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

A gestão adequada dos recursos hídricos no setor da água é extremamente importante para o desenvolvimento. O crescimento da população, as atividades industriais e as alterações climáticas são fatores que tornam a gestão da água ainda mais crucial. Os sistemas obsoletos, baseados em procedimentos manuais, utilizados nos processos de tratamento de águas residuais apresentam problemas de fiabilidade, custo e eficiência. Consequentemente, as soluções de automatização para os sistemas de água já não são opcionais; tornaram-se uma necessidade. A automatização é vital para a criação de sistemas de tratamento de águas residuais económicos, fiáveis e duradouros.

Este artigo aborda vários aspetos da automatização do tratamento de água. Os temas que iremos abordar incluem o princípio da automatização do tratamento de água, as principais tecnologias, os benefícios reais da automatização do tratamento de água, as etapas de implementação e as considerações relativas às perspetivas futuras.

Por que automatizar os processos de tratamento de água?

Por que razão é importante a automatização no setor da água e das águas residuais? Isto vai muito além da simples adoção de avanços tecnológicos. Tem a ver com necessidades reais.

Em primeiro lugar, a gestão da qualidade da água e dos serviços de proteção ambiental está a tornar-se cada vez mais rigorosa. Já existem políticas que regulam a monitorização do tratamento da água municipal, bem como do tratamento de águas residuais provenientes de áreas industriais e urbanas. No que diz respeito a problemas complexos, as capacidades humanas são limitadas; no entanto, os sistemas de ajuste automático contínuo conseguem controlar tudo. Isto garante que, durante a automatização dos processos de tratamento da água, até mesmo as restrições mais rigorosas sejam cumpridas. Garante também que os sistemas cumpram rigorosamente os requisitos 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. A utilização da quantidade adequada de produtos químicos está diretamente relacionada com a eficácia do tratamento da água, a sua qualidade e o seu custo. As bombas, os ventiladores, as válvulas e equipamentos semelhantes podem ser operados de forma otimizada por sistemas automatizados. Isto melhora a eficiência energética. Além disso, os dados em tempo real podem ser utilizados para determinar as quantidades adequadas de 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 otimização dos processos, o que representa um trabalho de maior valor.

Em terceiro lugar, a automatização contribui para quase todos os setores, incluindo as operações empresariais, garantindo fluxos de trabalho fluidos e a manutenção da segurança em vários sistemas. Os processos que exigem inspeções manuais implicam um tempo considerável de processamento, o que acarreta o risco de horas de inatividade operacional ou de falhas no equipamento. Por outro lado, os sistemas automatizados verificam o estado do equipamento instantaneamente. Alertam para condições anormais e emitem alertas regulamentares dentro de um prazo especificado. Alguns sistemas avançados chegam mesmo a prever quando é provável que ocorra um problema. A supervisão remota em tempo real dos sistemas na linha da frente reduz significativamente a necessidade de trabalho de campo perigoso. As estações de tratamento de água, destinadas a diversas aplicações de águas residuais e ao abastecimento de água potável, são fundamentais para o funcionamento de uma cidade. Não pode haver quaisquer interrupções, e a automatização contribui para aumentar a fiabilidade.

Por último, a automatização auxilia em fluxos de trabalho complexos e no tratamento de dados. Os métodos contemporâneos de tratamento de água estão a tornar-se cada vez mais sofisticados. Incorporam inúmeros processos físicos, químicos e biológicos. Os sistemas automatizados podem coordenar os diversos componentes de um sistema para que funcionem de forma sinérgica. Isto melhora o desempenho de todo o sistema. Além disso, esses sistemas geram grandes quantidades de dados que têm de ser recolhidos, arquivados, analisados e apresentados da melhor forma possível. Isto contribui para a melhoria dos processos, a resolução de problemas e a tomada de decisões de gestão futuras.

Tecnologias-chave que impulsionam a automatização no setor da água

A integração de diferentes tecnologias é fundamental na automatização do tratamento de água. Essas tecnologias funcionam como a “estrutura inteligente” e o “sistema nervoso” das instalações contemporâneas de tratamento de água. Compreender o que as tecnologias essenciais conseguem realizar permite que a automatização funcione de forma ideal.

A supervisão e o controlo holísticos, bem como o controlo total do sistema, permitem a automatização da recolha de informações no terreno, a aplicação de lógica, a tomada de decisões, a gestão automatizada, a verificação e as verificações, a monitorização, a supervisão abrangente e o controlo total do sistema. Todo o controlo dos sistemas assenta numa determinada tecnologia:

• Sensores e instrumentos são os “olhos e ouvidos” do sistema. Recebem dados em tempo real sobre a qualidade da água (como o pH, a turbidez, o oxigénio dissolvido e o cloro), o caudal, a pressão e os níveis de água. Transformam os sinais provenientes do local em dados digitais.
• Atuadores são os “músculos” do sistema. Recebem sinais de controlo e fazem com que as coisas se movam. Por exemplo, alteram a posição das válvulas, ligam ou desligam bombas, como as bombas dosadoras de produtos químicos, ou alteram a velocidade do motor.
• Controladores Lógicos Programáveis (PLC) são os “cérebros” no local. Utilizam dados provenientes de sensores e da lógica incorporada para tomar decisões rapidamente e enviar comandos aos atuadores. Isto permite o funcionamento dos sistemas locais de controlo automático e de segurança.
• Sistemas de Controlo de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) são o “sistema nervoso central” de toda a estação de tratamento de água ou área. Recolhem dados dos controladores lógicos programáveis (PLC) e dos instrumentos no local. Armazenam, processam, analisam e apresentam os dados visualmente. Permitem ainda que os operadores monitorizem e gerem as operações à distância, através de uma interface homem-máquina (HMI).
• Interfaces Homem-Máquina (IHM) são as “janelas” que os operadores utilizam para trabalhar com o sistema automatizado. Apresentam dados em tempo real, imagens do processo e mensagens de aviso. Os operadores também podem utilizá-las para dar comandos.
• Redes de Comunicação são as “pontes” que ligam todas as partes. Asseguram que os dados e os comandos circulam de forma rápida e segura entre o equipamento no local, os PLCs e os sistemas SCADA.
• Software de automatização é a base para escrever regras de controlo complexas, analisar dados em pormenor, elaborar relatórios, gerir avisos e configurar todo o sistema.

Cada uma destas tecnologias tem uma função: o controlo, a monitorização e a gestão dos processos envolvidos no tratamento da água. Cada uma destas tecnologias é como um elemento fundamental de uma estação de tratamento de água automatizada. As tecnologias mais recentes, como a IIoT, a computação em nuvem e o big data, aperfeiçoaram ainda mais as tecnologias fundamentais anteriormente mencionadas, além de terem simplificado as suas interfaces.

Vantagens das estações de tratamento de água automatizadas

As vantagens que a automatização traz às estações de tratamento de água são quantificáveis.

A principal vantagem é que melhora a eficácia das operações. A automatização minimiza o desperdício de recursos, como água, energia e produtos químicos, ao controlar os processos com precisão. Por exemplo, é possível evitar o uso excessivo de produtos químicos ajustando automaticamente os seus volumes com base na qualidade ou no caudal da água que sai da fábrica. Isto resulta numa redução das despesas e na diminuição da produção de subprodutos desnecessários. É semelhante ao que faria um gestor muito prudente que monitoriza de perto a utilização dos recursos.

As normas relativas à água mantêm-se constantes e as políticas são rigorosamente cumpridas. Os sistemas automatizados funcionam com base em algoritmos e modelos de processos definidos. A variabilidade humana é eliminada. O cumprimento das normas e a manutenção meticulosa de registos fornecem fortes indícios de controlo. No que diz respeito a componentes críticos de controlo, como as válvulas, o grau de precisão do controlo tem um impacto significativo na qualidade da água e no abastecimento de água potável. Para o controlo crítico de líquidos, a precisão é garantida através de válvulas automatizadas de qualidade, como, por exemplo, as da VINCER, que se especializa em sistemas de controlo de líquidos e possui certificações da FDA e SIL. Isto é crucial para um tratamento fiável e para o cumprimento dos padrões de qualidade da água. A experiência da VINCER em ambientes exigentes, como a dessalinização, reforça a sua capacidade de garantir a fiabilidade em condições variáveis de água.

A redução das despesas operacionais é outra vantagem fundamental. Não se trata apenas de poupar nos materiais. Inclui também os custos com pessoal e com reparações. Os sistemas automatizados realizam muitas tarefas repetitivas e verificações básicas. Isto permite que as pessoas se concentrem na supervisão, na tomada de decisões inteligentes e na manutenção do equipamento. Ao utilizar os alertas do sistema e analisar os dados, é possível detetar mais cedo os problemas no equipamento. Isto permite resolver as avarias antes que o equipamento avarie completamente. Assim, evitam-se reparações dispendiosas e paragens de operação que ocorrem sem aviso prévio. Além disso, a escolha de componentes automatizados que sejam económicos, mas que continuem a ser fiáveis, como as válvulas automatizadas com boa relação custo-benefício fornecidas pela VINCER, pode ajudar a manter baixo o custo inicial do projeto e a poupar dinheiro ao longo do tempo. A aplicação da automação em áreas específicas, como as etapas de tratamento de lamas, também pode trazer benefícios significativos.

Todo o sistema é mais fiável e capaz de lidar com problemas de forma mais eficiente. A automatização deteta problemas nos processos e nos 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 contribui para alcançar esta fiabilidade. Em última análise, estes benefícios traduzem-se numa melhor experiência do cliente, graças a um serviço fiável e a uma elevada qualidade da água.

Além disso, os sistemas automatizados fornecem grandes quantidades de dados. Através de uma avaliação cuidadosa desta informação, os gestores obtêm uma visão mais aprofundada do funcionamento e identificam oportunidades de melhoria. Até mesmo o próprio processo pode ser otimizado. Isto contribui para a adoção de práticas sustentáveis e promove a conservação da água. É assim que o processo de tratamento de água se torna progressivamente mais inteligente e eficiente.

Implementação da automatização: guia passo a passo

A implementação da automatização do tratamento de água requer um planeamento cuidadoso e deve ser feita passo a passo. Não é algo que aconteça de uma só vez.

1. Avaliar as necessidades e planear: Em primeiro lugar, é necessário analisar cuidadosamente a fábrica atual, o processo de tratamento, os objetivos a atingir, os problemas que se enfrentam e o orçamento disponível. É importante ter clareza quanto aos objetivos da automatização. Trata-se principalmente de poupar energia, melhorar o desempenho, cumprir a regulamentação ou de outro aspeto? Com base nesta análise, elabore um primeiro plano para a estrutura do sistema.
2. Conceção do sistema e seleção de componentes: Com base no plano, decida o tipo de estrutura do sistema automatizado (por exemplo, centralizada ou distribuída). Escolha o PLC adequado, o software SCADA, os sensores, os atuadores e outro hardware e software. Nesta fase, é necessário conhecer os detalhes técnicos dos diferentes produtos, o seu nível de fiabilidade, a compatibilidade com outros componentes e a qualidade das competências técnicas e do apoio prestado pelo fornecedor.
3. Instalação e ligação elétrica: Siga os planos de projeto para instalar o equipamento no local, efetuar a ligação elétrica dos armários de comando e ligar os sensores e atuadores. Isto é fundamental para garantir que o hardware funcione corretamente.
4. Programação e configuração: Após a instalação do hardware de automação, escreva os programas do PLC, configure o sistema SCADA e conceba os ecrãs da IHM. Introduza no software as regras do processo, os cálculos de controlo, os níveis de alarme e os pontos de dados.
5. Testes e arranque: Ligue todas as componentes automatizadas e teste-as em conjunto. Verifique todas as funções do sistema, as regras de controlo, o sistema de alarmes e a eficácia da recolha de dados. Certifique-se de que o sistema funciona de forma estável, tal como previsto.
6. Formação do pessoal: Ministrem formação completa às pessoas que irão operar e fazer a manutenção da estação de tratamento de água. É necessário que saibam como utilizar o sistema automatizado, verificá-lo, realizar a manutenção diária e resolver problemas simples. Isto é fundamental para obter bons resultados com o sistema automatizado.
7. Funcionamento e melhorias: Depois de o sistema começar a funcionar a sério, é preciso ir verificando o seu desempenho. Recolha feedback e faça pequenos ajustes para otimizar o seu funcionamento, com base na forma como se comporta na prática.
8. Manutenção e atualizações contínuas: Os sistemas automatizados não são algo pontual. Necessitam de verificações regulares, atualizações de software e, por vezes, de novo hardware para acompanhar as novas tecnologias e as alterações no processo.

Todos devem trabalhar em estreita coordenação: o proprietário, a empresa de conceção, o integrador de sistemas e os fornecedores de equipamentos. Isto garante a qualidade em todas as fases do processo.

Válvulas: Componentes essenciais na automação

Nos sistemas automatizados de tratamento de água, vários tipos de válvulas são essenciais como efetores finais. Funcionam como as “mãos” da automatização no que diz respeito à gestão dos líquidos controlados. Quer se trate de controlo de caudal, manutenção de sistemas pressurizados, abertura/fecho de tubagens ou regulação do caudal, cada válvula automatizada tem de executar as funções necessárias com precisão.

Tal como acontece com as válvulas elétricas, os mecanismos automatizados acionados hidraulicamente, pneumaticamente ou mesmo por fluidos 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 ficar numa posição intermédia, consoante as necessidades.

As válvulas automáticas mais comuns utilizadas no tratamento de água incluem:

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 prejudicará o desempenho global do sistema automatizado. Assim, é fundamental que as válvulas automatizadas selecionadas para qualquer tarefa específica, concebidas para resistir às condições exigidas, sejam fiáveis, estejam devidamente calibradas e se integrem sem complicações em todo o sistema. Os bons fabricantes de válvulas automatizadas, como a VINCER, compreendem as diferentes condições de funcionamento, tais como a natureza do líquido, a temperatura, a pressão e a prevenção da oxidação, entre outras. Também fornecem soluções especiais. A flexibilidade das soluções que oferecem aumenta com a qualidade e a variedade dos seus produtos, o que se reflete na precisão do controlo. Estes fabricantes têm capacidade para satisfazer encomendas urgentes de outros setores industriais, tais como a dessalinização, a produção alimentar, a mineração, etc.

Desafios e soluções na adoção da automação

Embora a automatização do tratamento de água apresente muitas vantagens, a sua implementação acarreta alguns desafios. No entanto, há formas de os ultrapassar.

Custo inicial elevado

A aquisição de todo o equipamento, software e respetivos serviços de instalação e integração exigirá um investimento significativo. As empresas que operam com um orçamento mais apertado, ou aquelas mais preocupadas com o retorno do investimento, podem considerar esta opção completamente fora do seu alcance.

Solução: Considere implementar a automatização de forma incremental. Dê prioridade, em primeiro lugar, aos sistemas essenciais que são fundamentais para gerar valor para o negócio ou que oferecem o maior retorno sobre o investimento (ROI). Além disso, selecione fornecedores que ofereçam componentes automatizados de boa qualidade, como válvulas automatizadas, a preços mais baixos. Garantir o investimento em automatização e gerir os concursos para projetos de capital são aspetos fundamentais deste desafio.

Integração com sistemas antigos

Existem inúmeras estações de tratamento de água em funcionamento há muitos anos. O seu equipamento, bem como os sistemas de controlo, podem ser de diferentes fabricantes e utilizar vários protocolos de comunicação. Isto complica a integração de novos sistemas com os antigos.

Opte por sistemas automatizados livremente configuráveis que suportem a interoperabilidade e tenham um historial comprovado de colaboração bem-sucedida. Procure parceiros especializados na integração de sistemas com vasta experiência na integração de sistemas complexos.

Riscos de cibersegurança

Os sistemas automatizados foram ligados a redes externas com o objetivo de otimizar processos e fluxos de trabalho. Esta ligação representa, em especial, um grande risco de ciberataques dirigidos às infraestruturas hídricas, uma vez que estas são essenciais para garantir a segurança pública.

Solução: Implementar firewalls de cibersegurança, redes privadas virtuais, isolamento de sistemas e sistemas de deteção de intrusões. Segmentar os sistemas automatizados em zonas com acesso limitado, de modo a minimizar as consequências de uma violação. As auditorias e avaliações realizadas regularmente reforçam as defesas proativas. Selecionar produtos automatizados com funcionalidades de segurança integradas para reduzir as vulnerabilidades.

Necessidade de pessoal qualificado

Os sistemas automatizados sofisticados, operados e controlados, requerem especialistas em eletricidade, automação, instrumentação e informática.

Solução: Dar mais formação aos seus colaboradores atuais. Além disso, contratar pessoas com competências multidisciplinares. Recorrer à assistência técnica especializada e aos serviços de manutenção oferecidos pelos prestadores de serviços.

Tendências futuras na automatização do tratamento de água

A automação no tratamento de água tem tendência para se tornar mais inteligente, mais conectada e mais orientada para a durabilidade.

A computação em nuvem e a Internet das Coisas Industrial (IIoT) irão otimizar ainda mais a monitorização remota, a gestão de dados e a integração de sistemas. A integração de dispositivos no local com tecnologias na 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 de processos (consumo de ar, injeção inteligente de produtos químicos, etc.), a previsão de avarias nos equipamentos e a resolução autónoma de problemas são, todos, objetivos que a IA pode alcançar. Isto permite uma transição de processos robóticos orientados para o cumprimento de normas para sistemas automatizados ativos e capazes de raciocinar.

A tecnologia «Digital Twin» será cada vez mais implementada em estações de tratamento de água no futuro. As réplicas virtuais permitem testar diferentes métodos de controlo, otimizar o sistema, formar operadores e simular cenários problemáticos. A realização de testes num ambiente simulado reduz significativamente os riscos associados aos testes físicos.

A preservação da privacidade continuará a ser importante no contexto dos avanços da automatização. No futuro, as medidas de segurança abrangentes passarão a ser a norma, à medida que os sistemas se tornarem cada vez mais interligados.

Escolher o parceiro certo para a automação

A automatização do tratamento de água é complexa e importante, pelo que é fundamental escolher o parceiro certo. Um bom parceiro de automatização não é apenas alguém que vende equipamento. Trata-se de especialistas capazes de prestar assistência técnica e aconselhamento ao longo de todo o projeto.

Ao escolher um parceiro, preste muita atenção aos seguintes aspetos:

• Experiência no setor: O parceiro tem muita experiência no tratamento de água? Compreende os processos e as regras específicas do tratamento de água?
• Capacidade técnica e produtos: Será que conseguem fornecer um conjunto completo de produtos e soluções automatizadas fiáveis que funcionem bem em conjunto? Isto inclui os principais sistemas de controlo, instrumentos e componentes importantes, como as válvulas automatizadas.
• Assistência e Suporte: Podem prestar apoio desde a fase de planeamento, passando pela criação de sistemas, instalação e testes, até à manutenção e formação posteriores?
• Qualidade e fiabilidade do produto: O equipamento e o sistema que oferecem são de alta qualidade? Conseguem funcionar de forma estável durante muito tempo em condições exigentes de tratamento de água?
• Inovação: O parceiro está atento às novas tecnologias? É capaz de oferecer soluções inteligentes para o futuro?
• Relação custo-eficácia: O preço é justo, ao mesmo tempo que garante boa qualidade e um bom serviço?

Encontrar um parceiro com sólida experiência no setor, capaz de compreender as suas necessidades específicas, oferecer soluções personalizadas com uma boa relação qualidade/preço e que possua competências sólidas e bons produtos em áreas-chave como as válvulas automatizadas, é a base para o sucesso de um projeto. Por exemplo, a VINCER é uma empresa especializada em válvulas automatizadas. Possui mais de dez anos de experiência, uma vasta gama de produtos (válvulas de controlo elétricas e pneumáticas), capacidade para personalizar soluções para diferentes aplicações (até 50 opções de materiais) e certificações internacionais como a ISO 9001, CE e FDA. Isto permite-lhe oferecer preços mais competitivos do que empresas de outros países, mantendo simultaneamente a elevada 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 projetos dos clientes corram bem. Escolher um parceiro como este ajuda os clientes a gastar menos dinheiro para obter uma automação eficaz e fiável no tratamento de água.

Conclusão

A automatização dos sistemas de tratamento de água permite, por um lado, gerir os recursos hídricos e, por outro, resolver os desafios atuais e futuros relacionados com esses recursos. Estes sistemas aumentam a eficiência, ao mesmo tempo que reduzem os custos operacionais, simplificam os processos de conformidade e reforçam a fiabilidade e a segurança das instalações. Desde sensores, SCADA e PLCs até válvulas de controlo automatizadas, todas as tecnologias e componentes desempenham uma função essencial.

Existem obstáculos que têm de ser superados na implementação de sistemas de automação. A escolha do parceiro de automação certo, abordagens incrementais e um planeamento cuidadoso permitem resolver essas questões. Olhando para o futuro, os potenciais avanços na IA e na IoT poderão melhorar ainda mais a automação dos processos de tratamento de água.

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