A contribuição dos sistemas de automação na melhoria do desempenho de empresas de saneamento

Introdução

Estamos vivendo no Brasil um momento crítico em termos de abastecimento de água e energia. Resultado de um modelo econômico que incentivou o consumo e não o investimento, estamos próximos do colapso no abastecimento de energia elétrica. De outro lado, fruto de fenômenos climáticos, agravado pela falta de políticas públicas, o país vive a maior crise hídrica da história. Segundo números apresentados em março de 2014 no seminário “Água, Saúde, Enchentes e Escassez” na FIESP, as perdas de água tratada no país totalizam 40%, mais da metade da população não tem coleta de esgoto, apenas 38% do esgoto é tratado e cerca de 36 milhões de brasileiros ainda não têm acesso à água tratada. Da necessidade de economizar água e energia surge a oportunidade para a oferta de soluções tecnológicas e de estratégias que viabilizem o uso mais racional destes recursos. Os SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO se apresentam como recurso indispensável na busca pela melhoria do desempenho operacional, econômico e financeiro das empresas de saneamento, sendo o primeiro instrumento a ser utilizado pelo programa de diminuição de perdas.

O que são sistemas de automação?

Podemos definir a ciência da automação como o conjunto de tecnologias, conhecimentos e equipamentos que permitem operar processos de forma autônoma e dispensando a intervenção humana. A automação combina controladores programáveis, leituras de grandezas digitais e analógicas fornecidas por sensores e o comando de atuadores que executam as ações do processo sendo controlado. Frequentemente, são utilizados computadores para o armazenamento de dados e para apresentar de forma gráfica e intuitiva o processo sendo controlado.

Não é possível falar de sistemas de automação no saneamento sem mencionar as tecnologias de comunicação com as estações, chamadas popularmente de telemetria.  Podemos dizer que no saneamento os sistemas de automação tratam da automatização, monitoração e controle, em tempo real, de reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs via rádio.

Os sistemas de automação e telemetria de elevatórias, reservatórios e estações de tratamento de água e esgoto são de fundamental importância para a melhoria dos processos de saneamento. Fornecem em tempo real as medições dos parâmetros hidráulicos, mecânicos e elétrico das estações componentes do sistema. A leitura e registro dos históricos de vazões, pressões, níveis, tensões, correntes, fatores de potência e status de bombas e válvulas mantém os processos rastreáveis e permitem agir imediatamente quando anomalias são detectadas. Os sistemas de automação e telemetria de água e esgoto constituem, certamente, a primeira melhoria a ser implantada na busca pela excelência da gestão, pois os dados por esses fornecidos irão auxiliar na implantação e utilização das demais ferramentas de controle e gestão.

O universo da automação é vasto e existem diversas soluções tecnológica para a implementação de sistemas de automação. Neste texto nos limitaremos a discorrer sobre sistemas de automação mencionando apenas os seguintes componentes básicos:

Software supervisório

granjaSão programas de computador que permitem criar telas gráficas que facilitam a visualização de processos. Também chamados softwares SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition – supervisão, controle e aquisição de dados), estes programas permitem armazenar históricos dos dados, alarmes e eventos coletados pelos CLPs.

Controladores programáveis

DUO350Antes dos controladores programáveis (CLPs, CPs ou PLCs como são chamados), os painéis de controle a relé funcionavam bem, até que um relé falhasse. Descobrir o relé e consertar o painel era custoso e demorado. Surgidos na década de 60, os CLPs são equipamentos microprocessados, programáveis, dotados de entradas e saídas analógicas e digitais aos quais podem ser ligados sensores e atuadores.

Sensores

Sensores são os dispositivos eletroeletrônicos que fornecem sinais de entrada para o CLP. Podem ser digitais ou analógicos. Ex.: chaves boia e transmissores de nível.

Atuadores

Atuadores são dispositivos eletroeletrônicos comandados pelos sinais dos pontos de saída do CLP. Podem ser digitais ou analógicos. Ex.: Motores e válvulas controladoras de pressão.

Rádio Modem RM2060Rádios modem

São equipamentos capazes de transmitir e receber dados no formato serial. Ex.: transmissão de dados entre CLPs e computadores. Podem alcançar dezenas de quilômetros. A faixa de comunicação de 900 MHz é uma das mais utilizadas em telemetria por permitir o uso de equipamentos baixo custo homologados na Anatel e sem custos de licenciamento.

Qual a importância dos sistemas de automação?

Em um município desprovido de sistema de automação e telemetria, é a população que avisa a companhia de água e esgoto quando ocorre uma falha no abastecimento.

  • O sistema de automação e telemetria é necessário para:
  • Garantir o abastecimento da população;
  • Monitorar em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema;
  • Armazenar e apresentar dados históricos sobre a qualidade do abastecimento;
  • Alarmar vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões;
  • Prevenir e minimizar perdas;
  • Enfim, garantir a qualidade dos serviços prestados.

Como funcionam os sistemas de automação?

Os sistemas de automação e telemetria do saneamento normalmente são dotados de CCOs e estações remotas.

Como funciona o CCO (Centro de Controle e Operação)?

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município.

Sistema de telemetria

Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento deCCO elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio.

Como funciona a automação das estações?

Painéis de automação e telemetria, constituídos de quadros elétricos dotados de CLP, rádio modem, fonte de alimentação com bateria e interfaces analógicas e digitais são instalados nos reservatórios, elevatórias de água e esgoto, pontos de macromedição, válvulas atuadoras e VRPs, ETAs e ETEs. Rádios modem livres de licença de utilização junto a Anatel estabelecem a comunicação entre o CCO e as estações.

Estaçao remotaCLPs fabricados no Brasil, programados em LADDER e comunicando em protocolo MODBUS RTU, controlam a monitoram a estação.

Como especificar um sistema de automação?

O primeiro passo é o levantamento de campo, quando são coletadas as informações sobre os pontos de interesse, a saber: reservatórios, elevatórias de água e esgoto, boosters, pontos e macromedição, VRPs, ETAs, ETEs, e qualquer outra instalação que se deseje monitorar e controlar. O resultado deste levantamento é uma lista de informações contendo:

  • Descrição da instalação com a lista de instrumentos, parâmetros hidráulicos e elétricos, volumes, pressões, níveis, potências, etc.;
  • Foto das instalações com estimativas de altura das edificações e reservatórios;
  • Coordenadas geográficas de cada ponto, preferencialmente em graus, minutos e segundos.

Com base nas informações enviadas, o fornecedor do sistema de automação cria um anteprojeto descrevendo em detalhes a tecnologia que será fornecida para automatizar, monitorar e controlar as instalações de saneamento do município. Os gestores da empresa de saneamento recebe então um manual de anteprojeto e uma planilha orçamentária contendo os valores de investimento para cada ponto de automação.

Onde podem ser aplicados?

Os sistemas de automação e telemetria do saneamento podem ser aplicados em qualquer município que possua captação, tratamento e distribuição de água e/ou coleta e tratamento de esgoto. Os sistemas de automação são customizáveis de acordo com o município, população, distâncias, relevo e número de estações. É comum encontrar condomínios particulares dotados de sistemas de automação para o controle da água e esgoto.

Como o sistema de automação pode reduzir os custos dos processos?

Na busca pela excelência da gestão das empresas de saneamento, o combate às perdas é a primeira e mais fundamental ação a ser desenvolvida. Os sistemas de automação são a primeira ferramenta de controle de perdas a ser implantada. A perda total em um sistema de abastecimento de água é a diferença entre o que foi produzido e o que foi registrado nos hidrômetros e faturado aos consumidores. As perdas podem ser reais ou aparentes. O principal causador de perdas aparentes é a imprecisão na medição dos hidrômetros e pode ser combatido com a troca periódica dos dispositivos. As ligações clandestinas, conhecidas como “gatos”, também contribuem para a contabilização de perdas aparentes e devem ser combatidas. A principal causa de perdas reais são os vazamentos em tubulações. Diversas técnicas são aplicadas para a diminuição de perdas por vazamentos, entre elas o controle da pressão pela utilização de VRPs – Válvulas Reguladoras de Pressão – que evitam que pressões excessivas causem as rupturas em tubulações. A setorização da distribuição, separando a rede em setores, utilizando macro medidores de vazão individuais para cada setor, e correlacionando o somatório das medições dos hidrômetros de cada setor com o valor registrado no macro medidor, permite estabelecer uma medida de perdas por setor do município, auxiliando a priorização da busca de vazamentos nos setores que estão apresentando as maiores perdas. Geofones e correlacionadores de ruídos estão entre os equipamentos utilizados na localização de vazamentos. Há níveis econômicos de perdas que valem a pena buscar. A partir de certos percentuais de perdas os custos inviabilizam a busca pela melhoria.

No aspecto eficiência hidro energética, o consumo de energia elétrica é a principal preocupação. Medidas simples como a contratação de energia em regime de tarifa horo-sazonal, na qual existe um limite de consumo no horário de ponta, permite economias de até 30% na conta de eletricidade. O horário de ponta está normalmente compreendido entre 18h00 e 21h00. Para que o sistema possa manter o consumo abaixo do limite contratado durante o horário de ponta é necessário que os reservatórios sejam dimensionados para manter o abastecimento da região sem ter de ser alimentados pelas estações elevatórias correspondentes. SITEMAS DE AUTOMAÇÃO empregando técnicas de telemetria, são necessários para o correto funcionamento da distribuição de água do município nos horários de ponta. Outro aspecto relevante para a diminuição do consumo de energia é o correto dimensionamento das bombas e motores das estações elevatórias, tanto de água bruta, tratada e de esgoto. Bombas de alto rendimento, motores de alto rendimento e sistemas de acionamento adequados, empregando soft-starters ou inversores – reguladores de velocidade – permitem reduções na ordem de 20% a 30% no consumo de energia elétrica. Por fim, ainda relacionado ao consumo de energia elétrica, fica evidente que a diminuição das perdas de água resulta em redução direta no consumo de energia. Vale lembra que a energia elétrica é o insumo mais relevante nos processos de água e esgoto.

A modelagem hidráulica pode contribuir fortemente no aumento da eficiência dos processos de água e esgoto. Normalmente, a operação em grande parte das empresas de saneamento é baseada na experiência dos operadores. A modelagem hidráulica fornece um modelo hidráulico do sistema que permite planejar ampliações e otimizar as redes de coleta e distribuição de água e esgoto. Utilizando-se softwares como o EPANET, disponível para download gratuito em www.epa.gov, pode-se modelar o sistema hidráulico de um município. O programa utiliza dados sobre a infraestrutura da rede, demandas de água e características operacionais. Executa modelagens matemáticas e prediz vazões em tubulações, pressões da rede, níveis de reservatórios, posições de válvulas e status de bombas. Comparando valores calculados com valores medidos podemos estabelecer indicadores de conformidade que auxiliam na detecção e correção de problemas. A modelagem hidráulica é, portanto, uma técnica que auxilia na busca pela melhoria do desempenho e serve de subsídio para o projeto dos SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO.

Obsolescência e renovação dos sistemas de automação

A demanda por SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO DE ÁGUA E ESGOTO é crescente e se renova periodicamente. Um sistema de controle e automação de estações de água e esgoto dura, em média, cerca de 15 anos, que é o tempo em que novas tecnologias substituem as obsoletas e a vida útil dos equipamentos é atingida. Sistemas que não forem renovados após este tempo de utilização apresentam índices de falhas que geram custos e prejuízos.

Cenário presente e futuro desse segmento

Vivemos um ciclo econômico de aumento da inflação e das taxas de juros, gerando aumento do custo financeiro. O câmbio mudou de patamar e o enfraquecimento da moeda resultou no aumento do preço dos importados, gerando oportunidades para tecnologias com maior índice de nacionalização.

O baixo crescimento do PIB possivelmente levará o governo a canalizar mais recursos para investimentos em produção, saúde e infraestrutura, na busca pela retomada do crescimento, assim que o cenário econômico tiver estabilizado.

A preocupação com a responsabilidade fiscal e o aumento da fiscalização por parte dos tribunais de contas irá criar oportunidades para as empresas que não utilizam de corrupção.

A aplicação das leis de proteção ambiental resulta em oportunidades geradas pelos incentivos canalizados pelas empresas estaduais regulatórias para investimentos em programas de proteção ambiental e combate ao desperdício de recursos.

O crescimento populacional, a escassez de água, o aumento da demanda de energia, intensificada por uma possível retomada do crescimento econômico, são fatores que apontam para a necessidade urgente de buscar práticas sustentáveis que possam garantir que os recursos que nos sustentam hoje não faltem amanhã.

Acredita-se que o cenário atual e futuro resultará no aumento da destinação de verbas para saneamento, gerando oportunidades para a intensificação de obras de ampliação e de aumento de eficiência de operação das empresas de saneamento municipais, estaduais e privadas, um cenário promissor para os SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO.

 Alfacomp Automação Industrial Ltda.

No mercado desde 1992, a Alfacomp fabrica produtos e equipamentos de telemetria que viabilizam sistemas SCADA de Telesupervisão e Telecomando. Nossos rádios modem e unidades remotas de telemetria auxiliam empresas de saneamento e energia na melhoria da rastreabilidade, controle de qualidade, eficiência energética e controle de perdas. Aliados a CLPs de mercado e operando em protocolos abertos, nossos produtos compõem soluções de alto desempenho e baixo custo.

Lista de abreviaturas e siglas

CCO – Centro de Controle e Operação

CLP – Controlador Lógico Programável

ETA – Estação de Tratamento de Água

ETE – Estação de Tratamento de Esgoto

LADDER – Linguagem de programação de CLPs

MODBUS – Protocolo de comunicação de dados para automação industrial

SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition

PIB – Produto Interno Bruto

PROCEL – Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica

RTU – Remote Telemetry Unit

VRP – Válvula Reguladora de Pressão

Eduardo Grachten – Engenheiro Eletricista
Alfacomp Automação Industrial Ltda. – www.alfacomp.ind.br

 

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No mercado desde 1992, a Alfacomp fabrica produtos e equipamentos de telemetria que viabilizam sistemas SCADA de Telesupervisão e Telecomando. Nossos rádios modem e unidades remotas de telemetria auxiliam empresas de saneamento e energia na melhoria da rastreabilidade, controle de qualidade, eficiência energética e controle de perdas. Aliados a clps de mercado e operando em protocolos abertos, nossos produtos compõem soluções de alto desempenho e baixo custo. Since 1992, Alfacomp designs and manufactures telemetry devices and solutions for SCADA systems. Our data radios and RTUs help water, oil and energy companies to improve their programs of quality control, traceability, energy efficiency and loss control. Connected to plcs and communicating through open protocols, our solutions compose high performance low cost systems.