Automação de instalações químicas: Benefícios, tecnologias e implementação

As fábricas de produtos químicos são a espinha dorsal do fabrico moderno de produtos químicos. Os seus fluxos de trabalho complexos, bem como os perigos que representam, exigem uma precisão rigorosa, segurança e automatização dos processos. A automatização já não é apenas um meio de melhorar a produtividade; serve também como garantia de operações fiáveis nas fábricas e de equilíbrio ecológico. Para qualquer empresa química, incluindo os fabricantes de produtos químicos, manter-se competitiva no mercado exige compreender os fundamentos da automação na indústria química, as suas principais tecnologias e o impacto que a tecnologia tem.

Quais são os princípios básicos da automação de instalações químicas?

As tecnologias e sistemas utilizados numa instalação de produção, como uma fábrica de produtos químicos, que podem ajudar ou substituir completamente a intervenção humana, são designados por automação de fábricas de produtos químicos. O objetivo de monitorizar, controlar e otimizar os processos de produção química é alcançado através da automatização. A automação engloba todas as actividades, desde o controlo básico de ligar/desligar até à otimização avançada de processos e sistemas de interbloqueio de segurança. O controlo dos principais parâmetros do processo (temperatura, pressão, fluxo, nível, etc.) com precisão é um objetivo do processo. Isto resulta numa qualidade consistente do produto, numa maior eficiência da produção, em custos operacionais reduzidos e numa maior segurança para o pessoal e o equipamento. A substituição dos processos manuais e a redução das intervenções manuais são aspectos fundamentais. O "sistema nervoso" e o "cérebro" da fábrica são os sistemas de automação. Estes monitorizam as alterações no sistema em tempo real e emitem comandos para corrigir os níveis de produção.

Principais benefícios da automação em fábricas de produtos químicos

Para começar, uma das principais vantagens da automação é a melhoria significativa da segurança operacional. A automação fornece sistemas especializados que podem levar a fábrica a um estado seguro durante situações perigosas, prevenindo assim incidentes de segurança e reduzindo o risco de acidentes. Por exemplo, as válvulas automatizadas com certificação SIL podem desligar ou permitir automaticamente o fluxo de fluidos em situações de emergência. Desempenham um papel fundamental nos sistemas de interbloqueio de segurança.

Em segundo lugar, a automatização melhora a eficácia e a eficiência dos processos de produção com uma uniformidade muito maior. Os sistemas com automação respondem às mudanças com mais frequência e precisão do que uma pessoa. As variações induzidas pelo homem na produção são minimizadas e as condições de reação são optimizadas de forma heurística. Isto melhora o rendimento da produção, bem como o rendimento global. Um controlo mais preciso das reacções químicas e do processo de fabrico leva a uma melhor uniformidade da qualidade e a uma redução da taxa de rejeição.

Em terceiro lugar, as questões relacionadas com os custos de produção beneficiam diretamente dos sistemas automatizados existentes. Com o aumento da automatização, o trabalho manual é substituído por máquinas, diminuindo assim os gastos com mão de obra. Além disso, o controlo optimizado dos processos pode diminuir a quantidade de matérias-primas e o consumo de energia, bem como reduzir as taxas de desperdício de produtos. Isto contribui para uma maior poupança de custos e de energia. A automatização eficaz também minimiza o desgaste excessivo de máquinas e equipamentos, aumentando a sua longevidade e promovendo custos de manutenção mais baixos, o que aumenta a eficiência operacional. Isto proporciona uma vantagem competitiva significativa.

Para além disso, a automatização pode aumentar a flexibilidade e a capacidade de resposta da fábrica. Quando as exigências do mercado se alteram, os sistemas de automatização podem ajustar rapidamente os calendários de produção e os parâmetros do processo. Isto permite a produção de muitos produtos diferentes em pequenos lotes. A monitorização remota e as funcionalidades de diagnóstico também ajudam a resolver problemas mais rapidamente, reduzindo o tempo de inatividade.

Tecnologias essenciais que alimentam a automatização

A automatização de uma fábrica de produtos químicos é uma estrutura complexa. Depende de várias tecnologias de base que funcionam em conjunto. Estas tecnologias constituem a estrutura do sistema de automatização. Proporcionam a capacidade de monitorizar, raciocinar e controlar de forma excelente os processos de produção. Saber como integrar e apreciar as tecnologias de base é vital na construção e melhoria dos sistemas de automação. As tecnologias-chave incluem o sistema DCS. A este respeito, apresentam-se de seguida outras tecnologias de base fundamentais que facilitam a automatização das instalações químicas:

Tipo de tecnologia	Acrónimo	Função principal	Papel nas fábricas de produtos químicos
Sistema de controlo distribuído	DCS	Controlo distribuído, gestão central, monitorização de processos, tratamento de alarmes	Controla grandes processos contínuos ou descontínuos, proporciona um controlo coordenado em toda a fábrica
Controlador Lógico Programável	PLC	Controlo lógico, controlo de sequência, aquisição de dados	Controla equipamentos individuais ou subsistemas, frequentemente utilizados para encravamento e sequências de arranque/desligamento
Controlo de supervisão e aquisição de dados	SCADA	Monitorização remota, aquisição de dados, armazenamento de dados, criação de relatórios	Monitoriza equipamentos e sistemas dispersos, fornece uma visão operacional global, apoia o funcionamento remoto e a análise de dados
Sistema Instrumentado de Segurança	SIS	Separado do sistema básico de controlo de processos, detecta condições perigosas e executa funções de segurança	Coloca o processo num estado seguro em situações de emergência, reduz o risco e cumpre as normas de segurança funcional
Fieldbus e Ethernet Industrial	Fieldbus/Ethernet industrial	Liga dispositivos de campo (sensores, actuadores) a sistemas de controlo para transferência e comunicação de dados	Simplifica a cablagem, melhora a eficiência e a fiabilidade da transferência de dados, suporta o controlo distribuído
Sensores e transmissores	Sensores e transmissores	Medir parâmetros de processo (temperatura, pressão, caudal, nível, etc.), converter sinais analógicos em digitais para transmissão	Obtêm dados de processo em tempo real, são os "olhos" do sistema de automação
Actuadores	Actuadores	Receber sinais de controlo, acionar elementos de controlo finais (como válvulas, motores) para realizar acções	Convertem os comandos do sistema de controlo em acções físicas, são as "mãos e os pés" do sistema de automação

Tudo funciona em conjunto como um sistema único. São combinados através de software e estruturas de rede. Por exemplo, os dados dos sensores são transmitidos via fieldbus ou ethernet industrial para o DCS ou PLC. O controlador processa a informação recebida utilizando lógica e algoritmos predefinidos. Em seguida, ajusta o equipamento no terreno com automatismos, incluindo as principais válvulas automatizadas. Os operadores obtêm o estado da instalação com a possibilidade de efetuar ajustes através do sistema SCADA que fornece uma visão geral centralizada. A segurança da instalação é tratada separadamente do sistema de controlo do processo central por sistemas SIS que se concentram inteiramente em garantir a máxima segurança possível.

Aplicações de automação em processos químicos

O papel da automação no domínio da engenharia química abrange quase todo o âmbito de fabrico de uma fábrica de produtos químicos:

• Controlo de processos: A automatização mantém o fluxo, a temperatura e a pressão de um fluxo de trabalho para reactores, colunas de destilação, permutadores de calor ou qualquer peça vital de equipamento. A automatização monitoriza e controla os processos continuamente.
• Controlo de lotes: Nos sectores da química fina e farmacêutico, os sistemas de automação são utilizados para a adição de materiais, temporização dos intervalos de reação e modelação dos perfis de temperatura. Este controlo rigoroso garante a repetibilidade de lote para lote.
• Encravamento de segurança e paragem de emergência (ESD): As situações anómalas são detectadas pelos sistemas SIS. Para atenuar o agravamento das situações, o bombeamento e o fecho de válvulas, bem como outras acções de segurança predefinidas, são efectuados automaticamente.
• Gestão de activos e manutenção preditiva: Os sistemas de automatização recolhem medições sobre a utilização do equipamento. A avaliação desta informação permite a previsão de avarias do equipamento, o que torna possível a manutenção planeada. A automatização minimiza o tempo de inatividade reativo.
• Gestão da energia: Os sistemas de controlo de serviços públicos têm a capacidade de executar várias tarefas. Para além de supervisionarem os processos mais importantes, podem também supervisionar processos menos críticos, tais como: água de arrefecimento, eletricidade e vapor. Isto optimiza a redução dos custos de funcionamento.
• Gestão de alarmes: Os operadores são alertados para situações anómalas através de sistemas de automação. Os alarmes são filtrados através de sistemas inteligentes que ajudam os operadores a responder rapidamente a questões críticas. A automatização ajuda a gerir eficazmente os calendários de produção e a lidar com materiais perigosos de forma segura e no momento certo.

O papel vital das válvulas nos sistemas automatizados

As válvulas são componentes cruciais do controlo do fluxo de fluidos em qualquer sistema de automação química. Servem como elemento decisivo para os fluxos de fluidos e, por conseguinte, influenciam a precisão e a segurança de todo o processo. Mesmo acções simples de ligar/desligar requerem uma mecânica de válvulas precisa.

As válvulas automatizadas estão equipadas com actuadores, sejam eles pneumáticos, eléctricos ou hidráulicos. O sistema de controlo comanda-as para alterar a direção, a velocidade ou a pressão do fluido. As válvulas de controlo são de grande importância, uma vez que podem fazer ajustes de equilíbrio na velocidade do fluido, de acordo com a alteração dos sinais de controlo que lhes são enviados. São essenciais para o controlo em circuito fechado. As válvulas de segurança ou de alívio são vitais do ponto de vista da segurança, uma vez que actuam como a primeira linha de defesa, libertando o excesso de pressão quando os limites automáticos predefinidos são ultrapassados, salvaguardando os aparelhos e as tubagens.

As válvulas são de importância vital em qualquer sistema de automação. Por mais avançado que seja um sistema de controlo, válvulas demasiado descuidadas, lentas ou imprecisas anularão o controlo. Por vezes, estes sistemas também representam riscos de segurança. Assim, para que o sistema de automação de uma fábrica de produtos químicos funcione sem problemas, são necessárias válvulas automatizadas precisas que tenham em conta o meio, a temperatura, a pressão e os requisitos do processo.

Superar os desafios na implementação da automatização

A implementação de projectos de automação de fábricas de produtos químicos nem sempre é fácil, com muitos desafios:

Integração e compatibilidade técnica

A integração de equipamentos e sistemas de automação de diferentes fornecedores é um desafio devido às suas diferentes interfaces de comunicação. A troca de informações entre os componentes do sistema requer uma integração competente do sistema.

Riscos de segurança da rede

Quanto mais próximos os sistemas de automação estiverem das redes da empresa, maiores serão as ameaças à cibersegurança. Os vírus de controlo, o malware e os ciberataques aos sistemas de controlo necessitam de defesas fortes e de planos de contingência.

Formação do pessoal e melhoria das competências

A integração da automatização altera os fluxos de trabalho dos operadores e do pessoal de manutenção. O pessoal precisa agora de formação completa para operar, monitorizar e manter os sistemas. Também deve ser organizada uma formação multidisciplinar.

Controlo de custos e retorno do investimento

Normalmente, os projectos de automatização implicam um elevado investimento financeiro inicial. Garantir o desempenho e a fiabilidade do sistema, controlando simultaneamente os custos e avaliando com precisão o retorno do investimento, tem um grande impacto nos decisores.

Manutenção e gestão de peças sobressalentes

Tal como quaisquer outros sistemas, os sistemas de automação requerem uma gestão eficaz em termos de competências e ferramentas. A implementação de estratégias de manutenção e a preservação de inventários de peças sobresselentes essenciais facilitam a recuperação e a substituição de peças em sistemas não funcionais num prazo definido. Por sua vez, isto ajuda a promover um funcionamento contínuo e consistente e reduz, ou mesmo elimina, as falhas do sistema em toda a automatização.

Tendências futuras na automação de instalações químicas

A automação de instalações químicas tem tendência para ser mais inteligente, mais ligada e mais independente:

• Internet Industrial das Coisas (IIoT) e Análise de Grandes Dados: Serão utilizados mais sensores e dispositivos inteligentes para recolher grandes quantidades de dados de produção. A análise de grandes volumes de dados permitirá obter informações valiosas a partir desses dados. Estes serão utilizados para otimizar processos, prever falhas e ajudar na tomada de decisões.
• Inteligência Artificial (IA) e Aprendizagem Automática: A utilização de algoritmos vai melhorar a otimização do controlo, a previsão do desempenho do equipamento, a deteção de anomalias e eventos, a gestão inteligente de alarmes e o desempenho global do sistema. Isto proporcionará melhorias nos comportamentos de aprendizagem e adaptação dos sistemas.
• Gémeo digital: Construção de um modelo de planta virtualmente. Este modelo pode simular o funcionamento da fábrica utilizando dados em tempo real que podem otimizar os processos e ajudar na formação dos operadores e na avaliação dos riscos, prevendo e optimizando assim. A transformação digital está a impulsionar a adoção destas tecnologias.
• Computação em nuvem e computação periférica: A computação em nuvem proporciona um processamento e armazenamento de dados robustos, enquanto a computação periférica aproxima o processamento e o controlo dos dispositivos do chão de fábrica. Isto aumenta o tempo de resposta, reforçando simultaneamente a segurança dos dados.
• Realidade Aumentada (AR) / Realidade Virtual (VR): A tecnologia AR/VR será utilizada na manutenção no terreno, na orientação das operações e na formação do pessoal, o que melhorará a eficiência e a segurança.

Selecionar as soluções de automatização corretas

Selecionar as soluções de automação corretas é fundamental para uma fábrica de produtos químicos. Ter um parceiro fiável que proporcione verdadeiramente valor é muito importante. Durante a última década, a VINCER concentrou-se nas válvulas automatizadas como uma empresa de tecnologia e está agora entre os líderes no campo. A VINCER oferece serviços de alta qualidade, bem como um grande valor com os nossos serviços de válvulas automatizadas num só local.

A VINCER fornece válvulas eléctricas, válvulas pneumáticas, válvulas de esfera, válvulas de borboleta, válvulas solenóides e outros produtos de válvulas automatizadas de qualidade notável. Com um vasto conhecimento em diversos sectores, a VINCER fornece opções de válvulas configuráveis especializadas e profissionais. A VINCER estuda os requisitos do cliente em oito parâmetros: análise do fluido, análise da temperatura, análise da pressão do fluido, determinação da norma de ligação, método de controlo (manual/elétrico/pneumático), requisitos de material, tempo de abertura/fecho do fluido e posição e espaço de instalação. Esta abordagem garante um alinhamento exato com os requisitos do cliente. Os produtos da VINCER cumprem as certificações internacionais, tais como CE, RoHS, SIL e FDA, e têm a certificação ISO9001, garantindo uma produção fiável e um controlo de qualidade na grande fábrica da VINCER com equipamento avançado. A VINCER fornece uma resposta rápida e um serviço profissional, com orçamentos rápidos e prazos de entrega eficientes. É fornecido um apoio pós-venda profissional.

Escolher a VINCER como seu parceiro proporciona valor para soluções profissionais personalizadas, tempos de reação rápidos e precisão fiável relativamente às suas válvulas automatizadas. Isto torna a sua fábrica de produtos químicos mais produtiva, segura e aumenta a rentabilidade.

Conclusão

Para aumentar a rentabilidade do negócio, é essencial automatizar as fábricas de produtos químicos. A competitividade vai para além da produção e dos custos; inclui também a segurança, a sustentabilidade e o futuro da fábrica. O controlo das tecnologias básicas de automação tornará o futuro das fábricas de produtos químicos mais seguro e mais eficiente. A superação dos desafios de implementação, a utilização dos fundamentos da automação e a escolha dos parceiros certos tornam as fábricas inteligentes. Os avanços na tecnologia de automação fortalecerão as mãos da automação nas indústrias químicas e, assim, desenvolverão esse segmento da indústria.