Detecção de vazamentos em condutos forçados por meio de filtros digitais e método transiente inverso considerando viscoelasticidade

Abstract

Vazamentos em redes hidráulicas podem impactar fortemente a eficiência de um sistema. Métodos tradicionais muitas vezes se mostram ineficientes, caros ou pouco confiáveis, especialmente para detecção e localização de vazamentos, por exigirem operações complexas. Assim, em busca de métodos mais eficientes, precisos, econômicos e rápidos de detecção de vazamentos, a análise de transientes hidráulicos tem demonstrado grande potencial. Essa técnica pode ser utilizada para detectar distúrbios causados por singularidades, como vazamentos, por meio do comportamento de ondas de pressão, oferecendo uma alternativa promissora para o problema. O presente trabalho, portanto, investigou novas ferramentas de detecção e localização de vazamentos em redes hidráulicas. Foram utilizadas três técnicas distintas: a transformada wavelet discreta (TWD), a transformada wavelet discreta redundante (TWDR) e, como novidade do estudo, o filtro differentiator-smoother (DS). Suas aplicações envolveram tanto o processamento direto de sinais de pressão experimentais com vazamento quanto acoplamento com o método transiente inverso (MTI). O MTI contempla um simulador hidráulico considerando fator de atrito variável, viscoelasticidade da tubulação e formulação de vazamentos não nodais e também métodos de otimização global (algoritmo genético) e local (método de Levenberg-Marquardt). Foram fornecidos dados experimentais secundários de duas redes hidráulicas no modelo reservatório-tubo-válvula (RTV), uma com tubulação de cobre e outra de polietileno de alta densidade (PEAD), em que, na última, havia testes com vazamentos de diferentes magnitudes e em diferentes posições. Enquanto a TWD e a TWDR identificaram com sucesso as reflexões de ondas causadas por vazamentos em simulações teóricas, seu desempenho em cenários reais foi insatisfatório. Em contraste, o filtro DS mostrou-se altamente eficaz, oferecendo resultados precisos e de fácil visualização, com uma precisão de localização do vazamento entre 2% e 3% em relação ao comprimento total da tubulação, para vazamentos entre 25% e 54% do fluxo inicial, além de promover melhora da convergência do resultado do MTI quando utilizados em conjunto. O filtro DS oferece, portanto, uma solução simples, porém eficiente, para a detecção de vazamentos em condutos forçados, demonstrando potencial para estudos futuros.