um Prêmio Spotlight on New Technology. O Maelstrom foi desenvolvido para ser o nosso primeiro produto emblemático para demonstrar as capacidades de comunicação sem pin-less de alta velocidade em freqüências de microondas, juntamente com métodos de transferência de energia indutiva para atender às necessidades da indústria de conexão confiável e repetivel. A Torden também levou seu próprio prêmio Spotlight em maio de 2017, confirmando que a indústria continua a ter um grande valor nas soluções de conectores subaquáticos sem pin ", conclui Bokenfohr.

(Conforme publicado na edição de janeiro / fevereiro de 2018 do Marine Technology Reporter )