Uso de python e conceitos de internet das coisas aplicados à técnicas vibro-acústicas clássicas para detecção de vazamentos

Abstract

A escassez de água e a distância entre grandes centros urbanos em relação as áreas com disponibilidade de recursos hídricos são obstáculos que elevam o custo de empresas de distribuição de água e saneamento, bem como impõem a necessidade de redução de perdas no sistema de distribuição. Equipamentos analógicos e/ou digitais são usados para auxiliar na detecção e localização de vazamentos visando reduzir o desperdício de água. Tendo em vista o grande problema econômico e social gerado pelos vazamentos, bem como, as constantes melhorias em técnicas clássicas de detecção de vazamentos, faz-se necessário alternativas práticas e viáveis economicamente para enfrentar esse desafio. O correlacionador de ruídos é uma ferramenta vibro-acústica que apresenta maior precisão na localização de vazamentos, apesar de possuir um alto custo envolvido e um processamento de sinais mais complexo. Essa técnica utiliza sensores vibro-acústicos juntamente com a técnica da correlação cruzada para estimar a posição do vazamento ao longo da tubulação. Por outro lado, a chamada haste de escuta, geralmente analógica, é a técnica vibro-acústica mais simples e utilizada para pesquisa de detecção de vazamentos devido principalmente a seu baixo custo, robustez e manuseio. Porém, essas técnicas possuem algumas limitações quando utilizadas em tubos de plástico devido a elevada atenuação do ruído de vazamento que dificulta o seu uso na detecção dos mesmos. A correlação cruzada só é eficiente quando a banda de frequência onde a energia de vazamento está localizada é selecionada corretamente. Entretanto, esse procedimento é feito manualmente pelo usuário que geralmente não possui nenhum treinamento em processamento de sinais. A haste de escuta, por sua vez, necessita de pessoal com audição treinada capaz de identificar a presença de um possível vazamento apenas auscultando o sinal obtido, dificultando sua localização em posições distantes do vazamento quando o tubo é de plástico. Portanto, esse trabalho tem como objetivo desenvolver soluções práticas para o uso dos correlacionadores de ruído de vazamento e haste de escuta, visando uma melhor gestão de perdas de água em sistemas de distribuição. Desenvolveu-se para o correlacionador de ruído um software em formato web, utilizando a linguagem de programação livre Python, que estima a banda de frequência onde a energia de vazamento pode ser encontrada, bem como a estimativa do atraso de sinais. Para a haste de escuta, foi feita sua caracterização, visando estudar o comportamento do ruído de vazamento que se propaga em sua estrutura, bem como, a implementação de melhorias através do processamento clássico de sinais e tecnologias aplicadas em IoT (Internet of Things). Os testes práticos foram realizados em um campo de prova que simula situações reais de vazamento fornecido pela SABESP na cidade de Tupã.

Water shortage together with long distances between large cities and areas where water resources can be found are factors that increase the cost of water distribution, mainly responsible for the pressure on water industry companies to reduce losses in their distribution systems. Analog and/or digital devices are used to assist in the detection and location of leaks in order to reduce water loss. Moreover, the presence of leaks in water distribution systems can cause economic and social problems, so that constant improvements in classic leak detection techniques are necessary but taking into account practical and economically viable alternatives to face this problem. The leak noise correlator is the most accurate vibro-acoustic technique for leak detection, but it has a high cost involved and more complex signal processing. This technique uses vibroacoustic sensors together with the cross-correlation method to estimate the position of the leak along the pipe. On the other hand, the so-called listening stick, which is usually an analog device, is the simplest vibro-acoustic technique and used for leak detection surveys due to its low cost, robustness and handling. However, these techniques have some limitations when applied to plastic pipes due to the high attenuation of leak noise in such systems. The correlation technique is effective when the frequency range over which leak signals can be detected. The listening stick, however, requires experienced personnel capable of identifying the presence of a possible leak just by listening to the leak signal that propagates along the stick when placed onto the pipe. Therefore, the objective of this work is to develop practical solutions for the use of leak noise correlators and listening stick techniques, aiming at a better management of water loss in distribution vi systems. A software in web format was developed for the leak noise correlator by using the free programming language Python, which estimates the frequency band over which leak noise can be found. Moreover, the time delay between the two sensors can also be estimated using such software. For the listening stick, however, its vibration characterization was carried out to investigate how the leak noise propagates along it when placed onto the pipe. Besides, improvements based on classic signal processing tools together with concepts applied in IoT (Internet of Things) area were implemented. Practical tests were conducted in a test rig provided by SABESP and locate in the city of Tupã that simulates real leak conditions.