Automação do tratamento de água: Benefícios, tecnologias e soluções inteligentes

A gestão adequada dos recursos hídricos no sector da água é extremamente importante para o desenvolvimento. O aumento da população, as actividades industriais e as alterações climáticas são factores que tornam a gestão da água ainda mais crítica. Os sistemas manuais desactualizados para processos de tratamento de águas residuais têm problemas de fiabilidade, custo e eficiência. Como resultado, as soluções de automação para sistemas de água já não são opcionais; tornaram-se uma necessidade. A automação é vital para a criação de sistemas de tratamento de águas residuais económicos, fiáveis e duradouros.

Este artigo aborda aspectos da automatização do tratamento da água. As questões que abordaremos incluem o princípio da automatização do tratamento da água, as principais tecnologias, os benefícios reais da automatização da água, as etapas de implementação e as considerações sobre a previsão.

Porquê automatizar os processos de tratamento de água?

Por que razão é importante a automatização no sector da água e das águas residuais? Isto é muito mais do que a simples adoção de avanços modernos. Trata-se de exigências reais.

Em primeiro lugar, a gestão da qualidade da água e do serviço de proteção do ambiente está a tornar-se mais rigorosa. Já existem políticas que controlam o controlo do tratamento municipal da água, bem como o tratamento das águas residuais das zonas industriais e urbanas. Para problemas complicados, as pessoas são limitadas; no entanto, os sistemas de regulação automática contínua podem controlar tudo. Isto garante que, durante a automatização dos processos de tratamento de água, até as restrições mais severas são cumpridas. Garante também que os sistemas cumprem as rigorosas normas regulamentares.

Em segundo lugar, é essencial melhorar a eficiência e reduzir os custos dos processos. O consumo de energia é frequentemente elevado nas estações de tratamento de água. Gastar a quantidade adequada de produtos químicos está diretamente relacionado com o grau de tratamento da água, a sua qualidade e o seu custo. Bombas, ventiladores, válvulas e equipamento semelhante podem ser operados de forma optimizada por sistemas automatizados. Isto melhora a eficiência energética. Além disso, os dados em tempo real podem ser utilizados para adicionar as quantidades adequadas para a dosagem de produtos químicos. Isto minimiza significativamente a utilização de produtos químicos. A automatização reduz a necessidade de tarefas manuais, diminuindo o erro humano. Isto permite que as pessoas se concentrem na monitorização, manutenção e melhoria dos processos, o que representa um trabalho melhor.

Em terceiro lugar, a automatização ajuda em quase todos os sectores, incluindo as operações comerciais, garantindo fluxos de trabalho suaves e a manutenção da segurança em vários sistemas. Os processos que requerem inspecções manuais implicam muito tempo de processamento, o que pode levar a horas de inatividade operacional ou a falhas no equipamento. Por outro lado, os sistemas automatizados verificam instantaneamente o estado do equipamento. Avisam de condições anómalas e emitem alertas regulamentares dentro de um período de tempo especificado. Alguns sistemas avançados até prevêem quando é provável que ocorra um problema. A supervisão remota em tempo real dos sistemas da linha da frente reduz grandemente a necessidade de trabalho de campo perigoso. As estações de tratamento de água para várias aplicações de águas residuais e abastecimento de água doce são fundamentais para as operações de uma cidade. Não pode haver interrupções e a automação ajuda a aumentar a fiabilidade.

Por último, a automatização auxilia os fluxos de trabalho complexos e o tratamento de dados. Os métodos contemporâneos de tratamento de água estão a tornar-se cada vez mais sofisticados. Incorporam numerosos processos físicos, químicos e biológicos. Os sistemas automatizados podem coordenar os vários componentes de um sistema para que funcionem em sinergia. Isto melhora o desempenho de todo o sistema. Além disso, estes sistemas geram grandes quantidades de dados que devem ser recolhidos, arquivados, analisados e apresentados de forma optimizada. Isto ajuda a melhorar o processo, a resolver problemas e a informar futuras decisões de gestão.

Principais tecnologias que impulsionam a automatização da água

A integração de diferentes tecnologias é fundamental na automatização do tratamento da água. Essas tecnologias funcionam como os "ossos inteligentes" e o "sistema nervoso" das actuais instalações de tratamento de água. Compreender o que as tecnologias principais realizam permite que a automação funcione de forma óptima.

A supervisão e o controlo holísticos, bem como o controlo total do sistema, permitem a automatização da recolha de informações no terreno, a aplicação lógica, a tomada de decisões, a gestão automatizada, a verificação e os controlos, a monitorização, a supervisão global e o controlo total do sistema. Todos os sistemas de controlo dependem de uma determinada tecnologia:

• Sensores e instrumentos são os "olhos e ouvidos" do sistema. Obtêm dados em tempo real sobre a qualidade da água (como pH, turbidez, DO, cloro), caudal, pressão e níveis de água. Transformam os sinais do local em dados digitais.
• Actuadores são os "músculos" do sistema. Recebem sinais de controlo e fazem com que as coisas se movam. Por exemplo, alteram as posições das válvulas, arrancam ou param bombas, como as bombas doseadoras de químicos, ou alteram a velocidade do motor.
• Controladores lógicos programáveis (PLCs) são os "cérebros" no local. Utilizam os dados dos sensores e a lógica incorporada para tomar decisões rapidamente e enviar comandos aos actuadores. Isto faz com que o controlo automático local e os sistemas de segurança funcionem.
• Sistemas de controlo de supervisão e aquisição de dados (SCADA) são o "sistema nervoso central" de toda a central ou zona de água. Recolhem dados de PLCs e instrumentos do local. Guardam, tratam, analisam os dados e mostram-nos visualmente. Permitem também que os operadores verifiquem e façam a gestão à distância através de uma interface homem-máquina (HMI).
• Interfaces Homem-Máquina (HMI) são as "janelas" que os operadores utilizam para trabalhar com o sistema automatizado. Mostram dados em tempo real, imagens do processo e mensagens de aviso. Os operadores podem também utilizá-las para dar comandos.
• Redes de comunicação são as "pontes" que ligam todas as partes. Asseguram que os dados e os comandos circulam rápida e seguramente entre o equipamento do local, os PLCs e os sistemas SCADA.
• Software de automatização é a base para escrever regras de controlo complexas, analisar os dados com atenção, elaborar relatórios, tratar avisos e configurar todo o sistema.

Cada uma destas tecnologias tem uma função, os seus controlos, monitorização e gestão dos processos envolvidos no tratamento da água. Cada uma destas tecnologias é como um bloco de construção de uma estação de tratamento de água automatizada. As tecnologias mais recentes, como a IIoT, a computação em nuvem e os grandes volumes de dados, melhoraram ainda mais as tecnologias de base mencionadas anteriormente e simplificaram as suas interfaces.

Benefícios das estações de tratamento de água automatizadas

As vantagens da automatização nas estações de tratamento de água são quantificáveis.

A principal vantagem é o facto de melhorar a eficácia das operações. A automatização minimiza o desperdício de recursos como a água, a energia e os produtos químicos, controlando os processos com precisão. Por exemplo, a utilização excessiva de produtos químicos pode ser evitada ajustando automaticamente os seus volumes com base na qualidade ou no caudal de água que sai da fábrica. Isto resulta numa redução das despesas e na diminuição da criação de subprodutos desnecessários. Isto é semelhante a um gestor muito prudente que monitoriza de perto a utilização dos recursos.

As normas relativas à água mantêm-se constantes e as políticas são bem cumpridas. Os sistemas automatizados funcionam com base em algoritmos e modelos de processos definidos. A variabilidade humana é eliminada. A conformidade e a manutenção de registos meticulosos fornecem uma forte evidência de controlo. Para componentes de controlo críticos, como as válvulas, o grau de precisão do controlo tem um grande impacto na qualidade da água e no fornecimento de água limpa. Para o controlo de líquidos críticos, a precisão é garantida através de válvulas automatizadas de qualidade, por exemplo, a VINCER, especializada em sistemas de líquidos controlados e que possui as certificações FDA e SIL. Isto é crucial para um tratamento fiável e padrões de água. A história da VINCER em ambientes exigentes, como a dessalinização, reforça a sua capacidade de salvaguardar a fiabilidade em condições de água variáveis.

A redução das despesas operacionais é outra vantagem fundamental. Não se trata apenas de poupar materiais. Inclui também os custos com pessoal e reparação. Os sistemas automatizados efectuam muitas tarefas repetidas e verificações básicas. Isto permite que as pessoas se concentrem em observar as coisas, fazer escolhas inteligentes e cuidar do equipamento. Ao utilizar os avisos do sistema e ao analisar os dados, os problemas com o equipamento podem ser detectados mais cedo. Isto permite reparar os equipamentos antes que se avariem completamente. Isto evita reparações dispendiosas e paragens no funcionamento que ocorrem sem aviso. Além disso, a escolha de peças automatizadas que poupam nos custos, mas que continuam a ser fiáveis, como as válvulas automatizadas económicas que a VINCER fornece, pode ajudar a manter o primeiro custo do projeto baixo e a poupar dinheiro ao longo do tempo. A aplicação da automatização a áreas específicas, como as fases de processamento de lamas, também pode produzir benefícios significativos.

Todo o sistema é mais fiável e capaz de lidar com os problemas de forma mais eficiente. A automatização detecta problemas de processos e equipamentos em tempo real, para que possam ser resolvidos através de protocolos de emergência predefinidos, concebidos para minimizar o impacto no sistema. A monitorização à distância permite que os especialistas do sistema prestem assistência a partir de qualquer local, reduzindo as deslocações ao local e acelerando a resolução de problemas. A implementação da manutenção preditiva ajuda a alcançar esta fiabilidade. Em última análise, estes benefícios conduzem a uma melhor experiência do cliente através de um serviço fiável e de uma elevada qualidade da água.

Além disso, os sistemas automatizados fornecem grandes quantidades de dados. Com uma avaliação cuidadosa desta informação, os gestores obtêm uma visão mais profunda da operação e identificam oportunidades de melhoria. Até mesmo o processo pode ser optimizado. Isto ajuda a alcançar práticas sustentáveis e promove a conservação da água. É assim que o processo de tratamento de água se torna progressivamente mais inteligente e mais eficiente.

Implementação da automatização: Guia passo a passo

A implementação da automatização do tratamento da água requer um planeamento cuidadoso e um trabalho passo a passo. Não acontece de uma só vez.

1. Verificar as necessidades e planear: Em primeiro lugar, é necessário analisar cuidadosamente a instalação atual, o processo de tratamento, o que se pretende alcançar, os problemas com que se depara e o dinheiro que se pode gastar. Seja claro quanto aos objectivos da automatização. Trata-se sobretudo de poupar energia, trabalhar melhor, cumprir regras ou algo mais? Com base nesta verificação, faça um primeiro plano para a estrutura do sistema.
2. Conceção do sistema e seleção de peças: Com base no plano, decidir sobre o tipo de estrutura do sistema automatizado (central ou dispersa). Escolha o PLC, o software SCADA, os sensores, os actuadores e outro hardware e software adequados. Nesta fase, é necessário conhecer os pormenores técnicos dos diferentes produtos, a sua fiabilidade, o seu bom funcionamento com outras peças e a qualidade das competências técnicas e do apoio do fornecedor.
3. Instalação e cablagem: Siga os planos de conceção para instalar o equipamento no local, ligar os armários de controlo e ligar os sensores e actuadores. Isto é fundamental para garantir que o hardware funciona corretamente.
4. Programação e configuração: Após a instalação do hardware de automação, escreva os programas PLC, configure o sistema SCADA e desenhe os ecrãs HMI. Coloque as regras do processo, a matemática de controlo, os níveis de alarme e os pontos de dados no software.
5. Teste e arranque: Ligar todas as peças automatizadas e testá-las em conjunto. Verifique todas as funções do sistema, as regras de controlo, o sistema de alarme e a qualidade da recolha de dados. Certifique-se de que o sistema funciona de forma estável como planeado.
6. Formação do pessoal: Dê formação completa às pessoas que irão gerir e manter a estação de tratamento de água. Elas precisam de saber como usar o sistema automatizado, verificá-lo, fazer a manutenção diária e resolver problemas simples. Isto é fundamental para obter bons resultados com o sistema automatizado.
7. Correr e melhorar: Depois de o sistema começar a funcionar a sério, é necessário continuar a verificar o seu desempenho. Obtenha feedback e faça pequenas alterações para que funcione melhor com base na forma como funciona na vida real.
8. Manutenção e actualizações contínuas: Os sistemas automatizados não são uma coisa única. Necessitam de verificações regulares, actualizações de software e, por vezes, de novo hardware para acompanhar as novas tecnologias e as mudanças no processo.

Todos devem coordenar-se estreitamente: o proprietário, a empresa de projeto, o construtor do sistema e os fornecedores de equipamento. Isto garante a qualidade em cada etapa.

Válvulas: Componentes críticos na automação

Nos sistemas automatizados de tratamento de água, os vários tipos de válvulas são fundamentais como efectuadores finais. Servem de "mãos" para a automatização quando se trata de gerir os líquidos controlados. Quer se trate de controlo de caudal ou manutenção de sistemas pressurizados, abertura/fecho de tubos ou regulação de caudal, cada válvula automatizada tem de executar as funções necessárias com precisão.

Tal como acontece com as válvulas eléctricas, os mecanismos automatizados de acionamento hidráulico, pneumático ou mesmo líquido facilitam o movimento através da automatização. Estes componentes recebem sinais do sistema de controlo automatizado. Assim, as válvulas podem ser comandadas para abrir, fechar ou assentar a meio caminho com base nos requisitos.

As válvulas automatizadas comuns utilizadas no tratamento de água incluem:

Tipo de válvula	Principal função/cargo
Válvulas automatizadas de esfera/borboleta/porta	Utilizado para ligar ou desligar tubos (parar ou permitir o fluxo).
Válvulas de controlo automatizadas	Utilizado para o controlo preciso do caudal, da pressão, etc.
Válvulas solenóides	Utilizado para um controlo rápido de ligar/desligar em tubos pequenos.

O funcionamento deste tipo de válvulas tem um impacto direto na velocidade e na precisão de todo o sistema automatizado. Uma válvula automatizada que seja lenta ou imprecisa irá compreender o desempenho global do sistema automatizado. Assim, é fundamental que as válvulas automatizadas selecionadas para uma determinada tarefa, construídas para resistir às condições, sejam fiáveis, calibradas de forma fiável e integradas sem complicações em todo o sistema. Os bons fabricantes de válvulas automatizadas, como a VINCER, compreendem as diferentes condições de trabalho, como o tipo de líquido, a temperatura, a pressão, a prevenção de ferrugem, entre outras. Também oferecem soluções especiais. A flexibilidade das soluções que oferecem aumenta com a qualidade e os tipos de produtos, o que afecta a precisão do controlo. Estes fabricantes são capazes de fornecer encomendas urgentes de outros ramos da indústria, como a dessalinização, a produção alimentar, a exploração mineira, etc.

Desafios e soluções na adoção da automatização

Embora a automatização do tratamento da água tenha muitos aspectos positivos, a sua implementação apresenta desafios. Mas há formas de os enfrentar.

Custo inicial elevado

A aquisição de cada peça de hardware, software e respectivos serviços de instalação e integração exigirá um capital significativo. As empresas que operam com um orçamento mais apertado, ou as mais cautelosas em relação ao ROI, podem achar que isto está completamente fora de alcance.

Solução: Considerar a automatização de forma incremental. Dê prioridade aos sistemas essenciais que são fundamentais para gerar valor comercial ou que oferecem o ROI mais elevado. Além disso, selecione fornecedores que ofereçam peças automatizadas de boa qualidade, como válvulas automatizadas, a preços mais baixos. Assegurar o investimento em automação e gerir as propostas de projectos de capital são partes fundamentais deste desafio.

Integração com sistemas legados

Muitas estações de tratamento de água estão a funcionar há muitos anos. Os seus equipamentos, bem como os sistemas de controlo, podem ser de diferentes fabricantes e aplicar vários protocolos de comunicação. Este facto dificulta a integração de novos sistemas com os antigos.

Optar por sistemas automatizados livremente configuráveis que suportem a interoperabilidade e tenham registos comprovados de colaboração bem sucedida. Procure parceiros de integração de sistemas de domínio com uma vasta experiência na integração de sistemas complexos.

Riscos de cibersegurança

Os sistemas automatizados foram ligados a redes externas para otimizar os processos e os fluxos de trabalho. Esta ligação representa um grande perigo para os ciberataques que visam as infra-estruturas hídricas, uma vez que estas são vitais para garantir a segurança pública.

Solução: Iniciar firewalls de cibersegurança, redes privadas virtuais, isolamento de sistemas e sistemas de deteção de intrusão. Segmentar sistemas automatizados em zonas com acesso limitado para diminuir as consequências de uma violação. Auditorias e avaliações programadas regularmente reforçam as defesas proactivas. Selecionar produtos automatizados com funcionalidades de segurança incorporadas para reduzir as vulnerabilidades.

Necessidade de pessoal qualificado

A operação e o controlo de sistemas automatizados sofisticados requerem especialistas em eletricidade, automação, instrumentação e computadores.

Solução: Dê mais formação aos seus actuais funcionários. Além disso, contratar pessoas com conhecimentos multidisciplinares. Utilizar a assistência técnica especializada e os serviços de manutenção oferecidos pelos contratantes.

Tendências futuras na automatização do tratamento de águas

A automatização do tratamento da água tem tendência para se tornar mais inteligente, mais ligada e mais orientada para a durabilidade.

A computação em nuvem e a Internet Industrial das Coisas (IIoT) optimizarão ainda mais a monitorização remota, a gestão de dados e a integração de sistemas. A integração de dispositivos no local com tecnologias de nuvem permite a gestão remota dos recursos hídricos e a transferência de dados entre regiões ou continentes.

Os avanços significativos nas tecnologias de tratamento de água serão impulsionados pela Inteligência Artificial e pela Aprendizagem Automática. A previsão da qualidade da água, a otimização do processo (utilização do ar, injeção inteligente de produtos químicos, etc.), a previsão de falhas do equipamento e a resolução autónoma de problemas são objectivos que a IA pode alcançar. Isto permite uma mudança de processos robóticos orientados para a conformidade para sistemas automatizados activos e pensantes.

A tecnologia Digital Twin será cada vez mais implementada nas estações de tratamento de água no futuro. As cópias virtuais permitem testar diferentes métodos de controlo, otimizar o sistema, formar operadores e simular cenários problemáticos. Os testes num ambiente simulado reduzem consideravelmente os riscos associados aos testes físicos.

A preservação da privacidade continuará a ser importante em relação aos avanços da automatização. No futuro, as medidas de segurança abrangentes serão a norma, à medida que os sistemas se tornam mais interligados.

Escolher o parceiro de automatização certo

A automatização do tratamento de águas é complexa e importante, pelo que a escolha do parceiro correto é muito importante. Um bom parceiro de automatização não é apenas alguém que vende equipamento. São especialistas que podem fornecer ajuda técnica e aconselhamento ao longo de todo o projeto.

Ao escolher um parceiro, tenha em atenção estes aspectos:

• Experiência no sector: O parceiro tem muita experiência no tratamento de águas? Compreende os processos e regras especiais do tratamento de águas?
• Capacidade técnica e produtos: Podem fornecer um conjunto completo de produtos e soluções automatizadas fiáveis que funcionam bem em conjunto? Isto inclui os principais sistemas de controlo, instrumentos e peças importantes como válvulas automatizadas.
• Serviço e apoio: Podem ajudar desde o planeamento, a montagem dos sistemas, a instalação e os testes, até à manutenção e formação posteriores?
• Qualidade e fiabilidade dos produtos: O equipamento e o sistema que oferecem são de alta qualidade? Podem funcionar de forma estável durante muito tempo em condições difíceis de tratamento de água?
• Inovação: O parceiro está atento às novas tecnologias? Consegue fornecer soluções inteligentes para o futuro?
• Custo-eficácia: O preço é justo, mas a qualidade e o serviço são bons?

Encontrar um parceiro equipado com uma sólida experiência na indústria, que possa compreender as suas necessidades específicas, fornecer soluções personalizadas que funcionem bem para o preço, e que tenha fortes competências e bons produtos em áreas-chave como as válvulas automatizadas, é a base para um projeto bem sucedido. Por exemplo, a VINCER é uma empresa centrada em válvulas automatizadas. Têm mais de dez anos de experiência, muitos produtos (válvulas de controlo eléctricas e pneumáticas), podem fazer coisas especiais para diferentes trabalhos (até 50 opções de materiais) e têm aprovações internacionais como ISO9001, CE e FDA. Isto ajuda-os a oferecer preços melhores do que as empresas de outros países, mantendo a alta qualidade dos produtos e satisfazendo necessidades complexas. A sua equipa qualificada e as respostas rápidas (como orçamentos para soluções simples em 24 horas) também ajudam a garantir que os projectos dos clientes correm bem. A escolha de um parceiro como este ajuda os clientes a gastar menos dinheiro para obter uma automatização eficaz e fiável do tratamento da água.

Conclusão

A automatização dos sistemas de tratamento de água gere os recursos hídricos e resolve os desafios actuais e futuros dos recursos hídricos. Os sistemas melhoram a eficiência, reduzindo os custos operacionais, simplificando os processos de conformidade e reforçando a fiabilidade e a segurança das instalações. Desde sensores, SCADA, PLCs a válvulas de controlo automatizadas, todas as tecnologias e componentes têm uma função crítica.

Existem obstáculos que devem ser abordados aquando da implementação de sistemas de automatização. A seleção do parceiro de automação certo, as abordagens incrementais e o planeamento cuidadoso resolvem esses problemas. Olhando para o futuro, os futuros avanços da IA e da IoT poderão melhorar ainda mais a automatização dos processos de tratamento de água.

O tratamento de água com sistemas automatizados é um investimento proactivo na salvaguarda de melhorias para sistemas de abastecimento mais saudáveis no futuro. É semelhante a comandar e fortalecer de forma inteligente um sistema de comando crítico para as artérias vitais da Terra para salvaguardar uma pulsação robusta.