The use of artificial neural networks for pattern detection of leaks in pipelines

O presente trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de um sistema de identificação do surgimento de vazamentos (rupturas) em dutos, através da análise do sinal de sensores de pressão de resposta rápida (frequência de corte superior a 1 kHz). O reconhecimento do sinal de vazamento se realiza através de uma rede neural artificial feed-foward do tipo Perceptron Multi Camadas, previamente treinada. Neste trabalho, a implementação para tal operação foi feita off-line, mas devido ao baixo custo computacional pode ser facilmente implementada em eletrônica embarcada, em tempo real (on-line). Os resultados experimentais foram obtidos no oleoduto piloto do NETeF - Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos da USP - Universidade de São Paulo, com uma seção de testes com 1500 metros e diâmetro de 51,2 mm. Especificamente, os resultados foram obtidos com escoamento monofásico de água. Os resultados mostram-se promissores, visto que o sistema de redes neurais artificiais foi capaz de discriminar 2 universos linearmente separáveis, para sinais de vazamento e de não vazamento, para diversas vazões e localizações de vazamentos simulados.The present dissertation deals with the development of a system to identify abrupt leaks (ruptures) in pipelines, by analyzing the signal of fast response pressure sensors (cutoff frequency over then 1kHz). The recognition of the leak signal is established by an artificial neural network feed-forward Perceptron Multi Layer, previously trained. In the present work the implementation was performed off-line, but due to low computational costs, the neural network can be easily implemented in real time embedded electronics (online). The experimental results were obtained in a 1500 meter-long and 51.2 millimeter-diameter pilot pipeline at the Center of Thermal Engineering and Fluids. Specifically, the results were obtained with single-phase flow of water. The results have proven to be promising, as the trained neural network was capable of classifying the 2 types of signals into 2 linearly separable regions, for leakage signals and no leakage signals, for various flow rates and locations of simulated leaks