A ocorrência de elevados índices de perdas por vazamentos em sistemas de abastecimento de água é frequentemente ligada às inúmeras quebras de tubulações originadas em decorrência de elevados níveis de pressão atuantes. O controle efetivo de tais perdas requer a detecção e localização dos vazamentos para uma rápida reparação do sistema. Neste sentido, a consideração de análises hidráulicas no escoamento transitório tem se revelado especialmente útil aos propósitos de calibração e detecção de vazamentos. Tal análise pode revelar substancial quantidade de informações sobre as 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. Assim, o presente trabalho visa o estudo dos transitórios hidráulicos para a calibração e detecção de vazamentos em modelos de sistemas de distribuição de água. Para tanto, são utilizados dados de redes hipotéticas e de laboratório, e modelos inversos resolvidos por métodos de busca global e local. Devido o emprego de tubos plásticos no circuito de laboratório, o clássico modelo da coluna elástica demonstrou-se ineficiente na reprodução do comportamento hidráulico de tal sistema. Resultados satisfatórios foram obtidos somente com um modelo hidráulico que considere o comportamento viscoelástico dos materiais dos tubos do circuito experimental. / The occurrence of large leakage losses in water supply systems has been frequently linked with pipe breaks resulting from high pressures levels in pipes. Efficient location of leakages is required in order to effectively control water losses and quickly repair the system. Analysis of hydraulic transients has been particularly useful for calibration and 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 water hammer waves are affected by different features and phenomena, including leaks. Thus, this research focuses on hydraulic transients for leak detection and calibration of water distribution system models. These objectives are achieved using data obtained from experiments performed on an experimental facility and numerical experiments on hypothetical networks. Inverse methods were based on both global and local search methods. Classic water hammer theory proved to be imprecise in describing the observed behavior of the hydraulic system composed of plastic pipes. Satisfactorily results were obtained with a hydraulic transient solver considering viscoelastic behavior of the pipe material.

A ocorrência de elevados índices de perdas por vazamentos em sistemas de abastecimento de água é frequentemente ligada às inúmeras quebras de tubulações originadas em decorrência de elevados níveis de pressão atuantes. O controle efetivo de tais perdas requer a detecção e localização dos vazamentos para uma rápida reparação do sistema. Neste sentido, a consideração de análises hidráulicas no escoamento transitório tem se revelado especialmente útil aos propósitos de calibração e detecção de vazamentos. Tal análise pode revelar substancial quantidade de informações sobre as 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. Assim, o presente trabalho visa o estudo dos transitórios hidráulicos para a calibração e detecção de vazamentos em modelos de sistemas de distribuição de água. Para tanto, são utilizados dados de redes hipotéticas e de laboratório, e modelos inversos resolvidos por métodos de busca global e local. Devido o emprego de tubos plásticos no circuito de laboratório, o clássico modelo da coluna elástica demonstrou-se ineficiente na reprodução do comportamento hidráulico de tal sistema. Resultados satisfatórios foram obtidos somente com um modelo hidráulico que considere o comportamento viscoelástico dos materiais dos tubos do circuito experimental. / The occurrence of large leakage losses in water supply systems has been frequently linked with pipe breaks resulting from high pressures levels in pipes. Efficient location of leakages is required in order to effectively control water losses and quickly repair the system. Analysis of hydraulic transients has been particularly useful for calibration and 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 water hammer waves are affected by different features and phenomena, including leaks. Thus, this research focuses on hydraulic transients for leak detection and calibration of water distribution system models. These objectives are achieved using data obtained from experiments performed on an experimental facility and numerical experiments on hypothetical networks. Inverse methods were based on both global and local search methods. Classic water hammer theory proved to be imprecise in describing the observed behavior of the hydraulic system composed of plastic pipes. Satisfactorily results were obtained with a hydraulic transient solver considering viscoelastic behavior of the pipe material.

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.

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.