Automação de instalações químicas: vantagens, tecnologias e implementação

As fábricas químicas são a espinha dorsal da produção química moderna. Os seus fluxos de trabalho complexos, bem como os riscos que representam, exigem rigor, precisão, segurança e automatização dos processos. A automatização já não é apenas um meio de melhorar a produtividade; serve também como garantia de um funcionamento fiável das instalações e do equilíbrio ecológico. Para qualquer empresa química, incluindo os fabricantes de produtos químicos, manter a competitividade no mercado passa por compreender os fundamentos da automatização na indústria química, as suas principais tecnologias e o impacto que estas têm.

Quais são os princípios básicos da automatização de instalações químicas?

As tecnologias e os sistemas utilizados numa unidade de produção, como uma fábrica química, que podem auxiliar ou substituir completamente a intervenção humana são designados por “automatização de fábricas químicas”. O objetivo de monitorizar, controlar e otimizar os processos de produção química é alcançado através da automatização. A automatização abrange todas as atividades, desde o controlo básico de ligar/desligar até à otimização avançada dos processos e aos sistemas de interbloqueio de segurança. O controlo preciso dos parâmetros-chave do processo (temperatura, pressão, caudal, nível, etc.) é realizado como um objetivo do processo. Isto resulta numa qualidade consistente do produto, numa maior eficiência de produção, na redução dos custos operacionais e numa maior segurança para o pessoal e o equipamento. A substituição dos processos manuais e a redução das intervenções manuais são aspetos 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 vantagens da automatização nas fábricas de produtos químicos

Para começar, uma das principais vantagens da automatização é o aumento significativo da segurança operacional. A automatização disponibiliza sistemas especializados capazes de colocar a unidade num estado seguro durante situações de perigo, prevenindo assim incidentes de segurança e reduzindo o risco de acidentes. Por exemplo, as válvulas automatizadas com certificação SIL podem fechar-se automaticamente ou permitir 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 significativamente maior. Os sistemas automatizados respondem às mudanças com maior frequência e precisão do que uma pessoa. As variações na produção causadas pelo fator humano são minimizadas e as condições de reação são otimizadas de forma heurística. Isto melhora o volume de produção, bem como o rendimento global. Um controlo mais preciso das reações químicas e do processo de fabrico conduz a uma maior 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 implementados. Com o aumento da automatização, o trabalho manual é substituído por maquinaria, reduzindo assim as despesas com mão-de-obra. Além disso, o controlo otimizado 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. Uma automatização eficaz também minimiza o desgaste excessivo das máquinas e dos equipamentos, prolongando a sua vida útil e promovendo custos de manutenção mais baixos, o que aumenta a eficiência operacional. Isto proporciona uma vantagem competitiva significativa.

Além disso, a automatização pode aumentar a flexibilidade e a capacidade de resposta da fábrica. Quando as exigências do mercado mudam, os sistemas de automatização podem ajustar rapidamente os planos de produção e os parâmetros de processo. Isto permite fabricar muitos produtos diferentes em pequenos lotes. As funcionalidades de monitorização e diagnóstico remotos também ajudam a resolver problemas mais rapidamente, reduzindo o tempo de inatividade.

Tecnologias essenciais que impulsionam a automatização

A automação de uma fábrica química é uma estrutura complexa. Depende da interação de várias tecnologias fundamentais. Estas tecnologias constituem a estrutura do sistema de automação. Proporcionam a capacidade de monitorizar, analisar e controlar de forma excelente os processos de produção. Saber integrar e valorizar as tecnologias fundamentais é essencial para a construção e o aperfeiçoamento dos sistemas de automação. Entre as tecnologias-chave destaca-se o sistema DCS. Neste contexto, seguem-se outras tecnologias fundamentais que facilitam a automação das fábricas químicas:

Tudo funciona em conjunto como um único sistema. Estes elementos são combinados através de software e infraestruturas de rede. Por exemplo, os dados dos sensores são transmitidos através de fieldbus ou Ethernet industrial para o DCS ou o PLC. O controlador processa a informação recebida utilizando lógica e algoritmos predefinidos. Em seguida, ajusta o equipamento no terreno através de sistemas automatizados, incluindo válvulas automáticas essenciais. Os operadores obtêm informações sobre o estado da unidade, com a possibilidade de efetuar ajustes através do sistema SCADA, que proporciona uma visão geral centralizada. A segurança da unidade é gerida separadamente do sistema central de controlo de processos por sistemas SIS que se concentram inteiramente em garantir a máxima segurança possível.

Aplicações de automatização em processos químicos

O papel da automatização no domínio da engenharia química abrange praticamente todo o âmbito da produção numa fábrica química:

• Controlo de processos: A automação mantém o caudal, a temperatura e a pressão necessários para o funcionamento de reatores, colunas de destilação, permutadores de calor ou qualquer equipamento essencial. A automação monitoriza e controla os processos de forma contínua.
• Controlo de lotes: Nos setores da química de precisão e da indústria farmacêutica, os sistemas de automatização são utilizados para a adição de materiais, a regulação dos intervalos de reação e a definição dos perfis de temperatura. Este controlo rigoroso garante a repetibilidade entre lotes.
• Interbloqueio de segurança e paragem de emergência (ESD): As situações anormais são detetadas pelos sistemas SIS. Para mitigar o agravamento das situações, o bombeamento, o fecho das válvulas e outras ações de segurança predefinidas são executados automaticamente.
• Gestão de ativos e manutenção preditiva: Os sistemas de automação recolhem dados sobre a utilização do equipamento. A análise destas informações permite prever avarias no equipamento, o que torna possível a realização de manutenção planeada. A automação minimiza o tempo de inatividade reativo.
• Gestão de energia: Os sistemas de controlo de serviços públicos têm capacidade para realizar várias tarefas em simultâneo. Para além de supervisionarem os processos mais importantes, também podem supervisionar processos menos críticos, tais como: água de refrigeração, eletricidade e vapor. Isto permite otimizar a redução dos custos de exploração.
• Gestão de alarmes: Os operadores são alertados para situações anormais através de sistemas de automação. Os alarmes são filtrados por sistemas inteligentes, que ajudam os operadores a responder rapidamente a problemas críticos. A automação ajuda a gerir os planos de produção de forma eficaz e a manusear materiais perigosos com segurança no momento certo.

O papel fundamental das válvulas nos sistemas automatizados

As válvulas são componentes essenciais para o controlo do fluxo de fluidos em qualquer sistema de automação química. Constituem o elemento determinante para os fluxos de fluidos e, por conseguinte, influenciam a precisão e a segurança de todo o processo. Mesmo as simples ações de abertura e fecho exigem um mecanismo preciso das válvulas.

As válvulas automatizadas estão equipadas com atuadores, sejam eles pneumáticos, elétricos ou hidráulicos. O sistema de controlo ordena-lhes que alterem a direção, o caudal ou a pressão do fluido. As válvulas de controlo são de grande importância, uma vez que permitem ajustar o equilíbrio da velocidade do fluido de acordo com a variação 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 atuam como primeira linha de defesa, liberando o excesso de pressão quando os limiares automáticos pré-definidos são ultrapassados, protegendo os equipamentos e as tubagens.

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

Superar os desafios na implementação da automatização

A implementação de projetos de automação em fábricas de produtos químicos nem sempre é fácil, uma vez que envolve muitos desafios:

Integração técnica e compatibilidade

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

Riscos de segurança de rede

Quanto mais próximos os sistemas de automação estiverem das redes da empresa, maiores serão as ameaças à cibersegurança. O combate a vírus, malware e ciberataques aos sistemas de controlo requer defesas sólidas e planos de contingência.

Formação de Pessoal e Aperfeiçoamento de Competências

A integração da automação altera os fluxos de trabalho dos operadores e do pessoal de manutenção. Os colaboradores precisam agora de formação completa para operar, monitorizar e assegurar a manutenção dos sistemas. Deve também ser organizada formação multidisciplinar.

Controlo de custos e retorno do investimento

Normalmente, os projetos de automatização implicam um elevado investimento financeiro inicial. Garantir o desempenho e a fiabilidade do sistema, ao mesmo tempo que se controlam os custos e se avalia com precisão o retorno do investimento, tem um grande impacto nos decisores.

Manutenção e gestão de peças sobressalentes

Tal como qualquer outro sistema, os sistemas de automação requerem uma gestão eficaz em termos de competências e ferramentas. A implementação de estratégias de manutenção e a preservação de stocks de peças sobressalentes essenciais facilitam a recuperação e substituição sem esforço de peças em sistemas que não estão a funcionar, dentro de um prazo definido. Por sua vez, isto ajuda a promover um funcionamento contínuo e consistente e reduz, ou mesmo elimina, as avarias do sistema em todo o processo de automação.

Tendências futuras na automatização de instalações químicas

A automação das instalações químicas tende a tornar-se mais inteligente, mais conectada e mais independente:

• Internet das Coisas Industrial (IIoT) e Análise de Big Data: Serão utilizados mais sensores e dispositivos inteligentes para recolher grandes quantidades de dados de produção. A análise de big data permitirá extrair informações valiosas desses dados. Estas serão utilizadas para otimizar processos, prever falhas e apoiar a tomada de decisões.
• Inteligência Artificial (IA) e Aprendizagem Automática: A utilização de algoritmos irá melhorar a otimização do controlo, a previsão do desempenho dos equipamentos, a deteção de anomalias e eventos, a gestão inteligente de alarmes e o desempenho geral do sistema. Isto proporcionará melhorias nos comportamentos de aprendizagem e adaptação dos sistemas.
• Gémeo digital: Construção virtual de um modelo da unidade. Esse modelo permite simular o funcionamento da unidade com base em dados em tempo real, o que permite otimizar os processos e auxiliar na formação dos operadores e na avaliação de riscos, contribuindo assim para a previsão e a otimização. A transformação digital está a impulsionar a adoção destas tecnologias.
• Computação em nuvem e computação de ponta: A computação em nuvem proporciona um processamento e armazenamento de dados robustos, enquanto a computação de ponta aproxima o processamento e o controlo dos dispositivos do chão de fábrica. Isto reduz o tempo de resposta e reforça a segurança dos dados.
• Realidade Aumentada (RA) / Realidade Virtual (RV): A tecnologia de RA/RV será utilizada para a manutenção no terreno, para orientar as operações e para a formação do pessoal, o que irá melhorar a eficiência e a segurança.

Escolher as soluções de automatização adequadas

A escolha das soluções de automação adequadas é fundamental para uma fábrica de produtos químicos. É essencial contar com um parceiro de confiança que ofereça verdadeiramente valor acrescentado. Ao longo da última década, a VINCER tem-se concentrado nas válvulas automatizadas enquanto empresa tecnológica, encontrando-se agora entre os líderes neste setor. A VINCER oferece serviços de elevada qualidade, bem como um excelente valor acrescentado, através dos nossos serviços completos de válvulas automatizadas.

A VINCER fornece válvulas elétricas, válvulas pneumáticas, válvulas de esfera, válvulas borboleta, válvulas solenóides e outros produtos de válvulas automatizadas de qualidade notável. Com um vasto conhecimento em diversos setores, a VINCER oferece opções de válvulas configuráveis, especializadas e profissionais. A VINCER analisa os requisitos dos clientes com base 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 materiais, tempo de abertura/fecho do fluido e posição e espaço de instalação. Esta abordagem garante um alinhamento preciso com os requisitos do cliente. Os produtos da VINCER cumprem certificações internacionais como CE, RoHS, SIL e FDA, e a empresa possui a certificação ISO 9001, garantindo uma produção fiável e um controlo de qualidade na sua ampla fábrica, equipada com tecnologia avançada. A VINCER oferece uma resposta rápida e um serviço profissional, com orçamentos rápidos e prazos de entrega eficientes. É prestado apoio pós-venda profissional.

Escolher a VINCER como seu parceiro significa obter valor acrescentado em termos de soluções profissionais personalizadas, tempos de resposta rápidos e precisão fiável no que diz respeito às suas válvulas automatizadas. Isto torna a sua fábrica química mais produtiva e segura, além de aumentar a rentabilidade.

Conclusão

Para aumentar a rentabilidade das empresas, é essencial automatizar as fábricas de produtos químicos. A competitividade vai além da produção e dos custos; inclui também a segurança, a sustentabilidade e o futuro da fábrica. O domínio das tecnologias básicas de automação tornará o futuro das fábricas de produtos químicos mais seguro e mais eficiente. Superar os desafios de implementação, aplicar os princípios fundamentais da automação e escolher os parceiros certos contribui para a criação de fábricas inteligentes. Os avanços na tecnologia de automação reforçarão o papel da automação nas indústrias químicas e, assim, promoverão o desenvolvimento desse segmento da indústria.