Tratamento e caracterização de sinais de vazamento de líquidos e gases por meio de análise espectral

Abstract

Este trabalho descreve a caracterização, baseada no método acústico, de sinais gerados por vazamentos de fluidos em dutos. O sensor utilizado foi um microfone de baixo custo cuja faixa de medição era de 20 Hz a 20 kHz. Para o tratamento dos sinais aqui estudados utilizou-se a Transformada Discreta de Fourier. A primeira etapa deste trabalho consistiu na realização de experimentos em uma seção de duto de aço inox com 2 m de comprimento, 0,1 m de diâmetro interno, com espessura da parede de 5,7 mm na qual era possível utilizar orifícios de vazamentos circulares com diâmetros de 1, 2, 3 e 4 mm e também uma fenda com dimensões de 0,5mm x 30 mm. Os testes de vazamento foram feitos tanto com água quanto com ar comprimido com pressões de 1,96.105 e 5,9.105 Pa. Após a análise dos dados obtidos foi constatada a presença de regiões de frequências características para esses vazamentos. Para descrever essas regiões foram ajustadas curvas Gaussianas de primeira e terceira ordem. Isso possibilitou o acesso a informações como a magnitude, frequências médias e o desvio padrão desses dados. A segunda etapa consistiu na realização de experimentos de vazamentos em um circuito de dutos fechado (UEEM). Nesses casos foi utilizada a pressão de 1,6.105 Pa e os orifícios circulares também foram de 1, 2, 3 e 4 mm de diâmetro e uma fenda de 1 mm x 15 mm. Diferentemente dos resultados obtidos na seção de duto, na UEEM foram obtidos picos de frequências característicos dos vazamentos. Na terceira e última etapa deste trabalho foram analisados casos de não vazamento como a abertura e o fechamento de válvulas, o escoamento de fluido e o ruído presente no ambiente. Com a análise desses casos foi possível evidenciar a distinção entre as frequências pertinentes a casos de vazamento com as que não são. Dessa maneira, este método estudado se mostrou promissor para a detecção de vazamentos em dutos da indústria de petróleo e gás. <br>

Abstract : This work describes the characterization of signals generated by fluid leaks in pipeline based on acoustic method. The sensor used was a low cost microphone whose measurement range of 20 Hz to 20 kHz. The Discrete Fourier Transform was used for the signal processing. The first stage of this work consisted of experiments on a section of pipeline made of stainless steel pipe with 2 m long, 0,1 m insider diameter, with wall thickness of 5,7 mm in which it was possible to use plates with diameter holes of 1, 2, 3 and 4 mm and also a gap with dimensions of 0.5 mm x 30 mm. The leakage tests were made both with water and compressed air at pressures 1,96.105 and 5,9.105 Pa. After analyzing the data obtained there was a hump like characteristic frequencies for these leaks. To describe these hump first and third order Gaussian curves were adjusted. This enabled to access information such as magnitude, frequency and standard deviation of the data. The second stage was to perform experiments of leaks in the UEEM. In these cases 1,6.105 Pa pressure and plates with diameter holes 1, 2, 3 and 4 mm and a gap of 1 mm x 15 mm was used. Differently from results obtained in the section of pipeline in UEEM frequency peaks were obtained to characteristic the leaks. In the third, and final stage of this work, were analyzed not leak cases. With the analysis of these cases was possible to demonstrate the distinction between the characteristic frequencies from not leak cases. Therefore, this study has shown a promising method for leak detection in pipelines of oil and gas industry.