Publication
Monitoramento mecânico de tubos utilizando fibra óptica para determinação de vazamentos
| Summary: | Orientador: Luiz Carlos Marcos Vieira Junior |
|---|---|
| Main Authors: | Manzo, Natalia Reggiani, 1994- |
| Subject: | Detectores de vazamento Grade de Bragg Fibras óticas Sensor optico Leakage detectors Bragg grating Optical fibers Optical sensor |
| Year: | 2019 |
| Country: | Brazil |
| Document type: | master thesis |
| Access type: | open access |
| Associated institution: | IBICT |
| Language: | Portuguese |
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| dc.description.none.fl_str_mv | Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: Este trabalho propõe um método de monitoramento de vazamentos em tubulações utilizando Redes de Bragg, uma tecnologia de sensoreamento com fibras ópticas. Vazamentos em tubulações sempre foram uma preocupação em sistemas de distribuição de água, dadas as perdas financeiras geradas e a água e energia desperdiçadas. No entanto, o uso de tubulações para o transporte de óleos e gases elevaram as preocupações da indústria quanto aos vazamentos, devido às graves consequências ambientais. Vazamentos de óleos e gases podem contaminar o solo e aquíferos das regiões afetadas, assim como causar morte de animais e consequências indesejáveis para a saúde da população local. Dessa maneira, é evidente a importância de métodos de detecção de vazamentos. A maioria dos métodos existentes, contudo, não são eficientes na detecção de vazamentos, dificultando sua aplicação nos sistemas de distribuição. Este trabalho apresenta uma análise experimental para verificar a viabilidade da aplicação de um novo método de sensoreamento de vazamentos em tubulações, que utiliza sensores de fibra óptica. Esses sensores apresentaram um elevado desenvolvimento nos últimos anos, devido a algumas de suas características, como a imunidade a interferências eletromagnéticas, baixo custo e baixa perda de sinal. As análises experimentais foram divididas em duas etapas: testes em um tubo pressurizado, para verificar a aderência da fibra óptica à tubulação; e, simulação de vazamentos em uma montagem experimental, a fim de investigar se os sensores são capazes de detectar o vazamento, sua localização e estimar a vazão. A partir dos resultados, pode-se afirmar que os sensores foram capazes de detectar e localizar os vazamentos. Contudo, não foi possível estimar a vazão de vazamento. Mas, os resultados sugerem que, se mais vazões de vazamentos fossem simuladas no ensaio, seria viável estimar sua vazão. Assim, para estudos futuros, sugere-se mais ensaios para que a vazão de vazamento possa ser estimada e, a aplicação do método em sistemas estruturais de larga escala Abstract: This study aims to propose a method to evaluate and monitor fluid leakage in pipelines using Fiber Bragg Gratings (FBG), a fiber-optic sensing technology. Pipeline leakages have always been a concern in water distribution systems, due to the financial losses to the water utility company, as well as, the water and energy losses. The necessity of oil and gas transportation in pipelines, however, have increased the industry concern in avoiding any leakage in the distribution system, given its environmental consequences. Oil and gas leakages can contaminate the soil and aquifer of a region, thus, causing animals death and undesirable consequences for the local population¿s health. Therefore, it is evident the importance of methods to detect leakages. Most of the existing methods, however, are not efficient on leakage detection, which does not allow its application in existing fluid transport network. This work presents an experimental analysis to verify the feasibility of a new method to monitor pipeline leakages with fiber-optic sensors. Optical fibers are a technology that has been growing, due to its characteristics, as immunity to electromagnetic interference, low cost and reduced signal losses. The experimental analyses were divided into two parts: tests carried out in a pressurized tube, in which the adherence betweeen the optical fiber and the tube was analyzed; and, an experimental setup to simulate leakages and verify the FBG sensors capability to detect the leakage, definition of the position and estimation of fluid volume leakage rate. The results have shown that the FBG sensors were efficient in detecting the leakage and locating it. The fluid volume leakage rate, however, could not be estimated. Yet, the results suggest that it is possible to simulate it, if experiments are carried out. Then, for future studies, the leakage flow estimation could be investigated, as well as, the application of the FBG sensors in large-scale projects Mestrado Estruturas e Geotécnica Mestra em Engenharia Civil PETROBRAS 5149 |
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Monitoramento mecânico de tubos utilizando fibra óptica para determinação de vazamentos. 2019. 1 recurso online (104 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1635358. Acesso em: 24 mai. 2022.Handle20192019-02-07T00:00:00ZOrientador: Luiz Carlos Marcos Vieira JuniorDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: Este trabalho propõe um método de monitoramento de vazamentos em tubulações utilizando Redes de Bragg, uma tecnologia de sensoreamento com fibras ópticas. Vazamentos em tubulações sempre foram uma preocupação em sistemas de distribuição de água, dadas as perdas financeiras geradas e a água e energia desperdiçadas. No entanto, o uso de tubulações para o transporte de óleos e gases elevaram as preocupações da indústria quanto aos vazamentos, devido às graves consequências ambientais. Vazamentos de óleos e gases podem contaminar o solo e aquíferos das regiões afetadas, assim como causar morte de animais e consequências indesejáveis para a saúde da população local. Dessa maneira, é evidente a importância de métodos de detecção de vazamentos. A maioria dos métodos existentes, contudo, não são eficientes na detecção de vazamentos, dificultando sua aplicação nos sistemas de distribuição. Este trabalho apresenta uma análise experimental para verificar a viabilidade da aplicação de um novo método de sensoreamento de vazamentos em tubulações, que utiliza sensores de fibra óptica. Esses sensores apresentaram um elevado desenvolvimento nos últimos anos, devido a algumas de suas características, como a imunidade a interferências eletromagnéticas, baixo custo e baixa perda de sinal. As análises experimentais foram divididas em duas etapas: testes em um tubo pressurizado, para verificar a aderência da fibra óptica à tubulação; e, simulação de vazamentos em uma montagem experimental, a fim de investigar se os sensores são capazes de detectar o vazamento, sua localização e estimar a vazão. A partir dos resultados, pode-se afirmar que os sensores foram capazes de detectar e localizar os vazamentos. Contudo, não foi possível estimar a vazão de vazamento. Mas, os resultados sugerem que, se mais vazões de vazamentos fossem simuladas no ensaio, seria viável estimar sua vazão. Assim, para estudos futuros, sugere-se mais ensaios para que a vazão de vazamento possa ser estimada e, a aplicação do método em sistemas estruturais de larga escalaAbstract: This study aims to propose a method to evaluate and monitor fluid leakage in pipelines using Fiber Bragg Gratings (FBG), a fiber-optic sensing technology. Pipeline leakages have always been a concern in water distribution systems, due to the financial losses to the water utility company, as well as, the water and energy losses. The necessity of oil and gas transportation in pipelines, however, have increased the industry concern in avoiding any leakage in the distribution system, given its environmental consequences. Oil and gas leakages can contaminate the soil and aquifer of a region, thus, causing animals death and undesirable consequences for the local population¿s health. Therefore, it is evident the importance of methods to detect leakages. Most of the existing methods, however, are not efficient on leakage detection, which does not allow its application in existing fluid transport network. This work presents an experimental analysis to verify the feasibility of a new method to monitor pipeline leakages with fiber-optic sensors. Optical fibers are a technology that has been growing, due to its characteristics, as immunity to electromagnetic interference, low cost and reduced signal losses. The experimental analyses were divided into two parts: tests carried out in a pressurized tube, in which the adherence betweeen the optical fiber and the tube was analyzed; and, an experimental setup to simulate leakages and verify the FBG sensors capability to detect the leakage, definition of the position and estimation of fluid volume leakage rate. The results have shown that the FBG sensors were efficient in detecting the leakage and locating it. The fluid volume leakage rate, however, could not be estimated. Yet, the results suggest that it is possible to simulate it, if experiments are carried out. 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