Orientador: Michael John Brennan / Resumo: O principal problema em companhias de água são os vazamentos em tubulações subterrâneas, devido a sua limitada fonte de recursos hídricos. Correlacionadores de ruídos de vazamentos são usados frequentemente para localizar vazamentos. A detecção de sinais de ruídos de vazamentos ocorre por meio da coleta de dados por sensores, aos quais estão inseridos em lugares extremos ao da localização de um suposto vazamento. Estes dados são correlacionados, obtendo o atraso do tempo entre estes sinais de vazamento. Para converter o atraso do tempo em distância, a velocidade de onda do ruído de vazamento necessita ser conhecida, frequentemente, este tempo é estimado por meio de dados históricos de velocidade ou por tabelas. Usualmente a velocidade não é medida diretamente pelo tempo, sendo uma potencial fonte de erro. Esta tese estuda os fatores que afetam a velocidade de propagação do ruído de vazamento em tubulações de água subterrâneas. Eles envolvem as caraterísticas do filtrado do sistema sensor-tubulação e a potencial faixa de frequência onde o ruído de vazamento possa estar presente, e o efeito da banda de frequência na estimação do atraso do tempo. Os efeitos de distorção na precisão da estimativa do atraso do tempo, são também estudados com foco na quantização e corte dos sinais de vazamento. O efeito de quantização é devido a um convertedor analógico digital. O corte dos sinais de vazamento acontece quando a amplitude do sinal excede os limites do intervalo dinâmico da instrumen... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

One of the best opportunities to reduce pipeline accidents and subsequent product loss comes from implementing better pipeline condition assessment and fault detection systems. Transient analysis model based condition assessment is the most promising technique because pressure transients propagate entire system interacting with the pipe and any devices in the system. Transient measurements embody a large amount of information about the physical characteristics of the system. The performance of this technique has its difficulties because a highly accurate transient model is required. Real systems have numerous uncertainties and flow system components that presents a major challenge in the development of precise transient analysis models. To improve transient modelling for the performance of condition assessment, this research undertakes a comprehensive investigation into the transient behaviour of distributed and various local energy loss system components in water and gas pipelines. The dynamic behaviours that have been investigated in this research are the effect of unsteady wall resistance, viscoelasticity effects of polymer pipe, and local energy loss elements including leakages, entrapped air pockets, orifices, and blockages during unsteady pipe flow conditions. The dynamic characteristics of these system components are modelled based on the conservative solution scheme using the governing equations in their conservative form. Use of the conservative form of the equations improves the sensitivity and applicability of transient analysis in both liquid and gas pipeline systems. The numerical model results are compared to laboratory experiments in water and gas pipelines to observe the interaction between transient pressure wave and system components and to verify the proposed models. / http://proxy.library.adelaide.edu.au/login?url= http://library.adelaide.edu.au/cgi-bin/Pwebrecon.cgi?BBID=1337145 / Thesis( Ph.D.) -- University of Adelaide, School of Civil, Environmental and Mining Engineering 2008

[pt] O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de ferramentas de inspeção capazes de detectar e localizar pequenos vazamentos em oleodutos e gasodutos. Hoje, diversos dutos brasileiros são equipados com eficientes sistemas de detecção de vazamentos, porém ainda não são capazes de detectar pequenos vazamentos causados por lentos processos de corrosão. A tecnologia de inspeção de dutos mais utilizada mundialmente é a de pigs instrumentados. O pig é lançado dentro do duto e percorre toda sua extensão identificando defeitos como amassamentos e corrosão. Duas tecnologias foram desenvolvidas, uma para oleodutos e outra para gasodutos. O princípio de funcionamento do pig para oleodutos se baseia no registro da variação de pressão gerada pelo vazamento. Quando o pig passa pelo vazamento, a pressão do volume central diminui em relação às pressões à montante e jusante do pig, gerando um sinal característico que permite a identificação. A tecnologia para gasodutos utiliza a energia acústica gerada pelo vazamento. A idéia básica é equipar o pig com microfones capazes de escutar o som provocado pelo vazamento propagado no próprio gás. Com uma boa interpretação da assinatura acústica deste fenômeno, é possível detectar o evento ao longo do duto. O desafio é discriminar a assinatura do vazamento dos ruídos normalmente emitidos em um gasoduto, como ruído de bombeio, ruído da turbulência da vazão, abertura e fechamento de válvulas, etc. Cada tecnologia teve seu protótipo montado e testado em campo onde vazamentos foram detectados com sucesso. São apresentadas as fundamentações teóricas de cada tecnologia e os resultados dos testes de laboratório e de campo assim como propostas futuras. / [en] This work s objective is the development of inspections tools capable to detect and locate small leaks in gas and oil pipelines. Nowadays, many brazilian pipelines are equipped with reliable leak detection systems, but these still can t detect small leaks caused by slow corrosion processes. The most used pipeline inspection technology is the instrumented pigs. The pig is launched inside the pipeline and goes through it detecting dents and corrosions. Two technologies were developed, one for oil pipelines and other for gas pipelines. The pig oil pipeline working principle is based on the register of the pressure variation caused by a leakage. When the pig pass by a leak, the pressure in the middle of the pig drops, generating a characteristic signal. The gas pipeline technology uses the acoustic energy caused by a gas leaks. The main idea is to equip the pig with specials microphones capable to listen the leak sound propagated in the gas. With a good acoustic interpretation of this phenomenon, is possible to detect this event. The biggest challenge is to discriminate the leak signature from the others pipe s noises. Which technology had it prototype manufactured and tested in real oil and gas pipelines with success. Will be shown the theory of which technology, the labs and fields tests results and future proposals.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FabianoMA.pdf: 3389870 bytes, checksum: 6be9485b031563d3dfbff4f86c5c0c69 (MD5) Previous issue date: 2009-10-23 / Petr?leo Brasileiro SA - PETROBRAS / Pipeline leak detection is a matter of great interest for companies who transport petroleum and its derivatives, in face of rising exigencies of environmental policies in industrialized and industrializing countries. However, existing technologies are not yet fully consolidated and many studies have been accomplished in order to achieve better levels of sensitivity and reliability for pipeline leak detection in a wide range of flowing conditions. In this sense, this study presents the results obtained from frequency spectrum analysis of pressure signals from pipelines in several flowing conditions like normal flowing, leakages, pump switching, etc. The results show that is possible to distinguish between the frequency spectra of those different flowing conditions, allowing recognition and announce of liquid pipeline leakages from pressure monitoring. Based upon these results, a pipeline leak detection algorithm employing frequency analysis of pressure signals is proposed, along with a methodology for its tuning and calibration. The proposed algorithm and its tuning methodology are evaluated with data obtained from real leakages accomplished in pipelines transferring crude oil and water, in order to evaluate its sensitivity, reliability and applicability to different flowing conditions / A detec??o de vazamentos em dutos ? assunto de grande interesse para empresas que realizam o transporte de petr?leo e seus derivados, tendo em vista o crescente rigor da legisla??o ambiental nos pa?ses industrializados e em processo de industrializa??o. No entanto, as tecnologias existentes hoje ainda n?o est?o plenamente consolidadas e estudos v?m sendo realizados com vistas a atingir maiores n?veis de sensibilidade e confiabilidade para a detec??o de vazamentos em uma ampla variedade de regimes de escoamento. Neste sentido, este estudo apresenta os resultados obtidos com a an?lise do espectro de freq??ncia de sinais de press?o de oleodutos em diversas situa??es de escoamento, tais como escoamento normal, vazamentos, partida e parada de bombas, etc. Os resultados indicam que ? poss?vel diferenciar o espectro freq?encial dessas diferentes condi??es de escoamento, o que permite reconhecer e indicar a ocorr?ncia de vazamentos em dutos transportando fluidos l?quidos a partir da monitora??o de sua press?o. Com base nestes resultados, s?o propostos um algoritmo para detec??o de vazamentos em dutos utilizando a an?lise freq?encial de sinais de press?o e uma metodologia para sintonia e calibra??o deste algoritmo. O algoritmo e a metodologia de sintonia propostos s?o avaliados com dados obtidos a partir de vazamentos reais provocados em dutos transferindo petr?leo e ?gua, a fim de avaliar sua sensibilidade, confiabilidade e aplicabilidade para diferentes condi??es de escoamento

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvaroMA_DISSERT.pdf: 1811875 bytes, checksum: d1a8b9710060f420383a8d715381bfb9 (MD5) Previous issue date: 2009-12-23 / Embedded systems are widely spread nowadays. An example is the Digital Signal Processor (DSP), which is a high processing power device. This work s contribution consist of exposing DSP implementation of the system logic for detecting leaks in real time. Among the various methods of leak detection available today this work uses a technique based on the pipe pressure analysis and usesWavelet Transform and Neural Networks. In this context, the DSP, in addition to do the pressure signal digital processing, also communicates to a Global Positioning System (GPS), which helps in situating the leak, and to a SCADA, sharing information. To ensure robustness and reliability in communication between DSP and SCADA the Modbus protocol is used. As it is a real time application, special attention is given to the response time of each of the tasks performed by the DSP. Tests and leak simulations were performed using the structure of Laboratory of Evaluation of Measurement in Oil (LAMP), at Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN) / Os sistemas embarcados est?o amplamente difundidos atualmente. Um exemplo ? o Digital Signal Processor (DSP), que ? um dispositivo com alto poder de processamento. A contribui??o deste trabalho consiste na implementa??o em DSP da l?gica de um sistema de detec??o de vazamentos em tempo real. Dentre os v?rios m?todos de detec??o de vazamentos existentes atualmente este trabalho se desenvolve utilizando uma t?cnica baseada na an?lise da press?o no duto e que utiliza Transformada Wavelet e Redes Neurais. Nesse contexto o DSP, al?m de realizar o processamento digital do sinal de press?o, tamb?m comunica-se com um Global Positioning System (GPS), que auxilia na localiza??o do vazamento e com um sistema supervis?rio, disponibilizando informa??es para este. Para garantir robustez e confiabilidade na comunica??o entre DSP e sistema supervis?rio ? utilizado o protocolo Modbus. Como trata-se de uma aplica??o de tempo real, uma aten??o especial ? dada ao tempo de resposta de cada uma das tarefas realizadas pelo DSP. Os testes e simula??es de vazamentos foram realizados utilizando a estrutura do Laborat?rio de Avalia??o de Medi??o em Petr?leo (LAMP), da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)

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.

Orientadores: Sandra Lucia da Cruz, João A. F. R. Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-31T22:23:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_ArlanLucasde_D.pdf: 3739716 bytes, checksum: 40314e4f8359d3c06b6df822abda9f09 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Uma nova técnica de detecção de vazamentos em tubulação é apresenta­da. A técnica é baseada na análise espectral de sinais de pressão medidos em trechos da tubulação que favorecem a formação de ondas estacionárias. Sendo baseada no espectro do sinal, e não na sua representação temporal, a análise possibilita a identificação do vazamento mesmo quando este ocorre durante a realização de operações que naturalmente encobririam o transiente de pressão gerado pelo vazamento. Testes experimentais foram realizados numa tubulação de 1250 m de comprimento em várias condições de fluxo e configurações de vazamento durante a partida e a parada de uma bomba centrífuga. Transientes de pressão foram obtidos por quatro transdutores conectados a um computador padrão PC comandado por um software de aquisição de dados e controle desenvolvido. Os testes mostraram que a análise espectral dos transientes de pressão, juntamente com o conhecimento dos pontos de reflexão na tubulação, consiste em um método simples e eficiente de se detectar vazamentos / Abstract: The development and test of a technique for leak detection in pipelines is presented. The technique is based on the spectral analysis of pressure signals measured in pipeline sections where the formation of stationary waves is favoured, allowing leakage detection during the start stop of pumps. Experimental tests were performed in a 1250 m long pipeline for various operational conditions of the pipeline (liquid flow rate and leakage configuration). Pressure transients were obtained by four transducers connected to a PC compute. The obtained results show that the spectral analysis of pressure transients, together with the knowledge of reflection points provide a simple and efficient way of identifying leaks during the start stop of pumps in pipelines / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Drones have become an integral part of the digital transformation currently sweeping the mining industry; particularly in surface operations, where they allow operators to model the terrain quickly and effortlessly with GPS localization and advanced mission planning software. Recently, the usage of drones has expanded to underground mines, with advancements in drone autonomy in GPS-denied environments. Developments in lidar technology and Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) algorithms are enabling UAVs to function safely underground where they can be used to map workings and digitally reconstruct them into 3D point clouds for a wide variety of applications. Underground mines can be expansive with inaccessible and dangerous areas preventing safe access for traditional inspections, mapping and monitoring. In addition, abandoned mines and historic mines being reopened may lack reliable maps of sufficient detail. The underground mine environment presents a multitude of unique challenges that must be addressed for reliable drone flights. This work covers the development of drones for GPS-denied underground mines, in addition to several case studies where drone-based lidar and photogrammetry were used to capture 3D point clouds of underground mines, and the associated applications of mine digitization, such as geotechnical analysis and pillar strength analysis. This research also features an applied use case of custom drones built to detect methane leaks at natural gas production and distribution sites. / Doctor of Philosophy / Drones have become an integral part of the digital transformation currently sweeping the mining industry; particularly in surface operations, where they allow operators to model the terrain quickly and effortlessly. Recently, the usage of drones has expanded to underground mines, with advancements in drone autonomy. New developments are enabling UAVs to function safely underground where they can be used to digitally reconstruct workings for a wide variety of applications. Underground mines can be expansive with inaccessible and dangerous areas preventing safe access for traditional inspections, mapping and monitoring. In addition, abandoned mines and historic mines being reopened may lack reliable maps of sufficient detail. The underground mine environment presents a multitude of unique challenges that must be addressed for reliable drone flights. This work covers the development of drones for GPS-denied underground mines, in addition to several case studies where drones were used to create 3D models of mines, and the associated applications of mine digitization. This research also features an applied use case of custom drones built to detect methane leaks at natural gas production and distribution sites.

Made available in DSpace on 2015-03-03T13:59:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GabriellJMA_DISSERT.pdf: 1371633 bytes, checksum: 92e16086f0ca63a45223381e044469ad (MD5) Previous issue date: 2012-03-05 / In February 2011, the National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels (ANP) has published a new Technical Rules for Handling Land Pipeline Petroleum and Natural Gas Derivatives (RTDT). Among other things, the RTDT made compulsory the use of monitoring systems and leak detection in all onshore pipelines in the country. This document provides a study on the method for detection of transient pressure. The study was conducted on a industrial duct 16" diameter and 9.8 km long. The pipeline is fully pressurized and carries a multiphase mixture of crude oil, water and natural gas. For the study, was built an infrastructure for data acquisition and validation of detection algorithms. The system was designed with SCADA architecture. Piezoresistive sensors were installed at the ends of the duct and Digital Signal Processors (DSPs) were used for sampling, storage and processing of data. The study was based on simulations of leaks through valves and search for patterns that characterize the occurrence of such phenomena / Em fevereiro de 2011, a Ag?ncia Nacional de Petr?leo, G?s Natural e Biocombust?veis (ANP) publicou o novo Regulamento Tecnico de Dutos Terrestres para Movimenta??o de Petr?leo, Derivados e Gas Natural (RTDT). Entre outros aspectos, o RTDT tornou obrigat?rio o emprego de sistemas de monitoramento e detec??o de vazamentos em todos os dutos terrestres do pa?s. Este documento traz um estudo sobre o m?todo de detec??o por transiente de press?o. O estudo foi realizado num duto industrial de 16" de di?metro e 9,8 Km de extens?o. O duto e totalmente pressurizado e transporta uma mistura multif?sica de ?leo bruto, ?gua e g?s natural. Para a realiza??o do estudo, foi constru?da uma infraestrutura de aquisi??o de dados e valida??o de algoritmos de detec??o. O sistema foi concebido com arquitetura SCADA. Sensores piezoresistivos foram instalados nas extremidades do duto e Processadores Digitais de Sinais (DSPs) foram usados para a amostragem, armazenamento e processamento dos dados. O estudo se baseou na realiza??o de simula??es de vazamentos por meio de valvulas e busca por padr?es que caracterizassem a ocorr?ncia de tais fen?menos