Revista Controle & Instrumentação Edição nº 210 2015
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Case
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Empresa italiana de abastecimento de água otimiza
consumo de energia com PlantPAx |
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Rockwell Automation |
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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 |
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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. |
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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.” |
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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. |
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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. |
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