[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.

[pt] Um modelo de descarburação e formação de escórias foi desenvolvido e aplicado ao processo de fabricação de aço em forno elétrico a arco de 120 ton de capacidade, com carga de ferro gusa e de sucata ferrosa. O carregamento de carbono foi significativamente variado para testar a consistência do modelo, considerando a cinética de oxidação do carbono, oxidação do fósforo e de redução do óxido de ferro. Gusa e coque foram empregados como fontes mais relevantes de carbono, resultando na entrada de 15 a 35 kg carbono/ton. As taxas de fusão do gusa e da sucata governam a disponibilidade dos elementos mais relevantes tais como carbono, fósforo e silício em solução, portanto, afetam as taxas de descarburação e de formação de escórias. A principal fonte de fósforo na carga ferrosa é o gusa. Desta forma, a evolução do teor de fósforo na fase metal mostrou-se importante para as estimativas das taxas de fusão do gusa, uma vez que o fósforo pode ser empregado como traçador adicional ao carbono. Modelos cinéticos envolvendo as reações do fósforo e silício operam simultaneamente com os modelos cinéticos referentes às reações do carbono e do ferro. Integrações numéricas associadas a um algoritmo de gradientes reduzidos generalizado foi empregado para o sistema não linear com restrições, de forma a determinar a maioria dos parâmetros cinéticos do modelo. A taxa de fusão global da carga de sucata foi maior do que a taxa de fusão aparente do gusa. Supõe-se que, o gusa apesar de ter relações geométricas desfavoráveis à transferência de calor em relação à sucata, poderia fundir mais rapidamente influenciado pelo seu baixo ponto de fusão. Entretanto, devido à formação de camada solidificada a partir da massa líquida na qual é imerso, é provável que mesmo fundido posteriormente, ocorra um processo de encapsulamento temporário, conferindo-lhe uma taxa aparente de fusão mais baixa. A constante cinética da reação de descarburação quando o teor de carbono é inferior ao carbono crítico de 0.19 por cento em massa e pelo menos 60 por cento da carga ferrosa estão fundidas, foi estimada em 0.74 min-1, taxas comparáveis às obtidas em aciaria a oxigênio. A principal fonte de oxigênio para oxidação do ferro é disponibilizada por lanças supersônicas. Estima-se que 20 por cento do oxigênio injetado via lanças sejam consumidos para a formação de óxido de ferro. Entretanto, cerca de 31 por cento e 26 por cento do oxigênio oriundo de injetores de póscombustão podem contribuir na formação de óxido de ferro ou são captados pelo sistema de exaustão de gases, respectivamente. Os resultados indicam que em torno de 15-30 por cento do carbono injetado podem não reagir no forno, sendo removidos com a escória. Adicionalmente ao estado de não-equilíbrio no sistema Fe-C-O observado, a dispersão nas estimativas de carbono solúvel na fase metal também pode ter sido influenciada pela intensidade de penetração da injeção de coque. O algoritmo proposto se constitui num promissor simulador de práticas que visam otimizar o rendimento metálico do ferro, a partir da dependência da cinética de redução do óxido de ferro com sua atividade química na escória. / [en] A decarburization and slag formation model was developed and applied to a steelmaking process based on scrap and pig iron mixes melted in a conventional AC electric arc furnace (EAF) with 120 ton capacity. The amount of carbon input was varied significantly in order to evaluate the model consistency regarding mainly the kinetics of carbon oxidation, phosphorus oxidation and iron oxide formation and reduction. Pig iron and coke were used as sources of carbon, resulting in variation of total carbon input in the range of 15 to 35 kg carbon/ton. The pig iron and scrap melting rates determine the availability of the most relevant elements such as carbon, phosphorus and silicon in solution in Fe-C melts, and therefore, affecting the decarburization as well the slag formation rates. The pig iron is the main source of phosphorus in the ferrous charge. Hence, the evolution of the phosphorus content in the metal phase is important to predict the pig iron melting rate, since phosphorus can be used as a tracer element in addition to carbon. Kinetic models regarding phosphorus and silicon were applied simultaneously to kinetic models of carbon and iron reactions. A numerical integration method supported a generalized reduced gradient algorithm for non-linear and constrained system (GRG) was applied to determine most of the kinetic model parameters. The scrap melting rates were found to be higher than pig iron apparent melting rates. This is expected that, even though the heat transfer issues related to significant differences in the area to volume ratio compared to scrap, pig iron may melt faster influenced by its low melting point. However, a solidified shell maybe created from the hot heel where pig iron is immersed, even when further melting occur, Fe-rich carbon melts could be encapsulated temporarily and present lower apparent melting rate. The decarburization rate parameter, when at least 60 percent of the charge is melted, was estimated as 0.74 min-1, when carbon content is lower than the critical carbon 0.19 percent wt, which is similar to the rate range observed in oxygen steelmaking facilities. Around 31 percent and 26 percent of the oxygen input through post combustion injectors were addressed to iron oxidation and to the off-gas system, respectively. The main source of oxygen taking part of iron oxidation is available from supersonic lances. Approximately 20 percent of the oxygen input through lancing are consumed to form iron oxide. The results also indicate about 15-30 percent of the injected carbon may not react and leave EAF during slagoff. In addition to the observed non-equilibrium state in Fe-C-O system, the dispersive behavior of the prediction of soluble carbon content in the metal phase could also be influenced by the intensity of penetration coke. The model framework is a promising tool to work preliminarily in what-if process scenario builder as a static model for iron yield optimization, regarding the kinetics of iron oxide reduction reaction and the proposed dependence on its chemical activity in the slag phase.

[pt] Se por um lado à privatização do setor de energia, que induz acirrada concorrência, tem estimulado a inovação tecnológica e a adoção de mecanismos de incentivos à eficiência operacional, a regulação do mercado introduz mecanismos de controle requerendo maior responsabilidade no uso consciente da energia de sorte a assegurar a eficiência energética e a proteção ambiental. Pressões de organizações ambientalistas internacionais e a crescente demanda por energia explicam a tendência mundial pelo uso de combustíveis fósseis mais limpos. O baixo nível de emissões e resíduos associados ao processo de combustão de gás natural qualifica esta commodity energética como um elemento estratégico para integrar a matriz energética de organizações e países comprometidos com a sustentabilidade global. O impacto econômico associado à medição de gás natural exige uma otimização do controle do balanço de massa no sistema de entrega. A aplicação da Metodologia de Reconciliação de Dados constitui o objetivo deste trabalho. A técnica provou ser uma ferramenta eficaz para a avaliação do balanço de massa em um gasoduto durante o período de operação associado ao transporte de gás natural. A natureza intrínseca do seu algoritmo de cálculo, que leva em conta a redundância nas medições, qualifica a metodologia para aumentar a confiabilidade da medição assim reduzindo a incerteza individual associada a cada grandeza física capaz de interferir na medição e identificar erros grosseiros. Fundamentado na avaliação metrológica do balanço de massa de um gasoduto brasileiro, os resultados do estudo permitem discutir a adequação da técnica proposta de reconciliação de dados. Dentre as conclusões do trabalho, foi possível mostrar que o uso da técnica de tratamento dos dados do gás não contado (unaccounted for gas) pode atingir valores inferiores a 0,3 porcento, comparando-se, assim, à tolerância preconizada em nível internacional. / [en] If on the one hand, privatization of the energy sector, which induces keen competition, has stimulated technological innovation and the adoption of incentive mechanisms for operational efficiency, regulation of the market introduces control mechanisms requiring greater responsibility in the conscious use of energy so as to ensure energy efficiency and environmental protection. Pressure from international environmental organizations and the growing demand for energy, explain the worldwide tendency for the use of cleaner fossil fuels. The lower levels of emissions and residues associated with the combustion process of natural gas classify this energy commodity as a strategic element to enter into the energy matrix of organizations and countries committed to global sustainability. The economic impact associated with the measurement of natural gas, demands optimization in controlling the mass balance in the delivery system. Application of the Data Reconciliation Methodology constitutes the objective of this work. The technique proved to be an efficient tool for the evaluation of the mass balance in a gas pipeline for the period of operation associated with the transport of natural gas. The intrinsic nature of its calculation algorithm, which takes into account the redundancy of measurements, qualifies the methodology to increase the confidence of measurement, thereby reducing the individual uncertainty associated with each physical volume capable of interfering with the measurement and identify gross errors. Based on the metrological evaluation of the mass balance of a Brazilian pipeline, the results of the study enable discussion on the adequacy of the data reconciliation technique proposed. Among the conclusions of the work, it was possible to demonstrate that the use of the technique in treating the data of unaccounted for gas, could achieve values lower than 0.3 percent, thereby comparable with the tolerances advocated at international level.