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Type: TESE DIGITAL
Title: Sistema de localização de vazamento de gás por dispositivo acústico-eletrônico de deslocamento interno
Title Alternative: Gas leak location system based on internal displacement of an acoustic-electronic device
Author: Cavalieri, Flávio Gonçalves, 1982-
Advisor: Fileti, Ana Maria Frattini, 1965-
Abstract: Resumo: As tubulações de transporte de gás normalmente percorrem grandes distâncias, atravessando desde regiões densamente povoadas até reservas naturais. Detectar um vazamento com precisão pode evitar grandes prejuízos financeiros e ambientais. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de um sistema, composto por um dispositivo em formato esférico, capaz de se deslocar dentro de tubulações de transporte de gás e de determinar a localização exata de vazamentos, através da aquisição e armazenamento de sinais de áudio captados por um microfone, e de coordenadas geográficas fornecidas por um módulo receptor de GPS. Esse mesmo sistema ainda é composto por um pacote de softwares e planilhas, capazes de gerar gráficos no domínio do tempo e frequência a partir dos dados aquisitados e armazenados pelo dispositivo, durante o deslocamento interno na tubulação. Para realizar os ensaios de vazamentos com magnitudes diferentes, foi desenvolvido um protótipo de tubulação de polietileno de alta densidade PEAD, com 12m de comprimento por 160mm de espessura, similar às tubulações de transporte de gás natural de baixa pressão (até 4kgf/cm^2) instaladas em áreas urbanas. O fluido utilizado nos ensaios foi o ar comprimido fornecido por um compressor e o método de detecção escolhido foi o acústico, pois este é capaz de detectar vazamentos através da energia acústica gerada pelo escape de fluido. Foram simulados dois vazamentos através da utilização de redutores com orifícios de diâmetros diferentes, 2 e 4mm, acoplados a válvula de entrada da tubulação. Os resultados dos testes apontaram uma grande eficiência na utilização do dispositivo acústico-eletrônico de deslocamento interno para detecção de vazamentos. Fenômenos importantes foram observados, como a elevação da amplitude das componentes relacionadas ao vazamento com o aumento da pressão do ar comprimido, e as frequências distintas provocadas pelos vazamentos nos dois orifícios utilizados. No orifício de 4mm, a componente principal relacionada ao vazamento se encontra em um valor entre 2500 e 3000Hz, enquanto no orifício de 2mm esta se encontra entre 5000 e 5500Hz. Outros eventos importantes foram observados nos ensaios, como o surgimento de uma componente próxima a 500Hz, diretamente relacionada ao ruído gerado pelo deslocamento do dispositivo dentro da tubulação, e outra próxima a 1500Hz, relacionada a passagem do ar pelo espaço formado entre a parede interna da tubulação e a parede externa do dispositivo. O módulo receptor de GPS foi capaz de determinar a posição inicial do dispositivo, porém com a atenuação provocada pela espessa camada de polietileno de alta densidade, este apresentou um erro de posicionamento ao se deslocar dentro da tubulação. Testes realizados com um repetidor de sinais, instalado externamente a tubulação de PEAD, garantiram a recepção do sinal pelo módulo GPS do dispositivo acústico-eletrônico, dentro da tubulação. Assim, a determinação da posição do vazamento em uma tubulação real, pode ser melhorada através da instalação destes repetidores em pontos específicos ao longo dela

Abstract: The gas transport pipes are normally installed over long distances, crossing populated regions till natural preservation areas. Detect a leakage with precision can avoid huge financial and environmental losses. The development of a spherical shaped device capable to displace inside gas pipes and determine the exact leakage location is proposed. The acquisition and storage of audio signals, picked up by a microphone, and also the geographic coordinates, provided by a GPS receiver module, allowed finding leak location. This system is also composed of a software package and spreadsheets able to generate charts in the time and frequency domain, from the data stored by the device during the pipe internal displacement. To perform the different magnitudes leakage tests, a prototype pipe made with high density polyethylene HDPE was developed with 12m long by 160mm thick, similar to the low pressure natural gas pipelines (up to 4kgf/cm^2) installed in urban areas. The fluid used in the tests was the compressed air supplied by a compressor, and the detection method was the acoustic, because it's capable to detect leaks using the acoustic energy generated by the exhaust fluid. Two leaks were simulated by holes with different diameters, 2 and 4mm coupled to the pipe inlet valve. The test results showed a great efficiency for leak detection using the internal displacement acoustic-electronic device. Relevant phenomena were observed, as the increase of the amplitude components related to the leakage when increasing the air pressure, and the different frequencies caused by leaks in the two holes used. In 4mm hole, the primary component related to leakage is at a value between 2500 and 3000 Hz, while in the 2mm hole is between 5000 and 5500Hz. Other important events were observed during the tests, such as rise of a component near 500Hz, directly related to noise generated by the device displacement within the pipe, and another component near 1500Hz, related to air passing through the space formed between the inner wall pipe and the outer wall of the device. The GPS receiver module was able to determine the device's original position, but with the attenuation caused by the thick high-density polyethylene layer, this presented a positioning error when moving within the pipe. Tests conducted with a signal repeater, externally installed to the HDPE pipe, ensured the signal reception by the GPS module of the acoustic-electronic device inside the pipe. Thus, the determination of the position of the leak in a pipeline, can be improved by the installation of those repeaters at specific points along it
Subject: Gas - Vazamento
Gas - Tubulações - Construção
Dispositivos eletronicos
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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