Transitórios hidráulicos como ferramenta de diagnóstico: estudo experimental e computacional de vazamentos em tubulações

dc.creatorFilipe Augusto Resende Mota
dc.date.accessioned2026-05-11T15:17:34Z
dc.date.issued2026-02-23
dc.description.abstractWater loss due to leaks is one of the main challenges faced by water supply systems, leading to significant economic and environmental impacts. Several techniques have been developed and improved over the past decades to mitigate this problem, with transient flow-based methods standing out as a promising alternative for leak detection. In this context, this study investigates the occurrence of leaks in water supply pipelines through the analysis of hydraulic transients, using experimental data and computational simulations in both the time and frequency domains. The main objective is to evaluate the ability of transients to detect leaks under different operating conditions, analyzing the influence of parameters such as leak magnitude and location, as well as the initial flow conditions. The methodology was structured into three main stages. A simplified computational model was developed to illustrate the behavior of transients and pressure waves. A representative model of the laboratory system was built to reproduce the experimental conditions. And experimental tests were carried out by varying the initial flow rate, leak size and position, and maneuver conditions, allowing direct comparison between numerical and laboratory results. The findings showed that the behavior of pressure waves is sensitive to both the magnitude and location of leaks, enabling the identification of characteristic patterns associated with different operating conditions. In the frequency domain, variations in the spectra were observed in relation to the presence and position of leaks, reinforcing the potential of spectral analysis as a complementary diagnostic tool. However, some limitations were identified. The differences between the computational and experimental models were mainly related to physical aspects of the laboratory setup, such as 180° bends and the position of sensors near the leak point. The adopted configuration also caused significant variations in the metrics and plots of sensors located close to the leak, reflecting local effects but reducing detection efficiency. The 180° bends increased the amplitude and dispersion in the experimental frequency spectra, highlighting the influence of pipeline geometry on wave propagation and reflection. Despite these constraints, the analyses yielded consistent results, providing a broader understanding of system behavior and contributing to the improvement of future modeling approaches and transient signal interpretation under real-world conditions.
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/2700
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso aberto
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectEngenharia sanitária
dc.subjectRecursos hídricos - Desenvolvimento
dc.subjectTransitórios hidráulicos
dc.subjectHidrologia
dc.subjectÁgua - Distribuição
dc.subjectDetectores de vazamento
dc.subject.otherDetecçao de vazamento
dc.subject.otherAnálise experimental
dc.subject.otherTransiente hidráulico
dc.subject.otherDomínio do tempo
dc.subject.otherDomínio da frequência
dc.titleTransitórios hidráulicos como ferramenta de diagnóstico: estudo experimental e computacional de vazamentos em tubulações
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor-co1Gustavo Lima Meirelles
local.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0780417870726951
local.contributor.advisor1Bruno Melo Brentan
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6400467285537474
local.contributor.referee1Edna Maria de Faria Viana
local.contributor.referee1Alexandre Kepler Soares
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1252852824091294
local.description.resumoA perda de água devido a vazamentos é um dos principais desafios enfrentados pelos sistemas de abastecimento, ocasionando impactos econômicos e ambientais significativos. Diversas técnicas têm sido desenvolvidas e aprimoradas nas últimas décadas para mitigar esse problema, destacando-se os métodos baseados em escoamentos transitórios, que se apresentam como uma alternativa promissora para a detecção de vazamentos. Com isso este trabalho investiga a ocorrência de vazamentos em tubulações de abastecimento de água por meio da análise de transitórios hidráulicos, utilizando dados experimentais e simulações computacionais nos domínios do tempo e da frequência. O objetivo principal é avaliar a capacidade dos transitórios em detectar vazamentos sob diferentes condições de operação, analisando a influência de parâmetros como a magnitude e a localização do vazamento, bem como as condições iniciais do escoamento. A metodologia foi estruturada em três etapas principais. Desenvolveu-se um modelo computacional simplificado, destinado a ilustrar o comportamento dos transitórios e das ondas de pressão. Elaborou-se um modelo representativo do sistema laboratorial, buscando reproduzir as condições experimentais. E realizaram-se ensaios experimentais variando-se a vazão inicial, o tamanho e a posição dos vazamentos, além das condições de manobra, permitindo a comparação direta entre os resultados numéricos e laboratoriais. Os resultados evidenciaram que o comportamento das ondas de pressão é sensível tanto à magnitude quanto à localização do vazamento, permitindo identificar padrões característicos associados às diferentes condições de operação. No domínio da frequência, observou-se variação nos espectros associada à presença e à posição do vazamento, reforçando o potencial da análise espectral como ferramenta complementar de diagnóstico. Entretanto, algumas limitações foram identificadas. As diferenças entre os modelos computacional e experimental estão relacionadas a fatores físicos do arranjo laboratorial, como as curvas de 180° e a posição dos sensores no ponto de vazamento. O arranjo adotado também gerou variações significativas nas métricas e nos gráficos dos sensores próximos ao vazamento, refletindo o impacto local, mas reduzindo a eficácia da detecção. As curvas de 180° provocaram aumento na amplitude e maior dispersão nos espectros de frequência experimentais, evidenciando a influência da geometria da tubulação na propagação e reflexão das ondas. Apesar dessas restrições, as análises apresentaram resultados consistentes, possibilitando compreender de forma mais ampla o comportamento do sistema e contribuindo para o aprimoramento de futuras modelagens e interpretações de sinais transitórios em condições reais.
local.identifier.orcid0009-0004-7252-736X
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::RECURSOS HIDRICOS

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