Investigation of ground surface vibration to locate leaks in buried water pipes - Iwanaga, Mauricio Kiotsune (2023)
O risco de escassez de água tem aumentado em muitas regiões do mundo. Uma vez que os vazamentos representam uma grande quantidade de desperdício, os setores de abastecimento dependem das tecnologias de localização de vazamentos. Uma situação comum encontrada na prática é quando uma tubulação enterrada não é acessível. Neste caso, são recomendadas as tecnologias que não requerem qualquer acesso. Entretanto, existem apenas algumas delas com desempenho muito limitado. Muitas pesquisas têm sido realizadas nos últimos anos, com foco na localização de objetos enterrados usando medidas de vibração da superfície do solo, devido às ondas que se propagam nele. Elas são consideradas soluções potenciais para as tecnologias de localização de vazamentos, já que o primeiro passo geralmente é localizar a tubulação. Além disso, algumas pesquisas também foram realizadas para localizar vazamentos sem conhecimento prévio do local onde a tubulação está enterrada. Embora sejam promissoras, a aplicação prática de tais técnicas pode ser bastante complicada e custosa, já que normalmente elas requerem uma estimativa da velocidade de onda no solo e um conjunto de sensores montados na superfície. A principal motivação para esta tese é apresentar uma técnica de localização de vazamento baseada em medições de vibração da superfície do solo, que não requer uma estimativa da velocidade de onda no solo, robusta à interferência do ruído de fundo, e com uma configuração simples. Para isso, o fenômeno de propagação de ondas no solo devido a um tubo enterrado com vazamento é introduzido através de um modelo analítico, cujos resultados são validados a partir de um modelo numérico e um experimento. As técnicas de localização são então apresentadas com base no contexto físico fornecido pelo modelo analítico. A técnica proposta, denominada técnica de dois sensores, é baseada na fase medida por um par de sensores móvel em diferentes posições na superfície do solo. A técnica usada como base de comparação, denominada técnica de um sensor, é baseada na diferença de amplitude medida por um único sensor móvel em diferentes posições na superfície do solo. A aplicação delas é ilustrada com os modelos analítico e numérico, e seus desempenhos são avaliados na prática com dados experimentais adquiridos em campos de testes. As contribuições da pesquisa são destacadas pelos resultados experimentais, nos quais a técnica de dois sensores pode localizar a tubulação para distâncias maiores em relação ao vazamento, e é mais robusta à interferência de fontes externas de ruído em relação à técnica de um sensor.