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Type: Dissertação
Title: An approach to the characterization of anomalies in tubes using acoustic tests
Author(s)/Inventor(s): Botto, Christian Cardeal de Miranda Penna
Advisor: Castello, Daniel Alves
Co-advisor: Borges, Lavinia Maria Sanabio Alves
Abstract: Dutos são componentes comuns em diversos setores da indústria e, em particular, nas refinarias. A sua manutenção é vital pelo fato de qualquer impedimento de funcionamento estar associada a perdas de eficiência e dinheiro; além disso, também pode levar a problemas ambientais e de segurança, como vazamentos e explosões. Nesse contexto, investigações relacionadas ao aprimoramento ou desenvolvimento de técnicas não-destrutivas para avaliar a integridade estrutural de dutos são de interesse da indústria e da academia. Este trabalho propõe uma abordagem para investigar anomalias em dutos com base em sinais acústicos. Um Modelo de Elemento Finito (FEM) é construído para descrever o problema direto, onde o vazamento e o bloqueio podem ser descritos de forma adequada por variações da área da seção transversal do duto. Como a variação da área da seção transversal pode ocorrer ao longo do duto, é adotado um conjunto de parametrizações para descrever os cenários viáveis. As parametrizações adotadas também trazem algum nível de regularização para as análises inversas. O problema inverso é formulado usando uma abordagem Bayesiana e a amostragem da densidade posterior dos parâmetros do modelo é realizada por meio do algoritmo Transition Markov Chain Monte Carlo (TMCMC). Um conjunto de exemplos numéricos é apresentado para avaliar a eficácia da abordagem.
Abstract: Pipelines are common components in several sectors of industry and in particular in refineries. Their maintenance is vital due to the fact that any non planned stoppage is associated to loss of efficiency and money; moreover, it could also lead to environmental and safety issues, like leakages and explosions. In this context, investigations regarding the improvement or development of non-destructive techniques to assess the structural integrity of pipelines is of interest of industry and academia. This work proposes and approach to investigate pipeline anomalies based on acoustic signals. A Finite Element Model (FEM)is built to describe the forward problem where both leakage and blockage may be properly described by variations of the cross-section area of the pipe. As the cross-section area variation may take place along the pipe, it is adopted a set of parameterizations to describe feasible scenarios. The adopted parameterizations also bring some level of regularization to the inverse analyses. The inverse problem is formulated in the Bayesian framework and the sampling of the posterior density of model parameters is performed by means of the Transition Markov Chain Monte Carlo (TMCMC) algorithm. A set of numerical examples are presented to assess the effectiveness of the approach.
Keywords: Acústica
Vazamento
Bloqueio
Problemas inversos
Bayesiano
Acoustics
Leakage
Blockage
Inverse Problems
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Dec-2021
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Citation: BOTTO, Christian Cardeal de Miranda Penna. An approach to the characterization of anomalies in tubes using acoustic tests. 2021. 82 f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Engenharia Mecânica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
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