Localização de vazamentos de água em dutos subterrâneos utilizando técnicas geofísicas vibro-acústicas

Abstract

A universalização e a gestão sustentável dos recursos hídricos, no setor de saneamento, são um tema crescente e de discussão global, visto que afetam o desenvolvimento humano, social, ambiental e econômico do país. Atualmente, os problemas de performance enfrentados pelas companhias de abastecimento se devem, principalmente, a vazamentos reais de água ao longo das redes de distribuição subterrâneas, portanto, se intensifica as ações ligadas ao controle e a redução dos índices de perdas nos sistemas. Nesta conjuntura, a presente pesquisa almeja contribuir com as técnicas de detecção/localização vibro-acústica de vazamentos, abordando, de forma robusta, os mecanismos de emissão vibro-acústica de um vazamento, as características temporais e espectrais de seu sinal, os meios e formas de propagação, assim como, os mecanismos de amortecimento dos meios. Ademais, o trabalho desenvolve procedimentos para a simulação mecânica de vazamentos, proporcionando maior liberdade e permitindo a repetibilidade de investigações experimentais na área. Por fim, esta obra propõem um modelo analítico de localização, baseado em técnicas geofísicas vibro-acústicas, que diferentemente de diversas técnicas proposta no mercado, não é invasiva e onerosa, e não exige operadores com alta qualificação e experiência. A técnica proposta se detém à análise de pares de uma malha de sensores, na superfície do solo, e, através de ferramentas estatísticas, prediz, de forma automatizada, o epicentro do vazamento. Nos ensaios realizados, em laboratório, o máximo erro absoluto obtido nas predições foi de 160 mm.

The universalization and sustainable management of water resources in the sanitation sector are a growing topic of global discussion, as they affect the human, social, environmental, and economic development of one region. Currently, the performance problems faced by supply companies are mainly due to real water leaks along underground distribution networks, therefore, actions linked to controlling and reducing loss rates in the systems are intensifying. At this juncture, the present research aims to contribute to vibroacoustic leak detection/location techniques, addressing, in a robust way, the vibroacoustic emission mechanisms of a leak, the temporal and spectral characteristics of its signal, the means and forms of propagation, as well as the media damping mechanisms. Furthermore, the work develops procedures for the mechanical simulation of leaks, providing greater freedom and allowing the repeatability of experimental investigations in the area. Finally, this work proposes an analytical location model, based on vibroacoustic geophysical techniques, which, unlike several techniques proposed on the market, is not invasive and costly, and does not require operators with high qualifications and experience. The proposed technique focuses on the analysis of pairs of a mesh of sensors, on the surface of the soil, and, through statistical tools, predicts, in an automated way, the epicenter of the leak. In tests carried out in the laboratory, the maximum absolute error obtained in the predictions was 16 cm.