Desenvolvimento de um método computacional para identificação e caracterização de um vazamento em tubulações longas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Teodoro, Ícaro Pavani, 1992-
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/7404
Resumo: Orientadores: Auteliano Antunes dos Santos Júnior, Allan Patrick Cordeiro Dias
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spelling Desenvolvimento de um método computacional para identificação e caracterização de um vazamento em tubulações longasDevelopment of a computational method for identification and characterization of one leakage in long pneumatics pipesTubulaçõesDetectores de vazamentoFerrovias - FreiosAr - EscoamentoSimulação computacionalPipelinesLeak detectorsRailway - BrakesAir - FlowComputational simulationOrientadores: Auteliano Antunes dos Santos Júnior, Allan Patrick Cordeiro DiasTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: As tubulações são amplamente utilizadas para transporte de produtos por longas distâncias, com as vantagens de minimizar as influências do ambiente externo no escoamento e de produzir baixo impacto ambiental. O desenvolvimento de tecnologias para simulação do comportamento interno de produtos transportados em tubulações é essencial para dimensionar componentes auxiliares atrelados, para melhorar a eficiência e para a solução de problemas no transporte de produtos. O principal problema encontrado em tubulações são os vazamentos, que prejudicam a eficiência no transporte do produto e, em alguns casos, podem gerar acidentes e grandes danos ambientais. Os trabalhos sobre identificação e localização de vazamento em dutos ou tubulações disponíveis na literatura são geralmente focados em transporte de gás natural, petróleo e água, e são aplicados em regime permanente e, em sua maioria, sem nenhuma ramificação em sua extensão. No presente trabalho buscou-se desenvolver um novo método capaz de identificar e localizar com precisão um vazamento em tubulações pneumáticas com diversos pontos de ramificações em regime transiente. O método parte da comparação entre os dados coletados e a resposta de um modelo numérico de um sistema ao longo do tempo para a identificação e caracterização (posição e intensidade) de um vazamento. O método de identificação e caracterização de vazamento desenvolvido foi aplicado para a análise de um sistema de freio pneumático ferroviário, que é um sistema extremamente importante para o controle de velocidade e segurança de todo o veículo ferroviário, além de que qualquer falha nesse sistema gera o bloqueio da via férrea e grande prejuízo financeiro. Este sistema é composto por uma longa tubulação pneumática com diversas fontes/sorvedouros ao longo de sua extensão e tem um regime de trabalho completamente transiente. Para o desenvolvimento do método, foi empregado um modelo do sistema de freio pneumático que utiliza as equações conservativas fluidodinâmicas para representar o comportamento do escoamento no sistema real, enquanto um modelo numérico que utiliza o método dos parâmetros concentrados foi implementado para simular o mesmo comportamento dentro do método de caracterização do vazamento. Para acelerar a convergência, o modelo numérico foi implementado em linguagem C, utilizando uma abordagem de computação paralela através da interface de programação multi-processo de memória compartilhada OpenMP. Os resultados obtidos indicam que o método de identificação e caracterização desenvolvido é capaz de identificar e localizar com precisão um vazamento em diferentes configurações com localizações e intensidades distintas ao longo do sistema pneumático, além de executar todo o processamento em um tempo hábil para aplicação em campo. A aplicação do método em campo pode proporcionar um aumento na segurança do procedimento de detecção de vazamento, pois diminui significativamente a exposição dos inspetores de vagões aos riscos decorrentes da verificação manual de vazamento, uma vez que a varredura buscando o local de vazamento ao longo de toda a tubulação não é necessária com a utilização do novo método desenvolvidoAbstract: The pipelines are largely used to products transportation through great distances, it has the advantages of minimizing environment influences on the flow and produces less environmental impact. The development of technologies to simulate the behavior of the product transported inside the pipeline is essential to design auxiliary components harnessed to the pipeline, to improve its efficiency and to solve problems during the transportation. The main problem in pipelines is the presence of leaks, which harm the efficiency of the product transportation and could cause accidents and great environmental damage in some cases. Generally, the literature publications about identification and location of leakage in ducts or pipelines are focused on natural gas, petrol, and water transportation. They are applied in steady state and, in most cases, without branches in its extension. In this work, a new method capable of identifying and locating a leakage with accuracy in pneumatics pipelines with several branches in transient behavior was developed. The method starts with a comparison along the time between the acquired data and the result from a numerical simulation of the system to identify and characterize (location and intensity) a leakage. The method of identification and characterization of a leakage was applied and analyzed on a railway pneumatic brake system, which is an extremely important system for the safety and speed control of the railway vehicles. Besides, any problem in this system, blocks the railway traffic and generate great financial loss. This system is composed by a long pipeline with several sources/sinks through its extension and it has a completely transient work behavior. In the development of the method, it was implemented a pneumatic brake system model that uses conservatives fluid dynamics equations to represent the real system flow behavior, while a numerical model based in lumped parameters approach was implemented to simulate the same flow behavior inside the characterization method of the leakage. To speed up the convergence time of the method, the numerical model was implemented using C language together with a parallel computing approach based on an application programming interface (API) that supports multi-platform shared-memory (OpenMP). The obtained results indicate that the method of identification and characterization developed is capable of accurate identify and characterize a leakage in different configurations of location and intensity along the pipeline extension, besides it can process the result fast enough for a field application. The field application of the method can improve the safety of the leakage detection procedure because it significantly decreases the time that the railway vehicle’s inspector will be exposed to dangers in function of the manual verification of the leakage, since there is no necessity to search all the pneumatic system to locate the leakage with the application of the new method developedDoutoradoMecânica dos Sólidos e Projeto MecânicoDoutor em Engenharia Mecânica[s.n.]Santos Júnior, Auteliano Antunes dos, 1963-Dias, Allan Patrick Cordeiro, 1984-Gay Neto, AlfredoDaniel, Gregory BregionMensonza, Yesid Ernesto AsaffUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASTeodoro, Ícaro Pavani, 1992-20222022-10-26T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (114 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/7404TEODORO, Ícaro Pavani. Desenvolvimento de um método computacional para identificação e caracterização de um vazamento em tubulações longas. 2022. 1 recurso online (114 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/7404. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1259553porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-02-08T09:33:23Zoai::1259553Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2023-02-08T09:33:23Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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