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[pt] DESENVOLVIMENTO E VALIDAÇÃO DE MÉTODOS DE DETECÇÃO E LOCALIZAÇÃO DE VAZAMENTOS EM OLEODUTOS / [en] DEVELOPMENT AND VALIDATION OF METHODS FOR DETECTION AND LOCALIZATION OF PIPELINE LEAKSTHIAGO LESSA ARAMAKI 04 October 2016 (has links)
[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.
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[en] DECARBURIZATION AND SLAG FORMATION MODEL FOR THE ELECTRIC ARC FURNACE / [pt] MODELO DE DESCARBURAÇÃO E FORMAÇÃO DE ESCÓRIAS NA PRODUÇÃO DE AÇO EM ACIARIA ELÉTRICARAIMUNDO AUGUSTO FERRO DE OLIVEIRA FORTES 23 May 2019 (has links)
[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.
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[en] MASS BALANCE DATA RECONCILIATION OF THE URUCU- MANAUS GAS PIPELINE / [pt] RECONCILIAÇÃO DE DADOS DO BALANÇO DE MASSA NO GASODUTO URUCU-MANAUSGISELE DE OLIVEIRA BARRETO 06 May 2016 (has links)
[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.
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