Francesco Lugli

Título

Localização Elétrica de Vazamentos em Geomembranas


Orientador(es)

Claudio Fernando Mahler


Resumo

Os sistemas de localização elétrica de vazamentos em geomembranas podem identificar e localizar falhas em vários contextos operacionais como aterros de resíduos, lagoas de contaminantes eletrolíticos e pilhas de rejeitos, contribuindo a prevenir contaminação de solos e aquíferos. Esta técnica se baseia nas propriedades de isolamento elétrico da geomembrana, geralmente fabricada em polietileno de alta densidade (PEAD). O presente trabalho, fruto de avaliações analíticas, experimentais, numéricas e de campo, buscou desenvolver um sistema de monitoramento para revestimentos de aterros que adotam múltiplas camadas de geomembranas determinando ainda a sensibilidade e a acurácia deste sistema ao variar parâmetros de projeto e condições operativas. Todas as fases da pesquisa voltadas à confecção do sistema de detecção foram desenvolvidas com a aplicação prévia da modelagem de elementos finitos do processo de condução elétrica nos domínios considerados. Foi ainda estudado e otimizado o processo de localização do vazamento utilizando uma abordagem analítica e mediante aplicação de modelos de Redes Neurais Artificiais. O desempenho do processo de localização resultou ser particularmente dependente do arranjo dos eletrodos (de mapeamento e de injeção da corrente) e do posicionamento do vazamento em relação aos mesmos e às fronteiras do modelo. A pesquisa apontou também a existência de algumas condições desfavoráveis que afetam o processo de localização como: baixa resistência elétrica da geomembrana (devida a uma extensão grande e uma espessura pequena), vazamentos indesejados de corrente através das fronteiras da célula e não uniformidade da resistência elétrica da camada de solo abaixo da geomembrana (devido a diferenças de umidade, compactação ou espessura).


Abstract

Electrical leak location systems in geomembranes can identify and locate faults in the synthetic layers used in the construction of waste landfills, electrolytic contaminant ponds and tailing piles, helping to prevent contamination of soil and aquifers. This technique is based on the electrical insulation properties of the geomembrane, usually fabricated from high-density polyethylene (HDPE). This thesis presents the results of analytical, experimental, numerical and field tests aimed to project and assemble a location system for multiple liners, still determining the sensitivity and accuracy of these systems, by varying their design and operating conditions. All stages of the research for design of the detection system were supported by the application of finite elements modeling of the stationary electrical conduction in the domain. The localization algorithm was also investigated and optimized by applying an analytic approach and also by using artificial neural network models. The performance of the localization process resulted to be particularly dependent on electrode arrangement (mapping and current electrodes) and the position of the leak in relation to them and to model boundaries. The research also pointed out the existence of some unfavorable conditions affecting the localization process as: low electrical resistance of the geomembrane (due to a large area and a small thickness), unwanted current leakage across the borders and non-uniformity of electrical resistance in the soil layer below the geomembrane (due to differences in moisture, compaction or thickness).


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