O transporte de fluidos e produtos petroquímicos através de malhas dutoviárias é uma opção extremamente difundida, tanto em aplicações industriais envolvendo longas distâncias quanto em sistemas de distribuição nos quais um determinado fluido deve ser entregue a um grande número de usuários ou processos. Em ambos os casos, para uma operação eficiente e segura da malha, é necessário um sistema de detecção de vazamentos, que detecta e avalia rapidamente a ocorrência de um vazamento, especialmente quando o fluido transportado for tóxico e/ou inflamável. Neste sentido, a análise hidráulica em escoamentos transitórios tem sido particularmente útil aos propósitos de detecção de vazamentos. Sistemas de observação para essa análise podem revelar uma quantidade substancial de informações relativas às propriedades físicas e o nível de integridade do sistema, pois as ondas de pressão resultantes são afetadas pelos diversos dispositivos e fenômenos, incluindo os vazamentos. Este trabalho apresenta a construção e validação de um modelo de simulação numérica adequado para uma nova técnica de detecção de vazamento, baseada na inspeção acústica ativa da tubulação, capaz de detectar vazamentos pré-existentes. Resultados numéricos foram comparados com os obtidos de ensaios experimentais realizados no oleoduto piloto do Laboratório de Escoamentos Multifásicos Industriais da Universidade de São Paulo, no campus de São Carlos - SP e de dados experimentais da literatura. Os resultados confirmam que o modelo numérico capta corretamente a física do fenômeno de propagação. Particularmente, uma boa concordância foi encontrada entre parâmetro de atenuação experimental e numérico, o que valida o modelo como um preditor on-line para ser usado em um sistema de detecção de vazamento. / The transportation of petrochemical products through pipelines is the most common option, both in industrial applications involving long distances as well as in distribution networks in which a product must be delivered to a number of processes or customers. Due to safety and environmental reasons, the operation of such pipelines must include an on-line Leak Detection System (LDS) which promptly detects and assesses the occurrence of a leak, particularly if the transported product is toxic or inflammable. Analysis of hydraulic transients has been particularly useful for leak detection purposes. System observation for such analysis can reveal a substantial amount of information concerning physical properties and the integrity of the system, since pressure waves are affected by different features and phenomena, including leaks. This work presents the construction and validation of a numerical model suited to the simulation of a new leak detection technique, based on active acoustic inspection of the pipeline, which is capable of detecting pre-existing leaks. Numerical results were compared to the ones obtained from experimental tests conducted at the pilot pipeline of the Industrial Multiphase Flow Laboratory at University of São Paulo in the campus of São Carlos - SP and experimental data from literature. Results confirm that the numerical model captures the correct physics of the propagation phenomena. Particularly, a good agreement was found between experimental and numerical attenuation parameter, which validates our model as an on-line predictor to be used in a LDS system.

A presente dissertação tem como objetivo principal estudar a propagação acústica em escoamentos monofásicos. Para tal, são analisados sinais transientes de pressão fornecidos por sensores instalados em posições conhecidas na linha de teste, através do estudo de técnicas de análise de sinais, a fim de investigar se as variações do conteúdo espectral dos sinais são influenciadas pela ocorrência de vazamentos no duto. A análise dos sinais foi realizada nos planos temporal, frequencial, tempo-frequência e estatístico. Os resultados experimentais foram obtidos no oleoduto piloto do NETeF - Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos da USP - Universidade de São Paulo, com uma seção de testes com 1500 metros e diâmetro de 51,2 mm, com escoamento monofásico de água. Os resultados obtidos através da análise tempo-frequência mostraram-se satisfatórios, sendo esta técnica capaz de identificar a composição espectral instantânea de um sinal, ou seja, foi eficiente na identificação de picos de amplitude da frequência ao longo do eixo temporal. Além disso, a análise probabilística, através do desvio-padrão do sinal também mostrou-se eficiente exibindo uma disparidade significativa entre os sinais com e sem vazamento. / The present dissertation reports on the study of the acoustic propagation in single-phase flow. It analyzes the transient signals provided by pressure sensors in known locations in the test line through the study of signal analysis techniques to investigate if the variations in spectral content of the signals are influenced by the occurrence of leaks in the pipe. The analysis of signals was performed in the time, frequency, time-frequency and statistical plans. The experimental results were obtained in a 1500 meter-long and 51.2 millimeter-diameter pilot pipeline at the Center of Thermal Engineering and Fluids, with single-phase flow of water. The results obtained by time-frequency analysis were satisfactory, allowing identifying the spectral composition of an instantaneous signal, i.e., the analysis was effective in identifying the frequency amplitude peaks along the time axis. Moreover, probabilistic analysis using the standard deviation of the signal was also efficient, displaying a significant disparity between the signals with and without leakage.

The Swedish industry uses large volumes of compressed air. The compressed air process isenergy intensive and creates large amounts of excess heat. It is therefore important to utilizethe excess heat, optimize the operation of the compressors and to have a regular maintenanceon the system. This thesis is a pre-study to make a compressed air system energy efficient andis done in collaboration with Ljunghäll AB. Ljunghäll AB is one of Northern Europe's leadingdie casting companies and are located in Södra Vi, Sweden. The purpose is to describe andmap the compressed air system in the old part of the facility in Södra Vi. The thesis will alsogive an explanation of how Ljunghäll AB can improve the compressed air system. Providethem suggestions for energy savings and lower the environmental impact of production. Theobjective of the thesis is to create an understanding of how improvements in the compressedair system can be done by studying the operation, compressor, pipe system and leak detecting.The economic aspects of the solutions together with the effect of noise and engine operationof the compressors have not been taken into consideration. To reach improvement measures avisit to the facility in Södra Vi was made, where measuring and mapping was executed andthen compared with earlier studies and literature. The conclusions of the thesis show thatLjunghäll AB has a good operation and control of the compressors, through the variable speeddrive and steering system. It also showed that the choice of the existing compressors are goodfor their compressed air usage. The study also resulted in the following suggestions for theenergy efficiency and lowering of the environmental impact of production at Ljunghäll AB’scompressed air system: Water heat recovery, replacement of old pipes, cover the leakage,regular maintenance of compressors and fittings, training in compressed air for workers,centralized compressor central and sectioning of the pipe system.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodrigoEFS_DISSERT.pdf: 3471454 bytes, checksum: 0d90f092b5f26fd304c7c8d8252178a4 (MD5) Previous issue date: 2009-12-22 / The transport of fluids through pipes is used in the oil industry, being the pipelines an important link in the logistics flow of fluids. However, the pipelines suffer deterioration in their walls caused by several factors which may cause loss of fluids to the environment, justifying the investment in techniques and methods of leak detection to minimize fluid loss and environmental damage. This work presents the development of a supervisory module in order to inform to the operator the leakage in the pipeline monitored in the shortest time possible, in order that the operator log procedure that entails the end of the leak. This module is a component of a system designed to detect leaks in oil pipelines using sonic technology, wavelets and neural networks. The plant used in the development and testing of the module presented here was the system of tanks of LAMP, and its LAN, as monitoring network. The proposal consists of, basically, two stages. Initially, assess the performance of the communication infrastructure of the supervisory module. Later, simulate leaks so that the DSP sends information to the supervisory performs the calculation of the location of leaks and indicate to which sensor the leak is closer, and using the system of tanks of LAMP, capture the pressure in the pipeline monitored by piezoresistive sensors, this information being processed by the DSP and sent to the supervisory to be presented to the user in real time / O transporte de fluidos atrav?s de tubula??es ? utilizado na ind?stria petrol?fera, sendo os dutos um elo importante na log?stica de escoamento de fluidos. Por?m, os dutos sofrem deteriora??o em suas paredes ocasionadas por diversos fatores o que pode provocar a perda de fluidos para o meio exterior, justificando o investimento em t?cnicas e m?todos de detec??o de vazamentos para minimizar a perda do fluido e os danos ambientais provocados. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um m?dulo de supervis?o para que seja informado ao operador a ocorr?ncia de vazamento no duto monitorado no menor tempo poss?vel, com o prop?sito que o operador efetue procedimentos que acarretem no fim do vazamento. Esse m?dulo ? um componente de um sistema que visa ? detec??o de vazamento em dutos petrol?feros utilizando tecnologia s?nica, wavelets e redes neurais. A planta utilizada no desenvolvimento e testes do m?dulo aqui apresentado, foi o sistema de tanques do Laborat?rio de Avalia??o de Medi??o em Petr?leo (LAMP), e a sua Local Area Network (LAN), como rede de supervis?o. A proposta consiste, basicamente, de duas etapas. Inicialmente, avaliar o desempenho da infraestrutura de comunica??o do m?dulo de supervis?o. Posteriormente, simular vazamentos para que o DSP (Digital Signal Processor) envie informa??es para o supervis?rio realizar o c?lculo da localiza??o dos vazamentos e indicar a qual sensor o vazamento ? mais pr?ximo, e usando o sistema de tanques do LAMP, capturar a press?o no duto monitorado atrav?s de sensores piezoresistivos, sendo essa informa??o processada pelo DSP e enviada ao supervis?rio para que seja apresentado ao usu?rio dados em tempo real

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodrigoSM.pdf: 448753 bytes, checksum: 2007d56d8880a1b4d3b48c20466bce2c (MD5) Previous issue date: 2006-06-09 / Instituto Federal de Educa??o, Ci?ncia e Tecnologia do Rio Grande do Norte / This work consists in the use of techniques of signals processing and artificial neural networks to identify leaks in pipes with multiphase flow. In the traditional methods of leak detection exists a great difficulty to mount a profile, that is adjusted to the found in real conditions of the oil transport. These difficult conditions go since the unevenly soil that cause columns or vacuum throughout pipelines until the presence of multiphases like water, gas and oil; plus other components as sand, which use to produce discontinuous flow off and diverse variations. To attenuate these difficulties, the transform wavelet was used to map the signal pressure in different resolution plan allowing the extraction of descriptors that identify leaks patterns and with then to provide training for the neural network to learning of how to classify this pattern and report whenever this characterize leaks. During the tests were used transient and regime signals and pipelines with punctures with size variations from ?' to 1' of diameter to simulate leaks and between Upanema and Estreito B, of the UN-RNCE of the Petrobras, where it was possible to detect leaks. The results show that the proposed descriptors considered, based in statistical methods applied in domain transform, are sufficient to identify leaks patterns and make it possible to train the neural classifier to indicate the occurrence of pipeline leaks / Este trabalho consiste na utiliza??o de t?cnicas de processamento de sinais e redes neurais artificiais para identificar vazamentos em dutos com escoamento multif?sico. Nos m?todos tradicionais de detec??o, existe uma grande dificuldade em conseguir montar um perfil, que seja adequado aos encontrados em condi??es reais do transporte de ?leo. Estas dif?ceis condi??es v?o desde os desn?veis de terreno que causam colunas ou v?cuos ao longo dos dutos at? a presen?a de multifases como ?gua, g?s e ?leo, al?m de outros componentes como areia, que tendem a produzir escoamentos descont?nuos e varia??es diversas. Para vencer estas dificuldades, foi utilizada a transformada wavelet para mapear os sinais de press?o e vaz?o em diferentes planos de resolu??o, permitindo com isto a extra??o dos descritores que caracterizassem padr?es de vazamento e com os mesmos treinar uma rede neural para aprender a classificar estes padr?es e informar quando estes s?o um vazamento. Nos testes foram utilizados sinais de regime e transiente, em duto entre a unidade de Upanema e Estreito B, da UN-RNCE da Petrobras, onde foi poss?vel detectar vazamentos, com furos que variavam de ? a 1 de di?metro para simular os vazamentos. Os resultados obtidos mostram que os descritores propostos com base em medidas estat?sticas no dom?nio da transformada caracterizam os padr?es de vazamento e possibilitam o treinamento do classificador neural para indicar a ocorr?ncia ou n?o de vazamentos no duto

Orientador: Edevar Luvizotto Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-05T06:54:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gumier_CarlosCesar_M.pdf: 3470729 bytes, checksum: 2e93f4938a5eb678d7fb52827439bbc5 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho apresenta, sob diversos aspectos, as perdas de água que ocorrem nas redes de distribuição dos sistemas de abastecimento e os mecanismos de controle disponíveis. Dentre os objetivos se destaca a proposição do modelo matemático-computacional como uma nova ferramenta de localização de fugas. O modelo proposto foi desenvolvido através do acoplamento de um simulador hidráulico baseado no Time Marching Approach ¿ TMA com o algoritmo otimizador de Nelder-Mead. O trabalho visa ampliar os resultados obtidos nas investigações desenvolvidas em LUVIZOTTO (1998) e OCAMPOS (2003), aplicando o modelo em uma rede de distribuição de água real, utilizando os recursos disponibilizados pela companhia de água, propondo uma metodo de aplicação do modelo para tais condições / Abstract: This work presents, under diverse aspects, the water losses that occur in the distribution networks of the water supply systems and the available mechanisms of control. Amongst the objectives, it detaches the proposal of a computational model as a new tool for leak localization. The considered model was developed through the coupling of hydraulic simulator based in Time Marching Approach ¿ TMA method with the Nelder-Mead optimization algorithm. The work aims to extend the results obtained by LUVIZOTTO (1998) and OCAMPOS (2003), by applying the model to a real water distribution network, using the data provided by the water company and suggesting a methodology for application of the model for such conditions / Mestrado / Recursos Hidricos / Mestre em Engenharia Civil

A presente dissertação tem como objetivo principal estudar a propagação acústica em escoamentos monofásicos. Para tal, são analisados sinais transientes de pressão fornecidos por sensores instalados em posições conhecidas na linha de teste, através do estudo de técnicas de análise de sinais, a fim de investigar se as variações do conteúdo espectral dos sinais são influenciadas pela ocorrência de vazamentos no duto. A análise dos sinais foi realizada nos planos temporal, frequencial, tempo-frequência e estatístico. Os resultados experimentais foram obtidos no oleoduto piloto do NETeF - Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos da USP - Universidade de São Paulo, com uma seção de testes com 1500 metros e diâmetro de 51,2 mm, com escoamento monofásico de água. Os resultados obtidos através da análise tempo-frequência mostraram-se satisfatórios, sendo esta técnica capaz de identificar a composição espectral instantânea de um sinal, ou seja, foi eficiente na identificação de picos de amplitude da frequência ao longo do eixo temporal. Além disso, a análise probabilística, através do desvio-padrão do sinal também mostrou-se eficiente exibindo uma disparidade significativa entre os sinais com e sem vazamento. / The present dissertation reports on the study of the acoustic propagation in single-phase flow. It analyzes the transient signals provided by pressure sensors in known locations in the test line through the study of signal analysis techniques to investigate if the variations in spectral content of the signals are influenced by the occurrence of leaks in the pipe. The analysis of signals was performed in the time, frequency, time-frequency and statistical plans. The experimental results were obtained in a 1500 meter-long and 51.2 millimeter-diameter pilot pipeline at the Center of Thermal Engineering and Fluids, with single-phase flow of water. The results obtained by time-frequency analysis were satisfactory, allowing identifying the spectral composition of an instantaneous signal, i.e., the analysis was effective in identifying the frequency amplitude peaks along the time axis. Moreover, probabilistic analysis using the standard deviation of the signal was also efficient, displaying a significant disparity between the signals with and without leakage.

O transporte de fluidos e produtos petroquímicos através de malhas dutoviárias é uma opção extremamente difundida, tanto em aplicações industriais envolvendo longas distâncias quanto em sistemas de distribuição nos quais um determinado fluido deve ser entregue a um grande número de usuários ou processos. Em ambos os casos, para uma operação eficiente e segura da malha, é necessário um sistema de detecção de vazamentos, que detecta e avalia rapidamente a ocorrência de um vazamento, especialmente quando o fluido transportado for tóxico e/ou inflamável. Neste sentido, a análise hidráulica em escoamentos transitórios tem sido particularmente útil aos propósitos de detecção de vazamentos. Sistemas de observação para essa análise podem revelar uma quantidade substancial de informações relativas às propriedades físicas e o nível de integridade do sistema, pois as ondas de pressão resultantes são afetadas pelos diversos dispositivos e fenômenos, incluindo os vazamentos. Este trabalho apresenta a construção e validação de um modelo de simulação numérica adequado para uma nova técnica de detecção de vazamento, baseada na inspeção acústica ativa da tubulação, capaz de detectar vazamentos pré-existentes. Resultados numéricos foram comparados com os obtidos de ensaios experimentais realizados no oleoduto piloto do Laboratório de Escoamentos Multifásicos Industriais da Universidade de São Paulo, no campus de São Carlos - SP e de dados experimentais da literatura. Os resultados confirmam que o modelo numérico capta corretamente a física do fenômeno de propagação. Particularmente, uma boa concordância foi encontrada entre parâmetro de atenuação experimental e numérico, o que valida o modelo como um preditor on-line para ser usado em um sistema de detecção de vazamento. / The transportation of petrochemical products through pipelines is the most common option, both in industrial applications involving long distances as well as in distribution networks in which a product must be delivered to a number of processes or customers. Due to safety and environmental reasons, the operation of such pipelines must include an on-line Leak Detection System (LDS) which promptly detects and assesses the occurrence of a leak, particularly if the transported product is toxic or inflammable. Analysis of hydraulic transients has been particularly useful for leak detection purposes. System observation for such analysis can reveal a substantial amount of information concerning physical properties and the integrity of the system, since pressure waves are affected by different features and phenomena, including leaks. This work presents the construction and validation of a numerical model suited to the simulation of a new leak detection technique, based on active acoustic inspection of the pipeline, which is capable of detecting pre-existing leaks. Numerical results were compared to the ones obtained from experimental tests conducted at the pilot pipeline of the Industrial Multiphase Flow Laboratory at University of São Paulo in the campus of São Carlos - SP and experimental data from literature. Results confirm that the numerical model captures the correct physics of the propagation phenomena. Particularly, a good agreement was found between experimental and numerical attenuation parameter, which validates our model as an on-line predictor to be used in a LDS system.

[pt] Empresas que operam dutos possuem como uma de suas premissas básicas a segurança operacional. Dentro desse quesito, alguns fatores podem levar a acidentes com possibilidade de danos materiais, ambientais e pessoais, tais como: corrosão interna e externa, escavações acidentais, operações indevidas levando o duto a pressões excessivas, assim como ações de terceiros cujo objetivo seria o furto de produtos refinados, gasolina, diesel, álcool, entre outros. Esta dissertação está alinhada com necessidades reais de empresas relacionadas ao transporte de produtos líquidos por dutos, desenvolvendo sistemas que possam vir a ser utilizados nestas empresas. Foram desenvolvidos sistemas de detecção e localização de vazamentos a serem utilizados em um centro de controle operacional de oleodutos, investigando métodos não convencionais, além dos mencionados pela norma API 1130. Foram desenvolvidos sistemas de detecção de vazamento por balanço de massa, balanço de volume, lógica fuzzy e redes neurais artificiais. Para localização de vazamentos, foram testados os métodos por redes neurais, pela estimativa da velocidade sônica e do gradiente hidráulico. Os produtos utilizados foram gasolina, diesel e óleo combustível. No quesito detecção de vazamento, o sistema baseado em redes neurais detectou vazamentos simulados, porém também indicou indevidamente. O sistema baseado em lógica fuzzy apresentou bons resultados, indicando vazamentos corretamente sem falsos positivos, interpretando corretamente os fenômenos inerentes à operação de dutos. O sistema de balanço de massa também apresentou bons resultados, ou seja, não gerou alarmes falsos, detectando corretamente os vazamentos simulados, inclusive para detecção de vazamento com duto parado e pressurizado. Para avaliar sistemas de detecção de vazamento é comum realizar testes de campo que podem ter um custo alto e levar muito tempo para realizar. Um método para realizar testes a um custo inferior deve ser desenvolvido e uma proposta está sendo mostrada nesta dissertação. / [en] Companies in the business of pipeline operations have as a basic assumption, operational security. Concerning this issue, there are some factors that could lead to accidents with material, environment and personal damage possibilities such as: internal and external corrosion, accidental excavations, improper operation that could submit the pipe to high pressures and third party interventions interested in commodities theft. This dissertation is aligned with pipeline companies real demands through the development of systems that could be used by these companies. Leak detection systems provided with leak location capabilities were developed to be used in liquid pipeline control centers, exploring non-conventional methods, besides the ones mentioned by API 1130. The leak detection systems developed were: mass balance, volume balance, fuzzy logic and neural networks. For the leak location systems the systems tested were: sonic velocity, hydraulic gradient and artificial neural networks. The products used were gasoline, diesel and fuel oil. On the issue of leak detection, the system based on neural networks detected simulated leakages, although there were some false indications. The system based on fuzzy logic presented good results, giving correct leak indications without any indication of false alarms, interpreting correctly the phenomena due to pipeline usual operations. The mass balance system has also presented good results, not generating false alarms, but detecting simulated leaks even with the pipeline in shut-in condition. To evaluate leak detection systems is common to conduct field tests that can be costly and take a long time to accomplish. A method for testing at a lower cost should be developed and a proposal is being shown in this work.

Este trabalho tem como objetivo global contribuir para o desenvolvimento do estudo da propagação de ondas em dutos de transporte de fluidos, especialmente oleodutos e gasodutos, através da análise da atenuação acústica e da velocidade de propagação da onda. Para isso, foram feitos ensaios experimentais, tanto em escoamento mono quanto bifásico, variando-se a vazão do escoamento em uma linha de testes de 1500 metros e 50 mm de diâmetro, para aquisição de sinais gerados a partir do fechamento de válvulas de simulação de vazamentos em pontos ao longo da tubulação. Para análise da atenuação acústica foi proposta uma metodologia baseada na medição do coeficiente de amortecimento temporal das ondas de pressão como subsídio para o cálculo do coeficiente de atenuação, através da utilização de um único sensor de pressão. Esta metodologia foi validada pela medição direta do coeficiente de atenuação e os resultados mostram uma excelente concordância em escoamentos monofásicos. Para os testes em escoamento bifásico não foi possível aplicar esta metodologia devido ao forte amortecimento das ondas de pressão, sendo feitas apenas medições diretas da atenuação com resultados fenomenologicamente coerentes. A velocidade de propagação acústica para escoamento monofásico foi influenciada pela presença de gás dissolvido e bolhas de cavitação, apresentando valores próximos aos da literatura para baixas vazões de escoamento. Para altas vazões, as velocidades foram compatíveis com o escoamento bifásico a bolhas finamente dispersas. Para o escoamento bifásico o regime de escoamento variou de bolhas a pistonado. As velocidades de propagação obtidas são compatíveis com aquelas obtidas por modelos teóricos. / This work aims to contribute to the development of the study of wave propagation in fluid transport pipelines, through the analysis of acoustic attenuation and propagation speed. For this reason, experimental tests were made in single and two-phase flow, varying the flow rate in a test line of 1500 meters and 50 mm in diameter, for the acquisition of signals generated from the closing of leak simulation valves at known points along the pipeline. To analyze the acoustic attenuation it was proposed a methodology based on measurement of temporal damping coefficient of pressure waves as input for calculating the attenuation coefficient, by using a single pressure sensor. This methodology was validated by direct measurement of attenuation coefficient and the results show an excellent agreement in single-phase flow. For the tests in two-phase flow it was not possible to apply this methodology due to the strong damping of pressure waves, which only made direct measurements of attenuation results phenomenologically consistent. Acoustic propagation velocity for single phase flow was influenced by the presence of dissolved gas and cavitation bubbles, having values close to the literature for low flow rates. For high flows rates, the velocities were consistent with a two-phase flow at finely dispersed bubbles. For the two-phase flow the regime varied from slug to bubbles. The propagation velocities obtained are consistent with those obtained by theoretical models.