Edição 209 - Controle & Instrumentação

Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 210 – 2015

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Empresa italiana de abastecimento de água otimiza
consumo de energia com PlantPAx

Rockwell Automation

Acquedotto Pugliese SpA aproveita os benefícios da abrangente plataforma de soluções incluindo controle, display, conectividade e análise de energia que, juntas, formam um sistema de monitoramento que maximiza a economia de energia

Com uma rede de 21 mil km e atendendo 330 áreas residenciais e um total de mais de 4 milhões de habitantes, a Acquedotto Pugliese SpA (AQP) administra uma das maiores infraestruturas de abastecimento de água potável na Europa. De sua sede, na cidade de Bari/Itália, a concessionária pública administra um complexo sistema de abastecimento de água, com base em aquedutos interconectados, que fornecem a água para diversas áreas, de acordo com as necessidades.

A estação de purificação de água Sinni, localizada em Agro di Laterza, na Puglia, faz parte dessa rede. A unidade possui capacidade de tratamento de água de 4 m3 por segundo e uma

vazão média de 4 mil litros por segundo. A estação recebe água não tratada do reservatório de Lucano, em Monte Cotugno, transporta essa água para um tanque de reserva, purifica a água e gradualmente a “eleva” para a estação de bombeamento da unidade de elevação de Parco del Marchese. Desse ponto, uma parte da água pode ser distribuída para a região de Salento e uma parte para a província de Bari, atendendo, assim, a maior parte das necessidades de abastecimento de água da região central e sul de Puglia.

A estação de purificação de água Sinni está equipada com seis bombas de recalque de 1 MW, quatro das quais operam continuamente, cada uma com vazão média de 800 litros por segundo. O consumo de energia da estação da Sinni é muito alto. Isso é devido especificamente à operação contínua das bombas, necessária para garantir que a água possa ser recalcada mecanicamente para um ponto de distribuição hidráulica e, também, devido às longas distâncias de deslocamento da água, através de bruscas diferenças na altitude – como no caso de Parco del Marchese – uma distância de 84 m no total.

Em função das características específicas da infraestrutura e do abastecimento, o principal custo da AQP é a energia elétrica necessária para transportar água em toda a rede: apenas para a unidade de Parco del Marchese, isso custa € 1,8 milhões por mês, e o custo da estação Sinni é de € 900 mil por mês.

Desafio Mais do que nunca, o objetivo da AQP é otimizar a despesa com energia elétrica, lançando mão de iniciativas para recuperar a energia nas operações de elevação, transporte e purificação; a concessionária planeja obter isso melhorando a eficiência de suas máquinas (motores, bombas e compressores), começando com aquelas que operam nas unidades com o maior consumo de energia, como a estação de purificação de água Sinni.

Essas iniciativas levaram a concessionária a adotar ferramentas de controle, de monitoramento e análise cada vez mais sofisticados. “O desafio crítico para nós é economizar mais energia em máquinas que já estão sendo altamente eficientes e localizadas em unidades altamente automatizadas”, declarou Gianluigi Fiori, chefe de Operações da AQP. “Poderíamos buscar esse objetivo aumentando a eficiência gerencial geral através de um monitoramento do consumo tipo liga/desliga e dos níveis de desempenho: um balanço de água eficaz pode ser mantido apenas através da medição correta e precisa dos processos!”

Até 2010, a AQP não tinha tido recursos para soluções que combinassem monitoramento local e remoto da energia. Os gerentes de energia da empresa não tinham as ferramentas corretas para medir o consumo de energia em máquinas individuais; os intervalos de tempo eram também muito apertados, e as medições do consumo de energia tinham que ser simultaneamente relacionadas às faixas de tarifas do fornecedor de eletricidade, ao nível de água e às medições de vazão, para controlar os custos, o desempenho e as tendências ao longo do tempo.

“No passado, utilizávamos registradores de dados. Não tí- nhamos um único sistema dedicado que pudesse fazer a interface da rede diretamente com o sistema de controle, para análise de energia integrada com uma análise dos perfis de água fornecidos pelos equipamentos de processo na área de trabalho”, acrescentou Fiori. “Foi precisamente esse requisito que nós descrevemos imediatamente para a Intesis e a Rockwell Automation, em relação à estação de purificação de água Sinni. Elas assumiram totalmente os problemas que eram críticos para nós e mostraram um verdadeiro trabalho de equipe para nos auxiliar a desenvolver um projeto altamente integrado, baseado na plataforma PlantPAx O sucesso desse projeto seria definido ao atingir a integração ideal de automação, monitoramento da água e análise de energia.”

Solução A plataforma PlantPAx proposta pela Rockwell Automation foi desenvolvida com a assistência da Intesis para a estação de purifica- ção de água Sinni.

A plataforma forneceu uma solução de automação e controle baseada em dois controladores de automação programáveis (PACs), em configuração redundante com troca de placas energizadas, operando como controladores mestres, e 13 PACs compactos distribuídos em duas linhas – Leste e Oeste – da unidade. De fato, cada um desses 13 PACs compactos é responsável por controlar as sequências de cada fase do processo, entre elas o abastecimento inicial de água não tratada e a fase subsequente de clarifloculação (o lodo é separado da água por sedimentação, em oito tanques cilíndricos semicônicos, equipado com lâminas raspadoras, quatro na Linha Leste e quatro na Linha Oeste).

Depois vem a fase de filtração (usando 40 filtros de areia de quartzo, regulados por mais de 280 válvulas, com 20 filtros na Linha Leste e 20 filtros na Linha Oeste). Finalmente, vem a fase de clora- ção; a água purificada é armazenada antes de ser bombeada para a estação de Parco del Marchese. Os PACs compactos também são responsáveis pelo gerenciamento geral de todas as sequências de lavagem dos 40 filtros, incluindo a drenagem inicial e final, o borbulhamento, retrolavagem com água e/ou com ar de liberação e recuperação da água de retrolavagem. Concluindo, outro PAC compacto é responsável por gerenciar o espessador de lodo digerido no processo do tratamento do lodo. De fato, a Sinni tem uma linha paralela para purificar, desidratar e armazenar posteriormente o lodo residual gerado na fase de clarifloculação.

Cada PAC compacto tem um painel IHM correspondente de 10 polegadas. Eles são utilizados para exibir e monitorar localmente parâmetros, pontos de ajuste e sinais recebidos na área de trabalho. Alguns exemplos incluem a regulagem das vazões de entrada e saí- da, a pressão hidráulica, operação (ligar/desligar) das bombas e operação (abrir/fechar) das válvulas. Eles também medem os níveis dos tanques e partes por milhão (ppm) dos aditivos necessários para o processo (por exemplo: dióxido de cloro para a pré-cloração e para a cloração final, policloreto de alumínio e sílica ativa para a fase de clarifloculação). Concluindo, eles também mostram as propriedades da água (oxigênio, redox, temperatura, condutividade, turbidez, pH e cloro).

A plataforma PlantPAx da AQP também permitiu a instalação – em uma arquitetura cliente/servidor – de dois servidores com uma plataforma IHM para uso final, em configuração redundante com troca de placas energizadas. Ela também incluiu um servidor com painéis de instrumentos para uso final, dedicados ao monitoramento central e controle dos parâmetros de operação da unidade, e ainda um servidor para armazenar dados históricos de 5000 tags, dedicado a fornecer aos operadores dados detalhados de tendências e históricos.

Para monitorar os níveis de consumo de energia da estação de purificação de água da Sinni, 19 medidores de energia (que fornecem análise quantitativa da energia) foram distribuídos também a diversos setores da planta. Outro medidor de potência foi instalado para análise qualitativa, incluindo análise de harmô- nicas, oscilografia e transientes de corrente. Os medidores de energia estão conectados diretamente em um PAC de faixa mais elevada e são gerenciados e configurados usando o software de gerenciamento de energia FactoryTalk EnergyMetrix, que coleta e analisa todos os dados elétricos transmitidos pelos medidores.

As soluções de hardware e software da plataforma PlantPAx da Rockwell Automation se comunicam via uma única rede EtherNet/IP implementando um anel de fibra ótica, incluindo 15 switches Ethernet industrial gerenciados.

Resultados

Vincenzo Lanave, gerente geral da Intesis, explicou: “Trabalhamos em conjunto com a Rockwell Automation no desenvolvimento e integração do software. Criamos parâmetros elétricos e hidráulicos integrados e personalizados para a plataforma PlantPAx; nosso objetivo foi oferecer à AQP uma solução de monitoramento e automação para a estação Sinni, que estava conectada diretamente no software de gerenciamento de energia, incluindo uma interface direta com o sistema de informações corporativas remoto de controle Sismap.”

Além de oferecer a funcionalidade padrão de um sistema SCADA (como diagnósticos, exibição de informações, análise em tempo real de tendências e históricos), a plataforma PlantPAx permitiu que o monitoramento de energia fosse totalmente integrado, com base nas medições colhidas na área de trabalho pelos medidores de energia elétrica. Lanave acrescenta: “Trabalhar com um software aberto, como o FactoryTalk EnergyMetrix, nos permitiu criar 100 páginas de resumo de vídeo agregadas, que eram muito detalhadas.

Elas mostram o desempenho de cada máquina e a fase do processo, com tendências em um período específico ou em uma determinada faixa de tarifa. Eles podem ser utilizados para gerenciar o sistema de correção do fator de potência, sempre diferenciando entre os dois centros de custos diferentes para recalque e purificação da água. Isso permite que a AQP determine os níveis de desempenho e os indicadores-chave de desempenho para controlar os níveis de consumo e os custos; também é possível suportar simulações de operação, para criar orçamentos para gastos em energia e previsões de balanços.” Trabalhar com a Rockwell Automation e a Intesis ajudou a AQP a maximizar sua eficiência – em uma unidade como a Sinni, onde o desempenho já era alto, mas o consumo de energia também – obtendo uma economia anual do consumo de energia entre 1% e 2%.

“Para nós, é mais importante analisar tendências do que valores absolutos. Isso nos permite fazer previsões mais realistas para auxiliar nas fases de tomada de decisões estratégicas”, disse Fiori. “Graças à customização da Intesis, nossos parceiros acham que os dados são mais úteis, pois estão no formato perfeito, e as telas extremamente fáceis de usar do software FactoryTalk facilitam a leitura dos dados. Se suas medições não forem corretas, você não pode ter um balanço de água eficaz. Com a plataforma PlantPAx, temos dados de energia em tempo real que podemos utilizar para fazer uma economia real!”

Informações adicionais

Os resultados mencionados acima são específicos da Acquedotto Pugliese SpA, com o uso de produtos e serviços da Rockwell Automation em conjunto com outros produtos. Resultados específicos podem variar para outros clientes.