Desenvolvimento de um simulador virtual de vazamentos para testar correlacionadores acústicos utilizados em detecção de vazamentos de água em dutos subterrâneos

• Processo: 17/16953-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2017
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2019
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Acordo de Cooperação: SABESP
• Pesquisador responsável: Michael John Brennan
• Beneficiário: Mauricio Kiotsune Iwanaga
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia (FEIS). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Ilha Solteira. Ilha Solteira , SP, Brasil
• Empresa: Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Ilha Solteira. Faculdade de Engenharia (FEIS)
• Vinculado ao auxílio: 13/50412-3 - Desenvolvimento de um correlacionador de sinais nacional otimizado para localização e detecção de vazamentos em dutos de água subterrâneos da SABESP, juntamente com dispositivos efetivos para o treinamento de equipes de detecção de vazamento, AP.PITE
• Assunto(s): Processamento digital de sinais
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Densidade Espectral de Potência (PSD) | Detecção de Vazamentos em Tubulações Enterradas | Filtros de Resposta Finita ao Impulso (FIR) | Função de Correlação Cruzada | Função de Resposta em Frequência (FRF) | Processamento de sinais digitais (DSP) | Análise e Processamento de Sinais Digitais

Resumo

De acordo com trabalhos anteriores, os correlacionadores acústicos são utilizados a mais de 30 anos para detectar e localizar vazamentos em tubos de água, já que estes problemas em distribuições de dutos subterrâneos são considerados globais. Apesar dos correlacionadores funcionarem bem para tubos metálicos, existem algumas limitações em seu uso em tubos plásticos já que os ruídos de vazamento que se propagam ao longo destes tubos são sujeitos a altos níveis de atenuação, o que torna o problema de detecção de vazamento de água mais desafiador. Além do mais, o uso de correlacionadores não é relativamente simples uma vez que é necessário executar testes em uma distribuição de dutos com a simulação de um vazamento, o que pode ser muito dispendioso e demorado. Portanto, é de interesse das empresas de transporte de saneamento de água ter uma alternativa viável para testes em correlacionadores que não seja a construção de um campo de prova para tal. Dessa maneira, sabe-se que é possível simular o comportamento dinâmico de um tubo de água subterrâneo utilizando um sistema/modelo que possua as características vibro acústicas similares ao do problema abordado (resposta vibro-acústica de tubulações enterradas geradas pela interação fluido-estrutura). Tal resposta pode ser simulada, ou seja, pode ser reproduzida através do uso de um atuador específico que seja capaz de criar um sinal similar ao ruído originado no vazamento nos pontos de medidas (geralmente hidrantes ou pontos de acesso à tubulação).Em trabalhos anteriores, um equipamento que simula a resposta dinâmica da tubulação enterrada foi desenvolvido através da associação das características dinâmicas do tubo enterrado via software e reproduzido por um atuador que, neste caso, foi um loudspeaker comercial. Como a correlação é feita utilizando pelo menos dois pontos de medidas, então dois loudspeakers foram utilizados simulando dois pontos de medidas distintos. Tais sinais foram medidos utilizando sensores, no caso, acelerômetros que são usualmente empregados. Como um modelo analítico é utilizado para gerar os sinais nos atuadores, sabe-se que os parâmetros utilizados nas simulações, como as características da tubulação e a velocidade de propagação do ruído de vazamento, sabe-se qual o atraso do sinal real que o correlacionador deveria fornecer. Por consequência, pode-se investigar se um correlacionador é apto ou não para aquela aplicação (simulação) específica. Entretanto, devido às características dinâmicas dos louspeakers (faixa linear de operação), a banda de frequência do mesmo foi limitada entre 20 Hz e 80 Hz. Em situações práticas, seria mais preciso estimar a função de correlação cruzada e o seu respectivo tempo de atraso, se esta banda de frequência fosse maior, como em casos mais reais. Portanto, com o objetivo de manter estas frequências de ressonância o mais elevado possível, pretende-se utilizar neste trabalho um atuador rígido como, por exemplo, um shaker.Porém, como um shaker se comporta como um filtro passa-baixa de segunda ordem, o seu deslocamento não é mais proporcional à corrente elétrica de entrada, quando se encontra acima de sua frequência de ressonância. Em outras palavras, a dinâmica de um shaker pode influenciar no sinal de resposta que será detectado pelos sensores. Esta é a principal característica que motiva este trabalho, o qual consiste no desenvolvimento de um compensador para a dinâmica do atuador, incluindo um modelo teórico que represente o comportamento dinâmico de um duto de água subterrâneo com um vazamento mais próximo de situações reais. Além do mais, os sensores dos correlacionadores comerciais são pesados e, quando acoplados ao atuador, também mudarão sua resposta. Logo, tal "adição de massa" deverá ser compensada. Com isso, após refinar o modelo, considerando o compensador, através de experimentos no equipamento de testes virtuais para tubos, será também incluído o efeito do solo. (AU)

Publicações científicas

(4)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

IWANAGA, M. K.; BRENNAN, M. J.; ALMEIDA, F. C. L.; SCUSSEL, O.; CEZAR, S. O.. A laboratory-based leak noise simulator for buried water pipes. APPLIED ACOUSTICS, v. 185, JAN 1 2022. (17/16953-8, 13/50412-3, 17/14432-0)

IWANAGA, M. K.; BRENNAN, M. J.; TANG, B.; SCUSSEL, O.; ALMEIDA, F. C. L.. ome features of the acceleration impulse response functio. MECCANICA, v. 56, n. 1, JAN 2021. (17/16953-8, 13/50412-3, 17/14432-0)

ALMEIDA, F. C. L.; BRENNAN, M. J.; DE LIMA, F. KROLL; IWANAGA, M. K.; SCUSSEL, O.. Using a geophone as an actuator to estimate the velocity of leak noise propagation in buried water pipes. APPLIED ACOUSTICS, v. 184, DEC 15 2021. (17/14432-0, 13/50412-3, 16/01733-0, 17/16953-8)

IWANAGA, M. K.; BRENNAN, M. J.; TANG, B.; SCUSSEL, O.; ALMEIDA, F. C. L.. Some features of the acceleration impulse response function. MECCANICA, v. 56, n. 1, p. 9-pg., 2021-01-04. (17/14432-0, 13/50412-3, 17/16953-8)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

IWANAGA, Mauricio Kiotsune. Desenvolvimento de um simulador virtual de vazamentos para testar correlacionadores acústicos utilizados em detecção de vazamentos de água em dutos subterrâneos. 2019. Dissertação de Mestrado - Universidade Estadual Paulista (Unesp). Faculdade de Engenharia. Ilha Solteira Ilha Solteira.