Investigação inicial da estimativa de vazão de uma torneira residencial via vibração medida na válvula registro - Torres, Cleber Lucena (2022)
Atualmente, os métodos convencionais de medição de vazão são intrusivos, havendo a necessidade de instalação de medidores de vazão nas tubulações que transportam o fluido. Algumas investigações já foram conduzidas para desenvolver técnicas de medição de vazão não intrusivas, principalmente usando sinais vibroacústicos aquisitados diretamente na tubulação, onde a vibração induzida pelo escoamento pode ser utilizada para estimar a vazão. No entanto, tais técnicas são muito precisas para altos valores de vazão que estão relacionados ao nível de vibração, especialmente quando o escoamento é turbulento. Este não é o caso quando se considera a vibração do ruído de componentes geralmente encontrados em residências, como torneiras, onde o fluxo de água é muito menor do que nos casos industriais. Aqui, para ruído gerado pela passagem de água pela torneira, a vibração induzida é medida em uma válvula do tipo registro. Os sinais de vibração aquisitados, para diferentes vazões da torneira, são analisados por meio do processamento de sinais clássicos no domínio do tempo e no domínio da frequência, usando técnicas clássicas de vibração como Root Mean Square (RMS), Assimetria (Skewness), Curtose, Densidade Espectral de Potência (Power Spectral Density - PSD) e Coerência, de forma a caracterizar o problema, verificar a influência de possíveis variações de pressão e vazão da rede de alimentação de água na residência onde se encontra o objeto de estudo, tanto para medições realizadas em pequenos intervalos de medições, quanto com medições realizadas em dias distintos, mantendo-se próximas, em ambos os casos, as condições de medições, para verificar a influência da localização (distância) da torneira ao ponto de medida (válvula), bem como, a influência do uso de acelerômetros com diferentes sensibilidades. Por fim, o método de Decomposição de Modo Variacional (Variational Mode Decomposition – VMD), associado a PSD, são então usados para fornecer uma estimativa das larguras de banda de frequência representativas da resposta de vibração da válvula, devido a excitação de ruído provocada pela passagem de água no mecanismo de abertura e fechamento da torneira. Um método é proposto, filtrando os sinais com as bandas de frequência determinadas para atenuar o ruído de fundo, calculando os valores RMS para estas bandas de frequência, assim como suas frequências centrais e frequências de pico. Verificou-se que o método proposto é eficaz para estimar a vazão das torneiras via vibração de válvulas em duas faixas distintas de vazão, faixa de baixa e alta vazão, atingindo um erro de estimativa, no geral, menor que 10% para a maioria das vazões estimadas. Não foi possível estimar as vazões para uma faixa intermediária de vazão, mas é possível dizer que se trata de vazão moderada em uma faixa de vazão específica. Além de estimar a vazão da torneira via vibração da válvula do tipo registro, os resultados desta pesquisa podem ser usados para outras aplicações, como, por exemplo, para detecção de vazamentos em tubulações e acessórios, uma vez que a energia vibratória relacionada a estes vazamentos se assemelha a energia vibratória de uma torneira em uso. Também é possível, talvez, aplicar nas indústrias, sendo uma alternativa viável de medição de vazão de baixo custo, não intrusiva e de fácil manutenção, quando comparado aos medidores existentes atualmente no mercado.