Uma investigação sobre a eficácia de acelerômetros piezoelétricos e MEMS na detecção de vazamentos em tubulações de água

Autor(es)

Vitor Franco Girardi

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Ilha Solteira. 2022-05-25.
• Instituição: Universidade Estadual Paulista (Unesp). Faculdade de Engenharia. Ilha Solteira
• Data de defesa: 2022-04-25
• Orientador: Michael John Brennan; Fabrício César Lobato de Almeida

Resumo

Vazamentos em tubulações de água são uns dos principais problemas enfrentados por grandes centros urbanos em função das longas distâncias de fontes hídricas externas e da escassez de água provocada por mudanças climáticas. Para lidar com esse problema, companhias de água utilizam dispositivos vibroacústicos para localizar vazamentos em sua rede de distribuição, utilizando frequentemente equipamentos com sensores de vibração para leitura do sinal. Outra maneira de mitigar essa situação, que vai de encontro com o conceito de Cidades inteligentes, é a incorporação de sensores de vibração (acelerômetros) em hidrômetros residenciais ou em pontos estratégicos da rede, possibilitando a coleta de sinais de vibração relacionados a presença de vazamentos nas tubulações instrumentadas. Como a maioria dos acelerômetros utilizados em problemas de detecção de vazamentos são piezoelétricos, uma alternativa seria a utilização de acelerômetros fabricados pela técnica MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems ou Sistemas Microeletromecânicos em português), os quais possivelmente seriam mais acessíveis considerando o aumento crescente do potencial dessa tecnologia na redução de custos. Dessa forma, o presente trabalho busca investigar a eficácia de acelerômetros piezoelétricos e MEMS aplicados na detecção de vazamentos em tubulações de água, utilizando modelagens analíticas e testes controlados. Portanto, modelos eletromecânicos foram desenvolvidos para investigar os parâmetros que influenciam a sensibilidade e a faixa de frequência desses transdutores. Experimentos em laboratório foram realizados em conjunto com experimentos em campo para avaliar os acelerômetros na detecção de sinais de vazamentos utilizando técnicas clássicas vibroacústicas. Foi observado que apesar dos acelerômetros MEMS capacitivos utilizados nesse trabalho conseguirem detectar vazamentos, os sensores piezoelétricos de alta sensibilidade e com baixo ruído gerado apresentaram melhor desempenho. Três acelerômetros aptos a medirem sinais de vazamentos pequenos e a distancias maiores foram destacados, sendo um piezoelétrico importado, um MEMS capacitivo importado e um piezoelétrico produzido no Brasil, de melhor custo-benefício entre os sensores testados. (AU)

• Processo FAPESP: 20/05961-2 - Uma investigação sobre os parâmetros ideais de projeto de um sensor inercial para uso na detecção de vazamentos de água de tubos enterrados
• Beneficiário: Vitor Franco Girardi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado